SE519535C2 - Modifierad encylindrig ottomotor - Google Patents

Description

20 25 30 35 519 535 2 KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Det har något överraskande visats sig att, det tvärtemot gängse tillverkares uppfattning, är möjligt att på ett kostnadseffektivt vis bygga om en bensindriven encylindrig ottomotor till välfiingerande etanoldrift, vilken metod kännetecknas av följ ande steg: a) mätning av existerande minsta spel (S1) mellan änden (SA) av ventilen i sitt extremläge i öppet tillstånd och den yta (4A; 3A) som vetter mot nämnda ände (SA) av ventilen, b) demontage av topplocket (3), c) bearbetning av topplocket (3), varvid dess mot motorblocket (1) vända yta (3B) avverkas och planas med 40-100% av existerande minsta spel (S 1) för att erhålla ett väsentligt mindre modifierat spel (S2) mellan nämnda ventilände (SA) och nämnda motstående yta (4A; 3A), d) kontroller av att nämnda modifierade spel (S2) ej understiger ett visst börvärde (SB), e) montage av topplocket (3), f) anpassning av bränsle/luft tillsättningen så att en ökning av bränsleflödet i förhållande till lufiflödet åstadkommes, varefter motom modifierats for drift medelst ett i huvudsak etanolinnehållande bränsle.

Tack vare den ovan beskrivna metoden erhålles en modifierad encylindrig ottomotor med vilken är möjligt att använda ett miljövänligt drivmedel. Särskilt lämpligt är ett drivmedel som går under beteckningen E85, vilket innehåller 85% etanol och 15% bensin. Tester har visat att man kan erhålla en drastisk sänkning av CO-utsläppet.

Mätningar har konstaterat att man kan komma så långt ner som 0,1 % CO-utsläpp vid belastad drift. Förutom milj öfördelen är kostnadsminskningen mycket stor, i jämförelse med att använda så kallad miljöbensin, eftersom priset för E85 är ca. 1/3 av miljöbensin.

Därutöver har det visat sig att den modifierande motorn erhåller en högre verknings- grad, som leder till en ytterligare minskning av bränslekostnaden.

Enligt ytterligare aspekter av uppfinningen gäller: - att det tillses att nämnda förgasare är anordnad med en pumpmekanisrn, för att kunna forcera bränsle till nämnda förgasare, - att kontrollen enligt steg d) genomförs genom att anordna topplocket ovanpå motorblocket utan packning för att försäkra sig om att någon av nämnda ventiländar inte stöter emot nämnda motstående yta, varefter topplocket monteras med en topplockspackning, - att nämnda förgasare är anordnad med ett demonterbart bränslemunstycke och steg f) omfattar följande steg: . ïrgisiåêi-j 10 15 20 25 30 35 519 535 1) demontering av bränslemunstycket, 2) vidgning av öppningen i bränslemunstycket med 5-20%, företrädesvis 8-1 5%, mer föredraget ca. 10%, 3) montage av det vidgade bränslemunstycket, - att mellan steg 1) och 2) används en uppsättning förtillverkade bränslemunstycken med olika öppningsstorlek, for att utprova optimal öppningsstorlek for den aktuella motorn innan utvidgning slutligen görs av öppningen i motoms egna bränslemunstycke, - att förgasare är anordnad med ett fast icke modifierbart bränslemunstycke, varvid steg t) åstadkommes genom att nämnda luftfilter anordnas med ett stryporgan, som reducerar existerande inloppsarea for tilluft med 70-95 1%, företrädesvis 80-95 % mer föredraget ca. 85-90 %.

KORT FIGURBESKRIVNING I Fig. 1 visas i genomskärning en föredragen modifierad encylindrig ottomotor enligt uppfinningen, I Fig. 2 visas en motor enligt Fig. 1 i genomskäming innan modifiering, I Fig. 3 visas en förgasare till motom enligt Fig. 1 i genomskärning, I Fig. 3A visas ett munstycke ingående en förgasare enligt Fig. 3, I Fig. 4 visas i genomskäming en altemativ modifierad encylindrig ottomotor enligt uppfinningen, och I Fig. 5 visas ett föredraget luftfilter ingående i en motor enligt Fig. 4.

DETALJBESKRIVNING I Fig. 1 visas i genomskärning en encylindrig, toppventilforsedd ottomotor enligt uppfinningen. En dylik motor är mycket vanligt förekommande främst i handgräs- klíppare, varvid motoms effekt normalt är på ca 3 - 5,5 hk (DIN). De är även vanliga i så kallade åkgräsklippare, men effekten är då något högre, ca 8 - 9 hk (DIN). Motom omfattar ett motorblock 1 med en cylinder 2. Ovanpå motorblocket 1 finns anordnat ett topplock 3. Topplocket 3 är anordnat med kylflänsar 3C och en öppning 3E för ett tändstift. Vidare är topplocket 3 anordnat med genomgående hål 3D for att skruva fast topplocket 3 med dess nedåtvända yta 3B mot topplocket 1. Itopplocket 3 finns två ventilkanaler 3F inuti vilka finns anordnat ventiler 5, 5”. Ventilema 5, 5' är anordnad med en ventilkägla SB som är ämnad att verka med ett ventilsäte SC i topplocket 3.

Varje ventil 5 är vid sin ände anordnad med en plan yta SA. Mellan topplocket 3 och motorblocket 1 finns anordnat en packning 10. Inuti cy1inderutrymmet2 finns anordnat en rörlig kolv 4, som upptill är anordnad med en väsentligen plan yta 4A. Vidare iigiseli; 10 15 20 25 30 35 uppvisar motorn en koppförgasare 6, med ett bränslemunstycke 7 och en pump- mekanism 9. Dessutom är motorn anordnad med ett luftfilter 8. En viktig aspekt för en motor enligt uppfinningen är att spelet S2 mellan ventiländen 5A och kolvens övre yta 4A i dess översta läge är ytterst litet, företrädesvis ca. 0,4 - 0,6 mm. En annan viktig aspekt är att munstyckets öppning 7A är tillräckligt stor för att tillåta tillräcklig bränsletillströmning. Slutligen är det en stor fördel att motorn är utrustad med en pumpmekanism 9, för att kunna forcera bränsle till förgasaren i samband med uppstart.

I samband med modifiering av en toppventilförsedd encylindrig ottomotor enligt uppfinningen (se Fig. 2) börjar man med att frilägga motom från nödvändiga detaljer, såsom plastkåpa och tank. Därefter demonteras tändstifiet så att tändstifisöppningen (3E) blir fiilagd. Sedan vrider man motom så att ventilerna positioneras i sitt mest extrema läge, dvs. så att båda ventilema (5, 5') står i sitt mest öppna läge ett givet avstånd (A) från cylinderväggen i topplocket (3). Samtidigt försäkrar man sig om att kolven (4) befinner sig i sitt övre extrema läge, vilket enligt föreliggande visade exempel innebär att kolvtoppen (4A) är i nivå med motorblockets (l) övre yta (lB). I denna position mäter man avståndet (S1) mellan ventiländen (5A) och kolvtoppen (4A).

Detta avstånd (S 1) motsvaras också av djupet (B) i topplocket (3) minus avståndet (A) som ventiländen (SA) utskjuter fi'ån cylinderväggen.

Minsta avstånd S1 mellan ventilens ände 5A och topplockets nedre yta 3B är vanligen ca. 2-3 mm, dvs. B - A = S 1, vilket är ca. 2-3 mm. I syfte att erhålla optimala kompressionsförhållanden för att kunna använda etanol som drivmedel måste nu en del av materialet i topplocket 3 avverkas så att spelet S1 mellan kolvtopp 4A och ventilens nedre ände 5A reduceras till ett modifierat spel S2 på mellan 0,4 - l mm (se Fig. 1).

Således bearbetas topplocket 3 med hjälp av lämplig avverkande bearbetning (t.ex. fräsning eller slipning) så att en större del av avståndet S1 avverkas. Oftast krävs en avverkning på ca. 2 - 3 mm för att ha en återstående spalt S2 mellan ventiländarna 5A, 5A' och kolvtoppen 4A. När topplocket 3 är nedbearbetat och planat, håller man det mot motorblocket 1 och vrider runt motom för att kontrollera att inte någon ventilände SA, 5”A slår emot kolvtoppen 4A. Om denna kontroll utfaller väl, dvs. att spelet ligger inom föredraget intervall monteras topplocket vid motorblocket 1 med en ny packning 10.

IFig. 3 visas en detaljvy av en förgasare enligt uppfinningen. Förgasaren 6 är anordnad med ett demonterbart (via skruvgängor) bränslemunstycke 7, på i sig känt vis. Dessutom är förgasaren 6 anordnad med en pumpmekanism 9, ett så kallat ”primersystem” 9. I Ü iitisiiáfi 10 15 20 25 30 35 Fig. 3A visas en detaljvy av ett bränslemunstycke 7 till förgasaren 6. Det visas där att diametem di, öppningen 7A i bränslemunstycket vidgats från ca. 0,6 mm - ca. 0,7 mm, dvs en ökning av tvärsnittsytan på mer än 30%, för en motor med en effekt på ca 4 - 5 hk. Vid motorer med något högre effekt, t ex 8 - 9 hk, är normalt diametem di ca 0,75 mm. Vidgningen av diametem av existerande öppning 7A görs med ca. 5 - 20 %, mer föredraget ca. 10 - 15%, vilket i princip är tillämpligt oberoende av motorns effekt inom de ovan nämnda intervallen. För att utröna optimal vidgning testas motorn i drift med ett antal olika bränslemunstycken vilka är anordnade med olika stora öppningar. Således får man vid modifiering av motom vara utrustad med en sats bestående av en mängd bränslemunstycken med olika stora öppningar. När man så utprovat mest optimal bränslemunstycksöppning används en motsvarande borr för att utvidga existerande öppning 7A till önskad storlek.

IFig. 4 visas en så kallad sidventilsmotor, i en dylik motor är ventilema 5, 5” anordnade i kanaler 1A, 1'Ai motorblocket 1 bredvid kolven 4. Principema för modifieringen är de samma som beskrivits ovan. I detta fall rör sig dock inte ventiländen 5'A mot kolvens övre yta 4A utan mot en yta 3A inuti topplocket 3. På samma vis gäller dock att optimera modifieringen av topplocket 3 så att det återstående spelet S2 mellan ventil- toppen 5”A och den motstående ytan 3A blir ca. 0,5 mm. I samband med modifiering av en stödventilförsedd encylindrig ottomotor enligt uppfinningen börjar man dock med att demontera topplocket 3. Efter demontage av topplocket 3 rengöres topplocket 3 samt motorblocket 1 från rester av den gamla packningen 10. Därefter positioneras ventilema i sitt mest extrema läge, dvs. så att ventilen 5' ståri sitt mest öppna läge ett givet avstånd A från cylinderväggen i topplocket 3. I denna position mäter man (exempelvis med skjutmått eller indikatorklocka) hur stort avståndet A är. Sedan mätes djupet B i toppen. Därefter avverkas, planas och kontrolleras på samma vis som ovan.

IFig. 5 visas ett luftfilter 8 ämnat att används vid en förgasare 6 som är försedd med ett icke-demonterbart bränslemunstycke. I syfte att kunna optimera bränsle/luftblandningen är luftfiltret 8 anordnat med ett stryporgan 8B som är försett med strypöppningar 8A.

Strypöppningarna är enligt det visade utföringsexemplet åtta till antalet och består av cirkulära hål med en diameter på 4 mm. Således blir den totala öppningsarean genom dessa hål ca. 100 mmz. Detta innebär en drastisk minskning av inloppsarean för till- luften, eftersom enligt originalutförande (för bensindrift) är i princip hela tillopps- kanalen öppen för luftflöde, dvs. i föreliggande fall där diametem är 34 mm en öppen area av mellan 800-900 mmz. Härvid måste ytan för fastsättningsskruven, som penetrerar det mittre hålet (8C) i stryporganet (8B) frånräknas. Av figuren framgår även v 10 15 m nu att stryporganet (BB) är koppformigt med yttre väggpartier som är konvergerande så att formen av en stympad kon bildas. Denna utformning möjliggör en enkel, säker och tät montering av stryporganet (8B). Det bör förtydligas att denna form av modifiering enbart är ett nödvändigt alternativ då förgasaren 6 är anordnad med ett fast icke modifierbart bränslemunstycke.

I jämförande tester som genomförts har överraskande goda resultat avseende miljö- effekter, med uppfinningen kunnat visas. Nedan visas resultatet från tre olika prov som genomförts. Prov 1 har gjorts med Aspen miljöbensin i en ny gräsklippare. Prov 2 och 3 har gjorts i en begagnad gräsklippare som modifierats enligt uppfinningen. Drivmedlet som används i prov 2 och 3 är så kallad E85, innehållande 85 % etanol och 15 % bensin.

Prov 1 Bränslesort Utsläpp Aspen Kolmonoxid Kolväte' Koldioxid Syre (02 Miljöbensin (CO vol-%l (HC ppm) (C02 vol-%) vol-%) Tomgång varvtal 0,5 800 7,0 10,1 Arbetsvarvtal Obelastad 3,0 248 8,3 6,4 motor Arbetsvarvtal Belastad 3,4 138 8,4 6,2 motor Prov 2 Bränslesort Utsläpp EUIIIO! 35 % Kolmonoxid Kolväte Koldioxid Syre (02 ~ Justerbart (CO vol-%) (HC ppm) (C02 vol-%) vol-'VQ Munstycke, Tomgång varvtal Justerat till Arbetsvarvtal Obelastad 0,1 787 6,0 12,2 Sflålsïälld 85118 motor Arbetsvaivtal Belastad 0,1 603 9,0 8,2 motor 10 15 20 519 5.55 *' fara ? Prov 3 Bränslesort Utsläpp Etanol 85% Kolmonoxid Kolväte Koldioxid Syre (02 Justerbart (CO vol-%) (HC ppm) (C02 vol-%) vol-%) Munstycke, Tomgång varvtal 1, 8 183 3,4 7,6 Justerat till Arbetsvarvtal Obelastad 2,3 168 9,0 5,9 Stabil gång motor Arbetsvarvtal Belastad 0,1 140 9,0 8,0 motor Resultaten visar att en belastad modifierad motor enligt uppfinningen, med E85 som drivmedel, har exceptionellt mycket lägre CO-utsläpp än prov 1. CO-utsläppet vid belastad motor var endast 0,1 % CO, medan en gräsklippare som drivs med Aspen miljöbensin vid belastning släppte ut 3,4 % CO. Övriga värden avseende utsläpp är ungefarligen jämförbara. Således visar testet att en motor modifierad enligt uppfinningen möjliggör en drastisk sänkning av det miljöskadliga CO-utsläppet. Vi har valt att fokusera på utsläppsnivåerna vid belastad motor, eftersom en gräsklippare de facto under den övervägande tiden av sin drifi arbetar under belastning. Dock kan emellertid noteras att CO-utsläppen även i övrigt är goda avseende en motor modifierad enligt uppfinningen.

Uppfmningen är inte begränsad av det ovan beskrivna utan kan varieras inom ramarna for de efterföljande patentkraven. Således inses bland annat att uppfinningen även låter sig appliceras inom andra användningsområden än gräsklippare, exempelvis andra trädgârdmaskiner och/eller jordbruksmaskiner. Vidare inses att existerande spel S1 mellan kritiska punkter i motorn kan uppmätas på andra vis än som ovan beskrivits, exempelvis med hjälp av lasermätare eller andra existerande mätanordningar. I vissa extremfall kan man även tänka sig att topplocket avverkas mer än 100 % av S1 och som kompensation i stället använda en tjockare topplockspackning.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 P1604 1,. .- PATENTKRAV

1. Metod för modifiering av en bensindriven encylindrig ottomotor, vilken motor omfattar ett motorblock (1) med en cylinder (2), ett topplock (3), en inuti cylindern rörligt anordnad kolv (4), två vid cylindern anordnade ventiler (5, S”), en förgasare (6) med ett bränslemunstycke (7) samt ett lufifilterarrangemang (8), för drift medelst ett i huvudsak etanolinnehållande bränsle, k ä n n et e c k n a d av att metoden omfattar följande steg: a) mätning av existerande minsta spel (S1) mellan änden (SA) av ventilen i sitt extremläge i öppet tillstånd och den yta (4A; 3A) som vetter mot nämnda ände (SA) av ventilen, b) demontage av topplocket (3), c) bearbetning av topplocket (3), varvid dess mot motorblocket (1) vända yta (3B) avverkas och planas med 40-100% av existerande minsta spel (S1) för att erhålla ett väsentligt mindre modifierat spel (S2) mellan nämnda ventilände (SA) och nämnda motstående yta (4A; 3A), d) kontroller av att nämnda modifierade spel (S2) ej understiger ett visst börvärde (SB), e) montage av topplocket (3), i) anpassning av bränsle/lufi tillsättningen så att en ökning av bränsleflödet i förhållande till lufiflödet åstadkommes, varefter motom modifierats for drifi medelst ett i huvudsak etanolinnehållande bränsle.

2. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det tillses att nämnda förgasare (6) är anordnad med en pumpmekanism (9), for att kunna forcera bränsle till nämnda förgasare (6).

3. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kontrollen enligt steg d) genomförs genom att anordna topplocket ovanpå motorblocket utan packning för att försäkra sig om att någon av nämnda ventiländar (SA, 5A') inte stöter emot nämnda motstående yta (4A; 3A), varefter topplocket (3) monteras med en topplockspackning (10).

4. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda förgasare (6) är anordnad med ett demonterbart bränslemunstycke och steg t) omfattar följ ande steg: 1) demontering av bränslemunstycket (7), 2) vidgning av öppningen (6A) i bränslemunstycket (7) med S-20%, företrädesvis 8- 15%, mer föredraget ca. 10%, 3) montage av det vidgade bränslemunstycket (7), 10 15 20 25 30 35 Pl604

5. Metod enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att mellan steg 1) och 2) används en uppsättning förtillverkade bränslemunstycken med olika öppningsstorlek, för att utprova optimal öppningsstorlek för den aktuella motorn innan utvidgning slutligen görs av öppningen (7A) i motorns egna bränslemunstycke (7).

6. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att förgasare är anordnad med ett fast icke modifierbart bränslemunstycke, varvid steg t) åstadkommes genom att nämnda lufifilter (8) anordnas med ett stryporgan (8A, 8B), som reducerar existerande inlopps- area för tilluft med 70-95 %, företrädesvis 80-95 % mer föredraget ca. 85-90 %.

7. Encylindrig ottomotor för etanoldrifi, vilken motor omfattar ett motorblock (1) med en cylinder (2), ett topplock (3), en inuti cylindern rörligt anordnad kolv (4), två vid cylindern anordnade ventiler (5, 5”), en förgasare (6) med ett demonterbart bränsle- munstycke (7), samt ett lufifilterarrangemang (8) k ä n n e t e c k n a d av kombinationen att a) minsta spel mellan ventiländen (5A) och dess motstående yta (3A; 4A) är mellan 0,2 - 1 mm, företrädesvis 0,3 - 8 mm, mer föredraget 0,4 - 0,6 mm, b) bränslemunstycket (7) är anordnat med en öppning (6A) vars diameter är mellan 5 - 20%, mer föredraget 10 - 15% större än motsvarande öppning (6A) för bensindrifr, c) förgasaren (6) är anordnad med en pumpmekanism (9).

8. Encylindrig ottomotor enligt patentkrav 7, k ä n n et e c k n a d av att nämnda motor är en toppventilsmotor, varvid nämnda minsta spel (S2) föreligger mellan en ventils ände (5 A) och kolvens övre yta (4A) i sitt översta läge.

9. Encylindrig ottomotor enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda motor är en sidventilsmotor, varvid nämnda minsta spel (S2) föreligger mellan en ventils övre ände (SA) och en yta (3A) inuti topplocket (3).

10. Encylindrig ottomotor för etanoldrifi, vilken motor omfattar ett motorblock (1) med en cylinder (2), ett topplock (3), en inuti cylindern rörligt anordnad kolv (4), två vid cylindern anordnade ventiler (5, 5'), en förgasare (6) med ett icke demonterbart bränsle- munstycke (7), samt ett luftfilterarrangemang (8), k ä n n e t e c k n a d av kombinationen att a) minsta spel mellan ventiländen (SA) och dess motstående yta (3A; 4A) är mellan 0,2 - 1 mm, företrädesvis 0,3 - 8 mm, mer föredraget 0,4 - 0,6 mm. Pl604 5 1 9 5 /0 (Al (TI ~-f. i» b) lufifiltret (8) i tilloppskanalen är anordnat med ett stryporgan (8B) innehållande en strypning (8A), som reducerar den totala öppningsytan till 50 - 200 mmz, företrädesvis 80 - 150 mmz, mer föredraget 90 - 120 mmz, och att c) forgasaren (6) är anordnad med en pumpmekanism

11. Encylindrig ottomotor enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda motor är anordnad vid en gräsklippare.