SE521691C2 - Förbränningsmotor som drivmotor i ett bärbart, handfört arbetsredskap - Google Patents

Description

521 691 2 Till grund för uppfinningen ligger uppgiften att hos en kategorienlig förbrän- ningsmotor förbättra avgaskvaliteten.

Uppgiften löses enligt uppfinningen med hjälp av de kännetecknande särdragen hos patentkrav l.

I en kategorienlig förbränningsmotor tillförs den bränslefattiga till bränslefria gasen företrädesvis via utloppsnära kanaler, medan den för .örbränningsmo- torns drivning nödvändiga bränsleandelen tillförs via de utloppsavlägsna kana- lerna. Därigenom kan den bränslefria gasen på samma sätt som ett luftdraperi skärma av utloppet, så att den bränslerika gasen inte kan strömma bort via ut- loppet. De via utloppet utströmmande gasandelarna bildas övervägande av den bränslefattiga resp. bränslefria, men syrerika gasen från en tidig fas av spol- ningen och de kolvätehaltiga, syrefattiga gaserna härrör från en sen fas av spol- ningen och från förbränningen. Avgaserna går från förbränningsmotorns utlopp till inloppet hos en avgasljuddärnpare.

Uppfinnaren har konstaterat att det i den syrefattiga volymandelen av avgasen inte längre finns en tillräcklig mängd syre för oxidationen av kolvätena i avga- sen, vilket skulle vara nödvändigt för en hög omsättningsgrad av kolvätet. Ge- nom mellanlagringen av syre från den syrerika volymandelen av avgasen ut- nyttjas detta syre för oxidation av kolväten i avgasens syrefattiga volymandel, och på detta sätt kan högre omvandlingsgrader uppnås.

Avgasljuddämparens hus är lämpligen bildat av två eller flera husdelar. I avgas- ljuddämparens innandöme sträcker sig en skiljevägg och delar upp avgasljud- dämparens hus i åtminstone två rum. Skiljeväggen är i stor utsträckning gastätt hållen med sin kant mot ljuddämparens hus. Hos ett föredraget utföringsexem- pel hålls en katalysator i ett hål i skiljeväggen, varvid katalysatorn exempelvis är utformad som patron. Katalysatorns hus är i hög grad gastätt fixerat i skiljeväg- gens hål. Katalysatorn tjänar som strömningsförbindelse för avgaser mellan av- gasljuddämparens inlopp och utlopp. 521 691 3 Som ett alternativ till utformningen av katalysatorn som patron kan inre vägg- delar hos avgasljuddämparen, såsom exempelvis skiljeväggen, vara belagda med katalytiskt aktivt material.

Enligt en första utföringsform av uppfinningen finns det i ljuddäniparhusets första rum, mellan katalysatorn och inloppet, en buffertkammare för syrefattiga och syrerika avgaser, ungefär såsom för förmatningsluft och kolväterika avga- ser. Buffertkammaren företrädesvis genomskjuten av en vägg med flera hål.

Väggen sträcker sig inuti ljuddämparhusets första rum över hela ljuddämpar- husets tvärsnitt. Därigenom bildas ett medel för tillfällig lagring av de syrerika avgaserna genom ett närmast inloppet liggande lagringsrum och ett blandnings- rum för syrerika och syrefattiga avgaser mellan avgasljuddämparens inlopp och katalysatorns inlopp. De omväxlande efter varandra i buffertkammaren inström- mande, syrerika och syrefattiga men kolväterika avgaserna blandas med var- andra i buffertkammaren innan de strömmar in i katalysatorn. Katalysatorn skyddas därför från att fyllas med syrerik avgas. En förgiftning av katalysatorns aktiva ställen undviks därigenom och en långvarig funktion hos katalysatorn garanteras. Det kan vara lärnpligt att förse den buffertkammaren genomskju- tande väggen med bandformade, parallellt med varandra riktade hål. Företrä- desvis är en kant hos hålen uppböjd, så att en avlänkning av de genom hålen strömmande avgaserna åstadkoms. En blandning av avgaserna gynnas därige- IIOIII .

Enligt en andra utföringsform på uppfinningen kan det istället för det i avgas- ljuddämparens hus anordnade lagringsorganet eller blandningsrummet för sy- rerika och syrefattiga avgaser i katalysatorns eget område finnas ett medel för tillfällig lagring av syrerika avgaser, såsom förbränningsmaskinens förmat- ningsluft. För detta ändamål skall katalysatorns aktiva yta förses med cerium- oxider, zirkoniumoxider eller aluminiumoxider eller en blandning av de nämnda oxiderna. Dessa material har en förhöjd syrelagringsförmäga, varigenom en sy- reförgiftning av syrekatalysatorns aktiva ställen undviks. Det kan dessutom vara lämpligt att till de nämnda oxiderna blanda rnigrationshämmande sub- 521691 4 stanser, såsom praseodym eller andra lantanider eller aktinider för stabilise- ringen av ädelmetallerna (aktiva ställen).

För att åstadkomma en begränsning av avgasernas strömningshastighet i av- gasljuddämparens innandöme och vid passagen genom katalysatorn är det lämpligt att flera gånger rikta om avgasströmningen i ljuddämparen. Sålunda är det föredraget att vid ljuddämparens inlopp, på dennas insida, anbringa en def- lektor, vilken riktar om de avgaser som strömmar in i ljuddämparen. Dessutom är det lämpligt att mellan katalysatorns utlopp och ljuddämparens utlopp rikta om avgaserna medelst en rumslig förskjutning av utloppen från katalysator och avgasljuddämpare.

Företrädesvis är ljuddämparens volym mellan inloppet och utloppet ungefär 2,5 till 18 gånger, i synnerhet 6 till 1 1 gånger så stor som förbränningsmaskinens Slagvolym. Denna konstruktionsmässiga dimensionering åstadkommer en god blandning av avgaserna inuti avgasljuddämparen och en likformig passage av avgaserna genom avgasljuddärnparen. Volymen för katalysatorn inklusive syre- lagríngsorganet kan exempelvis uppgå till 0,3 gånger till 10 gånger förbrän- ningsmotorns Slagvolym.

Det kan vara lämpligt att omge avgasljuddämparens andra rum, företrädesvis dock hela avgasljuddärnparen, med ett mantelhus på avstånd till det andra rummet. In i mantelhuset leds kylluft som gynnar en värmetransport bort från avgasljuddäinparens innandöme. Det kan vara lämpligt att endast leda en del- ström av avgaserna genom katalysatorn.

Utföringsexempel förklaras nedan med hänvisning till ritningen. På ritningen visar: Fig. 1 ett schematiskt snitt genom en tvåtaktsmotor; Fig. 2 ett schematiskt snitt längs linjen ll-II i fig. 1; in, 521 6910. 5 Fig. 3 ett schematiskt snitt genom en avgasljuddämpare hos en tvåtaktsmotor; Fig. 4 ett schematiskt snitt genom en ytterligare avgasljuddärnpare.

Den i ñg. 1 och 2 visade tvåtaktsmotorn 14 år i synnerhet användbar som driv- motor i ett bärbart, handfört arbetsredskap, såsom en motorsåg eller liknande.

'Iyåtaktsmotorn 14 består av en cylinder 7, i vilken ett förbränningsrum 34 är begränsat relativt ett vevhus 37 medelst en fram- och tillbakagäende kolv 35.

Kolven 35 år via en vevstake 36 förbunden med en i vevhuset 37 roterbart lag- rad vevaxel 38 och driver denna.

Förbränningsrummet 34 är försett med ett utlopp 29, via vilket avgaserna strömmar ut. Den för drivningen av tvåtaktsmotorn 14 nödvändiga bränsle/ luftblandningen bereds i en blandningsberedningsanordning 39, t.ex. en mem- branförgasare, och tillförs vevhuset 37 via en inloppskanal 42 och ett inlopp 43.

Vevhuset 37 är, såsom förtydligas i fig. 2, medelst åtminstone två överström- ningskanaler 40 förbundet med förbränningsrummet 34. Överströmningskana- lernas 40 i förbränningsrummet 34 utrnynnande inloppsportar 44 ligger med hänsyn till en symmetriaxel 45 diametralt mittemot varandra. I cylinderns 7 omfångsriktning ligger åtminstone en utloppsnära kanal 41 mellan de utlopps- avlägset anordnade överströmningskanalerna 40 och utloppet 29, varvid kana- lens 41 inloppsportar 46 ligger diametralt mittemot varandra med hänsyn till symmetriaxeln 45. Såsom visas i ñg. 2 är överströmningskanalerna 40 anord- nade så, att en i pilriktningen 47 inströmmande bränsle / luftblandning ovan- ifrån sett strömmar in i förbränningsrummet 34 med en vinkel mindre än 90°, företrädesvis ungefär rätvinkligt relativt symmetriaxeln 45. Den via kanalerna 41 i pilriktningen 48 inkommande gasen eller luften har en strömningsriktning, som med symmetriaxeln 45 bildar en mot utloppet 29 öppen vinkel d. Förbrän- ningsrummet 34 uppvisar därmed fyra tillförande gaskanaler 40, 41 och ett ut- lopp 29, vid vilket en ljuddämpare 2 är anordnad. 521 e9i' 6 Via de utloppsnära kanalerna 41 tillförs förbränningsrummet 34 mager, dvs. bränslefattig, blandning eller uteslutande luft, medan en fet blandning kommer in i förbrånningsrummet 34 via de utloppsavlågsna kanalerna 40. Lämpligen är kanalerna 41 öppna i riktning mot vevhuset 37, varvid en luftinsugningsstuts 49 mynnar i förbränningsrummet 34 mellan vevhuset 37 och inloppsporten 46.

Såsom visas i fig. 2 mynnar luftinsugningsstutsen 49 med fördel via en som backventil utformad membranventil 50 i den utloppsnära kanalen 41. Volymen hos de utloppsnära kanalerna 41 är därvid lämpligen större, i synnerhet flera gånger större än de utloppsavlägsna kanalernas 40 volym.

Kolven 35 reglerar på i sig känt sätt inloppet 43, utloppet 29 samt kanalernas 40 och 41 inloppsportar 44 och 46. Vid en uppåtrörelse hos kolven 35 stängs alla i förbrånningsrummet 34 mynnande kanaler, medan blandningsbered- ningsanordningens 39 inlopp 43 till vevhuset 37 öppnas. På grund av den uppåt gående kolven uppstår ett undertryck i vevhuset 37, vilket utjämnas genom in- sugning av en bränsle / luftblandning via inloppet 43. Om kanalerna 41 är öpp- na mot vevhuset 37, åstadkommer det i vevhuset 37 uppstående undertrycket samtidigt en insugning av luft via luftinsugningsstutsarna 49 och de på grund av tryckförhållandena öppna membranventilerna 50. De till volymen stora, ut- loppsnära kanalerna 41 fylls med luft, varvid i samband med tilltagande tryck- utjämning i vevhuset membranventilerna 50 stänger och förhindrar en ytterliga- re inströmning av luft. Väsentligen ren luft kvarstår i de utloppsnära kanalernas 41 volymer.

Efter den i den övre dödpunktens område uppträdande tändningen i förbrän- ningsrummet 34 far kolven 35 genom expansionstrycket nedåt i riktning mot vevhuset 37, varvid på grund av inloppsportarnas 44 och 46 läge först utloppet 29 öppnas och en del av de under tryck stående avgaserna strömmar ut. Vid kolvens 35 fortsatta tillbakarörelse öppnas i utföringsexemplet samtidigt kana- lernas 40 och 41 utloppsportar 44 och 46, varvid, via överströmningskanalerna 40, uteslutande fet bränsle / luftblandning strömmar in, medan på grund av det övertryck som byggs upp i vevhuset 37 den i de utloppsnära kanalerna 41 be- ñntliga luftvolymen skjuts in i förbränningsrummet 34 via inloppsportarna 46. 521 e91i I 7 Den inströmmande luften lägger sig som ett skyddande draperi framför utloppet 29, så att den fetare blandningen inte kan strömma bort via utloppet 29. Där- igenom sänks spolningsförlusterna märkbart.

Den i fig. 3 i ett schematískt longitudinellt tvärsnitt visade ljuddämparen 2 är fästad vid utloppet 29 hos tvåtaktsförbränningsmaskinens 14 cylinder 7. Ljud- dämparens 2 hus 3 är bildat av två gastätt med varandra förbundna, skålfor- made delar 4, 5. Husets 3 inlopp 6 täcker tvåtaktsmotorns 14 utlopp 29. Inuti huset 3 finns en skiljevägg 11, vilken delar upp huset 3 i ett mot inloppet 6 öp- pet rum 12 och ett mot husets 3 utlopp 9 öppet rum 13. En katalysator 10 hålls i skiljeväggen 11 och tjänar som fluidförbindelse för avgaserna mellan rummen 12 och 13. Avgaserna är hos tvåtaktsförbränningsmaskinen sammansatta av syrefattiga och kolväterika avgaser 18 och av syrerika avgaser 16, såsom för- matningsluften (jämför även fig. 1).

För att undvika ett växelvis inflöde av syrefattiga och syrerika avgaser i kataly- satorn 10 finns, enligt en utföringsform av uppfinningen, en buffertkammare 15' för de syrerika och de syrefattiga avgaserna i avgasernas strömningsriktning före katalysatorn 10. För detta ändarnål är en vägg 20 anordnad i ljuddämpar- husets 3 första rum 12. I väggen 12 finns ett hål 19, helst dock flera bandfor- made, parallellt med varandra anordnade hål 22. Hälen 22 har en uppböjd kant 2 1 för strömningsomriktning av avgaserna. Avgaserna 16, 18 strömmar i om- växlande följd efter varandra in i ljuddämparen 2 via inloppet 6. De omlänkas därvid av en deflektor 30 inuti avgasljuddämparen och når fram till buffert- kammaren 15' samt via hålen 22 i väggen 20 till katalysatorn 10. Syrerika och syrefattiga avgaser blandas genom denna konstruktiva åtgärd innan de gär in i katalysatorn 10.

Det kan vara lämpligt att förutom buffertkammaren eller istället för denna ut- forma katalysatorn 10 själv som medel 15 för tillfällig lagring av syrerika avga- ser 16. För detta ändamål skall katalysatorn förses med syrelagrande material såsom ceriumoxid 23, zirkoniumoxid 24 eller aluminiumoxid 25 eller med en blandning av dessa oxider, företrädesvis blandoxider enligt formeln ZrxCerxOg 521 691 8 (se fig. 4). Katalysatorns aktiva ställen är därmed skyddade från de syrerika av- gasernas oxiderande verkan. Dessutom kan det vara lämpligt att i katalysator- materialet blanda i migrationshämmande ämnen 26, såsom praseodym eller andra lantanider eller laktinider, för skyddande av ädelmetallerna, samt titandi- oxid för skyddande av syrelagringsorganet.

För uppbromsning av flödet av avgaserna i ljuddämparen 2 är det lämpligt att rurnsligt avskilja katalysatorns 10 utlopp 27 från luddärnparens 2 utlopp 9, så att de ur katalysatorn 10 utströmmande avgaserna riktas om innan de går ut i det fria. Det kan ibland vara lämpligt att inte leda hela avgasströmmen genom katalysatorn 10 utan anordna en bypasskanal 17 i skiljeväggen l 1, genom vil- ken bypasskanal en delvolym av avgasen gär från det första rummet 12 till det andra rummet 13. Så långt det är nödvändigt kan bypasskanalen vara styrbart utformad.

Ljuddärnparens 2 volym är lämpligen ungefär 2,5 till 18 gånger, företrädesvis 6 till ll gånger större än tvåtaktmotorns 14 Slagvolym H. Därmed åstadkoms en tillräcklig lagrings- och blandningsverkan hos ljuddämparen med hänsyn till avgaserna. Såsom ñg. 4 visar kan för kylning av ljuddämparen 2 åtminstone det andra rummet 13 hos ljuddärnparens 2 hus 3 med avstånd vara omgivet av en mantel 28. I strömningsutrymmet 31 mellan manteln 28 och huset 3 tillförs kyl- luft 32 i närheten av ljuddämparens utlopp 9. I strömningsutrymmet 31 blan- das avgaserna och kylluften med varandra och genom ett utlopp 33 i manteln 28 går de ut i det fria.

Claims (10)

521 691 Patentkrav

1. Förbränningsmotor, i synnerhet som drivmotor i ett bärbart, handfört arbetsredskap, såsom motorsågar, röjsägar, blåsredskap eller liknande, bestå- ende av en cylinder (7) med ett förbränningsrum (34), vilket är begränsat av en fram- och tillbakagäende kolv (35), som via en vevstake (36) driver en i ett vev- hus (37) roterbart lagrad vevaxel (38), varvid förbränningsrummet (34) uppvisar ett utlopp (29) för utflöde av syrerika avgaser (16) och syrefattiga avgaser (18), och för tillförsel av en av en blandningsberedningsanordning (39) beredd bräns- le/ luftblandning uppvisar till förbränningskarnmaren (34) gastillförande kanaler (40) och för tillförsel av bränslefattiga, syrerika gaser uppvisar gastillförande kanaler (41), kännetecknad av att ett inlopp (6) hos en avgasljuddärnpare är i fluidförbindelse med utloppet (29), varvid avgasljuddämparens (2) hus (3) är för- sett med en skiljevägg (1 1), vilken delar upp avgasljuddämparen (2) i ett första, utloppet (29) närliggande rum (12), och ett andra rum (13), och att det finns en öppning som bildar en fluidförbindelse mellan det första och det andra rummet (12,13) och en katalysator (10), och att det finns medel (15) för tillfällig lagring av de syrerika avgaserna (16), medelst vilka medel syreandelen i den totala av- gasström som fyller katalysatorn (10) jämnas ut.

2. Förbränníngsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att katalysatorn (10) är insatt i skiljeväggens (1 1) öppning och företrädesvis är utformad som en pa- tron.

3. Förbränningsmotor enligt krav 1, kännetecknad av att inner-väggar och / eller komponenter i avgasljuddäinparen (2) är belagda med katalysatorma- terial.

4. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att de syrerika avgaserna (16) och de syrefattiga avgaserna (18) blandas medelst med- len (15) för den tillfälliga lagringen. 521 691 10

5. Förbränningsriiotor enligt något av kraven 1-3, kännetecknar! av att en buffertkammare (15') bildar medlen (15) för den tillfälliga lagringen av de syreri- ka avgaserna (16), varvid buffertkanimaren (15') huvudsakligen är anordnad mellan katalysatorn (10) och inloppet (6).

6. Förbränningsmotor enligt krav 5, kännetecknad av att en med ett hål (19) försedd vägg (20) sträcker sig in i buffertkammaren (15'), varvid företrädes- vis flera bandforxnade, med en uppåtböjd kant (21) försedda hål (22) är anord- nade i väggen (20).

7. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att medel (15) för tillfällig lagring av syret i avgaserna (16) är anordnade i katalysa- torn (10), varvid katalysatorn (10) innehåller ceriumoxider (23) eller zirkonium- oxider (24) eller aluminiumoxider (25) eller blandoxider, företrädesvis med for- meln ZrxCerxOg, eller en blandning av oxiderna som medel (15) för den tillfälliga lagringen av syret och/ eller migrationshämmande substanser (26) för ädelme- tallerna resp. aktiva ställen såsom praseodym eller andra lantanider eller akti- nider.

8. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att ljuddämparens (2) volym uppgår till 2,5 gånger till 18 gånger förbrånningsmo- torns (14) Slagvolym (H).

9. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att åtminstone husets (3) andra rum (13) på avstånd är omgivet av en väsentligen sluten mantel (28).

10. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1-9, kännetecknad av att volymen hos katalysatorn (10) inklusive ett syrelagringsorgan uppgår till 0,3 till 10 gånger förbränningsmotorns (14) Slagvolym (H). 1 1. Förbränningsmotor enligt något av kraven 1- 10, kännetecknad av att motorn är en tvåtaktsmotor (14).