SE524347C2 - Förbränningsmotor - Google Patents

Description

524 347 Dessa ändamål uppnås vid en förbrärmingsmotor av inledningsvis nämnt slag genom särdragen i den kännetecknande delen av patentkravet l.

Härigenom uppnås kontrollerad förlängning av tiden för förbränning i cylindems förbränningsrum, vilket medför betydande fördelar, eftersom motorn inte längre kommer att utsättas för en belastningstopp med betydande amplitud. Belastningsproblemen reduceras härigenom och på samma sätt kommer bullerproblemen att lindras genom att inte all förbränning sker samtidigt .

Ytterligare fördelar erhålls i fördelaktiga utföringsforrner av uppfinningen. Genom utformning av kolvens topp med uttagningar motsvarande de separata utryrnmena uppnås tillverkningsvänlighet och begränsad kostnad.

Genom differentierad kylning av väggpartier hörande till de separata utrymmena kan på ett effektivt sätt förbränningsinitiering styras efter önskemål så att önskad fördröjning av förbränningen i vissa delar av förbränningsrummet erhålls.

Genom att förse åtminstone något väggparti tillhörande något av de separata utrymmena med tennisk isolering uppnås högre temperatur i tillhörande separata utrymme och tidigare tändningsinitiering i just detta eller dessa utrymmen, under det att väggar till utrymmen utan termisk isolering når lägre temperatur, därmed kyler motsvarande utrymme(-n), vilket i princip ger senare tändningsinitiering.

Utformning av de separata utrymmena så att volym/ytförhållandet är varierat medför motsvarande styrning av tändningsinitieringen, varvid generellt kan sägas att ett högt volym/ytförhållande ger tidigare tändningsinitiering än ett lågt volym/ytförhållande vid i övrigt lika driftvillkor.

Förbindning av de olika separata utrymmena, vilka är arrangerade för olikartad tändningsinitiering enligt ovan (isolering, kylning, volym/ytförhållande), med en tunn spalt eller smal kanal kan arrangeras för att ge en fördröj ande effekt på grund av tiden för förbränningens utbredning genom spalten eller kanalen från det utrymme där förbrärming sker först till nästa utrymme. 524 347 Därutöver kan differentierad kylning förekomma. I regel ökad kylning i själva spalten och kanalen. På grund av gränsskikteffekt förekommer också här naturligt koncentrationsskillnader vad avser bränslekoncentrationen i tunna skikt resp. mer utbredda områden.

Det är lämpligt att förlägga de separata utrymmena så i förhållande till bl a bränsleinsprutare, bränsleblandningsintag, luftintag etc. att olika bränslekoncentration uppträder i olika separata utryrnmen. Detta medför i sig skilda tidpunkter för tändningsinitiering.

Ytterligare fördelar uppnås genom ytterligare aspekter av uppfinningen, vilket framgår av följ ande beskrivning av utföringsexempel.

KORT REDoGöRELsE FÖR RITNNGAR Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig. 1 schematiskt visar en detalj av en förbränningsmotor enligt uppfinningen, Fig. 2 visar i större skala en sektion genom en del av en kolvtopp för en förbränningsmotor enligt uppfinningen, och Fig. 3 visar på sätt motsvarande Fig. 2 en annan utföringsform av en kolvtopp för en förbränningsmotor enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I Fig. 1 visas schematiskt en sektion genom en cylinder till en flercylindrig förbränningsmotor av HCCI-typ avsedd exempelvis som drivmotor till ett tyngre fordon, såsom en lastbil eller en buss. I en motor av HCCI-typ sker tändningen av bränsle genom kompressionsinitiering på sarnma sätt som i en dieselmotor, men där bränslet har förblandats med förbränningsluften, företrädesvis till en homogen blandning, före tändinitieringen på samma sätt som i en ottomotor. Motoms samtliga cylindrar har 54,7 L. v a: m1: likartad utforrrming och därför beskrivs fortsättningsvis endast en av dess cylindrar, varvid de bifogade ñgurema visar olika utföringsformer på cylindrar och kolvar.

Fig. 1 visar en cylinder 2 i vilken på konventionellt sätt är anordnat en fram- och återgående rörlig kolv 3, som är axiellt rörlig mellan en undre dödpunkt och en övre dödpunkt, och som är förbunden med ett vevarrangemang innefattande en vevstake 4 och en vevaxel 5 för att överföra drivkraft från motorn till en utgående axel.

Till cylindern 2 är anslutet en inloppskanal 6 för tillförsel av luft och en av gaskanal 7 för bortförsel av avgaser, i vilka kanaler är anordnat åtminstone en inloppsventil 8 respektive en avgasventil 9. I cylindem 2 mynnar även ett munstycke tillhörande en bränsleinsprutare 10, som är riktad för insprutning av bränsle direkt i cylindern 2 i området av en kolvtoppsfördjupning 11 i kolven 3. Bränsleinsprutaren 10 är konventionellt monterad i ett cylinderhuvud som uppåt avgränsar cylindem 2.

En homogen blandning av insprutat bränsle och luft för förbränning kan erhållas på ett antal olika sätt, t ex genom insprutning av bränslet direkt in i cylindem 2, företrädesvis relativt tidigt under cylindems kompressionsfas medelst den visade bränsleinsprutaren 10.

Kolven 3 är på i och för sig förut känt sätt kyld av olja medelst ett arrangemang innefattande ett munstycke 31 som sprutar kylande olja mot ett inre rum 30 inuti kolven, exempelvis längs en väg som är antydd med en streckad linje 32.

IFig. 2 visas i sektion en kolvtopp hörande till en kolv 3”. När kolven 3' befinner sig i sin övre dödpunkt inuti i cylindem 2' bildas det en innesluten dödvolym mellan kolven 3' och cylindems Tväggar (d.v.s. cylindems cylindriska vägg och cylindems cylinderhuvud). Kolvtoppen är utformad med två separata utrymmen, nämligen ett första separat utrymme 12, vilket är utforrnat med en skålformad undre begränsningsyta 14.

Denna yta 14 uppvisar en termisk isolering 15, för att förhindra bortledande av värme från detta område.

Därutöver inkluderar det första separata utrymmet 12 ett övergångsområde 16, som begränsas av en flackt konformig yta på kolvtoppen. Härvid uppträder således en avsmalning i axiell led sett radiellt utåt till ett ringformigt kantparti 17, vilket utgör en PJ LN. w ; « | .e radiell inre begränsning av en ringformig volym, som utgör ett andra separat utrymme 13, och som således befinner sig perifert relativt (radiellt utanför) det första separata utrymmet 12.

Vid omrâdet av kantpartiet 17, vilken företrädesvis är mjukt avrundad, föreligger när kolven 3' befinner sig i sitt övre dödläge en smal spalt mellan kolven och det ovanförliggande cylinderhuvudet. Spalten är utformad på så sätt att en förbränning som är initierad i det första separata utrymmet 12 med reducerad hastighet sprider sig till det andra separata utrymmet 13. Resultatet blir att det uppkommer fördröjd tändningsinitiering i det andra separata utrymmet 13 och därmed totalt sett en förlängd förbränningsperiod för den i cylindem totalt inneslutna bränsle/luftblandningen.

Vid kolvtoppens undersida är anordnat ett urtag 28 för mottagande av kylande olja på samma sätt som beskrivits med hänvisning till Fig. 1, vilket medför att ytområden perifert på kolvens ovansida kyls. Detta medför att det andra separata utrymmet har en lägre temperatur än vad som är fallet i den centrala delen av kolvens första separata utrymme 12. Härutöver bidrager den termiska isoleringen 15 i botten på det första separata utrymmet 12 till att förstärka temperaturskillnaden i de båda separata utrymmena.

Sammantaget kommer genom denna utformning att erhållas för det första en fördröjd förbränningsinitiering radiellt utåt i övergångsornrådet 16 på grund av avsmalningen i det första utrymmet 12, och för det andra ytterligare fördröjd förbränningsinitiering i det andra separata utrymmet 13 på grund av spalten vid kanten 17 och kylningen av den i urtaget 28 insprutande oljan. Den av kompressionen initierade förbränningen kommer således att ske vid skilda tidpunkter i de båda utrymmena.

Det separata andra utrymmet 13 kan allmänt vara utformat så att tändningsinitiering sker först några grader efter kolvens övre dödpunkt, dvs. då kolven har förflyttat sig i riktning neråt sett i Fig. 2.

I Fig. 3 visas en något annorlunda utformad kolv 3”, vilken är insatt i en cylinder 2”.

Härvid föreligger två centralt belägna första separata utrymmen 18 och 19, vilka är utformade med skålformade undre begränsningsytor 22 resp. 23. Dessa är termiskt 524 347 isolerade på ett sätt motsvarande vad som visas i Fig. 2. Eventuellt kan här förekomma mötande urtag i ett till cylindern 2” hörande cylinderhuvud, vilket indikeras med streckade linjer och betecknas med 20 resp. 21 för bildande av mer sfäriskt utformade volymer på förbränningsutrymmen.

Därutöver uppvisar toppen till kolven 3” ett antal andra separata utrymmen, av vilka två är visade och indikerade med 24 och 25. Dessa andra separata utrymmen kan, när kolven befinner sig vid sitt övre dödläge, vara i förbindelse med de första separata utrymmena via smala spalter i områdena 26 resp. 27 på motsvarande sätt som beskrivits med hänvisning till Fig.2. Alternativt kan förbindelse även anordnas genom att spår är upptagna i kolvtoppen i detta område för bildande av kanaler mellan de första separata utrymmena och de andra separata utrymmena. Dylika kanaler antyds med streckade linjer i områdena 26 och 27. Kylning av det andra separata utrymmet kan anordnas analogt med vad som ovan beskrivits genom oljeinsprutning i ett utrymme 29 på kolvens undersida.

Kylning kan därvid ske även av de områden 26, 27 av kolven som bildar spalten eller innefattar kanalerna 26, 27 i kolven.

Ett flertal andra separata utrymmen kan vara förlagda fördelade kring de båda första separata utrymmena 18 och 19 på olika avstånd från dessa så att varierad tändningsfördröjning kan erhållas för dessa olika andra separata utrymmen.

Uppfinningen kan modifieras inom ramen för de bifogade kraven och fackmannen inser att kolvarna till förbränningsmotorer enligt uppñnningen kan utformas på olika sätt för att initiering av förbränning vid olika tidpunkter ska uppkomma. Även cylinderhuvudet kan givetvis vara motsvarande utformat. En ytterligare faktor som påverkar förbrärmingen är förhållandet mellan volym och yta för de respektive utrymmena, och genom lämplig avvägning av detta förhållande kan förbränningsinitieringen styras.

Förbränningsmotom enligt uppfinningen är avsedd för homogen förbränning och etablering av en homogen bränsleblandning i förbränningsrummet kan åstadkomma såsom antyds i anslutning till Fig. 1. Men det kan även ske genom att t ex en förblandad bränslelluftblandning införs genom förbränningsmotoms inloppskanaler medelst en insprutare (ej visad) anordnad i inloppskanalen 6, för inblandning av bränsle i luft i 524 34-7 inloppskanalen 6 innan denna homogena bränsle/luftblandning förs in i cylindern 2. Det är även möjligt att kombinera dessa olika utföringsformer. Det är emellertid inte nödvändigt att bränslekoncentrationen är homogen i hela dödutrymmet utan i alternativa utföringsformer kan de separata utrymmena vara förlagda för uppnående av skillnader vad avser bränslekoncentration.

Uppfinningen utesluter inte att den uppfinningsenliga motom inkluderar organ for EGR- återföring.

De bränslen som föredras i samband med uppfinningen är normala bränslen såsom dieselbränsle eller något annat lämpligt flytande eller gasformigt motorbränsle, t ex bensin, etanol, naturgas eller metanol.

Claims (12)

10 15 20 25 30 . . « . .a 524 Patentkrav

1. Förbränningsmotor (1) med kompressionsinitierad förbränning av en förblandad väsentligen homogen bränsle-luftblandning och inkluderande minst en cylinder (2, 2', 2"), i vilken en kolv (3,3 ',3 ' ') är axiellt rörlig mellan en undre och en övre dödpunkt, varvid en dödvolym föreligger mellan cylindern och kolven vid den övre dödpunkten, kännetecknad av -att dödvolymen omfattar åtminstone två väsentligen separata utrymmen (12,1 3;18,19;24,25), vilka är utformade för att förbränning ska initieras vid skilda tidpunkter av de i utrymmena (12,13;18,19;24,25), införda, väsentligen homogena bränsle-luftblandningarna.

2. Förbränningsmotor enligt kravet 1, kännetecknad av att kolvens (3 ';3 ") topp är utformad med urtagningar motsvarande de separata utrymmena (12,l3;18,19;24,25).

3. Förbrärmingsmotor enligt något av föregående krav, kännetecknad av att cylindern (2';2' ') är utformad med urtagningar motsvarande de separata utrymmena (20,21).

4. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, kännetecknar! av att väggpartier omgivande de separata utrymmena är inrättade att kylas differentierat.

5. Förbrärmingsmotor enligt något av föregående krav, kännetecknad av att minst ett av de separata utrymmena är försett med tennisk isolering (15;22,23).

6. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, kännetecknad av att förhållandet mellan volym och begränsningsyta för respektive separat utrymme är avvägt för åstadkommande av styrd förbränningsinitiering.

7. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, kännetecknad av att de separata utrymmena i läget av kolvens övre dödpunkt är förbundna med varandra genom minst en tunn spalt (17;26;27) eller smal kanal (26,27). . . A v , _ z :z - z z _. . » » u . e . H u ' 0 u u g . _ n.. ..- .. . . . . . . ' f' : . . .. . .. . S . , ' .' : 1 10 15 . . . . .a 524 av; n .- w - ; ;;._. ._.._:'x:.* a a ~ o - ø o . u . o n.

8. Förbränningsmotor enligt kravet 7, kännetecknad av att minst ett centralt beläget separat utrymme (12) via ett radiellt utåt, i axiell led avsmalnande parti (16) övergår i minst ett perifert beläget separat utrymme (13).

9. Förbränningsmotor enligt något kraven 7 eller 8, kännetecknad av att någon begränsningsyta för en spalt eller kanal är kyld.

10. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, kännetecknad av att de separata utrymmena är förlagda för uppnående av skillnader vad avser bränslekoncentration i olika utrymmen.

11. Förbränningsrnotor enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den innefattar organ för tillförsel av en bränsle-luft-blandning till cylindern.

12. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den innefattar organ (10) för direkt bränsleinsprutning i cylindern.