DK143576B - F stempelforbraendingsmotor til drift med stoevformet braendsto - Google Patents

Description

(19) DANMARK

É| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT od 1U3576 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 865/77 (51) lnt.CI.3 F 02 M 21/12 (22) Indleveringsdag 28· feb. 1977 F 02 B 45/02 (24) Løbedag 28. feb. 1977 (41) Aim. tilgængelig 6. sep. 1977 (44) Fremlagt 7· s ep. 1981 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 5· mar. 1976, 275V76, CH

(71) Ansøger SULZER BROTHERS LIMITED, Winterthur, CH.

(72) Opfinder Anton Steiger, CH.

(74) Fuldmægtig Civilingeniør M. Gregersen.

(54) stempelforbrændingsmotor til drift med støvformet brændstof.

Opfindelsen angår en stempelforbrændingsmotor til drift med støvformet brændstof og af den i krav l's indledning angivne art.

En sådan stempelforbrændingsmotor er f.eks. kendt fra tysk patentskrift nr. 738 042, ved hvilken der til forbrændingsrummet i en cylinder tilføres en af kulstøv og luft dannet suspension taktvist gennem et indlejringsrum på bagsiden af brændstofventilen og et forbrændkaimner, der ikke er tillukkeligt hen mod forbrændingsrummet i cylinderen og tjener til fortænding. Fremstillingen af luft/støv-ffl suspensionen er uheldig og krævende, da der uden yderligere foran- <-D staltninger og ekstra indretninger ikke kan sikres en for hver takt |> lq konstant dosering og fordeling af støvet på vejen fra brændstoffor- ^ rådet til forbrændkammeret. Afmålingen af en nøjagtig defineret mæng- x— de kulstøv er tillige vanskelig, hvad der viser sig ved, at de kend- te motorer under drift i hver arbejdstakt - selv ved konstant ydel-

Q

2 143576 seskrav - har en anden fyldning og dermed en forskellig ydelse.

Den foreliggende opfindelse tager sigte på at angive en forbrændingsmotor af den omhandlede art, ved hvilken braaidstofafmålingen for hver arbejdstakt foretages uden forudgående dannelse af en su-5 spension, som det allerede er kendt. Ved kendte motorer af denne art sker transporten af brændstoffet fra afmålingsindretningen eller fra et afmålingskammer til et udblæsekammer ved hjælp af tyngdekraft. Denne transport er forholdsvis langsom, så at man ikke kan sikre en korrekt og jævn fyldning i løbet af den korte tid, der står 10 til disposition, idet tiden er forudbestemt af motorens omløbstal og dermed begrænset. Den kendte tyngdekrafttransport kan desuden ikke sikre, at brændstoffet før udblæsningen i forbrændingsrummet i udblæsekammeret eller i tilførselskanalen er indlejret som en tætpakket, så vidt muligt homogen masse. En sådan homogen masse kan a-15 lene lette en jævn fordeling af brændstoffet i forbrændingsrummet ved den tilsluttende udstødning af det indlejrede brændstof ved hjælp af trykluft.

Med andre ord tager opfindelsen sigte på at forbedre en forbrændingsmotor af den omhandlede art således, at brændstoftranspor-20 ten bliver væsentligt accelereret for at gøre den pr. arbejdstakt afgivne ydelse jævn, og at der yderligere er sikret en tæt lukning og en friblæsning af brændstofventilen til enhver tid.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at motoren er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del.

25 Ved denne udformning opnår man, at brændstof-afmålingsind retningen slynger brændstoffet med høj hastighed gennem tilførselskanalen, så at den vej, der skal overvindes, let kan tilbagelægges inden for den tid, der står til disposition. Den kinetiske energi, der er tildelt de enkelte partikler, transporterer indlejringen som 30 en kompakt masse. Udformningen af afspærringsindretningen som en lukkeglider sikrer en tæt tillukning af tilførselskanalen i forhold til afmålingsindretningen, medens styreindretningen i forbindelse med trykluftkanalen sikrer en friblæsning af tætningsfladerne i brændstofventilen.

35 Som eksempel på en konstruktiv udførelse af brændstof-afmå lingsindretningen kan anbefales anvendelse af et cellehjul, hvis enkelte celler er dannet af på omkredsen af det drivbare hjullegeme anbragte lommer, til hvilke der i afmålings- og leveringsstillingen for hjulet under tryk kan tilføres brændstof, der ved drejning af 40 hjulet strømmer ud i en tangentielt i forhold til hjulet rettet kanal, medens fyldningen af lommerne og udstrømningen af brændstof fra 3 143576 lommerne er afbrudt i en hjulstilling, der er forskudt aksialt i forhold til afmålings- og leveringsstillingen for hjulet.

Foran brændstof-afmålingsindretningen kan der desuden hensigtsmæssigt være indskudt en i og for sig kendt brændstofakkumula-5 tor til at forbedre fødningen af brændstof fra et forråd til afmålingsindretningen. Akkumulatoren kan til dette formål f.eks. have et fjederbelastet stempel, der bevirker en efterfødning af brændstoffet til det beskrevne cellehjul.

Ved udformning af forbrændingsmotoren som angivet i krav 2 10 kan der opnås en jævn brændstoffordeling i forbrændingsrummet. Til sikring heraf kan de nævnte kamre fordelagtigt være dimensioneret således, at brændstoffet selv ved maksimal belastning af motoren ikke fylder kamrene helt. De enkelte kamre forhindrer en uønsket op-hvirvling af brændstoffet under udblæsning.

15 Brændstofventilen kan være styret på sædvanlig måde, f. eks.

ved hjælp af en knastaksel. Den trykluft, der ifølge opfindelsen tilføres til udblæsning af brændstoffet, kan også opnås ved en indirekte styring af brændstofventilen. Hensigtsmæssigt kan brændstofventilen herved åbne sig mod kraften fra en lukkefjeder og mod tryk-20 ket i forbrændingsrummet under indflydelse af tryklufttilførslen til tilførselskanalen indtil en ved et anslag begrænset stilling.

Endvidere er det fordelagtigt, som nærmere forklaret i beskrivelsens sidste afsnit, når stempelforbrændingsmotoren har slid-sestyring til totaktsdrift, at gøre tilførselskanalen således krum, 25 at der fås en ujævn fyldning med i forhold til cylinderens akse skråtstillet brændstof-niveauflade.

For at undgå fejltændinger ved forsinket ventilåbning kan ventillegemet i brændstofventilen på i og for sig kendt måde være gennemstrømmet af kølemiddel.

30 Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et aksialsnit efter en linie 1-1 i fig. 2 gennem topstykket ved en udførelsesform for forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen , 35 fig. 2 et delsnit efter en linie 2-2 i fig. 1, fig. 3 et skema for brændstoftilførslen ved forbrændingsmotoren ifølge opfindelsen, fig. 4 et snit efter en linie 4-4 i fig. 5 gennem en celle-hjuls-afmålingsindretning, der skematisk er vist i 40 fig. 3, fig. 5 et snit efter en linie 5-5 i fig. 4, 4 1*3576 fig. 6 et snit efter en linie 6-6 i fig. 5, og fig. 7 styrediagrammer for brændstof ventil, tryklu.ftstyre-ventil, afspærringsindretning og brændstof-afmålingsindretning til forbrændingsmotoren.

5 Ved den i fig. 1 viste udførelsesform for motoren er et for brændingsrum 11 i motoren begrænset af et topstykke 12, der er forsynet med en boring 13 til en indsats 14. Ved hjælp af en stiplet linie 15 er den øverste dødpunktstilling for stemplet 10 i motoren antydet. Indsatsen 14 har på den mod forbrændingsrummet vendende 10 ende en udsparing 16. En flade 17 på indsatsen danner et ventilsaade for et ventillegeme 18 i en brændstofventil, der som et hele er betegnet med 19. I fig. 1 er ventilen vist i sin åbne stilling. En ventilskakt 20, der er lejret i indsatsen 14, bærer en bøsning 21, som i ventilens åbne stilling ligger an mod en flade 22 på indsat-15 sen. Ventilen 19 overføres under påvirkning af en trykfjeder 23 til sin i fig. 2 viste lukkestilling. Ventillegemet 18 har et rum 24, som er gennemstrømmet af et kølemiddel. Dette kølemiddel, f.eks.køleolie, bliver gennem en boring 25 i indsatsen 14 ført ind i et ringrum 26, fra hvilken olien gennem det indre af et i ventilskaf-20 tet indsat rør 28 og gennem åbninger 29 i dette rør kan strømme ud i rummet 24. Bortførslen af kølemidlet sker over et ringrum, der er dannet mellem røret 28 og en boring 30 i ventilskaftet, endvidere gennem et samlerum 31 og en boring 32 i indsatsen 14. O-ringe 33 og 34 forhindrer en lækage af kølemidlet.

25 Ventillegemet for brændstofventilen 19 bærer på den side, der vender bort fra forbrændingsrummet, kamre, der er dannet af radiale, opstående ribber 35 og en dækskive 36, og som, når ventilen er åben, udmunder i forbrændingsrummet 11 og danner en opdeling af den kanal 37, der tjener til tilførsel af brændstof. Udsparingen 16 30 danner en fortsættelse af tilførselskanalen 37. Til denne sidste kan der over en afspærringsindretning, der som et hele er betegnet med 38, tilføres støvformet brændstof på en nedenfor beskreven måde. Afspærringsindretningen 38, der navnlig er vist i fig. 2, har en glider 39, der kan indstilles mellem plader 40 og 41 ved hjælp af 35 et hydraulisk påvirket stempel 42. Gliderbyggegruppen er ved hjælp af skruer 43 fastgjort til indsatsen 14. Stemplet 42 er forskydeligt i en cylinder 43' og er enkelt styret. Til dette formål kan der over en tilslutningsboring 44 tilføres trykolie til cylinderen, hvilken olie mod kraften fra fjederen 45 bevæger stemplet 42 hen i den viste 40 endestilling, i hvilken glideren har sin åbne stilling i forhold til tilførselskanalen 37. Lækageolie kan strømme bort gennem en boring 5 143576 46. Lukkestillingen for glideren 39 er antydet med stiplede linier.

I tilførselskanalen 37 udmunder en trykluftkanal 51 under en vinkel, der omtrent er 30°. På huset 14 findes en gevindboring 52, ved hvis hjælp en trykluftledning kan tilsluttes.

5 De i forbindelse med fig. 1 og 2 ovenfor beskrevne dele er sammen med indretningen til styring af dem vist skematisk i fig. 3, der også skematisk viser en brændstof-afmålingsindretning. Denne sidste består af en brændstofakkumulator 51, til hvilken der kontinuerligt tilføres brændstof, navnlig kulstøv, gennem en ledning 51' 10 eller 52’, f.eks. ved hjælp af en ikke vist transportsnegl. Det brændstof, der samler sig i rummet 53, står under tryk af et fjederbelastet stempel 54. Opsamlingsrummet 53 i akkumulatoren står over en tilførselskanal 55 i forbindelse med en cellehjulsindretning, der som et hele er betegnet med 56, og hvis opbygning fremgår 15 af fig. 4,5 og 6. Indretningen har et af et hus 57 og et husdæksel 58 i et cylindrisk hulrum 59 omsluttet cellehjul 60, der på sit cm-kredsparti har lommer 61 til optagelse af brændstof. Disse lommer er ved den i fig. 4 og 5 viste afmålingsstilling for cellehjulet 60 rettet mod tilførselskanalen 55 og mod udløbskanalen 55a. Huset 57 20 er i et stykke med huset for brændstofakkumulatoren 51, der har samlerummet 53.

Til forskel fra fig. 3 er det indtil et niveau 62 påfyldte brændstof ikke belastet mekanisk, men står under tryk af et pneumatisk trykmedium, hvortil en trykmediumtilslutning 63 er bestemt.

25 Cellehjulet kan bevæges aksialt fra den i fig. 4 og 5 viste afmålingsstilling til en lukkestilling, som er vist i fig. 3. Til dette formål er en ende 64 på cellehjulets aksel 65 udformet som et stempel, der kan forskyde sig i et cylinderrum 66, der er dannet af husets dæksel 58. Til cylinderrummet 66 kan der tilføres olie gennem 30 en ledning 67, gennem hvilken olien også kan føres bort igen. En boring 67’ tjener til bortførsel af lækageolie.

Den anden ende af cellehjulets aksel 65 bærer et bryst 68, fig. 5, og en tandskive 69, i hvis tandmellemrum der indgriber tænder 70, som er båret af et koblingshus 71. Et dæksel 72 på koblings-35 huset er fast forbundet med et bryst 73 på enden af en drivaksel 74 ved hjælp af skruer 83. Akselenden bærer endvidere en tilsvarende tandskive 75, der ligeledes står i indgreb med tænderne 70. På de mod hinanden vendende endeflader på tandskiverne 70 og 75 er en trykfjeder 76 understøttet. Den beskrevne anordning muliggør en 40 aksial indstilling af cellehjulet uden afbrydelse af dens drejning eller omdrejningen af drivakslen 74. Akslen 74 roterer med et man- 6 ms 7 6 gefold af omdrejningstallet for motoren. Derved er afmålingspositionen defineret af en endeflade 77 på drivakslens ende, mod hvilken en mod den vendt endeflade 78, der under drift roterer med samme vinkelhastighed, kan støtte sig. I lukkestillingen for cellehju-5 let vil brystet 68 støtte sig mod indervæggen i koblingshuset 71. Drivakslen 74 er ved hjælp af lejeskåle 84, der samtidig virker son aksiallejer, og akselbryster 73 og 85 fikseret aksialt. Udløbskanalen 55a er rettet således mod en indløbskanal 81 i glider-afspærringsindretningen 38, at brændstof, når cellehjulet står i afmå-10 lingsstillingen, kan slynges gennem udløbskanalen 55a ind i tilførselskanalen 37. Brændstoffet samler sig i de kamre, der er dannet af ribberne 35 og dækskiven 36 indtil et niveau 82 ved lukketbrasid-stofventil 19, hvilket niveau svarer til den øjeblikkelige brændstoffyldning for en arbejdstakt af motoren.

15 Tryklufttilslutningen 52 er tilsluttet til en ledning 90, fig. 3. Tryklufttilførslen fra en ikke vist kilde sker gennem en ledning 91 til en trykluftstyreventil 92. Denne består af et ventillegeme 93, der kan påvirkes ved hjælp af et fjederbelastet stempel 94. Til styring af bevægelseri af stemplet 94 er ventilen tilsluttet 20 til en trykolieledning 95. En yderligere trykolieledning 96 er tilsluttet til boringen 44 i indstillingsmotoren for lukkeglideren 39.

Til styring af de trykoliepåvirkede organer findes en styreaksel 101, der roterer med motorens omløbstal. Akslen bærer knastskiver 102, 103, 104, der på kendt måde ved hjælp af stødstænger på-25 virker styreventiler 105, 106 og 107. Disse ventiler er over ledninger 108, 109 og 110 tilsluttet til en ledning 111 over drøvleventi-ler 112, hvilken ledning er forbundet med en ikke vist trykoliekilde. Det tryk, der fra styreventilen 105 føres ind i ledningen 108, bliver over ledningen 67 udnyttet til styring af cellehjulets posi-30 tion. Trykket i ledningen 109 virker over ledningen 95 på stemplet 94 i trykluftstyreventilen 92. Endelig styrer det tryk, der findes i ledningen 110, over ledningen 96 stemplet 42 for lukkeglideren 39. Når ventilerne 105, 106 og 107 er åbne, kan trykolie undvige fra styreventilerne, så at trykket i den pågældende styreledning falder 35 på grund af virkningen af drøvleventilerne 112. Når ventilerne er lukket, opbygges der et olietryk, der bevirker en tilsvarende styring af den tilsluttede hydrauliske indstillingsmotor.

Den af knastskiven 102 påvirkede stødstang 113 virker på en vægtstang 115, hvis ene ende er excentrisk leddet forbundet med en 40 skive 116. En omdrejning af denne skive ved hjælp af en vægtstang 117 i plusretning for en pil 118 overlejrer den af stødstangen 113 7 143576 bevirkede indstilling af styrestemplet i ventilen 105 og bevirker en ekstra bevægelse af styrestemplet i lukkeretning. Dermed vil den tid blive forlænget, i hvilken det i ledningerne 108 og 67 virksomme styretryk er tilstede til overføring af cellehjullegemet til af-5 målingsposition. Omvendt bevirker en svingning af vægtstangen 117 i minusretning for pilen 118 en forkortelse af dette tidsinterval.

I styrediagrammet i fig. 7 anskueliggør en kurve 121 et slag for brændstofventilen 19 under bevægelse af stemplet 10 i forbrændingsmotoren over en fuld omdrejning af krumtapakslen. I ordi-10 natretning er slagbevægelsen af brændstofventilen opført, medens krumtapvinklen er opført i abscisseretning med position for det nederste dødpunkt UTP og det øverste dødpunkt OTP. En kurve 122 viser et tilsvarende slagdiagram for trykluftventilen 92, en kurve 123 for indstillingen af cellehjulet 60 og en kurve 124 for indstil-15 lingen af lukkeglideren 39.

I det nederste dødpunkt for stemplet 10 befinder brændstofventilen 19 og trykluftstyreventilen 92 sig i lukkestilling. Cellehjulet indtager en afmålingsposition, og lukkeglideren 39 er åben.

I denne driftstilstand transporteres brændstof til tilførselskana-20 len 37, dertil slut fylder de af ribberne 35 og skiven 36 dannede kamre indtil et niveau 82. Ved et driftspunkt, der er kendetegnet ved en krumtapvinkel bliver styreventilen 105 åbnet. Dermed kan trykolie strømme bort fra styreventilen, og trykket i ledningen 67 falder så langt, at cellehjulet under påvirkning af fjederen 76 25 bevæger sig hen i lukkestilling.

Ved en krumtapvinkel ot2 begynder en lukkebevægelse for lukkeglideren 39, og lukningen opnås ved en krumtapvinkel . På dette tidspunkt bevirker knastskiven en lukkebevægelse af styreventilen 106. Dette bevirker en trykstigning i ledningen 95 og dermed en åb-30 ning af trykluftstyreventilen 92, så at der til trykluftkanalen 51 tilføres trykluft, når glideren 39 er lukket. Oven over brændstofniveauet 82 stiger trykket. Denne trykstigning bevirker mod kraften fra fjederne 23 og kompressionstrykket i forbrændingskammeret en åbning af brændstofventilen 19 efter et forløb, som kurven 121 vi-35 ser. Ved afløftning af ventillegemet 18 fra sædefladen 17 bliver vejen for en udstødning af det støvformede brændstof i forbrændingsrummet 11 oven over motorens stempel 10 fri. Udstødningen varer ved indtil en krumtapvinkel Da trykluftventilen først indleder sin lukkebevægelse, når man når til en krumtapvinkel ®ο^, sker der i et 40 tidsinterval, der ligger mellem krumtapvinklerne <*>4 og en friblæsning af brændstofkamrene i ventillegemet 18, af ventillegenet 8 143576 selv og af ventillegemets sædeflade 17. På denne måde hindres det, at der på de tætningsflader, der samvirker med hinanden, forbliver brændstofrester hængende, der vil umuliggøre en tæt lukning af brændstofventilen og tillige forårsage slid. Når en krumtapvinkel 5 er nået, er trykluftstyreventilen 92 blevet lukket. Det samme gælder også den af styreventilerne styrede brændstofventil 19. På det samme tidspunkt begynder lukkeglideren sin åbningsbevægelse, der er fremkaldt af en lukkebevægelse af styreventilen 17.

Ved en krumtapvinkeler lukkeglideren 39 helt lukket.

10 Mellem krumtapvinklen oCg og krumtapvinklenoi^ foregår en ekspansionsfase for trykluft, der er opfanget i kanalen 51 og i kanalen 37.

Når man når til en krumtapvinkel<*"g, står cellehjulet i sin afmålingsposition og transporterer ved åben glider 39 atter brænd-15 stof ind i kanalen 37 ud over det påfølgende nederste dødpunkt for krumtapakslen ved den efterfølgende arbejdstakt, der svarer til krumtapvinkl en°</ ^.

Den beskrevne varighed af brændstofindblæsningen, svarende til et tidsinterval, der strækker sig mellem krumtapvinklerne oi^ og 20 0C.4, svarer til en maksimal brændstof fyldning for fuld belastning.

Bliver vægtstangen 117 bevæget i minusretning for pilen 118, vil den tid blive forkortet, i hvilken cellehjulet 60 transporterer brændstof til tilførselskanalen 37. En punkteret linie 123' anskueliggør en i forhold til fuldlastdrift tidligere indstilling af cellehjulet 25 60 ved en krumtapvinkel otg i lukkeposition, der bliver opnået ved en krumtapvinkel Brændstoffyldningen svarer f.eks. til 1/4 be lastning .

Med den nedsatte brændstof mængde er udstødningen af brændstof til forbrændingsrummet allerede afsluttet på et tidspunkt, der 30 er defineret af en krumtapvinkel *0^.

Det på grund af formen af brændstofkamrene på ventillegemet 18 fint fordelte brændstof tændes ved hjælp af et passende tændings-hjælpemiddel. Som tændingshjælpemiddel kan f.eks. på ikke vist måde tændolie indføres i forbrændingsrummet ved hjælp af en indsprøjt-35 ningsventil. Det er dog også muligt at anvende et tændrør eller et glødeelement.

Det brændstofniveau 82, der indstiller sig i de ved hjælp af ribberne 35 dannede kamre, er skrå under påvirkning af krumningen af kanalen 37. Det er fordelagtigt ved udformning af motoren 40 til slidsestyret totaktsdrift at anvende en sådan udformning af skylleslidserne i cylinderen, at skyllestrømningen sker i retning af en

Claims (2)

9 143576 pil 131. På grund af den skrå stilling af brændstofniveauet opstår en ujævn brændstoffordeling i forbrændingsrunraiet 11. De dermed sammenhængende uønskede virkninger på forbrændingen kan undgås virksomt 5 ved den beskrevne føring af skylleluftstrømmen.

1. Forbrændingsmotor til drift med støvformet brændstof, hvilken motor har en i et topstykke anbragt brændstoftilførselskanal, der kan lukkes før tilgangen til forbrændingskammeret ved hjælp af en brændstofventil, endvidere en brændstof-afmålingsindretning, 10 der transporterer en til motorens belastning svarende brændstofma-ng-de ind i tilførselskanalen, der er dimensioneret således, at den selv ved den maksimale brændstofmængde pr. arbejdstakt altid kun er delvis fyldt, endvidere en trykluftkanal, der indmunder i tilførselskanalen, og til hvilken der til blæsning af brændstoffet ind i 15 forbrændingsrummet tilføres trykluft over en styreventil, og endelig en afspærringsindretning, der er anbragt mellem et brændstofforråd og indmundingen for trykluftkanalen i tilførselskanalen, til afspærring af tilførselskanalen overfor brændstofforrådet, kendetegnet ved, at afspærringsindretningen (38) er udformet med 20 en lukkeglider (39), og at afmålingsindretningen (56) tjener som en mekanisk accelerator, der er indrettet til at føre brændstofpulver med høj hastighed til aflejring af en homogen, tætpakket masse på den lukkede brændstofventil (19), samt at der findes en styreindretning, der indvirker således på brændstofventilen (19), på tryk-25 luftstyreventilen (92) og på afspærringsindretningen (38), at trykluftstyreventilen (92) og brændstofventilen (19), når afspærringsindretningen (38) er lukket, befinder sig i en åben stilling også efter det tidspunkt, hvor det i tilførselskanalen (37) taktvist oplagrede brændstof er blæst fuldstændig ind i forbrændingsrummet (11) 30 under indflydelse af tilført trykluft.

2. Stempelforbrændingsmotor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ventillegemet i brændstofventilen er udformet med ventilspindel og ventiltallerken, som på sin fra forbrændingsrummet bortvendende side har kamre, der er dannet af radiale, opstående 35 ribber (35) og en ovenpå ribberne anbragt dækskive (36), og som ved åben ventil udmunder i forbrændingsrummet og danner en opdeling af tilførselskanalen.