NO116441B - - Google Patents

Description

Luftkomprimerende og selvtennende brenselkraftmaskin med forkammer.

Denne oppfinnelse vedrører en luftkomprimerende og selvtennende brenselkraftmaskin med et i sylinderhodet anordnet forkammer som over trange kanaler er forbundet med sylinderrommet, idet drivstoffet sprøytes på veggen av forkammeret.

Formålet med oppfinnelsen er ved en

slik brenselkraftmaskin å bringe til an-vendelse innsprøytnings- og blandingsdan-nelsesmetoden således som det allerede er

gjort for en hurtigløpende dieselmotor med

et i stemplet rotasjonslegemeformet anordnet forbrenningsrom på den måte at drivstoffet påføres forbrenningsrommets vegg

som en tynn film og at dessuten den inn-strømmende luft meddeles en slik dreiebevegelse om sylinder- resp. forbrenningsak-sen at drivstoffet derved avløses gradvis i

dampform fra veggen, blandes med luft og

forbrennes.

Ved denne metode som allerede er

kjent ved den sistnevnte maskintype, er det

for første gang lykkes ved dieselmaskiner å

påvirke virksomt de reaksjonskinetiske fe-nomener i forbrenningskammeret derhen

at det harde dieselslag unngås. Dette er

frem for alt å føre tilbake til at det flytende brennstoff, motsatt hva tilfellet var

ved den hittil alminnelig brukte metode,

straks ble så intimt sammenblandet med

luften at en sådan sammenblanding av

flytende drivstoffartikler med forbren-ningsluften bevisst ble forhindret. Det flytende drivstoff blir dermed omtrent ute-lukkende ved å lagre seg på den relativt

kjølige forbrenningsromvegg bevart mot en

for hurtig oppvarmning ved den høykom-

primerte forbrenningsluft og dermed mot en for tidlig kjemisk spaltningsoperasjon før dets egentlige reaksjon med forbren-ningsluftens surstoff, hvilket siste var den egentlige grunn til de høyst uønskede bankefenomener ved alle dieselmotorer.

Ytterligere overveielser har nu ført til at den foran nevnte fremgangsmåte ikke alene er egnet for motorer med i stemplet liggende rotasjonslegemef ormet forbrenningsrom, men med fordel kan anvendes også ved motorer ved hvilke forbrenningsrommet er anordnet som forkammer i sylinderhodet.

Anvendelsen av den i og for seg kjente metode ved en forkammermaskin måtte først støte på betenkeligheter, da forkammeret prinsipielt har andre forbrennings-metodiske eiendommeligheter enn et åpent forbrenningskammer i stemplet av den foran omtalte art. Ved forkammeret blir vanligvis ikke den samme forbrenningsluft ved kompresjonsslaget ført over i forkammerrommet, men bare omtrent 30 til 40 pst. av den. Kun denne siste prosentvise andel vil blandes direkte med det i forkammeret innsprøytede drivstoff, mens resten tjener ti] hovedforbrenning i sylinderrommet. Etter dette foregår det i det hittil værende forkammer, på grunn av det lave Oi;-inn-hold i forhold til den innsprøytede drivstoff mengde, kun en delvis reaksjon. Denne delvise reaksjon frembringer ved siden av et overtrykk betydelige temperaturstignin-ger som fører til avspaltning av de drivstoffandeler som på grunn av manglende Oj ikke kan forbrennes i forkammeret. Spaltningsproduktene blir ved hjelp av overtrykket i hovedforbrenningsrommet be-fordret og reagerer nu mer med det der-værende surstoff inntil sluttproduktet fore-ligger. Denne kjente arbeidsmåte av forkammeret viser at det her kommer i stand en forhaling av reaksjonsforløpet derved at man lar brennstoffet virkelig oppvarme og spalte, men derimot struper 02-tilførselen. Ved dette blandingsdannelses- og forbren-ningsforløp oppstår det meget friere kull-stoff som løses fra molekylforbantet og som på grunn av manglende tilstrekkelig reak-sjonshastighet viser seg som sot i avgassene.

Alle hittil kjente forkammermaskiner har bevisst latt dette reaksjonsfenomen foregå, og det blir derved til en viss grad oppnådd et bløtere forbrenningsforløp, men allikevel på bekostning av den omtalte sot i avgassene.

I motsetning hertil er oppgaven ved foreliggende oppfinnelse å forandre prinsipielt arbeidsmåten hos det hittil brukte forkammer således at ingen slags spalt-ningsprodukter og flytende drivstoffdeler fra forkammeret mer kommer inn i hovedforbrenningsrommet, men bare bren-selsdamper som dannes i forkammeret og ved initial tenning blåses inn i hovedforbrenningsrommet.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et forkammer som er anordnet i sylinderhodet ved en luftkomprimerende selvtennende brenselkraftmaskin og som er forbundet med sylinderrommet over trange kanaler, videre ved at kanalene mellom forkammer og sylinderrom innmunner tan-gensielt i forkammeret og at der i forkammeret frembringes en ordnet luftrotasjon og endelig at drivstoffet — som ved dieselmaskiner med direkte innsprøytning av dette i et i stemplet anordnet rotasjonslegemeformet innsnørt forbrenningsrom og eksentrisk til forbrenningsromåpningen anordnet forbrenningsdyse som i og for seg kjent — uten å gå tvers gjennom forkammeret i form av en tynn film, påføres forkammerets avkjølte vegg, hvor det avløses av den roterende luft gradvis i dampform og forbrennes.

Forkammerrommet ifølge oppfinnelsen er fortrinsvis rotasjonslegemeformet og kan være anordnet såvel konsentrisk som eksentrisk til sylinder aksen. Det vesentlige er at det i dette ved kompresjonsslaget kommer i stand en kraftig og ordnet luftbevegelse som er i stand til å avløse det på forbrenningsromveggen lagrede drivstoff i damptilstand. Forbrenningsrommet kan derfor meget vel også til en viss grad av-vike fra rotasjonslegemef orm hvis bare luften stryker virksomt hen over alle de steder som treffes av drivstoffet. Luftrota-sjonen blir den gunstigste når de over-gangskanaler som står i forbindelse med sylinderens kompresjonsrom forløper mest mulig flatt, dvs. under en mest mulig spiss vinkel til stempelbunnen eller sylinderhodeplanet og derved tangensialt går over i forbrenningsromveggen. I dette tilfelle vil ved en stående maskin med rotasjonslegemeformet forkammerbrennrom i sylinderhodet innsprøytningsdysen hensiktsmessig bli anordnet på siden i et maksimalt diameterplan i forbrenningsrommet og stråleretningen for drivstoffinnsprøytnin-gen forløper da omtrent parallelt med sylinderhodet og stempelbunnplanet.

Det nye og overraskende ved oppfinnelsen består i følgende: Forholdsreglene ifølge oppfinnelsen forvandler det hittil værende forkammer, som kan anvendes som generator for spaltede drivstoffmole-kyler, hvilke siste eventuelt sammen med uspaltede flytende drivstoffandeler blåses ut i hovedforbrenningsrommet, til et forbrenningsrom som kun blåser mer damp-formede og i det vesentlige uspaltede driv-stoffmolekyler inn i hovedforbrenningsrommet. Som følge av den filmaktige av-lagring av drivstoffet på forkammerveggen kommer nu bare i betraktning for bland-ings- og utdrivningsoperasjonen de ved relativt lave temperaturer oppstående bren-selsdamper under fordampningens forløp. Derved oppnås det ved en forkammermaskin den særskilte fordel at drivstoff med lang tenningsforsinkelse kan holdes tilbake så lenge i forkammeret i flytende og kjemisk uspaltet form at selv en lang tenningsforsinkelse er overvunnet. Ved det hittil anvendte forkammer er det anner-ledes. Når det her sprøytes inn et drivstoff som har en stor tenningsforsinkelse, kommer kjemisk uforandret dvs. ikke spaltet drivstoff i flytende tilstand inn i hovedforbrenningsrommet gjennom overgangs-åpningen. Reaksjonsegenskapene hos ikke spaltet flytende drivstoff er imidlertid så-danne at det oppstår en sterk bankereak-sjon som ikke bare er begrenset til forkammeret, men foregår i sterk grad også i hovedforbrenningsrommet. Herav følger en utilfredsstillende gang av motoren. Ved oppfinnelsen drepes den slags bankereak-sjoner i fødselen, da det på veggen for-dampede drivstoff bare etterhvert kommer til forbrenningsreaksjon i forløpet av dets fordampning, altså så å si i liketrykk.

Ved oppfinnelsen kan man dessuten også unngå de kjente mangler ved det hittil værende forkammer, nemlig at den fra forkammeret utstøtte væskestråle av tørr damp minst delvis trenger frem til sylin-derveggen og der fører til oljetilsmussing og med tiden til korrosjonsskade. Dessuten vil den dannelse av sot som hittil var relativt stor selv ved drift under liten belast-ning, bli nedsatt til en rimelig mengde.

De hittil brukte forkamre viser ikke noen av de forholdsregler som oppfinnelsen vedrører. Visstnok er det ved forkamre kjent i og for seg å anvende overgangska-naler som fremkaller en luftdreining i forkammeret. Drivstoffet blir da imidlertid innsprøytet umiddelbart i den roterende luftstrøm.

Men de foran nevnte brenselkraftma-skiner ved hvilke liknende forholdsregler som ved den foreliggende oppfinnelse er tatt i betraktning, nemlig et i stemplet anordnet forbrenningsrom, kunne heller ikke danne forbilde for foreliggende oppfinnelse. Ved denne maskin foregår nemlig blandingsdannelses- og forbrenningsforløpet i et åpent forbrenningsrom, som ved kompresjonsslaget opptar omtrent hele den kom-primerte forbrenningsluft. Herved oppstår det ved fordampningen av uspaltede driv-stoffmolekyler og deres blanding med luften brenseldamp-luftblandinger som har et vesentlig høyere tennpunkt eller har en vesentlig høyere induksjonstid enn tilfellet er ved et forkammer.

På tegningen er vist et utførelsesek-sempel for oppfinnelsen. Fig. 1 viser et halvskjematisk snitt av et stempel og et i sylinderhodet anordnet forkammer-forbrenningsrom.

Fig. 2 viser et grunnriss av forkammer-forbrenningsrommet.

På tegningen betegner 1 det ikke nær-mere omtalte sylinderhode og 2 stemplet. I sylinderhodet er det sentralt til sylinderaksen anordnet det som forkammer utfor-mede forbrenningsrom 3, som gjennom overgangskanalene 4 står i forbindelse med sylinderrommet, som igjen i fig. 1 er antydet kun ved spalten 5 svarende til stemp-lets øvre dødpunktstilling. Forbrenningsrommet 3 kan like godt være anordnet eksentrisk til sylinderaksen. Denne forbren-ningsromanordning frembyr med hensyn til beliggenheten av innsprøytningsdysen i forhold til forkammerets rom visse konstruktive og driftsmessige fordeler, som er kjent. Innsprøytningsdysen er betegnet med 6, den er anordnet på siden i et maksimalt diameterplan av det dreielegeme-formede (kuleformede) forbrenningsrom 3 og lagrer drivstoffet i en eller flere driv-stoffstråler 7 i retning av den ved kanalene 4 ved kompresjonsslaget frembrakte luftdreining (pillinjen 8) direkte, dvs. uten å gå gjennom luftstrømningen, på forbrenningsrommets vegg. Overgangskanalene 4 skjærer forbrenningsromveggen mest mulig flatt, dvs. under en spiss vinkel a til stempelbunn- eller sylinderhodeplanet 9 resp. 10, så rotasjonsplanet for luftdreinin-ningen 8 med hensyn til retning dekkes i det vesentlige med stråleplanet for den eller de foreliggende innsprøytningsstrå-ler 7. På denne måte hjelper den roterende luftstrømning drivkraftstrålen 7 til å bre seg ut på forbrenningsromveggen og avløser det i dampform overførte drivstoff litt etter litt fra denne vegg. Ved i sylinderhodet anordnet forkammer kan det eventuelt som igangsettingshjelp benyttes en forglødespiss 11.

Kanalene 4 er på tegningen bare skje-matisk antydet. I praksis vil man altså av konstruktive grunner hensiktsmessig an-bringe dem i en særskilt forkammerinnsats, således som det er kjent i og for seg.

Da overgangskanalene ved forkammermaskiner som bekjent har et relativt trangt gjennomgangstverrsnitt, oppstår det for luftbevegelsen en slags dysevirk-ning, som er meget fordelaktig for avløs-ningen av det i dampform overførte drivstoff fra forbrenningsrommets vegg. Kanalene 4 kan da dimensjoneres slik at den deri frembrakte luftbevegelse faller inn i området for ukritisk strømningshastighet. Luftdreiningen kan på kjent måte også understøttes ved at allerede den inn i sy-linderen strømmende luft gis en rotas jons-bevegelse (såkalt initial luftdreining).

Resultatet av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er etter erfaring størst når forbrenningskammerveggen holdes relativt kald.

Claims (7)

1. Luftkomprimerende, selvtennende brenselkraftmaskin med et i sylinderhodet anordnet forkammer som over trange kanaler er forbundet med sylinderrommet, idet drivstoffet sprøytes på veggen av forkammeret, karakterisert ved at kanalene mellom forkammer og sylinderrom innmunner tangentialt i forkammeret og i

dette fremkaller en ordnet luftomdreining og at ennvidere drivstoffet som i og for seg kjent ved dieselmaskiner med direkte innsprøytning av drivstoffet i et i stemplet anordnet omdreiningslegemeliknende, inn-snørt forbrenningsrom og eksentrisk i forhold til forbrenningsromåpningen anordnet innsprøytningsdyse, uten å gå tvers gjennom forkammeret, påføres veggen av forkammeret i form av en tynn film, så at drivstoffet av denne roterende luft gradvis avløses i dampform og forbrennes.

2. Luftkomprimerende, selvtennende brenselkraftmaskin ifølge påstand 1, karakterisert ved at luftens omdreining på i og for seg kjent måte innledes og/eller un-derstøttes av den luft som ved en opprin-nelig dreiebevegelse strømmer inn i sylin-deren.

3. Luftkomprimerende, selvtennende brenselkraftmaskin ifølge påstand 1 og 2, karakterisert ved at den fra innsprøyt-ningsdysen (6) umiddelbart på forbrenningsrommets vegg (3) påførte drivstoff-stråle eller flere drivstoff stråler (7) har samme dreieretning som luftomdreiningen (8).

4. Luftkomprimerende, selvtennende brenselkraftmaskin ifølge påstand 1, karakterisert ved at kanalene (4) er anordnet i en særskilt forkammerinnsats.

5. Luftkomprimerende, selvtennende brenselkraftmaskin ifølge påstandene 1 til 4, karakterisert ved at forkammer-forbrenningsrommet (3) er anordnet sentralt til sylinderaksen.

6. Luftkomprimerende, selvtennende brenselkraftmaskin ifølge påstand 1—4, karakterisert ved at forkammer-forbrenningsrommet (3) er anordnet eksentrisk i forhold til sylinderaksen.

7. Luftkomprimerende, selvtennende brenselkraftmaskin ifølge påstand 1 til 6, karakterisert ved at det i sylinderområdet anordnede forkammer har som hjelp en forut glødetenning (11).