NO337532B1

NO337532B1 - Motor med to drivstoff

Info

Publication number: NO337532B1
Application number: NO20033734A
Authority: NO
Inventors: Goto Satoru
Original assignee: Niigata Power Systems Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2016-05-02
Also published as: EP1460250A1; ES2331945T3; DK1460250T3; US6814032B2; CN1500179A; CN1288335C; KR100756281B1; DE60139645D1; WO2003056159A1; US20040065293A1; NO20033734L; EP1460250B1; EP1460250A8; KR20040063080A; ATE440210T1; NO20033734D0; EP1460250A4

Description

Beskrivelse

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en tobrenselmotor som kan kjøres på enten et gassformet brensel eller et flytende brensel ved valg av en driftsmodus.

I alminnelighet, hva som er kjent som en "tobrenselmotor", som kan være i drift ved bruk av både en gass driftsmodus hvor et gassformet brensel blir brukt, og en diesel driftsmodus hvor et flytende brensel blir brukt, er kjent som en motor som driver en kraftgenerator. Et eksempel på denne motor er en som veksler mellom driftsmoduser og når den er i gassdriftmodus er i drift ved å forbrenne et dampformig brensel ved bruk av en injeksjonsventil for flytende brensel anordnet i senter av topplokket, med en liten mengde pilotbrenselsolje (et flytende brensel på om lag 5-15 % av den totale varmemengde) som en antennelseskilde. Når den er i dieseldriftsmodus er denne motor i stand til å være i drift ved å forbrenne 100 % flytende brensel ved bruk av injeksjonsventilen for flytende brensel.

I denne tobrenselmotor, fordi kompresjonsforholdet er senket sammenliknet med en dieselmotor for å unngå detonerende tenning når den er i gassdriftmodus, er kompresjonsantennelse av pilotbrenselsolje ved oppstart vanskelig. Derfor, når den er i gassdriftmodus, blir et flytende brensel med høy antennelsesevne brukt som pilotbrensel for å hjelpe antennelsen av det dampformige brensel, som har en lav antennelsesevne. Spesielt, motoren blir først startet opp ved bruk av et flytende brensel som har utmerket antennelsesevne og blir så kjørt inntil den er varmet opp. Når motoren er varmet opp og motorens driftsbelastningsforhold er om lag 30 % eller større, blir brenslet vekslet fra et flytende brensel til et gassformig brensel.

I den foran nevnte konvensjonelle motor, som et resultat av forbrenning av et flytende brensel på om lag 5-15 % av den totale varmemengde som pilotbrenselsolje i gassdriftmodus, er det ikke mulig å møte forskriftsverdiene for NOx og sot som gjelder for gassmotorer. For å redusere NOx og sot, er det mulig å antenne og forbrenne gassbrensel alene ved bruk av en tennplugg eller glødeplugg istedenfor å bruke denne antennelsesmetode med pilotbrenselsolje. Imidlertid, i dette tilfellet trengs en injeksjonsventil for pilotbrensel for dampbrensel i tillegg til injeksjonsventilen for flytende brensel, som medfører at det oppstår problemer så som at motorkonstruksjonen blir komplisert og antallet deler så vel som motorens produksjonskostnader øker.

Videre, i gassdriftmodus, fordi oppstart ved kompresjonstenning av pilotbrenselsoljen er vanskelig og krever at motoren blir varmet opp som beskrevet ovenfor, er det ikke mulig å starte motoren hurtig. Videre, fordi kompresjonsforholdet er satt lavt oppstår de problemer at termisk virkningsgrad ved lav last forringes og stabiliteten til forbrenningen bedrer seg ikke.

Videre, i dieselmodus drift kan høy forbrenningsvirkningsgrad bli oppnådd ved direkte injisering av flytende brensel inn i hovedforbrenningskammeret og forbrenne det. Imidlertid er NOx verdien i avgassen da høy som gir opphav til problemer at det ikke er mulig å imøtekomme forskriftene om avgassverdier, som forventes å bli konsolidert enda mer i fremtiden, og en etterbehandling med et NOx fjerningssystem blir nødvendig. Følgelig blir installasjonskostnadene svært høye.

Den foreliggende oppfinnelse ble unnfanget under omstendighetene ovenfor og det er et formål med denne å tilveiebringe en tobrenselmotor som tillater å foreta et vilkårlig valg mellom gassdrift og drift med flytende brensel, som muliggjør elektrisk kraftgenerering å bli utført ved gassdrift og nødgenerering av elektrisk kraft å bli utført ved drift med flytende brensel og at det i tillegg oppnås en reduksjon i NOx selv når den er i drift med flytende brensel.-.

Nok et formål med en foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en tobrenselmotor som tillater å foreta justeringer og endringer i kompresjonsforholdet av en damp komprimert i en sylinder i samsvar med driftstilstanden til motoren som kan bli startet hurtig selv når i gassdrift, og som gjør drift ved en høy forbrenningsvirkningsgrad mulig over hele belastningsområdet.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

For å løse de ovenfor beskrevne problemer er den foreliggende oppfinnelse kjennetegnet ved de følgende punkter.

Den foreliggende oppfinnelse er nemlig en tobrenselmotor som gir driveffekt ved forbrenning i et hovedforbrenningskammer delt av en sylinder, av et stempel som beveger seg frem og tilbake inne i denne sylinder, og av et topplokk som har en inntaksport med en inntaksventil og en avgassport med en avgassventil, ett av enten et gassformet brensel eller et flytende brensel i en gass komprimert med stemplet i samsvar med en driftsmodus, i henhold til den innledende delen av krav 1 og som kjent fra US 5887566A og JP 8 004 562 A, og som kjennetegnet ved den karakteriserende delen av krav 1.

I den ovenfor beskrevne tobrenselmotoren i en gassdriftmodus, blir en drivstoff/luft blanding dannet ved å blande gassbrensel fra tilførselsanordningen for brenselgass med luft fra en inntaksport tilført til hovedforbrenningskammeret og komprimert med et stempelslag. En del av denne komprimerte brensel/luft blanding kommer inn i forforbrenningskammeret til forforbrenningskammerenheten og blir antent av en ekstremt liten pilotmengde med flytende brensel injisert fra injeksjonsventilen for flytende brensel. Resten av brensel/luft blandingen inne i hovedforbrenningskammeret blir så forbrent med denne antente flammen. Videre, i de første trinn av kompresjonen av luft/brensel blandingen av stemplet, blir luftpassasjen åpnet og lukket av styreventilen for kompresjonsforholdet og en del av den komprimerte brensel/luft blanding unnslipper fra hovedforbrenningskammeret via luftpassasjen slik at kompresjonsforholdet til brensel/luft blandingen inne i hovedforbrenningskammeret kan bli endret.

I driftmodus med flytende brensel, blir matingen av gassbrensel fra tilførselsanordningen for gassbrensel stengt av og luftpassasjen blir lukket av styreventilen for kompresjonsforholdet. Luft tilført fra inntaksporten til hovedforbrenningskammeret blir komprimert med stempelet til et kompresjonsforhold egnet for drift med flytende brensel. 100 % av det flytende brensel injisert fra injeksjonsventilen for flytende brensel blir antent i forforbrenningskammeret med denne komprimerte luft og blir forbrent.

I samsvar med denne tobrenselmotor, når den er i gassdriftmodus, ved å åpne og lukke luftpassasjen som forbinder hovedforbrenningskammeret med utsiden av dette ved bruk av styreventilen for kompresjonsforholdet, kan kompresjonsforholdet til gass/luft blandingen innført i hovedforbrenningskammeret bli endret. Som et resultat, ved å justere kompresjonsforholdet som er passende i samsvar med driftstilstanden, så som om motoren blir startet opp, går på lav belastning eller går på høy belastning, kan kompresjonstenning av det flytende brensel ved oppstart oppnås uten å bruke en tenninnretning så som en tennplugg, og motoren kan bli startet uten å bli oppvarmet. Videre, ved å innstille kompresjonsforholdet ved det samme nivå som for dieseldrift selv i lavbelastningsområdet, blir termisk virkningsgrad og forbrenningsstabilitet forbedret. Følgelig kan det oppnås en høy termisk virkningsgrad over hele belastningsområdet.

I driftmodus med flytende brensel, fordi 100 % av det flytende brensel injisert fra injeksjonsventilen for flytende brensel blir forbrent ved bruk av en forforbrenningsmetode hvor det flytende brensel blir antent i et forforbrenningskammer, kan motoren bli kjørt med NOx utslippstetthet forholdsvis undertrykt.

Følgelig, i samsvar med denne tobrenselmotor kan en enkelt motor bli brukt til kraftgeneratoren som normalt blir drevet i gassdriftmodus hvor full fordel blir tatt av de lave forurensingsegenskaper til gassbrensel, og blir også drevet ved dieseldriftmodus i nødssituasjoner som en ulykkeshindrende kraftkilde og liknende.

Tobrenselmotoren i henhold til foreliggende oppfinnelse, er slik at i gassdriftmodus, ved å endre åpnings- og lukketidene for luftpassasjen i samsvar med en driftstilstand så som motorstart, lavbelastningsdrift eller høybelastningsdrift, justerer styreventilen for kompresjonsforholdet dette forhold ved å heve det for oppstart og lavbelastningsdrift og senke det for høybelastningsdrift.

I denne tobrenselmotor, i gassdriftmodus, fordi kompresjonsforholdet til gass/luft blandingen inne i hovedforbrenningskammeret er høyt ved oppstart og når motoren går på lav belastning, kan kompresjonsantennelse av den lille pilotmengde av flytende brensel injisert inn i forforbrenningskammeret fra injeksjonsventilen for flytende brensel bli utført på pålitelig måte uten å bruke en tenninnretning. Som et resultat er oppstart av motoren enkel og forbrenningsvirkningsgraden og forbrenningsstabiliteten forbedret. Videre, når det er drift på en høy belastning, fordi kompresjonsforholdet til luft/brensel-blandingen er lav, kan banking unngås og stabil forbrenning oppnås. Videre, selv under forbrenning generert av kompresjonstenning av flytende brensel, fordi injeksjonsmengden er ekstremt liten, kan utslippstettheten av NOx og sot bli holdt ved et ekstremt lavt nivå.

Videre, i tobrenselmotoren i henhold til foreliggende oppfinnelse, der åpnings-og lukkingstidene til styreventilen for kompresjonsventilen er innstilt slik at ventilen blir åpnet ved en starttid for et kompresjonsslag av gassen med stempelet, og ventilen blir lukket når en forutbestemt rotasjonsvinkel på veivakselen er nådd med rotasjonsvinkelen til veivakselen ved starttidspunktet til kompresjonsslaget tatt som en referanse.

I denne tobrenselmotor, fordi åpnings- og lukketidene til styreventilen for kompresjonsforholdet er innstilt basert på rotasjonsvinkelen til motorens veivaksel, er kompresjonsforholdet til gassen i hovedforbrenningskammeret når den er i gassdriftmodus innstilt nøyaktig for driftsbelastningen.

En utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er tobrenselmotoren i henhold til ovenstående, der tilførselsanordningen for brenselgass er utstyrt med et gasstilførselsrør som er forbundet til inntaksporten, en elektromagnetisk ventil som justerer en tilførselsmengde med gassbrensel fra en kilde for gassbrensel til gasstilførselsrøret, og en elektromagnetisk ventildriver som driver den elektromagnetiske ventil til å åpne og lukke ved hastighetsstyrende kontroll, og der injeksjonen av en pilotmengde med flytende brensel med injeksjonsventilen for flytende brensel og injeksjonen av flytende brensel ved hastighetsstyrende kontroll er mulig, og videre, der styreventilen for kompresjonsforholdet blir operert med en elektromagnetisk spole med justering av en ventilåpningstid fra når ventilen åpnes for slik å kommunisere hovedforbrenningskammeret med luftpassasjen inntil ventilen lukkes for slik at avstenging av denne kommunikasjon er mulig i samsvar med en driftstilstand av motoren, og videre, når en styreanordning som opererer hver er forbundet til den elektromagnetiske ventildriver, virker injeksjonsventilen for flytende brensel og den elektromagnetiske spole og denne styreanordning ved valg av driftsmodus og når den er i gassdrift opererer den elektromagnetiske ventildriver ved hastighetsstyrende kontroll slik, at den elektromagnetiske ventil åpnes og lukkes og opererer injeksjonsventilen for flytende brensel for å bevirke den til å injisere en pilotmengde med flytende brensel, og også operere den elektromagnetiske spole slik at ventilåpningstiden til styreventilen for kompresjonsforholdet blir justert i samsvar med driftstilstanden til motoren, mens i dieseldriftmodus opererer den elektromagnetiske ventildriver slik at den elektromagnetiske ventil lukkes, og opererer injeksjonsventilen for flytende brensel slik at injeksjonen av flytende brensel blir utført med den hastighetsstyrende kontroll, og også opererer den elektromekaniske spole slik at styreventilen for kompresjonsforholdet lukkes.

I denne tobrenselmotor, når den er i gassdriftmodus, åpner og lukker den elektromekaniske ventildriver den elektromagnetiske ventil ved bruk av hastighetsstyrende kontroll basert på operasjonelle kommandoer fra kontrollanordningen. Gassbrensel blir tilført som hovedbrenselet til innsiden av hovedforbrenningskammeret og brenselinjeksjonsventilen injiserer en pilotmengde med flytende brensel. I tillegg justerer den elektromagnetiske spolen ventilåpningstidene for styreventilen for kompresjonsforholdet i samsvar med driftstilstanden til motoren. Som et resultat, fordi ventilåpningstiden til styreventilen for kompresjonsforholdet er forkortet og kompresjonsforholdet til luft/gass-blandingen inne i hovedforbrenningskammeret blir hevet ved motorstart eller når motoren er i drift ved lav belastning, blir kompresjonstenning av pilotmengden med flytende brensel injisert fra injeksjonsventilen for flytende brensel forenklet, og en motor kan bli startet uten å være avhengig av at motoren er varmet opp. Videre er ikke bare en drift med utmerket forbrenningsvirkningsgrad gjort mulig, men fordi ved høy belastning er ventilåpningstiden til styreventilen for kompresjonsforholdet avkortet og kompresjonsforholdet til luft/gass blandingen redusert, forhindres også banking i å bli generert på pålitelig måte og stabil drift blir gjort mulig.

Videre, når den er i driftmodus med flytende brensel, basert på en driftskommando fra kontrollanordningen, lukker den elektromagnetiske ventildriver den elektromagnetiske ventil. Injeksjonsventilen for flytende brensel injiserer flytende brensel inn i forforbrenningskammeret ved bruk av hastighetsstyrende kontroll, og den elektromagnetiske spole lukker styreventilen for kompresjonsforholdet. Som et resultat heves kompresjonsforholdet til luften inne i hovedforbrenningskammeret og flytende brensel blir forbrent som hovedbrensel ved en forforbrenningsmetode. Dette gjør at NOx i avgassen kan reduseres når motoren er i drift.

En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er tobrenselmotoren i henhold til ovenstående, der luftpassasjen er forbundet til inntaksporten.

I denne tobrenselmotor, fordi en del av luft/gass blandingen innført i hovedforbrenningskammeret blir returnert til inntaksporten, blir gassbrensel ikke sløst med og blir effektivt benyttet.

Nok en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er tobrenselmotoren henhold til ovenstående, der luftpassasjen er forbundet til en innsats-inntaksmanifold fra en avgassturbolader som blir drevet av avgass fra avgassporten og tilfører komprimert luft til inntaksporten.

I denne tobrenselmotor, fordi en del av luft/gass blandingen innført i forbrenningskammeret blir blåst på impelleren til en kompressor i en avgassturbolader, blir den transiente responsytelse fra avgassturboladeren forbedret og, i lavbelastningsområder, heves avgasstemperaturen og mengden av svart røyk som slippes ut blir redusert.

KORT FIGURBESKRIVELSE

Fig. 1 er et vertikalt snittriss som viser en side av en nærhet til et topplokk i en utførelsesform av tobrenselmotoren i samsvar med den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 viser et delvis og forstørret snittriss av fig. 1.

Fig. 3 viser et vertikalt snittriss som viser en annen side av en nærhet til et topplokk i den samme utførelsen. Fig. 4 viser et systemdiagram av en kontrollanordning av denne samme utførelsen. Fig. 5 er en kurve som viser et forhold mellom driftsbelastning og effektivt kompresjonsforhold. Fig. 6 er en kurve som viser en ventilåpningstid til en styreventil for kompresjonsforholdet. Fig. 7 er en kurve som viser et forhold mellom en ventilstengetid til en styreventil for kompresjonsforholdet og et effektivt kompresjonsforhold. Fig. 8 er et systemdiagram som viser en dysehjelpanordning til en tobrenselmotor ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig.9 er et vertikalt snittriss av en avgassturbolader på hvilken en dysehjelpanordning er montert.

BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSESFORMER

Det vil nå bli beskrevet utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse med henvisning til de vedlagte tegninger.

Fig. 1 og 3 er vertikale snittriss av en side og den andre side av et topplokksparti av en tobrenselmotor E i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et delvis forstørret riss av fig. 1. I fig. 1 til 3 er 1 en sylinderforing i tobrenselmotoren E. Inne i sylinderforingen 1 er et stempel 2 anordnet til å bevege seg opp og ned i takt med en rotasjon av en veivaksel. 3 er et topplokk med en inntaksport 3a og en avgassport (ikke vist). 4 er et hovedforbrenningskammer omsluttet av sylinderforingen 1, stempelet 2 og topplokket 3. En inntaksventil 5 og en avgassventil (ikke vist) som åpner og lukker kommuniserende deler som forbinder hovedforbrenningskammeret 4 er anordnet respektivt i inntaksporten 3a og avgassporten (ikke vist) i topplokket 3.

Inntaksporten 3a er forbundet via en inntaksmanifold 7 til et inntaksrom 9 anordnet i en sylinderblokk 8. En tilførselsanordning 10 for brenselgass som tilfører brenselgass (dvs. et dampformig brensel) til hovedforbrenningskammeret 4 er montert på inntaksmanifolden 7. Tilførselsanordningen 10 for brenselgass er forsynt med et tilførselsrør 11 for brenselgass som er festet til inntaksmanifolden 7 og er bøyd til en L-form, og hvis distale endeparti åpner inn i inntaksporten 3a, og med en elektromagnetisk ventil 12 som åpner og lukker tilførselsrøret 11 for brenselgass.

En styreventil 13 for kompresjonsforholdet er montert i et sentralt parti av topplokket 3. Forforbrenningskammerenheter 15 anordnet med elektromagnetiske brensel injeksjonsventiler (injeksjonsventiler for flytende brensel) 14 er montert respektivt på begge sidepartier av topplokket 3. Styreventilen 13 for kompresjonsforholdet er utstyrt med et sylindrisk ventilhus 17, en ventilstang 18, en elektromagnetisk spole 19 og en kompresjonsfjær 22. Ventilhuset 17 er festet til innsiden av en holder 16 som er løsbart festet til topplokket 3 og er anordnet med et ventilsete 17b i en åpning 17a som er i forbindelse med hovedforbrenningskammeret 4. Ventilstangen 18 er innsatt i ventilhuset 17 for slik å kunne bevege seg opp og ned på fri måte, og har et ventilparti 18a som støter mot ventilsetet 17b. Den elektromagnetiske spole 19 er festet til en øvre ende av holderen 16 og beveger ventilstangen 18 nedad ved suging med et sugeskaft 18b anordnet i en øvre ende av ventilstangen 18 for slik å bevege ventilstangen 18 nedad og dermed åpne åpningen 17a. Kompresjonsfjæren 22 er innpasset inne i et hull 17c med stor diameter i ventilhuset 17 mellom et fjærlager 20 og et fjærsete 21 festet til sugeskaftet 18b. Bevegelse av fjærlagret 20 nedad er begrenset av et trinnparti i bunnen av hullet 17c med stor diameter.

Et ringformet spor 17d er formet ved en nedre periferi av ventilhuset 17. Det ringformede spor 17d kommuniserer med en innside 17f av ventilhuset 17 via ett eller flere huller 17e som åpner i en diametral retning i ventilhuset 17. Det ringformede spor 17d kommuniserer også med inntaksporten 3a via en passasje 3c utformet i topplokket 3. Det er også mulig for passasjen 3c å bli anordnet i stedet for et hull i topplokket 3. Ventilpartiet 18a av ventilstangen 18 er forbundet via et skaftparti 18d med liten diameter til et styreskaftparti 18c med stor diameter som er anpasset slik at det er i stand til å gli fritt i den aksiale retning inne i ventilhuset 17. Sentrale partier av styreskaftpartiet 18c med stor diameter er utformet med en noe mindre diameter for å redusere friksjonsmotstanden når ventilstangen 18 glir langs ventilhuset 17 slik at et rom 17g er formet mellom ventilhuset 17 og styreskaftpartiet 18c. Ringformede luftopptaksspor 17h er utformet i begge endepartier av styreskaftpartiet 18c for å bedre tetningen. Bemerk at når ventilstangen 18 blir betjent med den elektromekaniske spole 19, som i den foreliggende utførelse, kan luftopptakssporene 17h utelates. Imidlertid når ventilstangen 18 blir betjent med arbeidsfluid så som komprimert luft istedenfor med den elektromagnetiske spole 19, er det foretrukket at luftopptakssporene 17h er anordnet.

I styreventilen 13 for kompresjonsforholdet, når ventilpartiet 18a har åpnet åpningen 17a, er hovedforbrenningskammeret 4 i kommunikasjon med inntaksporten 3a via innsiden 17f av ventilhuset 17, hullet 17e, det ringformede sporet 17d og passasjen 3c.

Åpningen 17a, innsiden 17f av ventilhuset 17, hullet 17e, det ringformede sporet 17d og passasjen 3c danner en luftpassasje A som forbinder hovedforbrenningskammeret 4 med dets utside. Ventilhuset 17, ventilstangen 18 og liknende danner en åpne- og lukkemekanisme B til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet som åpner og lukker luftpassasjen A.

Forforbrenningskammerenhetene 15 er forsynt med enhetsholdere 23 som er avtagbart festet til topplokket 3, forforbrenningskammerelementer 24 som er festet til de nedre ender av enhetsholderne 23 og har sylindriske forforbrenningskamre 24a utformet inne i dem, forforbrenningskammerlokk 25 som er festet til de nedre ender av forforbrenningskammerelementene 24 og hvis nedre endepartier er anordnet med en eller et antall injeksjonsdyser 25a som kommuniserer med hovedforbrenningskammeret 4, og ventilholdere 26 som har oljegallerier26a som innfører flytende brensel og til hvis nedre ende er elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 festet. Dyser til de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 blir åpnet og lukket ved eksitering av en elektromagnetisk spole 14a (se fig. 4). Flytende brensel fra oljegalleriene 26a blir injisert inn i forforbrenningskamrene 24a.

Deretter vil en kontrollanordning for tobrenselmotoren E bli beskrevet basert på fig. 4. I fig. 4 er 30 en høytrykkspumpe som blir drevet av en veivaksel til tobrenselmotoren E. Flytende brensel inne i en drivstofftank 31 blir sugd eller trykksatt med høytrykkspumpen 30 for slik å bli tilført fra en elektromagnetisk proporsjonal-trykkstyringsventil 30a til et akkumulatorrør 32 via rørsystem p1. Akkumulatorrøret 32 er forbundet til drivstofftanken 31 via rørsystemet p2 som har en trykkavlastningsventil 33. Det hydrauliske trykk i flytende brensel akkumulert i akkumulatorrøret 32 er vilkårlig innstilt innenfor området 10 til 200 MPa ved den elektromagnetiske proporsjonale trykkstyringsventil 30a. Oljegalleriene 26a til de elektromagnetiske drivstoff injeksjonsventiler 14 til forforbrenningskammerenhetene 15 anordnet i hver sylinder til tobrenselmotoren E er forbundet til akkumulatorrøret 32 med høytrykksrør p3 via koplinger 26b. 34 er en kontrollanordning og er elektrisk forbundet for slik å utgi kommandosignaler f1, f2, f3, f4 og f5 respektivt til en stengeventil 36 for brenselgass anordnet i et gassrør 35 som er forbundet til tilførselsrøret 11 for brenselgass til tilførselsanordningen 10 for brenselgass, en elektromagnetisk ventildriver 37 som opererer den elektromagnetiske ventil 12, en elektromagnetisk spole 19 til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet, en elektromagnetisk spole 14a til de elektromagnetiske drivstoff injeksjonsventiler 14 anordnet i forforbrenningskammerenhetene 15, og den elektromagnetiske proporsjonale trykkstyringsventil 30a til høytrykkspumpen 30. Videre mottar kontrollanordningen 34 inngang av signaler i1 fra en trykkføler 38 som er montert på akkumulator-røret 32 og detekterer trykket inne i akkumulatorrøret 32 og signaler i2 fra følere som detekterer motorens rotasjonshastighet og effekt og liknende. Kontrollanordningen 34 mottar også inngang av vekslingssignaler i3 som indikerer gassdrift/dieseldrift av motoren, hvilket velges med en sjaltebryter for driftsmodus (ikke vist).

Logikk som utøver driftsstyring av tobrenselmotoren E er også innbygget i

kontrollanordningen 34. Nemlig, når gassdriftmodus blir valgt med sjaltebryteren for driftsmodus, som er vist med linjen a i fig. 5, blir driften av tobrenselmotoren E styrt slik at det effektive kompresjonsforhold (dvs. kompresjonsforholdet) Pc til hovedforbrenningskammeret 4 opprettholdes ved en konstant høy verdi i lavbelastningsområdet L1 etter motorstart. I det midlere belastningsområde L2 er det effektive kompresjonsforhold Pc gjort til å gradvis endre seg fra den høye verdi til en liten verdi i samsvar med belastningen. I det høye belastningsområdet L3 opprettholdes det effektive kompresjonsforhold Pc ved en konstant lav verdi. Når dieseldriftmodus blir valgt blir driften av tobrenselmotoren E styrt slik at, som er vist med linjen b i fig. 5, er det effektive kompresjonsforhold Pc opprettholdt ved en konstant høy verdi på samme måte som i det lave belastningsområdet L1 etter oppstart når i gassdriftmodus.

Her, som det er vist i fig. 6, bestemmes det effektive kompresjonsforhold Pc av styreventilen 13 for kompresjonsforholdet sin åpne periode T. Denne åpne periode T til ventilen er fra når ventilens åpne- og lukkemekanisme B til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet åpner ved starttidspunktet for kompresjonsslaget til stempelet 2 (dvs. nedre dødpunkt - BDC) og en del av en damp (som er en blanding av luft og brenselgass i gassdriftmodus og er bare luft i driftmodus med flytende brensel) slippes ut fra hovedforbrenningskammeret 4 inn i inntaksporten 3a etter passering gjennom ventilhuset 17 til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet og luftpassasjen A i passasjen 3c inntil tiden Te når åpne- og lukkemekanismen B til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet lukker. Merk at Px i fig. 6 er trykket i dampen inne i hovedforbrenningskammeret 4 dannet av sylinderforingen 1, stempelet 2, topplokket 3 og liknende.

Nemlig, dersom rotasjonsvinkelen til veivakselen ved starttiden for kompresjonsslaget til stempelet 2 (nedre dødpunkt - BDC) er 0° og på dette tidspunkt åpne- og lukkemekanismen B til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet blir åpnet, er forholdet mellom det effektive kompresjonsforhold Pc og ventillukketiden til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet, som er basert på rotasjonsvinkelen til veivakselen, som vist i fig. 7.

Følgelig er ventillukketidene til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet i områdene L1, L2 og L3 for de respektive belastninger innstilt basert på forholdene vist i fig. 5 og 7, og eksiteringstidene til den elektromagnetiske spole 19 til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet blir styrt av disse.

Spesielt, for eksempel ved å bruke forholdet vist i fig. 5 bestemmer kontrollanordningen 34 det effektive kompresjonsforhold (Pc) fra den fortløpende belastningstilstand til tobrenselmotoren E, og bestemmer ventillukketiden til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet fra det bestemte effektive kompresjonsforhold (Pc) ved å bruke forholdet vist i fig. 7. Kontrollanordningen 34 styrer da eksiteringstidene til den elektromagnetiske spole 19 til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet basert på den besluttede ventillukketid.

I gassdriftmodus blir de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 til forforbrenningsenhetene 15 innstilt slik at en fast pilotmengde (omtrent 1 % av den totale varmemengde) med flytende brensel nødvendig for å tjene som en tennkilde for blandingen av luft og brenselgass (dvs. et dampformet brensel) i hovedforbrenningskammeret 4 blir injisert, mens i dieseldriftmodus er de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 til forforbrenningsenhetene 15 innstilt slik at en mengde med flytende brensel som korresponderer med driftsbelastningen til motoren injiseres ved hastighetsstyrende kontroll.

Heretter vil driften av tobrenselmotoren E med konstruksjonen beskrevet ovenfor bli beskrevet.

Når driftmodus med flytende brensel er valgt med sjaltebryteren for driftsmodus og et sjaltesignal i3 blir innført derfra til kontrollanordningen 34, sender kontrollanordningen 34 kommandosignalerfl, f2 og f3 til stengeventilen 36 for brenselgass, den elektromagnetiske ventildriver 37 og den elektromagnetiske spole 19 til styreventilen for kompresjonsforholdet respektivt. Stengeventilen 36 for brenselgassen og den elektromagnetiske ventil 12 for tilførselsanordningen 10 for brenselgass blir så lukket slik at matingen av brenselgass til inntaksporten 3a stoppes. Sammen med dette lukker ventilpartiet 18a til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet åpningen 17a slik at kommunikasjon mellom luftpassasjen A og hovedforbrenningskammeret 4 stenges av med styreventilen 13 for kompresjonsforholdet.

Videre er anordningen innstilt slik at et kommandosignal f5 blir sendt fra kontrollanordningen 34 til den elektromagnetiske proporsjonale styreventil 30a til høytrykkspumpen 30 og styring blir utført slik at flytende brensel inne i akkumulatorrøret 32 blir samlet opp ved et forutbestemt trykk basert på en detekteringsverdi fra trykkføleren 38. I tillegg blir et kommandosignal f4 sendt til de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 til hver forbrenningskammerenhet 15 slik at de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 gjennomgår hastighetsstyrende kontroll. Nemlig ved bruk av signaler i2 som er basert på detekterte verdier fra følere som detekterer rotasjonshastigheten og effekt fra motoren, der kontrollanordningen 34 styrer dysens åpne tider ved bruk av kommandosignaler f4 til de elektromagnetiske spoler 14a til de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14, slik at flytende brenselgass injiseres fra de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 inn i forforbrenningskammeret 24a i en mengde som korresponderer med driftsbelastningen for å holde rotasjonshastigheten konstant. Det flytende brensel injisert fra de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 blir antent ved bruk av luft innført i forforbrenningskammeret 24a fra hovedforbrenningskammeret 4. Det blir så injisert inn i hovedforbrenningskammeret 4 fra injeksjonsdyser 25a og forbrennes ved bruk av luft som komprimeres til et høyt kompresjonsforhold egnet for dieseldrift.

I denne driftmodus med flytende brensel, fordi motoren blir drevet ved bruk av en forforbrenningsmetode der flytende drivstoff som tjener som hovedbrensel blir antent i forforbrenningskammeret 24a og så forbrent, blir utslippsdensiteten av NOx blir undertrykket.

Dersom gassdriftmodus velges med sjaltebryteren for driftsmodus og et sjaltesignal i3 som indikerer en veksling fra dieseldrift til gassdrift blir innlagt i kontrollanordningen 34, sender kontrollanordningen 34 kommandosignaler f1, f2 og f4 respektivt til stengeventilen 36 for brenselgass, den elektromagnetiske ventildriver 37 og de elektromagnetiske brenselinjeksjonsventiler 14 hos hver forforbrenningskammerenhet 15. Stengeventilen 36 for brenselgass blir så åpnet og injeksjonsmengdene med flytende brensel injisert med de elektromekaniske brenselinjeksjonsventiler 14 blir gradvis minsket og blir så satt ved den innstilte verdi for pilotmengden (omtrent 1 % av den totale varmemengde). I tillegg, den elektromagnetiske ventildriver 37 blir plassert i en åpen tilstand som et resultat av hastighetsstyrende kontroll som blir utført på den elektromagnetiske ventil 12 til tilførselsanordningen 10 for brenselgass, og hovedbrenslet blir endret til brenselgass. Denne endring kan bli utført ved en valgfri motorbelastning.

Samtidig med denne sjalteoperasjon blir et kommandosignal f3 som styrer eksitasjonstiden sendt fra kontrollanordningen 34 til den elektromagnetiske spole 19 til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet slik at ventilens lukketid Te til åpne- og lukkemekanismen B til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet i områdene L1, L2 og L3 for hver av belastningene er i en innstilt tilstand som er basert på forholdene vist i fig. 5 og 7.

I gassdriften etter vekslingen fra dieseldrift, fordi den elektromagnetiske ventildriver 37 blir betjent med et kommandosignal f2 fra kontrollanordningen 34 og justerer åpningstiden til den elektromagnetiske ventil 12 ved bruk av hastighetsstyrende kontroll, nemlig ved å styre brenselgassmengden slik at antallet motoromdreininger er konstant, blir en mengde med brenselgass som korresponderer med driftsbelastningen tilført fra gassrøret 35 til innsiden av inntaksporten 3a via tilførselsledningen 11 for brenselgass til mateanordningen 10 for brenselgass. Denne brenselgass er blandet med luft tilført fra inntaksrommet 9 inn i inntaksporten 3a via inntaksmanifolden 7 og blir innført i hovedforbrenningskammeret 4. Etter at det så blir komprimert i kompresjonsslaget, blir så en del av denne antent inne i forforbrenningskammeret 24a til forforbrenningskammerenheten 15 ved pilotmengden med flytende brensel injisert fra den elektromagnetiske brenselinjeksjonsventil 14 og flamme slippes ut fra injeksjonsåpningen 25a. Luft/gass blandingen inne i hovedforbrenningskammeret 4 blir så forbrent ved bruk av denne flamme som en antennelseskilde.

I dette tilfellet, ved oppstart av gassdrift eller når den er i drift ved lav belastning, blir tiden mellom åpning av styreventilen 13 for kompresjonsforholdet ved starten av kompresjonsslaget og lukking av denne (dvs. ventilens åpne tid T) innstilt som en kort tid, og mengden av luft/gass blanding som unnslipper fra hovedforbrenningskammeret 4 til inntaksporten 3a via luftpassasjen A som er dannet av åpningspartiet 17a, hullet 17e, det ringformede spor 17d og passasjen 3c til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet minsket, med kompresjonsforholdet til luft/gass blandingen innstilt ved et høyt nivå. Som et resultat blir kompresjonsantennelsen av pilotmengden med flytende brensel utført på utmerket måte uten en tennanordning for forbrenning så som at en tennplugg eller glødeplugg blir brukt, og motoren blir startet.

Følgelig kan en motor bli startet hurtig og pålitelig ved gassdrift uten at motoren er varmet opp, og drift ved lav belastning kan oppnås jevnt med den termiske virkningsgrad og forbrenningsstabilitet i en forbedret tilstand. Videre, fordi ingen tennanordning blir brukt er konstruksjonen til motoren tilsvarende forenklet og antallet deler er redusert som dermed øker påliteligheten. Den ytterligere fordel med reduserte produksjonskostnader oppnås også.

Ved drift ved en høy belastning blir ventilens åpne periode T til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet satt som en lang periode slik at luft/gass blandingen som unnslipper fra hovedforbrenningskammeret 4 til inntaksporten 3a øker og kompresjonsforholdet til luft/gassblandingen settes ved en lav verdi. Videre, ved drift ved middels belastning, som er mellom lav belastning og høy belastning, utføres styring slik at, etter hvert som belastningen øker, reduseres kompresjonsforholdet gradvis fra kompresjonsforholdet ved lav belastning til kompresjonsforholdet ved høy belastning.

Derfor, under hver av de ovenfor beskrevne belastninger, blir forbrenning av brenselgassen inne i hovedforbrenningskammeret 4 utført på en utmerket måte uten at tenningsbank opptrer, som muliggjør oppnåelse av et høyt nivå på termisk virkningsgrad og at en jevn gassdrift blir utført.

Videre, når den er i gassdrift, reduseres injeksjonsmengden til en svært liten størrelse (omtrent 1 % av den totale varmemengde) ved å utføre forbrenningen med kompresjonsantennelse av pilotmengden med flytende brensel. Som et resultat er det mulig å sikre utslippsdensiteten av NOx og sot generert ved forbrenning av flytende brensel ved antennelse blir holdt ved et absolutt minimum, og avgassverdier ifølge forskrifter for gassdrift kan bli imøtekommet på tilfredsstillende måte.

Merk at skifte fra gassdrift til drift med flytende brensel kan lett bli utført ved bruk av kommandosignal f4 for å kansellere innstillingen for injeksjonsmengden av flytende brensel i den elektromagnetiske brenselinjeksjonsventil 14 fra pilotmengden som har blitt fiksert ved en konstant verdi, samtidig som stengeventilen 36 for brenselgass lukkes som svar på et kommandosignal fl fra kontrollanordningen 34 og ved lukking av styreventilen 13 for kompresjonsforholdet ved demagnetisering av den elektromagnetiske spole 19 til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet. Nemlig, når den elektromagnetiske spole 19 demagnetiseres, løftes ventilstangen 18 opp av trykkfjæren 22, slik at ventilpartiet 18a stenger åpningen 17a i ventilhuset 17. Deretter blir kommunikasjonen mellom hovedforbrenningskammeret 4 og luftpassasjen A stengt med åpne- og lukkemekanismen B til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet. Som et resultat er det ingen unnslippelse av luft i hovedforbrenningskammeret 4 til inntaksporten 3a og kompresjonsforholdet til luften blir satt ved en høy verdi egnet for dieseldrift. Følgelig kan injeksjonen av flytende brensel med den elektromagnetiske brenselinjeksjonsventil 14 bli implementert straks med hastighetsstyrende kontroll tilsvarende belastningen.

Merk at i tobrenselmotoren E i den ovenfor beskrevne utførelse, blir åpne- og lukketidene til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet innstilt slik at ventilen åpnes ved starttiden for gasskompresjonsslaget med stemplet 2, og ventilen lukkes når veivakselen når en forutbestemt veivaksel rotasjonsvinkel med denne vinkel ved starttidspunktet for kompresjonsslaget tatt som en referanse. For eksempel kan innstillingene bli foretatt slik at ventilen blir lukket basert på veivakselens rotasjonsvinkel med starttidspunktet for kompresjonsslaget til stempelet 2 tas som 0°.

Derfor er det mer å foretrekke at innstillingen av det effektive kompresjonsforhold inne i hovedforbrenningskammeret 4 er nøyaktig. Imidlertid er innstillingen av åpne- og lukketidene til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet ikke begrenset til dette, og tidene kan bli satt til andre tider forutsatt at åpne- og lukketidene til styreventilen 13 for kompresjonsforholdet er i den initiale periode for starten av kompresjonsslaget til stempelet 2.

I tobrenselmotoren E av den ovenfor beskrevne utførelse, blir en konstruksjon benyttet der luft/gass-blanding inne i hovedforbrenningskammeret 4 tillates ved styreventilen 13 for kompresjonsforholdet å unnslippe til inntaksporten 3a via luftpassasjen 3c i sylinderhodet 3 for å justere kompresjonsforholdet til luft/gass-blandingen til brenselgassen og luften inne i hovedforbrenningskammeret 4. Imidlertid, istedenfor dette, som det er vist i fig. 8 og 9, er det også mulig å benytte en konstruksjon der luft/gass-blandingen som har unnsluppet fra hovedforbrenningskammeret 4 til dets utside blir blåst til en impeller 40a til en kompressor 40 til en avgassturbolader Tc anordnet i tobrenselmotoren E.

I dette tilfellet er luftehuller 41 som åpner mot et øvre parti av sylinderen 3 anordnet i styreventilen 13 for kompresjonsforholdet montert på topplokket 3 via holderen 16 og liknende, og som forløper i den aksiale retning av styreventilen 13 for kompresjonsforholdet. De nedre ender av lufthullene 41 er forbundet til hullet 17e, mens deres øvre ender er forbundet via rør 43 til en innsats-inntaksmanifold 44 formet rundt impelleren 40a på kompressoren 40 i avgassturboladeren Tc. Et antall av dysehjelpende innsatshuller 45 som løper i omkretsretningen i innsats-inntaksmanifolden 44 åpner mot ytre deler av impelleren 40a til kompressoren 40. Komprimert luft/gass-blanding fra hovedforbrenningskammeret 4 blir blåst inn i kompressorimpelleren 40 fra de stråleassisterte innsatshuller 45.

Merk at i fig. 9 er henvisningstallet 42 en avgassturbin som blir drevet av avgass fra en avgassport (ikke vist) i tobrenselmotoren E, mens G er en utgang belastningsanordning slik som en generator som blir drevet av motoren E.

På denne måten, dersom brensel/luft-blanding blir blåst inn mot impelleren 40a til kompressoren 40 i avgassturboladeren Tc, blir den transiente responsytelse til avgassturboladeren Tc bedret og luftmengden som blir sendt til hovedforbrenningskammeret 4 øket. Som et resultat oppnås den virkning at avgasstemperaturen og mengden med svart røk som slippes ut ved lave belastninger blir redusert.

Claims

1. Tobrenselmotor (E) som gir driveffekt ved forbrenning i et hovedforbrenningskammer (4) delt av en sylinder (1), av et stempel (2) som beveger seg frem og tilbake inne i denne sylinder (1), og av et topplokk (3) som har en inntaksport (3a) forsynt med en inntaksventil (5) og en avgassport med en avgassventil, ett av enten et gassformet brensel eller et flytende brensel i en gass komprimert med stemplet (2) i samsvar med en driftsmodus hvor tobrenselmotoren (E) er utstyrt med en forforbrenningskammerenhet (15), som er plassert i topplokket (3) til tobrenselmotoren (E), med et forforbrenningskammer (24a) som har en injeksjonsventil (14) for flytende brensel og som forbrenner flytende brensel injisert fra injeksjonsventilen (14) for flytende brensel ved å innføre den komprimerte gass,karakterisert vedat tobrenselmotoren (E) også er utstyrt med en styreventil (13) for kompresjonsforholdet som er plassert i en luftpassasje (A) som forbinder hovedforbrenningskammeret (4) med utsiden av hovedforbrenningskammeret (4) og som varierer kompresjonsforholdet til gassen i en initiell fase av kompresjonen av gassen med stempelet (2) ved åpning og lukking av luftpassasjen (A) for slik å la en del av den komprimerte gass unnslippe til luftpassasjen (A) og med en tilførselsanordning (10) for tilførsel av brenselgass til hovedforbrenningskammeret (4),innretningerforå la, i gassdriftmodus, styreventilen (13) for kompresjonsforholdet regulere åpne- og lukketidene for luftpassasjen (A) i samsvar med en driftstilstand så som motorstart, lavbelastningsdrift eller høybelastningsdrift, og justere kompresjonsforholdet ved å heve det for oppstart og lavbelastningsdrift og senke det for høybelastningsdrift, og med innstillingsinnretningerfor innstilling av åpne- og lukketidene til styreventilen (13) for kompresjonsforholdet slik at ventilen blir åpnet ved et starttidspunkt for et kompresjonsslag av gassen med stempelet (2), og ventilen blir lukket når en forutbestemt rotasjonsvinkel på veivakselen er nådd med rotasjonsvinkelen til veivakselen ved starttidspunktet til kompresjonsslaget tatt som en referanse.

2. Tobrenselmotor (E) som angitt i krav 1,karakterisert vedat tilførselsanordningen (10) for brenselgass er utstyrt med et gasstilførselsrør (11) som er forbundet til inntaksporten (3a), en elektromagnetisk ventil (12) som justerer en tilførselsmengde med gassbrensel fra en kilde for gassbrensel til gasstilførselsrøret (11), og en elektromagnetisk ventildriver (37) som driver den elektromagnetiske ventilen (12) til å åpne og lukke ved hastighetsstyrende kontroll, og at injeksjonen av en pilotmengde med flytende brensel med injeksjonsventilen (14) for flytende brensel og injeksjonen av flytende brensel ved hastighetsstyrende kontroll er mulig, og videre at styreventilen (13) for kompresjonsforholdet blir betjent med en elektromagnetisk spole (19) med justering av en ventilåpningstid fra når ventilen åpnes for slik å kommunisere hovedforbrenningskammeret (4)med luftpassasjen (A) inntil ventilen lukkes for at slik avstenging av denne kommunikasjon er mulig i samsvar med en driftstilstand av motoren, og videre at en styreanordning (34) som opererer hver er forbundet til den elektromagnetiske ventildriver (37), injeksjonsventilen (14) for flytende brensel og den elektromagnetiske spolen (19), og denne styreanordningen (34) virker ved valg av driftsmodus og når den er i gassdrift opererer den elektromagnetiske ventildriveren (37) ved hastighetsstyrende kontroll slik at den elektromagnetiske ventil (12) åpnes og lukkes og opererer injeksjonsventilen (14) for flytende brensel for å få den til å injisere en pilotmengde med flytende brensel, og også operere den elektromagnetiske spolen (19) slik at ventilåpningstiden til styreventilen (13) for kompresjonsforholdet blir justert i samsvar med driftstilstanden til motoren, mens når den er i drift med flytende brensel, opererer den elektromagnetiske ventildriveren (37) slik at den elektromagnetiske ventilen (12) lukkes, og opererer injeksjonsventilen (14) for flytende brensel slik at injeksjonen av flytende brensel blir utført med den hastighetsstyrende kontroll, og også opererer den elektromekaniske spolen (19) slik at styreventilen (13) for kompresjonsforholdet lukkes.

3. Tobrenselmotor (E) som angitt i ett av kravene 1 - 2,karakterisert vedat luftpassasjen (A) er forbundet til inntaksporten (3a).

4. Tobrenselmotor (E) som angitt i ett av kravene 1 - 3,karakterisert vedat luftpassasjen (A) er forbundet til en innsatsinntaksmanifold (44) til en avgassturbolader (Tc) som blir drevet av avgass fra avgassporten og mater komprimert luft til inntaksporten (3a).