SE514444C2 - Förbränningsförfarande vid en kolvförbränningsmotor - Google Patents

Description

lO 514 444 görande sätt från förbränningsförfarandet enligt förelig- gande uppfinning.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att lösa de ovan nämnda problemen och att åstadkomma ett förbrän- ningsförfarande för en motor med i övrigt förbättrade egenskaper särskilt vad beträffar dess verkningsgrad.

Syftet har uppnåtts med ett förbränningsförfarande vid en kolvförbränningsmotor uppvisande ett förbrännings- rum, i vilket en kolv upprepat bringas att röra sig i en arbetsalstrande expansionstakt följd av en utblàsnings- takt med mellanliggande övre respektive nedre dödläge, i vilka dödlägen kolvens rörelseriktning ändras. Luft som ska tillföras motorns förbränningsrum komprimeras till ett visst tryck, varefter luften tillförs förbrännings- rummet med eller utan bränsle under åtminstone en del av expansionstakten. Uppfinningen kännetecknas av att den komprimerade luften med eller utan bränsle tillförs för- bränningsrummet under en så stor del av expansionstakten som bestäms av ett önskat vridmoment vid olika varvtal hos motorn, från det att kolven befinner sig straxt före, vid eller strax efter det övre dödläget, och att bränsle förbränns tillsammans med den tillförda luften under ex- pansionstakten.

Det betyder att den komprimerade luften kan tillfö- ras förbränningsrummet under hela expansionstakten. I ett praktiskt utförande tillförs den komprimerade luften dock under upp till ca 25 % av den linjära rörelsen från det övre dödläget Med fördel lagras den komprimerade luften i en tank innan den tillförs förbränningsrummet. Denna tank kan ut- göras av en i förhållande till motorn fristående behålla- re eller vara inrymd i denna. Det ligger inom ramen för uppfinningen att utnyttja en eller flera tankar för detta ändamål. för att erhålla ett optimalt vridmoment hos mo- torn.

Det bör observeras att den motoranordning, som med- ger utnyttjande av förfarandet enligt uppfinningen, även s 14 444 - ¶:.:;f:.;§:4.;.~ 3 kan användas som en ren tryckluftmotor. Den tryckluft som företrädesvis finns lagrad i den förekommande tanken kan användas för att driva en förbränningsmotor utan bränsle- tillförsel. Ett fordon försett med en sådan motor kan sä- ledes förflyttas enbart med tryckluft som energikälla ät- minstone en kortare sträcka.

Förbränningsrummets volym kan varieras och inställas under expansionstakten till en storlek som bestäms av ett önskat vridmoment vid olika varvtal hos motorn. Likaså kan luften som ska tillföras motorn komprimeras under samtidig kylning genom att t ex vatten tillförs luften.

Vattnet kan även vara blandat med en alkohol, lalkohol, som även sänker ytspänningen. Även andra medel som sänker t ex ety- som förhindrar att vattnet fryser till is och ytspänningen, t ex tensider, kan tillsättas. Mängden tillfört vatten bestäms av vilket slag av bränsle som för I en till- lämpning av uppfinningen kan luften som ska tillföras mo- tillfället används vid förbränningen i motorn. torn åtminstone delvis komprimeras genom motorbromsning i generell bemärkelse.

Ytterligare detaljer och kännetecken framgår av be- skrivningen nedan samt av patentkraven.

Förbränningsförfarandet enligt uppfinningen skiljer sig fràn det som gäller i vanliga motorer genom att luft som komprimeras och annars direkt används vid förbrän- ningsprocessen i stället passerar och/eller lagras i ená tank under högt tryck. Där kan även luft lagras som komp- rimeras t ex genom motorbromsning vid ett fordons fart- minskning. Luften kan kylas, anpassat till det aktuella bränslet, antingen under komprimeringen, eller i tanken, eller pà väg till eller från tanken. Ur tanken tas den luft som motorn använder. Den kan tillföras förbrännings- rummet med början i eller nära kolvens övre dödläge.

Bränsle kan finnas i den tillförda luften och/eller spru- tas direkt in i cylindern. Den tillförda luftens tempera- tur är avsevärt lägre än vad den annars skulle vara efter kompressionstakten och dess densitet är motsvarande stör- 514 444 4 re. Det medför bla att det inte uppstår problem med knackande förbränning som i dagens motorer.

I motorer med fast kompressionsförhàllande anpassas mängden tillförd luft eller bränsleluftblandning beroende av det vridmoment som för tillfället önskas genom att in- loppsventilen för lufttillförseln hålls öppen längre el- ler kortare tid. I motorer med variabelt kompressionsför- hållande anpassas kompressionsvolymen för optimal verk- ningsgrad med beaktande av förbränningsknackning och av- gasemissioner. Denna teknik kan även utnyttjas i kombina- tion med förbränningsförfarandet enligt uppfinningen. Det är därför möjligt att välja storleken på förbränningsrum- mets volym beroende av det vridmoment som för tillfället önskas och därefter eller samtidigt tillföra den bränsle- luftblandning som behövs.

Förfarandet enligt uppfinningen är särskilt fördel- aktigt om kolven i utblàsningstakten kan få vända så nära cylindertaket som möjligt. Dà erhålls bra expansionsför- hållande och god möjlighet till bortförande av avgaser.

Vidare kan, med början strax innan, i eller strax efter det övre dödläget, införas luft eller bränsleluftbland- ning i förbränningsrummet som kan få strömma in samtidigt med att kolven rör sig nedåt tills precis den mängd bränsleluftblandning eller luft införts som det för ögon- blicket önskade vridmomentet kräver, varefter tillförseln stängs. Förfarandet gynnas om tillförsel av bränsleluft- blandning eller luft kan ske genom en eller flera venti- ler som kan öppnas och stängas snabbt beroende av optime- ring av aktuella parametrar. Förfarandet enligt uppfin- ningen innebär att bla det aktuella vridmomentet som öns- kas bestämmer mängden införd bränsleluftblandning eller luft. Vid lägre belastning kan tändning ske innan venti- len för tillförsel av luft eller bränsleluftblandning stänger vilket kan ske före övre dödläget.

Motorns vridmoment kan ökas avsevärt genom en för- längd tidsperiod för införande av bränsleluftblandning eller luft i förbränningsrummet och senarelagd förbrän- ning. En motor kan därför göras mindre än annars för att -14 444 minska bränsleförbrukningen men med en effekt motsvarande en stor motor. Senarelagd förbränning innebär att verk- ningsgraden minskar vilket emellertid kan kompenseras ge- nom användning av en avgasturbo pà traditionellt sätt.

Vidare kan speciellt vid sådana tillfällen överskott av vatten, som löpande kondenseras ut i tanken med hög- trycksluft, införas i samband med förbränningen för att förbättra verkningsgraden genom intern kylning.

Luft eller bränsleluftblandning leds in i förbrän- ningsrummet med stor hastighet under kort tid. Bränsle kan således följa med den tillförda luften och/eller sprutas direkt in i cylindern. Luftströmmen kan styras för att få turbulens och/eller virvelbildning för god förbränning. Tack vare högt tryck och låg temperatur kan kanaler och ventiler för lufttillförsel göras mindre än normalt vilket förbättrar möjligheterna till kontroll och styrning av snabba förlopp. En motor kan stannas och där- efter starta med användning av komprimerad luft vilket är fördelaktigt i till exempel stadstrafik. Ett stort pro- blem i dagens motorer är att ventiler, avgasgrenrör, av- gasturbo och katalysator kan ta skada av de höga avgas- temperaturer som uppstår vid högt effektuttag. Detta pro- blem undviks vid föreliggande uppfinning genom de förhål- landevis låga temperaturer som avgaserna får. Uppfinning- en har fördel av om en motors luft komprimeras utanför cylinders expansionsutrymme under samtidig kylning vilket minskar erforderligt tekniskt kompressionsarbete. Vatten som kondenseras ut i tanken med den komprimerade luften kan användas för intern kylning genom insprutning under komprimeringen. Komprimering kan ske pà kolvens undersida samtidigt med att expansion sker pà kolvens andra sida eller i en kompressor som drivs av motorn. I exempelvis en sexcylindrig motor kan tre cylindrar utgöra kompresso- rer.

Vid förbränningsmotordrivna fordon sker fartreduce- ring till stor del ske genom att med motorbromsning komp- rimera luft som sedan lagras i tanken. Detta innebär att återanvändning av lagrad energi kan ske vid farthöjning lO 514 444 6 genom expansion av komprimerad luft eller genom att mo- torn laddas med högre tryck eller genom att motorn laddas med större volym komprimerad luft. Tanken innehåller störst luftmassa vid maximal kylning av den komprimerade luften. Tankens storlek anpassas till den aktuella mo- torns användningsområde. Tanken för komprimerad luft till en motor för en bärbar maskin, exempelvis en motorsåg, bör ha minst lika stor volym som förbränningsrummet. I fordon finns möjlighet att dimensionera utrustning så att luften blir maximalt avkyld.

Bortkylning av kompressionsvärme efter kompressions- takten ger energiförlust men detta kompenseras genom möj- lighet till bättre expansionsförhàllande och genom lägre förbränningstemperatur vilket minskar överföring av värme till omgivande väggar samt genom större förhållande Cp/Cv. Bortförande av värme under kompressionstakten för- bättrar verkningsgraden genom minskat tekniskt kompres- sionsarbete.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 = 514 444 PATENTKRÅV

1. Förbränningsförfarande vid en kolvförbränningsmo- tor uppvisande ett förbränningsrum, i vilket en kolv upp- repat bringas att röra sig i en arbetsalstrande expan- sionstakt följd av en utblàsningstakt med mellanliggande övre respektive nedre dödläge, i vilka dödlägen kolvens rörelseriktning ändras, varvid luft som ska tillföras mo- torns förbränningsrum komprimeras till ett visst tryck, varefter luften tillförs förbränningsrummet med eller utan bränsle under åtminstone en del av expansionstakten, kännetecknat av att den komprimerade luften med eller utan bränsle tillförs förbränningsrummet under en så stor del av expansionstakten som bestäms av ett önskat vridmo- ment vid olika varvtal hos motorn, från det att kolven befinner sig straxt före, vid eller strax efter det övre dödläget, och att bränsle förbränns tillsammans med den tillförda luften under expansionstakten.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den komprimerade luften lagras i en tank innan den tillförs A förbränningsrummet.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, kännetecknat av att förbränningsrummets volym varieras och inställs under expansionstakten till en storlek som bestäms av ett öns- kat vridmoment vid olika varvtal hos motorn.

4. Förfarande enligt något av kraven l-3, känneteck- nat av att luften som ska tillföras motorn komprimeras under samtidig kylning.

5. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att vatten tillförs luften för kylning.

6. Förfarande enligt krav 5, kännetecknat av att mängden tillfört vatten bestäms av vilket slag av bränsle som för tillfället används vid förbränningen i motorn.

7. Förfarande enligt något av kraven 1-6, känneteck- nat av att luften som ska tillföras motorn åtminstone delvis komprimeras genom motorbromsning.