DK146248B - Fremgangsmaade til taending i en forbraendingsmotor og motor til udoevelse af fremgangsmaaden - Google Patents

Description

vil/

(19) DANMARK

tos) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 146248 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Patentansøgning nr.: 3208/75 (51) Into.3: F02B 23/04 (22) Indleveringsdag: 15 jul 1975 (41) Aim. tilgængelig: 06 feb 1976 (44) Fremlagt: 08 aug 1983 (86) International ansøgning nr.:- (30) Prioritet: 05 aug 1974 US 494409 (71) Ansøger: 'TOWNSEND ENGINEERING COMPANY; Des Moines, US.

(72) Opfinder: Ray Theodore *Townsend; US.

(74) Fuldmægtig: Per Jacobsens Patentbureau_ (54) Fremgangsmåde til tænding i en forbrændingsmotor og motor til udøvelse af fremgangsmåden

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til tænding i en forbrændingsmotor og er af den i indledningen til krav 1 angivne art.

Tænding i forbrændingsmotorer kan udføres ved en elektrisk gnist eller ved, at ladningen opvarmet kommer i berøring med glødende flader eller ved sammenpresning af ladningen. I den første dieselmotor, bygget i 1893, indtrådte der ved den første indsprøjtning af brændsel en frygtelig eksplosion, der nær havde kostet opfinderen 00 livet, men det lykkedes senere at fremstille dieselmotorer med pålideligt virkende DO tænding.

ί

N

10 r- * □ • 2 146248

De hurtigtløbende forbrændingsmotorer, ved hvilke brændslets indsprøjtning sker ved trykforstøvning i luftindholdet i forbrændingsrummet, kræver en temmelig betydelig forlægning af indsprøjtningstidspunktet foran dødpunktet. Deraf følger skarpe tændinger og høje tændtryk, som bevirker, at maskinen går med megen støj. Lægger man indsprøjtningstidspunktet senere, altså nærmere ved dødpunktet, bliver maskinens gang roligere, men forbrændingen bliver dårligere. Maskinen begynder at ose, udstødningstempereraturen stiger og brændselsforbruget vokser.

Det er kendt at anvende et hjælpeforbrændingsrum, som står i forbindelse med det egentlige forbrændingsrum gennem en tragtformet hals, i hvilken brændslet indsprøjtes, og som virker som en luftakkumulator. Denne konstruktion har dog den ulempe, at der efterhånden dannes en skorpe på væggene, og at forbrændingens godhed nedsættes.

Fra beskrivelsen til patent nr. 43 273 kendes en forbrændingsmotor af sidstnævnte art, ved hvilken den nævnte ulempe er søgt afhjulpet ved at undgå direkte indsprøjtning i sidekamrene. Forbrændingen i forbrændingsrummet sker derfor i begyndelsen med en formindsket luftmængde, hvorved høje tændtryk undgås, I sidekamrene, der er forholdsvis små, sker der ikke nogen egentlig forbrænding. Tændingstidspunktet er derfor ikke præcist.

Fra USA patentskrift nr. 1 633 385 kendes en maskine, ved hvilken der produceres en række kraftimpulser, der strækker sig over en betydelig del del af kraftslaget, idet der er dannet en del gaslommer i cylindervæggen. Tændingstidspunktet er imidlertid ikke præcist.

Fra USA patentskrift nr. 2 9o5 159 kendes en motor med et hjælpeforbrændingsrum i cylinderen mellem top og bund af hovedforbrændingsrummet med det formål at give en yderligere hjælpeeksplosion omtrent midt i kraft-slaget. iiogen anvisning på opnåelse af et præcist tændingstidspunkt ved kompressionstænding findes ikke i dette skrift, men tændingen komplice -res derved, at det ved anvendelse af den omhandlede motor som dieselmotor må foretrækkes at indsprøjte brændslet i hjælpeforbrændingsrummet lidt senere end indsprøjtningen af brændsel gennem hoveddysen i hovedforbrændingsrummet.

Fra beskrivelsen til svensk patent nr. 136 357 kendes en forbrændingsmotor med et til cylinderen tilsluttet kammer for separat fordampning af brændslet, men denne motor kræver elektrisk tænding og en særlig tvangsmæssig ændring af tidspunktet herfor er afhængig af den i kammeret indførte brændselsmængde.

3 146248

Opfindelsens fonnål er at tilvejebringe en forbrændingsmotor med kompressionstænding, ved hvilken det er muligt at fastsætte det tidspunkt, hvor flammefronten starter, med stor nøjagtighed både ved almindelige diselmotorer og ved rotationsstempelmotorer.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen til tænding i en forbrændingsmotor med kompressionstænding er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte.

Herved opnås, at det tidspunkt, hvor flammefronten starter, kan fastlægges med stor nøjagtighed, hvilket skyldes, at der kun efterlades en ringe mængde brændstof indesluttet i et relativt lille forbrændingsrum over stemplet. Når denne ringe mængde brændstof antændes, og stemplet tvinges nedad, antændes det øvrige brændstof også. Hvis hele brændstofmængden fandtes over stemplet, skulle dette bevæges mere i kompressionsretningen for at opnå antændelse end ved den foreliggende fremgangsmåde, hvor det brændstof, der skal tændes, er indesluttet i et mindre forbrændingsrum. For at undgå en for tidlig tænding har man ved de kendte motorer af denne art været nødt til at indsprøjte brændstof langsomt og meget omhyggeligt styret og måttet affinde sig med, at en del af forbrændingen sker så sent, at stemplet er bevæget så langt, at effekten bliver nedsat. Det har vist sig, at dette problem undgås ved motoren ifølge opfindelsen, hvor der kun kræves en ringe bevægelse af stemplet for at opnå antænding.

Opfindelsen angår også en motor til udøvelse af den omhandlede fremgangsmåde, hvilken motor er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 2 anførte. Herved opnås de samme fordele som ved den omhandlede fremgangsmåde både ved almindelige dieselmotorer og ved rotationsstempelmotorer.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig* 1 viser den omhandlede motor ifølge opfindelsen set i perspektiv, fig. 2 i snit samme med visse dele fjernet, fig. 3 en af motorens cylindre i perspektiv, fig. 4 en enkelthed ved motoren, fig. 5 et snit i motoren vinkelret på det i fig. 2 viste, 4 146248 fig. 6 de midterste dele i motoren set i perspektiv og i afstand fra hinanden, fig. 7 et snit efter linien 7-7 i fig. 6, fig. 8 et snit efter linien 8-8 i fig. 7, fig. 9 et snit efter linien 9-9 i fig. 7 og fig. lo den midterste del af motoren som set langs linien lo-lo i fig. 9.

Motoren er betegnet lo og består af motorblokke 12 og 14, der er holdt sammen med bolte 16 som vist i fig. 1 og 2 om en rund kamplade 18.

En aksel 26 gir gennem blokken 12 og bliver der støttet af et hovedleje 28. En plade Jo er sammensvejset med den inderste ende af akslen 26 for at kunne dreje samtidig med denne og indeholder adskillige åbninger 32 for bolte 34, skruet ind i den ene ende af en rotor 35· 36 henviser generelt til en kerne, som fortsætter gennem blokken .14 ind i motoren lo, således at dens inderste ende 38 er anbragt i et leje 4o. Kernen 36 består af kernedele 42, 44 og 46. Som det ses i fig. 5 og 6 er kernedelen 46 anbragt på den del 48 af kernedelen 44, som har en mindre diameter. På delen 48 er med mellemrum anbragt 3 ringformede noter 5o, 52 og 54, som hver især er forseglet ved hjælp af O-ringe 56 og 58 som vist i fig. 9.

I kernedelen 46 er der lavet to udboringer 62 og 64, se fig. 6, for bolte 66 og 68. Kernedelen 44 er ligeledes udstyret med gevind, hvori skrues boltene 66 og 68 for at holde sammen på kernedelene 42 og 44. Kernedelen 42 er også udstyret med et gevind 7o, hvori skrues et luftrør 72, og som står i forbindelse med en udboring 74, som fortsætter indadtil, og som står i forbindelse med et par kanaler 76 og 78, som igen går videre. Som det ses i fig. 9 er kernedelen 44 udstyret med et par kanaler 80 og 82, som ligger på langs, og som står i forbindelse med kanalerne 76 og 78. De indre ender af kanalerne 80 og 82 fortsætter ud i kanaler 84 og 86, som igen står i forbindelse med ae bueformede noter 88 og 9o i kernedelen 46. Som det ses af fig. 9 er kanalerne 84 og 86 anbragt mellem O-ringene 56 og 58 og sidder I80 grader fra hinanden.

Kernedelen 42 er ligeledes udstyret med en åbning med gevind 92, hvori passer en brandstof- eller blandingsanordning 94, og som står i forbindelse med en kanal 96, dannet i kernedelen 42, som står i forbindelse med et par på langs anbragte kanaler 93 og ioo som vist i fig. 8.

5 146248

To på langs anbragte kanaler lo2 og lo4 i kernedelen 44 står i forbindelse ned de inderste ender af kanalerne 98 og loo, fig.8.

De indre ender af kanalerne lo2 og lo4 udmunder i kanaler lo6 og lo8, som igen står i forbindelse med aflange, bueformede noter llo og 112, der er dannet i kernedelen 46.

Kernedelen 46 er udstyret med en åbning med gevind 114, som står i forbindelse med kanalen 116, som fortsætter indad som vist i fig. 8. Den inderste ende af kanalen 116 står i forbindelse med en på langs anbragt kanal 118, som er forbundet med tre huller 12o, 122 og 124, og som fortsætter diagonalt udad og ender i den skrå del 126 af kernedelén 46. Et olierør 128 er skruet ind i åbningen 114 og står i forbindelse med et olieforråd under trykT

13o henviser til en roterende ventil med en indre skråside 132, som sidder således, at den kan drejes på den kegleformede overflade 126 af kernedelen 46 (fig. 5). Som det ses i fig. 5 er ventilen 13o anbragt på lejet 4o, således at den kan drejes. Ventilen 13o er fastgjort til rotoren 35, således at de drejes samtidigt. Ventilen 13o er udstyret med 4 stråleformet anbragte luftkanaler 134 og 4 stråleformet anbragte brændstofkanaler 136, der går derigennem, og som vil blive beskrevet senere.

Adskillige cylindre 138 er fastgjort til rotoren 35 ved hjælp af bdlie 14o, som går igennem åbninger 142, der er dannet i den fremstående kant 144 og fortsætter ind i rotoren 35 som vist i fig. 2. Gemerelt består hver af cylindrene 138 af en indre del 146 og en yderkant 148, der er udstyret med modsatte åbninger 15o og 152. Hver af cylindrene 138 er udstyret med adskillige radialt anbragte lufthuller 154 og adskillige blandingsåbninger 156 som vist i fig 3· Ligeledes ses det i fig. 3· at cylinderen 138 også er udstyret med adskillige radialt anbragte udblæsningsåbninger 158, der er anbragt ca. 3 mm tættere ved den inderste ende af cylinderen end luft- og blandingsåbningerne 154 og 156. Grunden dertil vil blive beskrevet i enkeltheder senere hen.

Et stempel 160 er anbragt i hver af cylindrene 138 og består generelt af en hovedpart 162 og en yderpart I64. En rulle 166 er anbragt på en aksel 168, som er fastgjort til yderparten 164. Rullen 166 ruller på kamoverfladen. lijio af kampladen 18 for at få stemplet til at bevæge sig 1 forhold til cylinderen, når rotoren i motoren drejes.

6 146248

Hvert af stemplerne 16o er udstyret med stempelringe 172, 174 og 176. Som det ses i fig. 5 er stempelringen 172 afpasset således, at den forsegler de små forbrændingshulrum 173, som er dannet på indersiden af cylindrene 138. Hulrummene 178 er anbragt i stjerneform med mellemrum hele vejen rundt om toppen af cylinderen som vist på tegningen. Hulrummene 178 er anbragt såleds, se fig. 2, at stempelringen 172 forsegler hulrummet 178 ganske lidt, inden stemplet når til toppunktet. Når stemplet når toppunktet og begynder at gå ned igen ved udstødningsslaget-, bliver hulrummene 178 lagt åbne til cylinderens forbrændingskammer, hvilket vi] blive beskrevet i enkeltheder senere hen.

Som det ses i fig. 5, står udblæsningsåbningerne 158, som er dannet i cylindrene 138, i forbindelse med udblæsningskanaler 18o og et kammer 182, som er dannet i rotoren 35, som igen står i forbindelse med en udboring 184, som fortsætter gennem akslen 26 for at opnå, at forbrændingsgassen bliver udblæst fra motoren.

Kamoverfladen 17o på kamplaåen 18ohar flige 186 og 188 anbragt modsat hinanden. I beskrivelsen vil kamoverfladerne, der sidder tæt ved fligen 186 på hver side, blive omtalt som henholdsvis 19o og 192. Kamoverfladerne, der sidder tæt ved fligen 188, vil blive omtalt som henholdsvis 194 og 196. Kamoverfladen, der sidder nogenlunde midtvejs mellem kamoverfladerne 192 og 194, vil blive benævnt 198, mens kamoverfladen, der sidder nogenlunde midtvejs mellem kamoverfladerne 196 og 19o vil blive benævnt 2oo.

I drift bliver brændstofblanding under tryk konstant tilført delen 94, således at blanding under tryk hele tiden bliver tilført de bueformede noter llo og 112. Det eneste tidspunkt, at blanding går ud fra noterne llo og 112, er når noterne står i forbindelse med kanalerne 136, som er dannet i den roterende ventil 13o. Kanalerne 136 står i forbindelse med åbningerne 156 i cylindrene 138, således at blanding under tryk bliver tilført det indre af cylindrene, når kanalerne 136 stemmer overens med noterne llo og 112. .

Luft under tryk bliver hele tiden tilført luftrøret 72, således at luft under tryk hele tiden bliver tilført de bueformede noter 88 og 9o, dannet i kernedelen 46. Det eneste tidspunkt, at luft udtømmes fra noterne 88 og 9o, er, når disse står i forbindeåse med kanalerne 134, som er dannet i ventilen 13o, og som står i forbindelse med luftåbningerne 154 i cylindrene 138.

146248 7

Olie under tryk bliver tilført røret 128, således at smøreolie kan komme ind imellem den kegleformede del 126 af kernedelen 46 og den skrå flade på den roterende ventil 13o gennem hullerne 12o, 122 og 124.

Fig. 2 viser det øverste og det nederste stempel i top position. I den position vist i fig. 2 er stempelrullerne 166 ved toppunktet af fligene 186 og 188. Da det øverste og nederste stempel (fig. 2) fungerer på samme måde, vil kun det øverste stempels gang eller periode blive beskrevet.

Som før beskrevet bliver cylinderen i drift opladet med en blanding af brændstof og luft, når stemplet er i fuldt udvidet stilling. Mens stemplet bevæger sig opad i cylinderen, bliver brændstoffet og luften sammentrykt, og blandingen findes i hulrummene 178. Alt imens stemplet nærmer sig sit fulde kompressionsslag, og alt imens forråds-hulrummene 178 stadig er åbne, nærmer brændstofblandingen sig det tryk, der er nødvendigt for antændelse, uden dog helt at nå dertil. Stemplet l6o bevæger sig forbi hulrummene 178 og lukker derved for disse, som er fyldt med en del af forbrændingsblandingen. Den overskydende del af den brændbare ladning er nu indelukket i det forholdsvis lille rum ovenover stempeltoppen. Ved yderligere ringe bevægelse af stemplet kommer den overskydende brændbare ladning under så højt et tryk, at det er mere end rigeligt til antænding af den lille ladning over stemplet. Når stemplet ekspanderer og bevæger sig under hulrummene 178, antændes forrådet af brændstof i hulrummene 178. På grund af forholdet mellem stemplets forskydning og det lille forbrændingskammer, som er tilbage, forøges farten af kompressionen meget hurtigt med kun en lille bevægelse af stemplet. Af denn grund er det ikke nødvendigt for stemplet at flytte sig ret meget for at opnå fuldstændigt antændelsestryk. Ved en variation af størrelsen af forrådshulrummene i forhold til forbrændingskammeret ovenover forrådet, er det muligt at fastsætte tændingstiden med hensyn til toppunktet med meget stor nøjagtighed. Fprrådshulrummene 178 er yderst vigtige og tilvejebringer en enestående måde, hvorpå antændelsesøjeblikket i en forbrændingsmotor med kompressionstænding kan kontrolleres, og den er desuden brugbar ikke alene i en roterende motor, men vil også yære fordelagtig i en almindelig dieselmotor. Fordelen ved forrådshulrummene ligger i at tilføre brændstoffet ved hjælp af luft under atmosfærisk tryk i stedet for at indsprøjte brændstoffet og luften i cylinderen mod højt kompressionstryk, hvor afmålingen af brændstoffet bliver meget kritisk.

8 146248

En anden fordel består i mindre forurening, eftersom brændstof indsprøjtet som væske, som f. eks, i almindelige dieselmotorer, ikke bliver så fuldstændigt forbrændt som, når det skal blandes med luft og skal fordampe før antændelsen.

Som før beskrevet er udblæsningsåbningerne 158 i cylindrene 138 c.

3 mm tættere på den indre ende af cylinderen end luft- og blandingsåbningerne 154 og 156. Anbringelsen af udblæsningsåbningerne 158 bevirker, at stemplet under ekspansionsslaget først kan lukke op for udblæsningsåbningerne 158 for at komme af med udblæsningsgassen i cylinderen. Hurtigt efter åbningerne 158 bliver åbnet til forbrændingskammeret under stemplets bevægelse nedad i cylinderen, bliver også luftåbningeme 154 og brændstofåbningerne 156 lukket op til cylinderens indre. Hense- og køleluften bliver ført til åbningerne 154, som hjælper til med udrensningen af udblæsningsgas fra cylinderen, når toppen af stemplet har bevæget sig under åbningerne 154, således at den omgivende luft fra blæseren bliver tvunget gennem cylinderen og ud igennem udblæsningsåbningerne 158 og ud gennem akslen 26 som tidligere beskrevet. Cylindrens indre overfladetemperatur er meget større end dens ydre overfladetemperatur og derfor er varmeoverførslen mellem indersiden af cylinderen og luften meget hurtig. Derfor er en mindre mængde luft tilstrækkelig.

Desuden, fordi stemplerne styres af kammené form, er det en let sag at gøre kompressionsslaget og især ekspansionsslaget til en mindre del af en omdrejning, såleds at mindre varme går tabt i cylinderens vægge og som følge deraf, er mindre køling nødvendig. Da kompressions- og ekspansionsslaget desuden bliver kortere, bliver der mere tic i hver periode til afkøling.

Dette, at luften bliver tvunget ind i cylindren, fører også til en anden fordel. I almindelige roterende motorer bruges centrifugalkraften til at holde stemplerne mod kammen. Centrifugalkraften alene er ikke nok til at overvinde vakuumvirkningen, når stemplerne skal indsuge luft til opladning på den almindelige måde. I den omhandlede motor bliver blæseren brugt til at tvinge luften ind i cylindrene under tryk, så at der er et tryk, som hjælper centrifugalkraften med at bevæge stemplerne ud mod kammen. Lufttrykket på stempierne sokrer, at stempelrullerne 166 følger kammen, ligesom det medvirker til en super-charging virkning.