FI108312B - Igniting cell for an engine for two fuels - Google Patents

Description

108312108312

Sytytyselementti kahta polttoainetta käyttävää moottoria vartenIgnition element for dual fuel engine

Jakamalla erotettu hakemuksesta 905494.Divided by application 905494.

Tämä keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen 5 sytytyselementtiin kahta polttoainetta käyttäviä moottoreita varten.The present invention relates to an ignition element 5 for dual fuel engines according to the preamble of claim 1.

Kiinteät mäntämoottorit, jotka toimivat luonnonkaasulla tai muilla kaasumaisilla polttoaineilla, ottavat sytytykseen energiaa kipinästä tai pienestä määrästä nestemäistä apupolttoainetta (tyypillisesti 5 % kokonaispolttoainees-ta), jolla on riittävä Setaaniluku (tyypillisesti dieselmoottoriöljy) ja jota ruiskute-10 taan suoraan polttokammioon. Apusytytteiset moottorit palvelevat teollisten markkinoiden suurinta osaa, koska ne voittavat kipinäsytytteiset moottorit kestävyydellään ja tehollaan ja tarjoavat toiminnan aikana siirtymisen täysin dieselpolttoaineeseen ja siitä pois. Näitä apusytytteisiä moottoreita kutsutaan "kaasudiesel-" tai "kaksipolttoaine-'moottoreiksi.Solid piston engines, which run on natural gas or other gaseous fuels, draw on ignition energy from a spark or a small amount of liquid auxiliary fuel (typically 5% of the total fuel) that has an adequate Sethane number (typically diesel fuel) and is injected directly. Auxiliary ignition engines serve the majority of the industrial market as they overcome the spark ignition engines with their durability and power, and offer a complete transition to and from diesel during operation. These auxiliary-ignition engines are called "gas-diesel" or "bi-fuel" engines.

15 Tyypillisiä kaksipolttoainemoottoreita on käsitelty US-patenteissa nro 4 603 674 Tamakalle; 4 463 734 Akeroydille; ja 4 527 516 Fosterille.15 Typical bi-fuel engines are disclosed in U.S. Patent No. 4,603,674 to Tamaka; 4,463,734 to Akeroyd; and 4,527,516 to Foster.

Myös moottorien päästöjen, erityisesti NOx-päästöjen, valvonnasta on tullut huolenaihe, kuten osoitetaan US-patenteissa nro 4 306 526 Schaub et ai; ja nro 4 524 730 Doell et ai.Control of engine emissions, particularly NOx emissions, has also become a concern, as shown in U.S. Patent No. 4,306,526 to Schaub et al; and No. 4,524,730 to Doell et al.

20 Vaikka apusytytteiset moottorit edustavat polttoainetta säästävintä voimalaitetta kaupallisessa käytössä tällä hetkellä, nämä moottorit osoittavat päästöjen epämieluisia tasoja, jotka havaitaan analyyttisillä prosesseilla ja visuaalisesti keltaisesta väristä. Laaja työ tutkimustasolla on liittänyt epämieluisat päästötasot nestemäisen apupolttoaineen ja ensisijaisen kaasumaisen 25 polttoaineen kilpailuun saatavilla olevasta hapesta. Tämä kilpailu hapesta suosii kaasumaista polttoainetta ja näännyttää apupolttoaineen osan johtuen nestemäisen polttoaineen suurista päästöistä.20 Although auxiliary ignition engines represent the most fuel-efficient power unit in commercial use today, these engines exhibit undesirable levels of emissions observed by analytical processes and visually yellow. Extensive research at the research level has linked undesirable emission levels to the auxiliary liquid and primary gaseous 25 fuels of available oxygen. This competition for oxygen favors gaseous fuel and lowers the auxiliary fuel portion due to the high emissions of liquid fuel.

Tämän keksinnön kohde on valvoa päästöjä, so. valvoa keltaista huntua kahden polttoaineen toimintatavassa kuin myös yleisesti laajentaa 30 muiden päästöjen valvontaa.The object of the present invention is to control emissions, i. control the yellow veil in dual fuel mode as well as broaden the scope for 30 other emissions controls.

Toinen tämän keksinnön kohde on parantaa polttoaineen kulutusta, parantaa voiman laatua ja laajentaa kahden polttoaineen moottorin käyttöä.Another object of the present invention is to improve fuel consumption, improve power quality and extend the use of dual-fuel engines.

Tämän keksinnön lisäkohde on toteuttaa yllämainitut kohteet yksinkertaisella tavalla, joka on kustannuksia säästävä, joka saa aikaan kompo-35 nenttien kestävyyden ja tuottaa keksinnön soveltamiselle joustavuutta.It is a further object of the present invention to realize the above objects in a simple manner that is cost effective, which provides durability of the components and provides flexibility in the application of the invention.

2 108312 Nämä tavoitteet voidaan toteuttaa käyttämällä tätä keksintöä, joka liittyy ulkoisesti sijoitettavaan nestemäistä polttoainetta käyttävään suihkutus-elementtikokonaisuuteen, joka on yhteydessä päämäntäkammioon, tällainen elementti tuottaa keinot pääkammion polttoaineen, laihan kaasumaisen poltto-5 aineseoksen, optimaalista sytytystä varten samanaikaisesti maksimipuristuk-sen kanssa puristusiskun yläpäässä.These objectives can be accomplished by the use of the present invention relating to an externally disposed liquid fuel injection jet assembly communicating with a main piston chamber, such element providing means for optimal ignition of the main chamber fuel, lean gaseous .

Keksinnön mukaiselle sytytyselementille on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.The ignition element according to the invention is characterized in what is set forth in the characterizing part of claim 1.

Vielä eräs tämän keksinnön kohde on tuottaa ulkoinen riippumaton 10 suihkutuselementtikokoonpano, joka on helposti hyödynnettävissä jälkiasen-nustilanteissa kuin myös alkuperäisessä laitteiston valmistuksessa.It is a further object of the present invention to provide an external independent spray element assembly 10 that is readily utilized in post-installation situations as well as in the original hardware manufacture.

Muut kohteet ilmenevät alan ammattilaisille seuraavasta spesifikaatiosta ja oheisista piirustuksista.Other objects will be apparent to those skilled in the art from the following specification and the accompanying drawings.

Kuvio 1 on pystyleikkauskuva osittaisena poikkileikkauksena tyypilli-15 sestä V-tyyppisestä, nelitahtisesta, moottorimallista, joka on suunniteltu suuri-hevosvoimaiseen jatkuvaan käyttöön;Figure 1 is a vertical sectional view in partial cross-section of a typical V-type four-stroke engine model designed for high-horsepower continuous operation;

Kuvio 2 on pystyleikkauskuva osittaisena poikkileikkauksena samanlaisesta kevyempi painoisesta moottorista varakäyttöön, offshore- ja me-risovellutuksiin, ja joka toimii hieman korkeammalla nopeudella; 20 Kuvio 3 on kaavamainen osittainen poikkileikkaus polttokammiosta yhdistettynä parannettuun suihkutuselementtikokoonpanoon, joka sisältää tämän keksinnön opetukset, käytettäväksi toiminnan polttoainekaasutoimintata-vassa ja standardisuihkutussuuttimen käytettäväksi täydessä dieseltoiminta-tavassa; 25 Kuvio 4 on suurennettu leikkauskuva osittain poikkileikattuna kuvion 3 mukaisesta suihkutuselementistä;Fig. 2 is a vertical sectional view, partially in cross-section, of a similar lighter weight engine for back-up, offshore and marine applications, operating at slightly higher speeds; Figure 3 is a schematic partial cross-sectional view of a combustion chamber combined with an improved spray element assembly incorporating the teachings of the present invention for use in a fuel gas mode of operation and a standard jet nozzle for use in full diesel mode; Figure 4 is an enlarged sectional view, partly in cross-section, of the spray element of Figure 3;

Kuvio 5 on leikkauskuva sivulta katsottuna tässä keksinnössä tar-kastelunalaisen sylinterin kansikokoonpanosta;Fig. 5 is a side elevational view of the cover assembly of the cylinder under consideration in the present invention;

Kuvio 6 on leikkauskuva alhaalta päin otettuna pitkin kuvion 5 viivaa 30 6-6 sylinterin kannesta kansi poistettuna;Figure 6 is a sectional bottom view taken along line 30-6 of Figure 5 with the lid of the cylinder removed;

Kuvio 7 on leikkauskuva otettuna pitkin kuvion 6 viivaa 7-7 esittäen venttiili-istukan sisäosia;Fig. 7 is a sectional view taken along line 7-7 of Fig. 6 showing the interior of the valve seat;

Kuvio 8 on leikkauskuva männästä, joka on tässä keksinnössä tarkasteltua tyyppiä; ja 35 Kuvio 9 on perspektiivikuva tämän keksinnön sylinterinkannesta.Figure 8 is a sectional view of a piston of the type contemplated in the present invention; and Figure 9 is a perspective view of the cylinder head of the present invention.

108312 3108312 3

Viitaten nyt piirustuksiin, erityisesti kuvioon 1 ja 2, joissa vastaavia , osia merkitään samoilla viitenumeroilla, kuviossa 1 tyypillinen moottori 10, joka on tyypiltään sellainen, minkä kanssa tätä keksintöä on aiottu käyttää, sisältää jalustan 12, joka kannattelee keskirunkoa 14, johon on asennettu joukko sy-5 linterilohkoja 16, jotka on sijoitettu erilleen V:n muotoon mainittuun keskirun-koon nähden. Mieluummin mainittu jalusta, mainittu keskirunko ja mainitut sy-linterilohkot on kukin valmistettu yhdeksi kappaleeksi maksimijäykkyyden ja pysyvän suuntauksen saavuttamiseksi niitä yhdistettäessä. Aksiaalisesti sijoitettu voimakampiakseli 18 on asennettu mainittuun keskirunkoon ja tuettu so-10 pivilla laakereilla koko pituudeltaan, ja on liitetty kiertokangilla 20 mäntiin 22, jotka on sijoitettu sylinterilohkon 16 sisälle. Jokainen sylinteri on suljettu ylä-päästään sopivalla kannella 24, joka normaalisti sisältää kaksi imuventtiiliä 26 ja kaksi pakoventtiiliä 28, mieluummin venttiilien istukat ovat uppotyyppiä ja valmistettu tulenkestävästä materiaalista. Venttiilit toimivat sopivasti ajoitetuilla 15 nokka-akseleilla 30, jotka kytkeytyvät nokkapyöriin 32 ja työntötankoihin 34 ja toimivat keinuvipujen 36 välityksellä tai muulla sopivalla keinolla, pannen venttiilit käyntiin ajoitetussa suhteessa. Sylinterikannen 24 akselille on sijoitettu yleensä venttiilien 26 ja 28 välille polttoaineen suihkutussuutin 40, kuten normaalisti standardityyppisissä dieselmoottoreissa. Injektori 40 voi myös olla 20 monireikäinen injektori, kuten Helmeichin rinnakkaishakemuksessa, jonka otsikko on Low Emission Dual Fuel Engine and Method of Operating same. Siinä on myös lisäventtiili 42 yksipolttoaineisen dieselmoottorin käynnistämiseksi liikuttamalla sylintereitä paineilmalla, kunnes mäntien puristusvoima lämmittää ilmaa ja polttoaineseosta syttymispisteeseen, kun palaminen tapahtuu nor-25 maalilla toimintatavalla. Kuvion 2 kevyempikäyttöisen moottorin eri osia on merkitty samoilla viitenumeroilla liittäen niihin loppuliite "a".Referring now to the drawings, in particular Figures 1 and 2, in which like parts are denoted by the same reference numerals, in Fig. 1 a typical motor 10 of the type with which the present invention is to be used includes a base 12 supporting a central body 14 sy-5 cylinder blocks 16 spaced apart in a V-shape relative to said central body size. Preferably, said pedestal, said central body, and said cylinder blocks are each made into one piece for maximum rigidity and constant orientation when combined. An axially disposed power crankshaft 18 is mounted on said center body and supported by so-10 bearings throughout its length, and is connected by a connecting rod 20 to the pistons 22 disposed within the cylinder block 16. Each cylinder is closed at its upper end by a suitable cover 24, which normally includes two suction valves 26 and two exhaust valves 28, preferably the valve seats are of a recessed type and made of refractory material. The valves operate on suitably timed camshafts 30 engaging the cam wheels 32 and push rods 34 and actuated via rocker levers 36 or other suitable means by actuating the valves in a timed relationship. On the shaft of the cylinder head 24, a fuel injection nozzle 40 is generally disposed between the valves 26 and 28, as is normally the case with standard diesel engines. The injector 40 may also be a 20-hole multiple injector, as in Helmeich's parallel application, entitled Low Emission Dual Fuel Engine and Method of Operating the same. It also has an auxiliary valve 42 to start the single-fuel diesel engine by moving the cylinders with compressed air until the piston compression force heats the air and the fuel mixture to the flash point when combustion occurs with the normal 25 paint mode. The various parts of the lighter-powered motor of Figure 2 are denoted by the same reference numerals, with the suffix "a" attached to them.

Kuvion 1 kaksipolttoainemoottori on nelitahtinen LSVB-moottori ja kuvion 2 kaksipolttoainemoottori on nelitahtinen KSV-moottori. Kumpikin on valmistettu tämän keksinnön siirronsaajan, Cooper-Bessemerin, Cooper In-30 dustries Divisionin toimesta. Kaksipolttoainemoottorit käsittävät useita sylintereitä ja ovat tyypillisesti varustettu 12, 16 tai 20 sylinterillä. LSVB- ja KSV-moottoreita on muunnettu meidän suihkutuselementtikokoonpanolla 50 (kuviot 3 ja 4).The bi-fuel engine of Figure 1 is a four-stroke LSVB engine and the bi-fuel engine of Figure 2 is a four-stroke KSV engine. Both are manufactured by Cooper-Bessemer, the assignee of the present invention, Cooper In-30 Dustries Division. Dual fuel engines comprise a plurality of cylinders and are typically equipped with 12, 16 or 20 cylinders. LSVB and KSV motors have been modified with our spray element assembly 50 (Figures 3 and 4).

Meidän suihkuelementtimme soveltuu pääasiassa minkä tahansa 35 tyyppisiin suuriin mäntämoottoreihin, olivatpa ne kiinteitä tai liikkuvia. Suuret 4 108312 moottorit tuottavat parhaimman keksintömme taloudellisuuden tehokkuus huomioonottaen.Our shower element is mainly suitable for any of the 35 types of large piston engines, whether fixed or movable. The large 4,108,312 engines produce our best inventions in terms of economy.

Viitaten nyt kuvioihin 3, 4, ja 9, meidän keksintömme on kuvattu ne-litahtisen moottorisylinterin avulla, jonka polttoaine on normaalisti kaasumaista 5 ja jossa on kaksi suihkuelementtikokoonpanoa 50, jotka sytytetään suhteellisen pienellä nestemäisen apupolttoaineen määrällä. Suihkuelementin itsesy-tytyskammio 100 on yleensä segmentoidun palloparaboloidin muotoinen ja tavallisesti sen tilavuus tyypillisesti on 1 - 5 % pääkammion 17 tilavuudesta, jota mäntä 22, sylinterinkansi 24 ja sylinterin 16 seinämät männän iskun yläosassa 10 rajaavat, kuitenkin itsesytytyskammion 100 koko voi nousta jopa 25 % pääsy-linterikammion 17 tilavuudesta, pienessä moottorissa, kun isku on ylimmässä asemassaan. Tällainen suihkuelementin kammio 100 tuottaa riittävästi termisesti ja kemiallisesti aktiivista laatua sytyttääkseen pääkammion 17 köyhäsi-sältöisen polttoaineen. (Heikko palaminen on tehokas valvontamekanismi tiet-15 tyjä päästöjä varten, jotka sisältävät typen oksideja erityisesti kaasumaisissa polttoaineesta.)Referring now to Figures 3, 4, and 9, our invention has been illustrated by a two-stroke engine cylinder, normally fueled by a gaseous 5, and having two jet element assemblies 50 that are fired with a relatively small amount of liquid auxiliary fuel. The shower element self-ignition chamber 100 is generally in the form of a segmented spheroidal paraboloid and typically has a volume of 1 to 5% of the volume of the main chamber 17 defined by the piston 22, cylinder head 24 and cylinder 16 walls at top 10 of the piston stroke. cylinder volume 17, with a small engine when the stroke is in its highest position. Such a jet element chamber 100 provides sufficient thermally and chemically active quality to ignite the poor chamber fuel 17 of the main chamber 17. (Low combustion is an effective control mechanism for certain emissions that contain nitrogen oxides, especially from gaseous fuels.)

Viitaten nyt kuvioon 4, joka on suurennettu kuva esittäen elementti-kokoonpanoa 50, joka on esitetty kuviossa 3; kokoonpano 50 käsittää yleensä putkimaisen injektorin rungon 60, jossa on kiinteä päätyosa 62, jota rengas-20 maisesti keventää erilliset osat, kuten kohdassa 64 ja 68, lisäksi on rengasmainen olake 66, joka muodostaa radiaalin kosketuksen 67 alempana mainittua tarkoitusta varten. Kiinteän osan 62 vapaa pää on varustettu yleensä segmentoidulla pallomaisella onkalolla 52, jossa on segmentti 51 mieluummin pallon keskellä, so. ollen puolipallomainen onkalo, ja jolla on ennalta määrätty 25 tilavuus yksittäistä moottoria varten, johon se on määrä yhdistää. Onkalo 52 on yleensä symmetrinen putkimaisen runkonsa 60 akseliin nähden ja on yhteydessä putkimaisen rungon 60 sisäosan kanssa kulmittaisesti sijoitetun läpikulun 70 kautta, jossa on kaksinkertainen uppoporaus, kuten kohdissa 72 ja 74, ja joka aukeaa ulospäin putkimaisen rungon 60 sisäonteloon tai kammioon 30 61 onkalosta 52 poispäin.Referring now to Figure 4, which is an enlarged view showing the element assembly 50 shown in Figure 3; the assembly 50 generally comprises a tubular injector body 60 having a fixed end portion 62 annularly lightened by discrete portions such as 64 and 68, further comprising an annular shoulder 66 which provides a radial contact 67 for the purpose mentioned below. The free end of the solid portion 62 is provided with a generally segmented spherical cavity 52 having a segment 51, preferably in the center of the sphere, i. being a hemispherical cavity and having a predetermined volume of 25 for the individual motor to which it is to be connected. The cavity 52 is generally symmetrical with respect to the axis of its tubular body 60 and communicates with the interior of the tubular body 60 via a angularly spaced passageway 70 having double submersible drilling as in 72 and 74 and extending outwardly from the interior cavity 52 of tubular body 60. .

Suihkusytytyskammion geometria voi olla muotoiltu käsittämään hyllyn tai taskun höyrystymisen, sekoittumisen tai sytytyksen valvomiseksi.The geometry of the jet ignition chamber may be configured to include a shelf or pocket for controlling evaporation, agitation, or ignition.

Injektori 80 on kierretty uppoporaukseen 74, istutettu vasten tiivistettä 82, joka on sijoitettu uppoporauksen 72 pohjalle, ja se käsittää sopivan 35 putken tai suuttimen 84, joka ulottuu läpikulkuun 70. Injektori 80 on sijoitettu hieman vinosti ja kulmittain suhteessa rungon 60 ja ontelon 52 samanakseli- . Ί08312 5 seen sijoitukseen niin, että läpikulku 70 saapuu onkaloon 52 hieman syrjässä tangentiaalisesta asemasta alempana mainittuja tarkoituksia varten.The injector 80 is threaded into a submerged bore 74, seated against a seal 82 disposed at the bottom of the submersible bore 72, and comprises a suitable tube 35 or nozzle 84 extending through passage 70. The injector 80 is disposed slightly obliquely and . 08312 5 so that passage 70 enters cavity 52 slightly away from its tangential position for the purposes mentioned below.

Injektori voi olla monireikäinen injektori, kuten esitetään Hel-meichein rinnakkaishakemuksessa, jonka otsikko on Low Emission Dual Fuel 5 Engine and Method of Operating same; yksireikäinen neulasuutin tai suutin, jonka mallin on sanellut muiden sytytysaineiden kuin polttoöljyn luonne.The injector may be a multi-hole injector as disclosed in Hel-meichei's co-pending application, entitled Low Emission Dual Fuel 5 Engine and Method of Operating Same; a single-hole needle or nozzle whose model is dictated by the nature of the ignition media other than fuel oil.

Suutin 90, jossa on poikittaisesti ulottuva uurto ja viistetyssä päässä 92 on kapea kehämäinen reuna 94 tiivistä kiinnitystä varten, kuten alempana selvitetään, ja se käsittää segmentoidun paraboloidin onkalon 93, joka on yh-10 teensopiva onkalon 52 kanssa sen suoraa paraboloidista päätä 91 vasten ja sen toisessa päässä on segmenttiosa 95. Onkalot 52 ja 93 on yhdistetty yleensä segmentoidun palloparaboloidikammion 100 muodostamiseksi.The nozzle 90, having a transversely extending recess and a bevelled end 92, has a narrow circumferential edge 94 for tight attachment, as will be described below, and comprises a segmented paraboloid cavity 93 that fits within cavity 52 against its direct paraboloidal end 91 the other end has a segment portion 95. The cavities 52 and 93 are generally connected to form a segmented spheroidal paraboloid chamber 100.

Päästä 92 alaspäin ulottuvan suuttimen 90 rungon ulkoinen muotoilu on kaksinkertaisesti viistetty tuottaen katkokartiomaisen osan 96 ja kar-15 tiomaisen kärjen 98. Onkalo 93 on yhteydessä kartion 98 kanssa läpikulun 102 kautta, joka on suurin piirtein tangentiaalisesti sijoitettu onkalon 93 pintaan nähden ja yleensä kohtisuoraan kartion 98 tuotettuun pintaan nähden. Läpikulku 102 on hieman nostettu pois tangentiaaliselta viivalta, joka lähtee segmentoidusta pallomaisesta onkalosta, joka on muodostettu männän 22 pää-20 hän sen ollessa iskun ylimmässä asennossa.The exterior design of the body of the downwardly extending nozzle 90 is doubly bevelled to provide a frustoconical portion 96 and a cone-shaped conical tip 98. The cavity 93 communicates with the cone 98 through a passageway 102 substantially tangential to the surface of the cavity 93 and generally perpendicular to the cone 98. relative to the surface produced. The passage 102 is slightly lifted away from the tangential line which starts from the segmented spherical cavity formed by the head 20 of the piston 22 when it is in the uppermost position.

Suutin 90 on liitetty kiinteän osan 62 vapaaseen päähään hitsatun tai juotetun palkon 104 avulla, joka täyttää niiden yhteensopivien päiden ja päätypintojen viistetyt ulkoreunat.The nozzle 90 is connected to the free end of the solid portion 62 by a welded or soldered beacon 104 which fills the bevelled outer edges of their matching ends and end surfaces.

Sylinterinkansi 24 on varustettu kulmittain sijoitetulla kanavalla 120, 25 jossa on aksiaalisesti sijoitettu uppoporattu istukka 122 kanavassa 123, jota vasten suuttimen pään reunus 94 tiiviisti kytkeytyy ja ylimääräisellä aksiaalisesti sijoitetulla kanavalla 124 putkimaisen rungon 60 tukemista ja suuntaamista varten. Olake 66 voi olla sisäänpanosovite kanavassa 123 ja mieluummin se on tuotettu sopivin keinoin, ei kuvassa, kanavan 102 suuntaamiseksi 30 pääsylinterikammioon 17 nähden. Samoin viistottu osa 96 on saatu lepää-: mään terävän reunan päälle, joka muodostuu kanavan 120 ja uppoporatun is tukan 122 leikkauspisteeseen.The cylinder head 24 is provided with an angled passage 120, 25 having an axially positioned submerged seat 122 in a passageway 123 against which the nozzle end rim 94 is tightly engaged and an additional axially positioned passage 124 for supporting and guiding the tubular body 60. The shoulder 66 may be an insertion fitting in the channel 123 and preferably is provided by suitable means, not shown, to direct the channel 102 relative to the access cylinder chamber 17. Likewise, the beveled portion 96 is made to rest on a sharp edge formed at the intersection of the channel 120 and the submerged socket 122.

Kannen 24 pinnan osa, joka liittyy kanavaan 120, on muotoiltu viis-totun uran 121 muodostamiseksi. Suutinkanava 102 suuntautuu kohti viistot-35 tua uraa 121.The portion of the surface of the lid 24 which engages with the channel 120 is shaped to form a bevelled groove 121. The nozzle channel 102 is directed toward the oblique-35 groove 121.

6 1083126 108312

Polttoaine-elementti 50 on itsesytytyspolttoaine-elementti - so. polttoaine-elementti, jossa on vain itsesytytyskammio 100 ja jossa ei käytetä kipi-nöintilaitteita (so. sytytystulppia) tai vastaavia ulkoisia sytytyslaitteita, jotka ovat suorassa yhteydessä kammioon 100.The fuel element 50 is a self-ignition fuel element - i.e.. a fuel element having only a self-ignition chamber 100 and not using Kipi ignition devices (i.e. spark plugs) or similar external ignition devices which are in direct contact with the chamber 100.

5 Viitaten nyt kuvioihin 5 - 7 ja 9, sylinterin kansikokoonpano 128 kä sittää kannen 129, joka poistettuna paljastaa kaasun tulo- tai imuventtiilien 26 ja pakoventtiilien 28 suuntautumisen, suihkusytytyselementtikokoonpanon 50 ollessa sijoitettuna niiden väliin. Karkaistut renkaat 130 ja 132 on asennettu venttiilien istukoihin 26 ja 28.Referring now to Figures 5-7 and 9, the cylinder cover assembly 128 comprises a cover 129 which, when removed, reveals the orientation of the gas inlet or suction valves 26 and the exhaust valves 28, with the jet ignition element assembly 50 disposed therebetween. Tempered rings 130 and 132 are mounted on valve seats 26 and 28.

10 Kuten kuviosta 8 parhaiten nähdään, tässä keksinnössä käytetyt männät 22 ovat ylemmältä pääpinnaltaan 23 muodoltaan mieluummin typistetyn pallomaisia. Mäntä voi olla yhden kappaleen valu tai se voi olla kahden kappaleen kokoonpano, joka on kuvassa varustettu teräskannella 142, joka on kiinnitetty männän runkoon 140. Sopivat tiivistysrenkaat 144 on tuotettu kuin 15 myös laakerin 146 holkki männän tappia varten, ei kuvassa. Tämä typistetty pallomainen männän kansi 142 on edullinen malli kaikkia kaasumoodimoot-toreita varten. Kuviossa 3 tämä edullinen kokoonpano on esitetty katkoviivalla 23, kun taas kiinteä viiva 23a kuvaa männän kantta, jollaista normaalisti käytetään dieselmoottoreissa.As best seen in Figure 8, the pistons 22 used in the present invention preferably have a truncated spherical shape with an upper main surface 23. The piston may be a single-piece casting or may be a two-piece assembly provided with a steel cap 142 attached to the piston body 140. Suitable sealing rings 144 are provided as well as a bearing sleeve 146 for the piston pin, not shown. This truncated spherical piston cap 142 is a preferred design for all gas mode motors. In Figure 3, this preferred configuration is shown by the dashed line 23, while the solid line 23a depicts the piston cap, which is normally used in diesel engines.

20 Dieselmoodia käytetään normaalisti kaksoispolttoainemoottorien käynnistyksessä, vaikka puolipallomaiset männän päät eivät ole tehokkaimpia muunnoksia dieselmoodissa, ne ovat hyväksyttyjä niiden toimintoihin, nimittäin käynnistykseen, lämmittämiseen ja moottorin käyttämiseen dieselpolttoaine-moodissa. Jopa silloin kun dieselmoodia käytetään käynnistyksessä, lämmit-25 tämisessä ja täyden tehon tuottamisessa, nestemäisen polttoaineen suihku-elementti on yhä toiminnassa pitääkseen sen puhtaana, vaikkakaan se ei ole välttämätöntä, kuin myös pitää suihkuelementin käytettävissä, kun polttoaine-lähde vaihdetaan kaasumaiseen polttoaineeseen.20 Diesel mode is normally used to start dual-fuel engines, although the hemispherical piston heads are not the most effective variants of the diesel mode, but are approved for their functions, namely, starting, heating and operating the engine in diesel mode. Even when diesel mode is used for start-up, warm-up, and full power, the liquid fuel jet element is still in operation to keep it clean, although not necessary, but also to keep the jet element available when switching the fuel source to gaseous fuel.

Tätä keksintöä voidaan myös käyttää kaksitahtimoottorissa yhtä hy-30 vin kuin nelitahtimoottorissa. Tällaisissa moottoreissa käytettävien mäntien halkaisija on yleensä 35,6 - 50,8 cm, jolloin yksittäinen isku ei ole elintärkeä. Kaasumaisessa toimintamoodissa, suihkusytytyselementti syttyy jatkuvasti. On edullista käyttää rikasta polttoaineseosta, mikä tarkoittaa pienempää ilman ja polttoaineen suhdetta kuin 10:1, so. edullinen suhde on 8:1. Laihassa seok-35 sessa olisi ilman suhde suurempi kuin 10:1, suunnilleen 12:1.This invention can also be used in a two-stroke engine as well as a four-stroke engine. The pistons used in such motors generally have a diameter of 35.6 to 50.8 cm, whereby a single stroke is not vital. In the gaseous mode of operation, the jet ignition element is continuously lit. It is preferable to use a rich fuel mixture, which means a lower air to fuel ratio than 10: 1, i. the preferred ratio is 8: 1. The lean mixture of 35 would have an air ratio greater than 10: 1, approximately 12: 1.

108312 7108312 7

Nestemäisen polttoaineen setaaniluvun tulisi olla sellainen, että syttyminen tapahtuu ennalta määrätyn lämpötilan ja paineen alapuolella. Kaasun syttymisarvo on sellainen, että se ei syty sellaisen ennalta määrätyn paineen alapuolella yksin ja siksi on välttämätöntä käyttää nestemäistä polttoainetta 5 käyttävää sytytyselementtiä. Suihkusytytyselementti ja sen nestemäinen polttoaine on niin suunniteltu, että syttyminen tapahtuu materiaalien puristus-paineen alapuolella yläkammiossa. Samalla kun kammio 100 ja päämäntä-kammio 17 on yhdistetty yhteyskanavan 102 avulla, sytytyselementtiin tulee kuumia puristettuja kaasuja männän 22 puristusiskun avulla ja nämä tulevat 10 kammioon 100 pyörrevirtauksena kanavan 102 tangentiaalisen sijoittamisen ansiosta, nestemäistä polttoainetta tulee kulmittaisesti paineilmavirtaukseen nähden ja se joko syttyy ilman kuumuudesta tai syttyy, kun se koskettaa kammion 100 seinämän ja virtaa välittömästi sekä kemiallisesti kuin myös termisesti ulos kanavasta 102 ja sytyttää paineistetun kaasumaisen polttoaineen 15 pääkammiossa 17.The liquid fuel cetane number should be such that ignition occurs at a predetermined temperature and pressure. The ignition value of the gas is such that it does not ignite below such a predetermined pressure alone, and it is therefore necessary to use an ignition element using liquid fuel 5. The jet ignition element and its liquid fuel are so designed that ignition occurs below the compression pressure of the materials in the upper chamber. While the chamber 100 and the main piston chamber 17 are connected by a communication channel 102, hot pressurized gases are introduced into the ignition element by the compression stroke of the piston 22 and are introduced into the chamber 100 by vortex flow due to the tangential placement of the channel 102. ignites when it contacts the wall of chamber 100 and flows immediately out of conduit 102, both chemically and thermally, and ignites pressurized gaseous fuel 15 in main chamber 17.

On tärkeätä muistaa, että sytytyselementtikokoonpano 50 on ulkopuolinen eikä osa sylinterikammiota, siten sitä voidaan käyttää sekä osana alkuperäistä valmistettavaa laitteistoa kuin myös saatavilla suhteellisen yksinkertaisena jälkiasennuksena vanhempia yksipolttoainemoottoreita varten tai pa-20 rannuskeinona muita kaksipolttoainemoottoreita varten.It is important to remember that the ignition element assembly 50 is external and not part of the cylinder chamber so that it can be used both as part of the original equipment and also available as a relatively simple retrofit for older single fuel engines or pa-20 for other dual fuel engines.

Sytytyselementti myös tuottaa valvotun polttoaineen rikkaan palamisen polttokammiossa. (Rikas palaminen on myös tehokas valvontamekanismi tiettyjä päästöjä varten, jotka sisältävät typen oksideja ja sisältävät nestemäisiä polttoaineita.) 25 Sytytyselementti sallii myös hyvin pienten nestemäisten polttoainei den määrien käytön, koska nestemäisen polttoaineen tehtäväksi voidaan antaa sytytyskammion helposti syttyvän valvotun seoksen yksinkertainen sytyttäminen.The ignition element also produces a controlled combustion of the fuel in the combustion chamber. (Rich combustion is also an effective control mechanism for certain emissions that contain nitrogen oxides and liquid fuels.) 25 The ignition element also permits the use of very small amounts of liquid fuels, since the liquid fuel can be tasked with a simple ignition of the ignited chamber.

Tämän keksinnön käytöllä energian tuottamistehtävä laihan pää-30 polttokammion polttoaineen sytyttämiseksi on vaihtunut nestemäisen apupolt-toaineen suorasta suihkutuksesta polttokammiossa valvottuun polttokam-mioon, jossa energiaa tuotetaan pääasiassa kaasumaisen polttoaineen avulla ja sytytetään helposti pienellä nestemäisen apu polttoaineen määrällä.With the use of the present invention, the task of producing energy to ignite lean main combustion chamber fuel has shifted from direct injection of auxiliary liquid fuel into a controlled combustion chamber, where energy is produced mainly by gaseous fuel and is easily ignited by a small amount of liquid auxiliary fuel.

Sytytyselementin huuhtelu ja kaasumaisen polttoaineen imu ele-35 menttiin suoritetaan moottorisylinterin paineen vaihteluiden avulla laajennus-ja puristustapahtumien aikana, mutta huuhtelun apuna voidaan käyttää ajas- 8 108312 tetusti tai ajoittamattomasti venttiileitä tai aukkoja, käyttämällä yhteisiä tai erillisiä ilman ja/tai polttoaineen lähteitä suhteessa mainittuun elementtiin, mutta joita ei ole esitetty näissä piirustuksissa.The flushing of the ignition element and the suction of gaseous fuel to the element 35 are performed by variations in the pressure of the engine cylinder during expansion and compression operations, but may be assisted by timing or timing of valves or openings using common or separate air and / or fuel , but not shown in these drawings.

Suihkusytytyselementin sytytys suoritetaan normaalisti suihkutta-5 maila polttoainemäärä (sytytysaine), jolla on riittävä itsesytytyskyky (Setaaniluku) polton käynnistämiseksi polttokammioon tunkeutuneessa ilma/polttoaine-seoksessa, jonka lämpötila on nostettu tietylle tasolle sylinterin puristuksella. Sytytys voidaan myös panna alulle sytytysaineen kosketuksesta sytytysele-mentin kuumaan pintaan. Myös jotain useantyyppistä ulkoisella tehonsyötöllä 10 varustettua lämmitintä voidaan käyttää.Ignition of the jet ignition element is normally accomplished by a jet-5-barrel amount of fuel (igniter) having sufficient self-ignition capability (Cetane number) to initiate combustion in an incinerated air / fuel mixture at a certain level by cylinder compression. The ignition may also be initiated by contacting the igniter with the hot surface of the ignition element. Also, several types of heaters with external power supply 10 may be used.

Polttoöljyä, jolla on hyväksyttävä Setaaniluku, on nykyisin saatavilla hintaan, joka on tuottavalla tasolla sytytysainetta varten, mutta muita nesteitä ja kaasuja voidaan valita sytytyskyvyn, päästöjen valvontaominaisuuksien tai taloudellisuuden perusteella. Sytytyselementin vaatima pieni sytytysainemäärä 15 tekee käytännölliseksi käyttää muita kuin nykyisin tavanomaista polttoöljyä.Fuel oil with an acceptable Cetane number is currently available at a price that is productive for the ignition medium, but other liquids and gases may be selected based on their ignition capability, emission control characteristics, or economy. The small amount of ignition required by the ignition element 15 makes it practical to use non-conventional fuel oil.

Keksinnön tärkeä lisäsovellutus on siinä, että se sallii alhaisten moottorin puristussuhteiden käytön herkän polttoaineen (matala oktaani) kompensoimiseksi. Sytytyslähde (elementti) voidaan valmistaa enemmän tai vähemmän riippuvaiseksi puristuksen tuottamasta lämmöstä ja siksi se voidaan 20 räätälöidä toimimaan erityissovellutuksissa. Jäähdytyslevyerikoisosan ja ulkoisen tehonsyötön käyttö tarjoavat laajaa joustavuutta.An important additional embodiment of the invention is that it permits the use of low engine compression ratios to compensate for sensitive fuel (low octane). The ignition source (element) can be made more or less dependent on the heat produced by the compression and therefore can be tailored to operate in specific applications. Extensive flexibility is provided by the use of the heat sink assembly and external power supply.

Täydellinen dieselmoottorin teho säilytetään tämän keksinnön yhteydessä käyttämällä tavanomaista suihkutuslaitetta 40, joka on asennettu sylin-terinkanteen 24, ja joka voi olla varustettu jäähdytyksellä, kuten hyvin tunne-25 taan, toiminnallisen kyvyn säilyttämiseksi vaikka varallaolon aikana. Toiminnan aikana siirtyminen täyteen dieselmooditoimintaan tai siitä pois sisältää nykyisin saatavilla olevia standardimenettelyjä.The full power of the diesel engine in the context of the present invention is maintained by using a conventional spray device 40 mounted on the cylinder blade cover 24, which may be provided with cooling, as is well known, to maintain operational capability even during standby. During operation, the transition to full diesel mode operation or beyond will include the standard procedures currently available.

Muut muunnokset ja mekaaniset vastaavuudet ilmenevät alan ammattilaisille tästä spesifikaatiosta ja oheisista patenttivaatimuksista ja tarkoi-30 tuksena on, että vaatimuksia luetaan niin laajasti kuin olemassa oleva taito ‘ sallii.Other modifications and mechanical equivalents will be apparent to those skilled in the art from this specification and the appended claims, and are intended to read the requirements as widely as the prior art permits.

Claims (1)

9 108312 Patenttivaatimus Polttoaineen sytytyselementti polttomoottoria varten, jossa on aina-, kin yksi sylinteri ja jossa sylinteri on toiminnallisesti liitetty mäntään, ainakin yh- 5 teen imuventtiiliin (26), ainakin yhteen pakoventtiiliin (28) ja ensimmäiseen polttoaineen injektoriin (40), jolloin sytytyselementin (50) yhdessä päässä on suutin (90) ja toisessa päässä laitteet sytytyselementin liittämiseksi polttoainesyöttöön, sytytyselementti määrittää itsesytytyskammion (100), 10 toinen polttoaineinjektori (80) on toiminnallisesti yhteydessä itse- sytytyskammioon suihkutussuuttimen kanavan (70) kautta, suutinkanava (102) yhdistää itsesytytyskammion (100) sylinteriin ennalta määrätyssä kulmassa sylinterinkannen (24) yläpään sisäosaan nähden, tunnettu siitä, että 15 toinen polttoaineen injektori (80) on asennettu sytytyselementtiin ennalta määrätyssä kulmassa sytytyselementin akseliin nähden, suihkutussuuttimen kanava (70) tulee itsesytytyskammioon (100) ennalta määrätyssä kulmassa akseliin nähden, ja itsesytytyskammion yksi pää on oleellisesti segmentoidun pallomai-20 nen muodoltaan (52), jossa on pallomainen osa, joka on toiminnallisesti liitetty suihkutussuuttimen kanavaan (70) ja toisessa päässä on oleellisesti segmentoitu paraboloidin muoto (93), joka sopii yhteen segmentoidun pallomaisen pään kanssa itsesytytyskammion (100) muodostamiseksi, joka on oleellisesti segmentoidun palloparaboloidin muotoinen, ja 25 suihkusuuttimen kanavan (70) ja sytytyssuutinkanavan (102) asen- nuskulmat on järjestetty palloparaboloidin muotoista itsesytytyskammiota kohti. < 10 1 08312 Tändelement för bränsle för en förbränningsmotor, som omfattar atminstone en cylinder och vilken cylinder är funktionellt förenad med en kolv, 5 atminstone en sugventil (26), atminstone en avloppsventil (28) och en första bränsleinjektor (40), varvid tändelementet (50) i sin ena ände uppvisar en dys (90) och i sin andra ände organ för att förena tändelementet med bränsleinmatningen, tändelementet definierar en självantändningskammare (100), 10 en andra bränsleinjektor (80) star i funktionell förbindelse med självantändningskammaren via en insprutningsdyskanal (70), en dyskanal (102) förenar självantändningskammaren (100) med cylindern i en förutbestämd vinkel i förhällande tili innerdelen av den övre än-dan av ett cylinderlock (24), kännetecknat av att 15 den andra bränsleinjektorn (80) är monterad tili tändelementet i en förutbestämd vinkel i förhällande tili tändelementets axel, insprutningsdyskanalen (70) mynnar i självantändningskammaren (100) i en förutbestämd vinkel i förhällande tili axeln och självantändningskammarens ena ända har en väsentligen segmen-20 terät sfärisk form (52) med en sfärisk del som är funktionellt förenad med insprutningsdyskanalen (70) och den andra ändan har formen (93) av en väsentligen segmenterad paraboloid, vilken är kompatibel med den segmenterade sfäriska ändan för att bilda en självantändningskammare (100), : vilken har formen av en väsentligen segmenterad sfärparaboloid och 25 insprutningsdyskanalens (70) och antändningsdyskanalens (102) monteringsvinklar är anordnade mot självantändningskammaren som har formen av en sfärparaboloid.A fuel ignition element for a combustion engine having at least one cylinder and wherein the cylinder is operably connected to a piston, at least one suction valve (26), at least one exhaust valve (28) and a first fuel injector (40), wherein the ignition element (50) at one end has a nozzle (90) and at another end means for connecting the ignition element to the fuel supply, the ignition element defining a self-ignition chamber (100), a second fuel injector (80) operatively communicating with the ignition chamber through a jet nozzle channel (70); (100) at the cylinder at a predetermined angle with respect to the inside of the upper end of the cylinder head (24), characterized in that the second fuel injector (80) is mounted on the ignition element at a predetermined angle with the ignition element axis; the injection chamber (100) at a predetermined angle with respect to the axis, and one end of the self-ignition chamber having a substantially segmented spherical shape (52) having a spherical portion operably connected to the spray nozzle passage (70) and a substantially segmented paraboloid shape ), which fits with the segmented spherical head to form a spark ignition chamber (100) substantially in the form of a segmented spheroidal paraboloid, and the mounting angles of the jet nozzle channel (70) and the ignition nozzle channel (102) are disposed toward the spherical paraboloid-shaped spark ignition chamber. <10 1 08312 Thank you for the brand förbränningsmotor, som omfattar atminstone en cylinder och vilken cylinder förenad med en piston, 5 atminstone en sugventil (26), atminstone en avloppsventil (28) och en första brand injector (40), (50) i sin enänne uppvisar en dys (90) och i sin andra organ organ för att förena fören förena förena fören fören fören fören fören förbunden förbfenfurfenf förbfurf förbfurf förbfnf förbfnf fnf ffnf ffnf fff ffffffffffffffffffbffbffbfbfbfbfbfbfbfbfbfbfbfbfbffbfbfbfbfbfbfbccd. (70), en dyskanal (102) förenar självantändningskammaren (100) med cylindern i en förutbestämd tipel förhällande account innerdelen av den övre än-dan av et cylinderlock (24), kännetecknat av att 15 den andra bränsleininjector (80) Thank you for your account Axel, insprutningsdyskanalen (70) mynnar i själv antändningskammaren (100) i en förutbestämd tips förhällande account axeln och självantändningskammarens enaän har en väsentligen segmen-20 blades sfärisk form (52) med en sfärisk del som förenad med inspralen (70) av en tired ligand paraboloid, looking and compatible med den segmenterade spherical arm (100),: tired har formen av en tired ligand spherical metabolism and 25 insprutningsdyskanald (70) och ant antler (70) och antnear (70) formen av en spfärparaboloid.