FI84749C

FI84749C - Foerbaettrad gasbraensle utnyttjande foerbraenningsprocess vid kolvfoerbraenningsmotorer och anordning foer aostadkommande av en saodan process.

Info

Publication number: FI84749C
Application number: FI894533A
Authority: FI
Inventors: Daniel Paro
Original assignee: Waertsilae Diesel Int
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1992-01-10
Also published as: FI894533A; US5060610A; FI894533A0; FI84749B

Description

84749

PARANNETTU KAASUPOLTTOAINETTA HYVÄKSIKÄYTTÄVÄ POLTTOPROSES-SI MÄNTÄPOLTTOMOOTTOREISSA JA JÄRJESTELY TÄLLAISEN PROSESSIN AIKAANSAAMISEKSI - FÖRBÄTTRAD GASBRÄNSLE UTNYTTJANDE FÖRBRÄN-NINGSPROCESS VID KOLVFÖRBRÄNNINGSMOTORER OCH ANORDNING FÖR 5 ÄSTADKOMMANDE AV EN SÄDAN PROCESS

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen parannettu kaasupolttoainetta hyväksikäyttävä polttoprosessi mäntäpolttomoottoreissa, sekä patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely polttoprosessin aikaansaamisek-10 si.

Tunnetuissa kaasupolttoainetta käyttävissä mäntäpolttomoottoreissa kaasupolttoaineen ja ilman seosta tuodaan imutahdin aikana sylinteriin, seos puristetaan puristustahdin aikana ja sytytetään joko kipinällä tai puristussytytteisesti käyttämällä 15 hyväksi männän puristuksen aiheuttamassa korkeassa paineessa tapahtuvaa itsesytytystä. Syttymisominaisuuksien parantamiseksi on kipinäsytytystä käytettäessä sytytystulppa usein sijoitettu esikammioon tai vastaavaan erilliseen tilaan, joka on yhteydessä sylinterin palotilaan ja johon johdetaan pieni 20 lisämäärä kaasupolttoainetta seoksen rikastamiseksi. Myös puristussytytystä käytettäessä sylinteriin syötetään tietty lisäpolttoainemäärä seoksen rikastamiseksi ennen sytytystä. Sylinterissä oleva seos on näiden konseptien mukaan kuitenkin laihaa, jolloin kysymyksessä on nk. lean burn -prosessi. 2ö Mainittujen prosessien eräänä haittapuolena on, että niillä kyetään aikaansaamaan ainoastaan kohtalaisia tehollisia keskipaineita, noin 12-14 baria. Näissä tunnetuissa prosesseissa ei myöskään voida aikaansaada sylinterin huuhtelua, joka edellyttää, että imu- ja poistoventtiiliä pidetään hetken 30 samanaikaisesti auki, koska osa kaasupolttoaineesta siinä tapauksessa joutuisi suoraan poistokanavaan. Toisaalta lean burn -prosessin etuna on, että seoksen ollessa laihaa myös pakokaasut sisältävät vähemmän typpioksideja, N0X.

2 84749

Keksinnön tarkoituksena on eliminoida mainitussa tunnetussa tekniikassa ilmenevät puutteet käyttämällä hyväksi lean burn -prosessin edellyttämää laihaa peruspolttoaineseosta, muta mahdollistamalla tällaiseen prosessiin verrattuna huomatta-5 vasti korkeammat keskipaineet entistä korkeampia moottorikuor- mituksia varten. Tavoitteena on aikaansaada sellainen mäntäpolttomoottoreissa sovellettava polttoprosessi, jonka mukaan sytytys ja palaminen ovat paremmin hallittavissa ja jonka avulla moottorin tehokkuutta voidaan parantaa. Tavoitit) teenä on samalla optimoida pakokaasujen typpioksidipitoisuut- ta.

Keksinnön olennaiset piirteet käyvät ilmi patenttivaatimuksista 1 ja 4 sekä lisäpiirteet alivaatimuksista. Keksinnön mukaan imutahdin aikana poistoventtiilin ollessa suljettuna 15 kaasupolttoainetta syötetään sylinteriin erillisillä syöttö- venttiilivälineillä laihan kaasuseoksen aikaansaamiseksi sylinteriin. Mainitun laihan kaasuseoksen sytyttämiseksi sylinteriin syötetään puristustahdin aikana huomattavalla paineella sylinterissä olevaa polttoainetta rikastava 20 ensimmäinen lisäkaasupolttoainemäärä, jolloin sytytys aikaansaadaan sinänsä tunnetulla tavalla esimerkiksi erillisillä sytytysvälineillä aikaansaadun kipinän tai korkean paineen johdosta tapahtuvan itsesytytyksen avulla. Sytytyksen jo tapahduttua sylinteriin syötetään vielä toinen lisäpoltto-:25. ainemäärä moottorin tehollisen keskipaineen nostamiseksi siten, että varsinkin yli 20 barin keskipaineiden aikaansaamiseksi mainittu toinen lisäpolttoainemäärä muodostaa pääosan työkierron aikana syötettävästä kaasupolttoaineesta.

Keksinnön avulla saavutetaan se etu, että alhaisilla moottori-30' kuormituksilla voidaan hyväksikäyttää mainittua lean burn - prosessia. Kovemmilla moottorin kuormituksilla puolestaan voidaan vapaasti valita sekä kipinällä aikaansaadun sytytyksen että lisäkaasun syöttämisen ajankohta. Tämän seurauksena pakokaasujen typpioksidipitoisuus (N0X) on paremmin optimoita-35 vissa.

3 84749

Keksinnön etuna on luonnollisesti myös, että rikkaampi kaasupolttoaineseos sallii korkeamman moottorikuormituksen verrattuna lean burn -prosessiin. Keksintö mahdollistaa myös sylinterien normaalin huuhtelemisen prosessin työkiertojen 5 välillä, koska imuventtiilin kautta voidaan tätä tarkoitusta varten tuoda puhdasta ilmaa sylinteriin poistotahdin ja imutahdin välissä imuventtiilin ja poistoventtiilin ollessa hetken samanaikaisesti auki. Kun sylinterin huuhtelu näin on suoritettu, poistoventtiili suljetaan ja vasta tämän jälkeen 10 imutahdin aikana syötetään kaasupolttoainetta sylinteriin.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää erään keksinnön mukaista polttoprosessia hyväksikäyttävän moottorin sylinterin poikkileikkausta 15 kaaviollisesti, jolloin polttoprosessissa käytetään hyväksi puristussytytystä, kuvio 2 esittää erään toisen keksinnön mukaista poltto-prosessia hyväksikäyttävän moottorin sylinterin poikkileikkausta kaaviollisesti, jolloin polttoprosessissa käytetään 20 hyväksi vastaavasti kipinäsytytysvälineitä.

Kuvioissa tarkoittaa viitenumero 1 kaasupolttoaineen pääsyöt-töventtiiliä ja viitenumero 2 apusyöttöventtiiliä. Sylinterissä on normaaliin tapaan edestakaisin liikkuva mäntä 4, sekä poistokanavan 5 ja imukanavan 6 sulkevat venttiilit 7 ja 8.

25 Poistotahdin ja imutahdin välissä männän 4 käydessä yläkuolo- kohdassaan sekä poistoventtiili 7 että imuventtiili 8 ovat jonkin aikaa samanaikaisesti auki siten, että imukanavasta 6 syötettävä ilma huuhtelee sylinterin. Männän 4 siirtyessä alaspäin imutahdin aikana poistoventtiili 7 suljetaan, jolloin 3Ό mäntä imee sylinteriin ilmaa imukanavasta 6. Tällöin päävent-tiilin 1 tai lisäventtiilin 2a kautta syötetään sylinterin palotilaan 9 kaasupolttoainetta. Puristustahdin aikana männän siirtyessä ylöspäin imuventtiili 8 on suljettu, joten mäntä puristaa sylinterissä olevaa kaasupolttoaineen ja ilman seosta.

4 84749

Sytytyksen aikaansaamiseksi kuvion 1 mukaisessa sovellusmuo-dossa lisäventtiili 2b syöttää lisää sytytyspolttoainetta palotilaan 9, jolloin polttoaineen syttyminen tapahtuu puristussytytteisesti eli puristustahdin aikana tapahtuvan 5 seoksen kuumentumisen vaikutuksesta. Tällöin sylinterin paloti laan 9 imutahdin aikana syötettävä polttoaineseos voi siis olla varsin laihaa aivan kuten lean burn -prosessissa. Mainitun sytytyspolttoaineen syöttäminen voidaan vaihtoehtoisesti aikaansaada myös venttiilin 1 kautta järjestämällä sen 10 yhteyteen erillinen suutinreikäsarja tätä varten.

Kuvion 2 sovellusmuoto eroaa kuvion 1 sovellusmuodosta vain siinä, että palotilan 9 yhteyteen on järjestetty esikammio 10, johon lisäpolttoaine ennen sytytystä syötetään, ja itse sytytys tapahtuu sytytystulpan 3 antaman kipinän avulla.

15 Suurempia moottorikuormituksia varten syötetään itse sytytyk sen jälkeen sylinteriin vielä toinen lisäpolttoainemäärä polttoaineseoksen edelleen rikastamiseksi. Tämä aikaansaadaan kummassakin sovellusmuodossa mieluimmin pääventtiilin 1 avulla, sillä suuremmalla moottorin kuormituksella tämä muodostaa 20 pääosan työkierron aikana sylinteriin syötettävästä polttoaineesta. Toisaalta tilankäytön kannalta pääventtiilin, eli suurimman venttiilin, edullisin paikka käytännössä on kuvioissa esitetyllä tavalla sylinterikannessa palotilan keskialueella.

Kuvion 1 sovellusmuodossa puolestaan mainitun toisen lisäpolt-25 toainemäärän syöttäminen voi periaatteessa tietysti tapahtua myös jommalla kummalla apuventtiilillä 2a tai 2b. Venttiilien ohjaus voidaan aikaansaada jollakin sinänsä tunnetulla tavalla esimerkiksi hydraulisesti, pneumaattisesti, mekaanisesti tai elektronista ohjausta hyväksikäyttämällä. Tilankäyttösyistä 30 myös mainitut apuventtiilit 2a ja 2b voidaan haluttaessa sijoittaa moottorilohkon tai sylinteriputken sijasta sylinte-rikanteen. Käytännössä tästä voi kuitenkin olla seurauksena, että ne on tehtävä niin pieniksi, että ne täyttävät lähinnä vähimmäisvaatimukset eivätkä ehkä enää tällöin yhtä hyvin

Claims

1. Parannettu kaasupolttoainetta hyväksikäyttävä poltto-15 prosessi mäntäpolttomoottoreissa, joissa sylinterit on varustettu imu- ja poistoventtiileillä (8;7) sekä imu- ja poistokanavilla (6;5), tunnettu siitä yhdistelmästä, että imutahdin aikana poistoventtiilin (7) ollessa suljettuna kaasupolttoainetta syötetään sylinteriin erillisillä syöttö-2C venttiilivälineillä (1;2) laihan kaasuseoksen aikaansaamiseksi sylinteriin, että mainitun laihan kaasuseoksen sytyttämiseksi sylinteriin syötetään puristustahdin aikana huomattavalla paineella sylinterissä olevaa polttoainetta rikastava ensimmäinen lisäkaasupolttoainemäärä, jolloin sytytys 25 aikaansaadaan sinänsä tunnetulla tavalla esimerkiksi erillisillä sytytysvälineillä (3) aikaansaadun kipinän tai korkean paineen johdosta tapahtuvan itsesytytyksen avulla, ja että sytytyksen jo tapahduttua sylinteriin syötetään vielä toinen lisäpolttoainemäärä moottorin tehollisen keskipaineen 30 nostamiseksi siten, että varsinkin yli 20 barin keskipaineiden aikaansaamiseksi mainittu toinen lisäpolttoainemäärä muodostaa pääosan työkierron aikana syötettävästä kaasupolttoaineesta. 6 84749

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttoprosessi, tunnettu siitä, että ennenkuin poistoventtiili (7) suljetaan mainitun kaasupolttoaineen syöttämiseksi sylinteriin imutahdin aikana, sylinteriin tuodaan imuventtiilin (8) kautta ilmaa poistotah- 5 din ja imutahdin välissä imuventtiilin (8) ja poistoventtiilin (7) ollessa hetken samanaikaisesti auki sylinterin huuhtelemiseksi prosessin työkiertojen välillä.

3. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen poltto-prosessi, tunnettu siitä, että kaasupolttoainetta syötetään 10 paineella, joka ylittää 100 baria, mieluimmin on yli 200 baria.

4. Järjestely jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukaisen, kaasupolttoainetta hyväksikäyttävän polttoprosessin aikaansaamiseksi mäntäpolttomoottoreissa, joissa sylinterit on 15 varustettu imu- ja poistoventtiileillä (8;7) sekä imu- ja poistokanavilla (6;5), tunnettu siitä yhdistelmästä, että sylinterit on varustettu erillisillä syöttöventtiilivälineillä (1;2), jotka on järjestetty syöttämään kaasupolttoainetta sylinteriin imutahdin aikana laihan kaasuseoksen aikaansaami- 20 seksi sylinteriin, että sylinterissä oleva laiha kaasuseos on järjestetty sytytettäväksi puristustahdin aikana sinänsä tunnetulla tavalla käyttämällä hyväksi mainituilla syöttö-venttiilivälineillä (1;2) sylinteriin huomattavalla paineella syötettävää ja sylinterissä olevaa polttoainetta rikastavaa 25 ensimmäistä lisäkaasupolttoainemäärää, ja että sytytyksen jo tapahduttua sylinteriin on järjestetty syötettäväksi vielä lisäpolttoainemäärä moottorin tehollisen keskipaineen nostamiseksi siten, että varsinkin yli 20 barin keskipaineiden aikaansaamiseksi mainittu toinen lisäpolttoainemäärä muodostaa 30 pääosan työkierron aikana syötettävästä kaasupolttoaineesta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainitut syöttöventtiilivälineet käsittävät ensimmäisen syöttöventtiilin (1), joka on järjestetty syöttämään kaasu-polttoainetta imutahdin aikana poistoventtiilin (7) ollessa 35 suljettuna, sekä toisen syöttöventtiilin (2;2b), joka on 7 84749 järjestetty syöttämään mainitun ensimmäisen lisäpolttoainemää- rän.

5 84749 sovellu mainitun toisen lisäpolttoainemäärän syöttämiseen kuin pääventtiili. Koska sekä sytytystulpan 3 kipinän että pää- tai apuventtii-leillä 1 ja 2 syötettävän ensimmäisen lisäpolttoaineen 5 syöttöäjankohta, kuten myös toisen syötettävän lisäpoltto- ainemäärän syöttöäjankohta ovat vapaasti valittavissa, koko palamisprosessi on hyvin hallittavissa. Näin voidaan optimoida pakokaasujen typpioksidipitoisuuksia samalla kun imutahdin aikana imetty perusseos voidaan jatkuvasti pitää laihana.

10 Keksintö ei rajoitu esitettyhin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen syöttöventtiili (1) on 5 suutinpinta-alaltaan suurin, ns. pääventtiili, ja se on sijoitettu sylinterikannessa sylinterin palotilaan (9) nähden sen keskialueelle.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu sytytyksen jälkeen syötettävä 10 lisäpolttoainemäärä on järjestetty syötettäväksi mainitulla ensimmäisellä syöttöventtiilillä (1).

8. Jonkin patenttivaatimuksista 4-7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se käsittää kolmannen syöttöventtiilin (2a), jonka kautta ainakin yksi mainituista eri polttoainemää- 15 ristä on järjestetty syötettäväksi.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 4-7 mukainen järjestely, jossa sylinterit on varustettu erillisillä kipinäsytytysvälineillä (3) sytytyksen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että mainitut kipinäsytytysvälineet (3) ja mainittu toinen syöttöventtiili 2C (2) on sijoitettu erilliseen sylinterin pääpalotilaan (9) yhteydessä olevaan esikammioon (10).