NO126456B - - Google Patents

Description

Forbrenningsmotor med forbrenning av flytende brensel.

Denne oppfinnelse vedrører forbren-ningsmotorer med forbrenning av flytende brensel og av den art som er omhandlet i norsk patent nr. 94 712.

Motorer av den foran omtalte type er

alminnelig brukt og har forskjellige slags forbrenningskamre og forskjellige anordninger av brenselinnsprøytningsapparatet. En av hensiktene med oppfinnelsen er å bringe den størst mulige del av luftladningen i berøring med brenselstrålen eller

-strålene under forbrenningsprosessen for på denne måte å skaffe en tilfredsstillende virkemåte av motoren. De mest ønskelige egenskaper ved motorer med forbrenning av flytende brensel ved innsprøytning og kompresjonsforbrenning kan omfatte føl-gende (1) muligheten for å kunne bruke en så stor mengde luft som mulig i forbren-ningskammeret

(2) god brenselsøkonomi

(3) god utspyling av forbrennings-gassene

(4) en god igangsetting

(5) en god anvendelighet og god virkemåte over et stort område

(6) en støtfri gang..

Skjønt mange former for forbrenningskamre som alt er i bruk har en kombinasjon av noen av disse ønskede egenskaper i en rimelig grad, har ingen form for forbrenningskammer som nå er i bruk alle de foran nevnte ønskelige egenskaper i tilstrekkelig høy grad.

Oppfinnelsen vedrører en endring av

den i hovedpatentet omhandlede motor. På denne motor er stemplet og sylinderen således utført at der mellom stemplet og sylinderhodet ved slutten av hvert kompresjonsslag finnes minst to omtrent like forbrenningslommer som er således anordnet at luftladningen ved slutten av kompresjonsslaget komprimeres inn i hver lomme og det er truffet anordninger til inn-sprøytning av brensel omtrent på samme måte i luftladningen i hver lomme.

I henhold til nærværende oppfinnelse omfatter motoren et stempel og en sylinder som er således anordnet at mellom stemplet og sylinderhodet ved slutten av hvert kompresjonsslag minst to tilnærmet like lommer er i forbindelse med hinannen, og disse lommer er således anordnet at ved slutten av kompresjonsslaget den kompri-merte luftladning i hver lomme får tilnærmet den samme bevegelse, likesom det er anordnet midler til å innsprøyte brensel omtrent på samme måte i luftladningen i hver lomme. Disse innsprøytningsmidler omfatter et enkelt innsprøytningsmunn-stykke avpasset til å rette en stråle av brensel mot en eller flere avbøyende eller oppdelende flater ved hvis hjelp brenslet deles opp eller avbøyes inn i hver av lommene.

Foran er nevnt at den luftladning som komprimeres inn i hver lomme har omtrent den samme bevegelse og at også inn-sprøytning av brensel foregår på tilnærmet samme måte inn i luftladningen i hver lomme. Dette er så å forstå at når man betrakter hver lomme for seg og ikke ten-ker på dens stilling i forhold til andre deler, vil den alminnelige type for luftbevegelsen i hver lomme bli tilnærmet den samme, og det karakteristiske ved brensel-innsprøytningen og retningen eller retnin-gene av denne innsprøytning (etter at brenslet har slått imot eller er blitt oppdelt mot vedkommende flater); i forhold til lommens innerflate og til luftbevegelsen deri, vil bli omtrent den samme for hver lomme, i det minste under normal belast-ning, skjønt det i enkelte tilfelle kan fore-komme små variasjoner særlig under igangsetting, tomgang eller under lav be-lastning. Anordningen skal med andre ord være sådan at hovedsakelig de samme for-brenningsbetingelser er til stede i hver lomme. Uttrykket luftbevegelse er her an-vendt på å innbefatte organisert bevegelse, dvs. bevegelse etter et spesielt strømnings-mønster, f. eks. roterende eller torroidal bevegelse eller en kombinasjon av disse to bevegelsesmåter, likesom også hvilken som helst annen bevegelse som har til formål å bringe mest mulig av den disponible luft i lommen i berøring med brenslet for å føre til en så fullstendig forbrenning av brenslet som mulig under forbrenningsperioden.

Lommene står helst i forbindelse med et felles rom ved sine nærmest hinannen liggende punkter. I dette rom er alle av-bøynings- eller oppdelingsflater anordnet. I nærheten av alle i dette rom vil enden av brenselinnsprøytningsapparatet være anordnet. I de fleste tilfelle vil hver lomme bli gitt tilnærmet sirkulært tverrsnitt i planer rettvinklet til sylinderaksen, og i dette tilfelle kan det felles rom anordnes således at de sirkler som representerer lommenes omkretsflater overlapper hinannen til dels eller bevirker en midlertidig depre-sjon og derfor er anordnet mellom og i forbindelse med de tilgrensende partier av lommene.

I et hvert tilfelle hvor, som foretruk-ket, hver lomme har omtrent sirkulært tverrsnitt i planer vinkelrett på sylinderaksen, vil anordningen fortrinnsvis bli truffet på en slik måte at ved slutten av hvert kompresjonsslag en vesentlig del av den organiserte omdreining av luftladningen i hver lomme tilnærmet om lommens akse finner sted under brenselinnsprøyt-ningsperioden. Oppfinnelsen kan således finne anvendelse ved en motor ved hvilken luftladningen under innsprøytningsperi-oden kommer inn i sylinderen på en slik måte at den i sin helhet roterer omkring sylinderaksen ved slutten av innsprøyt-ningsperioden.

Denne rotasjon foregår under kompre-sjonsperioden og bevirker omdreining av luftladningen i hver av lommene ved slutten av kompresjonsslaget. Organisert rotasjon av luftladningen i hver lomme kan imidlertid økes ved en spesiell tildannelse av stempelflater på en slik måte at en større del av luften drives inn i hver lomme under kompresjonsslaget, spesielt når stemplet er kommet i en liten avstand fra sylinderhodet ved slutten av hvert kompresjonsslag således at luften kommer inn i lommene i en retning som er tilnærmet tangensiell til sirkler omkring lommenes akser. I denne hensikt kan det anordnes grunne kanaler i stempelflaten eller sylinderhodet.

Når sådan roterende bevegelse av hele luftladningen i hver lomme foregår ved slutten av kompresjonsslaget, er brensel-innsprøytningsapparatet således anordnet og utført i forbindelse med avbøyningsfla-ten eller -flatene at det dirigerer brenslet som en stråle i en retning som har en vesentlig komponent i rotasjonsbevegelses-retningen for den del av luftladningen i lommen som er i nærheten av innsprøyt-ningsapparatet, dvs. i «nedstrømningsret-ningen».

Når det er to forbrenningslommer anordnes avbøyningsflåtene ved hjelp av de to sider av det ribbeformede parti på den del av stempelkronen som er mellom lommene. På samme måte blir avbøyningsfla-tene, når det er tre lommer, dannet av sidene av et tresidet pyramidalt parti på en del av stempelkronen mellom lommene. Det vil forstås at avbøyningsflatene kan utføres således at de meddeler brenselstrålen en ønsket retning i forhold til luftbevegelsen i hver lomme, f. eks. en ned-strømsretning i forhold til det brensel som er avbøyd ved hver av dem inn i en nær-liggende lomme når luften i sin helhet roterer i hver av lommene.

Når det, som i mange tilfelle foretruk-ket, er anordnet et enkelt innsprøytnings-apparat, kan dette utføres således at det leverer et antall stråler svarende til antallet av lommer. Hver stråle får da en be-stemt retning i forhold til dens respektive avbøyningsflate eller innsprøytningsmunn-stykket kan være sådan at det frembringer en hul konisk brenselstråle.

Ved en anordning er det således to eller tre lommer som er symmetrisk anordnet i forhold til sylinderaksen. Det anordnes da et sentralt brenselinnsprøytningsapparat således utført at det leverer henholdsvis to eller tre stråler eller en konisk stråle, idet hver stråle eller stråledel etter avbøyningen på avbøyningsflaten har en sådan retning i forhold til luftladningens dreleretning i sin lomme at brenselinnsprøytningen foregår hovedsakelig «nedstrøms» og tilnærmet tangensielt til en sirkel som er konsentrisk med lommens indre krumme vegg og dess-uten har en mindre radius enn lommens vegg.

En del av fordelene ved oppfinnelsen er: (1) Ved å dele opp den totale luft-mengde som skal bringes i berøring med det brensel som spøytes inn i to eller flere like mengder i hver lomme med likedan form og med likedan luftbevegelse, er det lettere mulig å kontrollere fordelingen av brenslet i luften enn når det anvendes en enkelt lomme med omtrent det dobbelte volum. (2) Det er vel kjent at for enhver luft-omdreiningshastighet i sylinderen under luftladningens innsprøytning vil luftladningens omdreiningshastighet under over-føringen til en enkelt forbrenningskam-merlomme variere omtrent omvendt i forhold til lommens diameter. Når det anvendes en enkelt brenselstråle i hver lomme uten å ta tilflukt til en overdrevet høy hastighet for luftstrømmen gjennom innløps-ventilene, er det således mulig å oppnå en større volumetrisk effekt og følgelig et større nyttig hastighetsområde og en større hestekraft. (3) Da forbrenningslommene står i forbindelse med hinannen ved overlapping eller når man anordner et forbindelsesrom mellom deres nær hinannen liggende partier, kan et enkelt brenselinnsprøytnings-apparat anordnes sentralt eller tilnærmet sentralt i sylinderhodet, som det måtte finnes bekvemt. Det er da mulig å oppnå tilfredsstillende fordeling i luften uten alt for høyt innsprøytningstrykk og ved bruk av et antall stråler svarende til antallet av lommer eller ved bruk av en eneste stråleanordning fra hvilken strålene slår mot avbøyningsflater som styrer brensel-ladningen riktig inn i de forskjellige lommer.

Oppfinnelsen kan utføres på forskjellige måter, men i det følgende skal det under henvisning til tegningene forklares flere utførelsesformer som eksempel. Fig. 1 er et grunnriss av en utførel-sesform for stemplet. Fig. 2 er en del av et aksialt oppriss i snitt etter linjen 2—2 i fig. 1 av den øvre del av dette stempel anordnet i en sylinder. Kun sylinderhodets øvre del er vist. Fig. 3 viser et snitt gjennom det samme stempel etter linjen 3—3 i fig. 1. Fig. 4 viser i grunnriss sett ovenfra en stempeltopp og fig. 5 viser et lengde-snitt etter linjen 5—5 i fig. 4 av stemplets øvre del med tilhørende lommer. Fig. 6 og 7 viser liknende riss som fig. 4 og 5, og fig.

8 og 9 igjen liknende riss.

Ved den i fig. 1, 2 og 3 viste utførelses-form har motoren en sylinder 10 hvori stemplet 11 løper frem og tilbake. Stemplet har en flat krone hvori er dannet to forbrenningslommer 12 og 13. Sylinderen er lukket øverst ved hjelp av et sylinderhode 14 som inneholder innløps- og utblåsnings-kanaler 15 resp. 16. Disse ender i port-åpninger inn til sylinderen. Åpningene styres ved rørventiler på vanlig måte. Anordningen og formen av innløpskanalen 15 og dens port er anordnet således i forhold til sylinderboringen at luftladningen på kjent måte kommer inn i sylinderen gjennom innløpsporten under hver innsprøyt-ningsperiode og bringes til å rotere om sylinderaksen på den måte som er antydet ved pilene 17 i fig. 1. Sylinderhodet 14 er forsynt med et innebygget hus 18 for et brenselinnsprøytningsapparat 19 av kjent type, med et munnstykke 20 som er avpasset til å rette en stråle av brensel med vanligvis konisk form nedad, hovedsakelig langs sylinderens akse.

De to forbrenningslommer 12 og 13 er anbrakt overfor hinannen symmetrisk til sylinderaksen. Som det tydelig sees av fig. 2 og 3 er lommene utført med avkortet konisk form, som det sees av snittet i fig. 3, og avstanden mellom de to lommers symmetriakser er noe mindre enn diameteren av hver lomme ved dens bredeste del. Skjønt de nedre ender av hver lomme er bestemte og atskilte omdreiningsflater, så er det mellom begge et rom 21 i forbindelse med lommer. Denne forbindelse er anordnet like ved stempelkronen og det vil sees at bortsett fra denne forbindelse 21 har «munningen» eller den øvre del av hver lomme noe mindre diameter enn lommens maksimale diameter.

Som det vil sees av fig. 1 vil rota-sjonen av luften i sylinderen som antydet ved pilen 17 ved slutten av hvert kompresjonsslag, når hovedsakelig hele luftladningen er blitt drevet inn i lommene 12 og 13, bringe luftladningen i hver lomme i rotasjon som antydet ved pilene 22. Luftladningen roterer i sin helhet i sylinderboringen og kan betraktes som inngående i lommene ved slutten av kompresjonsslaget generelt i pilretningen 23. For å bi-dra til å frembringe den ønskede roterende bevegelse i hver lomme er stempelkronen forsynt med to spor 24. Hvert av disse fører inn i hver sin lomme 12 resp. 13 fra stempel-kronens omkretskant med en hovedsakelig tangensiell retningskomponent. Hvert spor utvider seg i dybde og bredde fra den ytre del av innløpet til det indre, hvor den slut-

ter seg til vedkommende lomme. Disse spor søker å bringe luftladningen til å dreie seg med stor periferihastighet i sylinderen for å gå inn i lommene 12—13 tangensielt, som antydet ved pilene 25 under kompresjonsslaget. Disse spor bringer en vesentlig del av den roterende luftladning til å forsky-

ves hurtig fra sylinderrommet inn i lom-

mene for henimot slutten av kompresjons-

slaget å gå inn i lommene 12 og 13 tangen-

sielt som antydet ved pilene 27 og derved vil luftladningen i sin helhet få en øket hastighet om lommens akse i hver lomme.

Som det vil sees av fig. 3 vil den dob-

belte koniske form av de to lommer og for-bindelsen mellom deres øvre parti resul-

tere i dannelsen av en ribbe 26 mellom lommene. Denne ribbe har en øvre krum-

met kant (fig. 2) som strekker seg på tvers av det plan som inneholder de to lommers akser. Som allerede nevnt er brenselinn-sprøytningsmunnstykket 20 avpasset til å

rette en konisk brenselstråle ned eller langs sylinderens akse, og denne brenselstråle deles opp ved hjelp av ribbens 26 kant 27,

så en del av brenselstrålen slår mot denne kant og kanten styrer eller oppdeler bren-selstrålene og dirigerer dem inn i hver sin lomme.

Ved den i fig. 4 og 5 viste konstruksjon

er stemplet 30 utført ved sin øvre flate med to atskilte forbrenningslommer 31, 32. Hver av disse har sylindrisk form med sine nedre ender avrundet som vist i fig. 5. Her overlapper portene ikke hinannen, men står i forbindelse med hinannen gjennom et spor 33 som har hovedsakelig halvsirkulært tverrsnitt. Sporet 33 er i hovedsaken rett-

linjet og ligger skrått i forhold til et plan som inneholder begge lommers akse så sporet trer inn i lommene i hovedsakelig tangensiell retning. Når den generelle om-dreiningsretning av luften i sylinderen er som antydet med pilen 34, foregår luftsir-kulasjonen innenfor hver lomme i retning av pilene 35 og forbindelsessporet 33 er anordnet således at brensel som kommer inn i hver lomme langs kanalen har en retningskomponent som ligger «nedstrøms» i forhold til sirkulasjonen av luften inne i lommen.

Ved midten av léngden av kanalen 33

er det anordnet en ribbe 36 som strekker seg oppover fra den nedre flate av kana-

len på tvers av kanalens lengde. Ved dette eksempel blir luftinnløpsmunnstykket 37 hovedsakelig den samme som ved munn-

stykket 20 i det foregående eksempel og er avpasset til å styre en hovedsakelig; kon-

stant brenselstråle nedover langs sylinderaksen.

Ved den stempelform som er vistj. fig.

6 og 7 er stempelkronen utført med to

halvkuleformede lommer 41 og 42. Omhyllingen av disse lommers kuleflater er at-

skilte og overlapper ikke hinannen, men lommene står i forbindelse med hinannen gjennom en kanal med to deler 43 og 44,

som har kuleflater. Disse flater har et for-bindelsespunkt ved den sirkulære kant 45,

som ligger på tvers av det plan som inneholder lommenes symmetriakser. Som i det foregående eksempel er brenselinnsprøyt-ningsmunnstykket 46 av samme type og avpasset til å styre en konisk brenselstråle nedover mot ribben og den sfæriske skrå-

flate 43, 44 for hver side av denne ribbe. Brenselstrålen blir på denne måte delt og avbøyd inn i hver sin av de to lommer.

Ved den konstruksjon som er vist i fig.

8 og 9 er stemplet 50 utført med tre forbrenningslommer 51, 52, 53, som er likelig fordelt omkring sylinderaksen. Hver lom-

me har generelt sett halvkuleform og de sfæriske sideflater overlapper ikke hinannen, men lommene står i forbindelse med hinannen gjennom et felles sentralt rom 54. Den nedre flate av dette sentrale rom har form av en trekantet pyramide med tre skråttliggende og delvis sfæriske flater 55, 56 og 57. Et brenselinnsprøyt-ningsmunnstykke 58 av den samme type som tidligere omtalt, er anordnet i sylinderhodet og avpasset til å styre en konisk brenselstråle nedover mot denne pyramide ved hvis hjelp brenslet deles opp og avbøyes inn i de tre lommer.

Det vil forstås at det i mange tilfelle

kan være ønskelig å utføre lommene med noe forskjellig diameter, f. eks. for å av-

passe dem til en særskilt sylinderhodekon-struksjon og sådanne forandringer faller innenfor oppfinnelsens ramme. Disse anordninger blir imidlertid i hvert tilfelle slike at de søker å frembringe generelt den samme forbrenningskarakteristikk i hver lomme enten det er to eller flere.

Claims (9)

1. Forbrenningsmotor for flytende brensel, som innsprøytes i kompresjons-rommet, av den type som er angitt i patent nr. 94 712 hvor stemplet (11, 30, 40, 50) og sylinderhodet (14) er således utført at der mellom dem ved slutten av hvert kompressjonsslag er minst to tilnærmet like forbrenningslommer (12, 13 — 31, 32

— 41, 42 — 51, 52, 53), hvori brenslet inn-sprøytes og som er tilnærmet dannet som omdreiningslegemer om akser vinkelrett til de deler av stempelplaten i hvis nær-het de befinner seg, og er hovedsakelig forskutt fra sylinderaksen, idet ladningen i sylinderens (10) indre bringes til å rotere om sylinderaksen under kompress] onssla-get, så at den del derav som tvinges inn i hver lomme søker å rotere om lommens nevnte akse, karakterisert ved at lommenes (12, 13 — 31, 32 — 41, 42 — 51, 52, 53) nærmeste kanter står i forbindelse med et felles rom (21, 33) mellom lommene som inneholder en avbøyende flate (26 — 36 — 43, 44 — 55, 56, 57), og at et eneste inn-sprøytningsmunnstykke (12, 20 — 58) er avpasset til å styre brensel frem til den avbøyende flate som deretter deler og av-bøyer brenslet likt inn i lommene.

2. Motor ifølge påstand 1, karakterisert ved at avbøyningsflaten har en ribbe (27, 45) og skråflater (55, 56, 57) som strekker seg fra denne ribbe mot de resp. lommer, idet brenselstrålen er avpasset til å bevege seg i det minste delvis på disse skråttliggende avbøyningsflater.

3. Motor ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at omhyllingen av sideveg-gene for lommene (12, 13, 31, 32) er uav-hengig og ikke overlapper lommene og at lommene står i forbindelse med hinannen gjennom en mellomliggende passasje (21, 33), idet avbøyningsflaten eller -flatene er dannet i denne passasjes vegg.

4. Motor ifølge en av påstandene 1— 3, karakterisert ved at innsprøytnings-munnstykket (19, 20) er av nåltypen og avpasset til å sprøyte en stråle eller liknende av brensel inn i en stort sett konisk form.

5. Motor ifølge en av påstandene 1—4, karakterisert ved anordningen av spor (24) i stempelkronen eller sylinderhodet strek-kende seg innover fra i nærheten av sylinderens ytre omkretsvegg og tangensielt inn i hver lomme i stort sett samme retning som den i sylinderen værende luft-ladnings samlede rotasjon.

6. Motor ifølge en av påstandene 1—5, karakterisert ved at sylinderhodet og stemplet er formet således at det finnes tre lommer (51, 52, 53) med samme stør-relse og form likelig vinkelfordelt omkring sylinderaksen.

7. Motor ifølge påstand 6, karakterisert ved at det er anordnet tre lommer (51, 52, 53) ved fordypninger i stempelkronen samt en avbøyningsflate i form av en tresidet pyramide (55, 56, 57) liggende mellom lommene med sin spiss i nærheten av sylinderhodet og tre skrå sidevegger som strekker seg henimot de respektive lommer.

8. Motor ifølge en av påstandene 1—7, karakterisert ved at brenselinnsprøyt-ningsmunnstykket og avbøyningsflaten eller -flatene er således anordnet at brenslet innføres i hver lomme, i en retning som er generelt «nedstrøms» i forhold til retningen av luftstrømmen i lommen ved slutten av kompresjonsslaget.

9. Motor ifølge påstand 8, karakterisert ved at retningen av brenselinnsprøytnin-gen i hver lomme er hovedsakelig tangensiell til en sirkel som er konsentrisk til lommens sidevegg og har noe mindre radius enn lommen.