SE456263B - Luftkomprimerande forbrenningsmotor med separat tendning - Google Patents

Description

456 263 2 ningsrummet, sa att den bildade gnistan bildas pa det ställe, där den gynnsammaste sammansättningen hos blandningen föreligger. Dessutom har även föreslagits, att i omradet för elektroden eller elektroderna anordna en uppdämningskant i förbränningsrummets vägg eller kanalisera bränslefilmen medelst en inloppsränna pa sadant sätt att en viss bränsleansamling erhölls i elektrodomradet.

Pa grund av virvelströmningens cyklonverkan, vilken haller det fran väggfilmen avangande bränslet i en zon i närheten av förbränningsrum- mets vägg i omgivningen av förbränningsrummets ekvator, är det allmänt bruk eller nödvändigt att förlägga elektrodernas gniststräcka i just detta omrade. Därigenom har man vid de hittills använda, i stort sett sfäriska förbränningsrummen alltefter motorns utförande fatt elektrodlängder pa mellan 20 och 25 mm.

En sadan elektrodlängd medför emellertid nagra betydande nack- delar för driftsäkerhet och hallbarhet. Till att börja med föreligger fara för att elektroderna pa grund av ostationära värmespänningar och av strömningen orsakade svängningar kan brytas av, vilket pa grund av den ringa storleken av spalten mellan kolvbottnen och cylindertoppen kan medföra skador pa kolv- löpytan och slutligen att motorn förstörs. En ytterligare nackdel med den stora längden ligger i att deformationer kan uppkomma under inverkan av höga temperaturer, vilka gör det omöjligt att upprätthalla det pa grund av den höga kompressionen nödvändiga lilla elektrodgapet pa 0,1 till 0,5 mm. Pa grund av det ogynnsamma förhållandet mellan tvärsnitt och yta vid langa elektroder och pa grund av den med hänsyn till osäkerheter vid blandnings- bildningen förhallandevis höga erforderliga tändenergin (orsakade av variatio- ner i strömningen) uppträder därvid likaledes höga avbränningshastigheter, som störande minskar serviceintervallen för ett fordon.

Vidare utgör det en nackdel att i förbränningsrummets vägg anordna en uppdämningskant eller en inloppsränna, eftersom sadana atgärder som innebärande en ytterligare bearbetning fördyrar kolven. Dessutom blir verkningarna av dessa atgärder vid längre drift med inte absolut rent bränsle begränsade eller försvinner till och med, eftersom dessa föroreningar av- sätter sig pa förbränningsrummets vägg och bildar beläggning med tilltagande tjocklek, som sa kraftigt förändrar formen av uppdämningskanten respektive inloppsrännan, att tändningen inte längre blir säker.

Vid de med hänsyn till inre verkningsgrad och_avgaskvalitet nödvändiga och i praktiken förverkligade höga kompressionsförhallandena pa 456 263 3 16 till 18 och de därmed förhallandevis sma förbränningsrumsdíametrarna har i regel förbränningsrummet vid den inledningsvis omnämnda teknikens stand- punkt anordnats excentriskt i riktning mot tändstiftet, eftersom tändstiftet pa grund av ventil-erna anordnas pa ett visst avstand fran cylindermitten men däremot pa grund av skiktladdningsprincipen maste ligga vid förbrännings- rummets periferi. Den förhållandevis lilla förbränningsrumsdiametern och förskjutningen av förbränningsrummet i riktning mot tändstiftet nödvändiggör en speciellt lang munstyckskanal, vilken kan leda till störningar i virvelström- ningen och därmed förbundna tändsvarigheter.

Den förhållandevis lilla förbränningsrumsdiametern eller noggran- nare uttryckt, den förhållandevis lilla diametern hos förbränningsrummets öppning, är orsaken till en ytterligare nackdel, i det att den uppträdande kraftiga kompressionsströmningen i förbindelse med de föx-'hallandevis langa 'ofverföringsvägarna till de som värmesänka fungerande kolvringarna leder till höga temperaturbelastningar pa förbränningsrum även ventilsätet påverkas förstärkt av värme pa grund av kompressionsströmningen. Ändamalet med föreliggande uppfinning är att mildra eller helt eliminera de omnämnda svaga punkterna med avseende pa dessas ogynnsam- ma inverkan, varvid målet är att vid en förbränningsmotor av det inlednings- vis beskrivna slaget utjämna den starkt variabla strömningen i väggens närhet, minska tändanordningens förslitning och utan avsevärda konstruktiva atgärder uppna en absolut säker tändning och optimal förbränning av den bildade blandningen och därmed sa goda motordata som möjligt 'inom alla driftomraden.

Enligt uppfinningen åstadkommes detta genom att förbränninge- rummets sidovägg - sedd i tvärsnitt - är genererad av tva i varandra över- gående, krökta linjer, av vilka den första krökta linjen sträcker sig med en mindre krökningsradie fran insnörd öppning hos förbränningsrummet till förbränningsrummets största diameter och den andra krökta linjen med den större krökningsradien sträcker sig till den väsentligen flackt utbildade förbränningsrumsbotten respektive övergar i denna, att den största diametern hos förbränningsrummet utgör det 0,5- till OJ-faldiga av kolvdiametern och - räknat fran kolvbotten - ligger på ett djup, som motsvarar det 0,3- till OA-faldiga av förbränningsrummets djup och att den mindre krökningsradien hos förbränningsrummets sidovägg har en längd av 0,2 till 0,3 TB, medan den större har en längd av 0,5 till 0,75 TB, varvid förhallandet mellan diametern 456 263 . 4 hos förbränningsrummets öppning och förbränningsrummets största diameter ligger mellan 0,85 och 0,95 och vägghöjden hos förbränningsrummets öppning mellan 0,1 och 0,15 TB.

Med den enligt uppfinningen föreslagna formen pa förbränninge- rummet uppnas följande: bränslet koncentreras kraftigare än hittills i en bestämd zon pa grund av den kraftiga krökningen av förbränningsrummets sidovägg i omradet för den största diametern. Denna zon ligger i närheten av förbränningsrummets öppning, varigenom även kortare elektroder pa fördel- aktigt sätt förses med tândbar blandning. Av denna orsak kan de hittills använda, med flera stavelektroder försedda inskruvningständstiften drastiskt förkortas, varigenom man i övre dödpunktsläget kan fa inskjutningslängder under 12 mm och till och med kan använda de pa ottomotorer för bilar vanliga tändstiften med stiftelektroder. Det är inte heller uteslutet att använda glödstift.

Genom förstoringen av den största förbränningsrumsdiametern respektive förbränningsrumsöppningens diameter (i förhållande till förbrän- ningsrummets djup) minskas den kvarvarande kolvbottenytan och därmed den för utbildandet av kompressionsströmningen väsentliga, radiella våglängden.

Utom att strömningen i närheten av väggen blir lugnare pa grund av minskningen av kompressionsströmningshastigheten, minskas ocksa den ter- miska belastningen pa förbränningsrummets öppning, vilken naturligtvis ocksa redan pa grund av det nu mindre avstandet till kolvringspartiet minskas, samt pa ventilsätena. Dessutom medför ökningen av förbränningsrummets diameter den fördelen, att luften utnyttjas bättre, eftersom den del av färskluften mellan kolvbotten och cylindertoppen, som erfarenhetsmässigt blott ofull- ständigt deltar i förbränningen, minskas. Med ökningen av förbränningsrurn- met kommer slutligen den stiftet motstaende sidan av förbränningsrummets öppning närmare intill insprutningsmunstycket, varigenom munstycksdiket i kolven kan förkortas eller helt bortfalla.

Genom den kraftigare koncentrationen av bränsleang-luft-bland- ningen i omradet för den största förbränningsrumdiametern underlättas störningsfri leverans till en där belägen gniststräcka med tändvillig blandning, vilket onödiggör användandet av exempelvis en inloppsränna för att leda flytande bränsle till omradet kring gniststräckan. Den därigenom uppnadda förbättringen av den perifera laddningsskiktningen möjliggör ocksa minskning av den erforderliga tändenergin, eftersom därigenom en högre lokal bränsle- angkoncentratíon erhalles, vilken ju är proportionell mot jonisationsspän- ningen och gnistans varaktighet. i Som nämnts, krävs blott korta elektroder tack vare det ringa ~ 456 263 avståndet mellan den största förbränningsrumdiametern och förbränninge- rumsöppningen. Dessa korta elektroder har den fördelen att de haller längre, eftersom de, inte minst pa grund av den nu föreliggande mindre luftrörelsen, förblir kallare. Detta förhållande gör det ocksa möjligt att öka kompressions- förhållandet ytterligare, d.v.s. över, som hittills, 18, utan att pa grund av därmed förknippad temperatur- och tryckniva i cylindern och därmed värme- pakänning pa tändstiftselektroderna behöva ta otillatligt hög avbränna med i köpet.

Användningen av det föreslagna förbränningsrummet är speciellt gynnsam för det här behandlade fallet tändstiftständ motor, emedan just de bränslen, som förnuftigtvis kräver en fjärrtänthing (exempelvis metanol) har en lägre kokpunkt respektive koktid än dieselbränsle och därmed den lang- sammare virvelströmningen i omrâdet för den största förbränningsrumdiame- tern jämförd med ett sfäriskt förbränningsrum med mycket mindre diameter kompenseras med avseende pa dess inverkan pa hastigheten vid blandnings- bildningen. Emellertid kan ocksa med dieselbränsle drivna motorer förbättras av att förbränningsrummet är utformat enligt uppfinningen, varigenom exem- pelvis nackdelarna med ett langt spridardike eller höga temperaturbelast- ningar vid den hittills vanliga sfäriska förbränningsrumformen undviks.

Enligt en vidareutveckling av uppfinningen är det av fördel att, pa i och för sig känt sätt, utforma den mittre delen av förbränningsrummets botten som kupolformad upphöjning. Den där annars (när botten är platt) förekommande luften kommer därigenom närmare den fran väggen utgaende förbränningen.

Pa grund av förbränningsrumrnets mindre djup eller, uttryckt pa annat sätt, pa grund av den större förbränningsrumdiametern respektive den större diametern hos förbränningrummets öppning, bör bränslestralen inspru- tas mindre brant. Bränslestralen bildar därvid med ett plan vinkelrätt mot cylinderaxeln en vinkel av 10 till l5°. Insprutningen sker pa sadant sätt (med början av insprutningen vid fullast vid omkring 300 vävvinkel före ÖDP), att a ena sidan intet bränsle vid insprutningens början träffar kolvbotten och a andra sidan bränslestralens träffpunkt pa förbränningsrumväggen vid kolvens övre dödpunkt icke ligger för djupt i förbränningsrummets undre omrade, med andra ord inte för langt under den största förbränningsrumdiametern. Därvid har det visat sig vara speciellt fördelaktigt när bränslestralens träffpunkt pa förbränningsrummets vägg (i kolvens övre dödläge) ligger pa ett avstand a av 40 till 60% av förbränningsrummets djup under kolvbotten. 456 263 6 Den geometriska brânslestralen träffar förbränningsrummets vägg - sett i luftrotationens riktning - fran den i förbränningsrurnmet in- Ikjutande tändanordningen. Därigenom bildas med säkerhet en väl tändvillig blandning och för att träffpunkten skall komma tillräckligt nära elektrodzo- non, har det visat sig lämpligt att centrumvinkeln mellan bränslestralens trïffpunkt och tândanordningens centrum, projicerat i ett vinkelrätt mot . .fllrbrïriningsrummetslängdaxel liggande-plan,-âr_.mellan lioch 45°. .-. _ . _.

Llppfimingen beskrivs närmare i det följande i anslutning till ett p! de bifogade ritningarna visat utföringsexempel, varvid flg. 1 visor ett längdsriitt utmed linjen i I-I i fig. 2 genom den övre delen av on kolv med förbränningsrum och bränslestràle enligt uppfinningen, och Hg. 2 kolven sedd uppifrån enligt linjen Il-ll i fig. l.

I figurerna är ett förbränningsrum 3 med en insnörd förbrännings- rllmaöppnlng Ia anordnad centralt i botten la av en kolv l. Flytande bränsle lnepruto: av ett inte närmare visat insprutningsmunstycke 8, som är anordnat deoântrllt i cylindertoppen 2, vid en med hänsyn till arten av driftförhallan- den och orten av bränsle (kokomrade och tändvillighet) lämplig tidpunkt i iërbrännlngarummet 3 med blott en stràle 9 i den roterande förbränningsluf- tens 12 rotationsriktning. Bränslestralens träffpunkt pa bränslerumsväggen 4 ligger i kolvens övre dödläge under förbränningsrummets största diameter DB och är betecknad 9a. Utsprutningspunkten Ba hos insprutningsmunstycket B ligger därvid i närheten av kanten på förbrânningsrummets öppning.

Mittemot utsprutningspunkten Ba förefinns en i kolvbotten la respektive förbränningsrumsväggen 4 anordnad urtagning (nisch) 10, i vilken en tändanordning ll, vilken likaledes är anordnad i cylindertoppen 2, skjuter in när kolven l är i övre dödläget. Tändanordningen utgörs exempelvis av ett flertal stevelektroder, i föreliggande fall av en mittelektrod 13 och tre kring denna mlttelektrod 13 anordnade enkelelektroder 4a, 4b, 40. Som tändstift kan man emellertid ocksa använda ett vid ottomotorer för bilar vanligt tändstift och inte heller är användning av glödstift utesluten.

Förbränningsrummets 3 sidovägg 4 genereras enligt uppfinningen av tva i varandra övergaende krökta linjer 5 och 6, varvid den första krökningslinjen S med mindre krökningsradie Rl sträcker sig fran den insnörda förbränningsrumsöppningen Sa fram till den större förbränningsrums- diametern DB och den andra krökningslinjen 6 med den större krökningsradien H2 Gträokor sig till den i huvudsak flackt utformade förbränningsrumsbotten 7 respektive överger i denna, varvid förbränningsrummets botten 7 vid mitten 456 263 7 även kan ha en välvning uppat. F örbränningsrummets största diameter DB, i vara horisontalplan även mittpunkterna Sa och 6a hos krökningslinjerna S. respektive 6 ligger, utgör därvid det 0,5- till 0,7-faldiga av kolvdiametern DK och ligger, räknat fran kolvbotten la, pa ett djupftD, vilket motsvarar det 0,3- till ÛA-faldiga av förbränningsrummets djup TB. Den mindre kröknings- radien Rl hos förbränningsrummets sidovägg à har därvid en längd av 0,2 till 0,3 Tb, den största krökningsradien Rz en längd av 0,5 till 0,75 TB. Slutligen är diametern dH hos föriäränningsrummets insnörda öppning 3a mellan 0,85 och 0,95 DB, varvid vägghöjden hos denna öppning är mellan 0,1 och 0,15 TB.

Bränslestralens 9 anslagspunkt 9a pa förbränningsrummets vägg 4 ligger i kolvens övre dödläge pa ett avstand a av 40 till 60% av förbränníngs- Nmmets djup under kolvbotten la. Därvid innesluter den med centrum hos töndanordningens ll mittelektrod 13, projicerat i ett vinkelrätt mot förbrän- ningarummets axel x liggande plan, en centrumvinkel o av 15 till 45°.

I fig. 2 visas sidsnitt även den verkliga storleken hos den vinkel B, :Om bränslestralen 9 bildar med ett mot cylinderaxeln x vinkelrätt plan, varvid linjen 15 avbildar planet vinkelrätt mot cyiinderaxeln x och sträckan 16 visar' avståndet fran stralens utgångspunkt Ba till stralens anslagspunkt 9a i cylinderaxelns x riktning.

Som ytterligare framgar av fig. 2 behöver - ur konstruktiva synpunkter - stralens utsprutningspunkt Ba och tändanordningen inte nödvän- digtvis ligga diametralt mot varandra, uten kan ocksa vara nagot förskjutna fran förbränningsrummets (kolvens) mitt. Det vore ocksa möjligt att anordna själva brännkammaren nagot decentralt för de fall att tändanordningens avstand till cylindermitten av konstruktiva skäl eventuellt maste vara nagot större än vid ett centralt förbrânningsrum. Tack vare den större diametern hos förbränningsrummet kan man i föreliggande fall trots detta avsta fran att anordna en pipliknande kanal fran insprutningsmunstycket.

Claims (9)

1. 456 263 PATENTKRAV l.

2. Luftkomprimerande förbränníngsmotor med separat tändnlng och med direktinsprutning av bränslet medelst en strale, till största delen mot väggen av ett i kolven förefintligt rotationskroppformat förbränningsrum, vid vilken inströmmande förbrånningsluft med kända medel bibringas en sådan rotationsrörelse i den ínsprutade brënslestrálens riktning, att bränslet häri- genom allteftersom avlöses i angform fran förbrännlngarummets vägg och blandas med luften, insprutningsmunstycket är anordnat i cylindertoppen i närheten av förbränningsrummets kant och den insprutningsmunstycket mot- stående tëndanordningen vid kolvens övre dödpunktläge skjuter in l förbrän- ningsrummet, k ä n n e t e c k n a d därav, att förbränningsrummets (3) sido- vägg (4) - sedd i tvärsnitt - är genereradl av tva i varandra övergående, krökta linjer (5 resp. 6), av vilka den första krökta linjen (S) sträcker sig med B11 mindre krökflíngflrfldíe (Rl) från lnsnörd öppning (Ba) hos förbränningarum- met till förbränningsrummets största diameter (DB) och den andra krökta linjen (6) med den större krökningsradien (Rz) sträcker sig till den väsentligen flackt utbildade förbränningsrumsbotten (7) respektive övergår i denna, att den största diametern (DB) hos förbränningsrummet utgör det 0,5- till 0,7-faldíga av kolvdiametern (DK) och - räknat fran kolvbotten (la) -ligger På ett djup (to), som motsvarar det 0,3- till Oß-faldiga av förbränningsrum- mets djup TB och att den mindre krökningsradien (RI) hos förbränningsrum- mets sidovägg (4) har en längd av 0,2 till 0,3 TB, medan den större (Rz) har en längd av 0,5 till 0,75 TB, varvid förhållandet mellan diametern (dH) hos förbränningsrummets öppning och förbränningsrummets största diameter (DB) ligger mellan 0,85 och 0,95 och vägghöjden (tH) hos förbränningsrummets öppning (Ba) mellan 0,1 och 0,15 T 2. mittre delen av förbränningsrummets botten (7) pa i och för sig känt sätt är B.

3. Förbränningsmotor enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att utformad som kupolformad förhöjning. 30 bränslestralen (9) med ett mot cylinderaxeln (x) vinkelrätt plan insluter en Förbränningsmotor enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att vinkel (8) av 10 till 150, varvid anslagspunkten (9a) hos den geometriska bränslestralen (9) vid förbrënningsrummets vägg (4) i kolvens (1) övre dödläge ligger pa ett avstånd (a) av 40 till 60% av förbränningsrummets djup (TB) under kolvbotten (la). 456 263 « 7 ll.

4. F örbränningsmotor enligt krav 1 eller följande, k ä n n e t e c k - n a d därav, att centrunïvlnkeln (o) mellan bränslestralens analagspunkt (9a) och tëndanordningens (ll) centrum, prajicerat i ett vinkelrätt mot förbrän- ningarummets längdaxel (x) liggande plan, är' mellan 15 och 4S°.

5. F örbränningsmotor enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att tändanordningen består av med varandra parallellt gaende stavelektroder.

6. F örbränningsmotor enligt kraven 1 och S, k ä n n e t e c k n a d därav, att den tändanordningens ena pol bildande atavelektroden (14) bestar av ett flertal kring den tändanordníngens andra pol bildande stavelektroden (13) anordnade delelektroder (lila, láb, 140).

7. Förbränníngsmotor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att tändanordningen består av ett tändstift med en eller flera hakelektroder.

8. Förbränningsmotor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att tëndanordningen är ett glödstíft.

9. ' F örbränningsmotor enligt krav l eller följande, k ä n n e t e c k - n a d därav, att längden av den i kolvens (1) övre dödpunktläge i förbrän- níngsrummet (3) inskjutande tändanordningen är mindre än 12 mm.