SE463981B - Foerfarande och anordning foer insprutning av braensle i en foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

463 981 10 15 20 25 30 35 2 vid låga motorbelastningar ett relativt begränsat, jämnt fördelat moln av bränsledroppar.

Några kända insprutningsmunstycken, som används för tillförsel av bränsle direkt in i en motors för- . bränningsrum, är av tallriksventiltyp, från vilka bränslet utströmmar i form av en ihålig, divergerande, konisk strâle med bränsledropparna bildande en konti- nuerlig vägg hos konen som sträcker sig från tallriks- ventilens omkretskant. Den kontinuerliga beskaffen- heten hos väggen av bränsledroppar begränsar utsträck- ningen av bränslets finfördelning och dispersionen av bränsledropparna i luften för att bilda ett moln av bränsledimma, vilket är önskvärt för antändning och total förbränning av bränslet. Den kontinuerliga väggen av bränsledroppar, som utströmmar som en för- längning av bränsledropparnas strömningsriktning från munstycket, ökar även bränslets inträngningsgrad i cylindern, vilket är speciellt ofördelaktigt vid låga bränslematningstillstånd. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett förfarande för insprutning av bränsle via ett munstycke in i ett förbränningsrum, och att åstadkomma en munstyckskonstruktion, vilken kommer att bidra till en minskning av de problem, som finns hos existerande munstycken och för att förbättra reg- leringen av utsläppen och motorns arbetsstabilitet.

Med detta ändamål för ögonen har det åstadkommits, enligt en första aspekt på föreliggande uppfinning, ett förfarande för insprutning av bränsle i en motors förbränningsrum, innefattande steget att åstadkomma föredragna respektive strömningsvägar för bränsle-gas- blandningen dà den strömmar förbi porten för att bilda ' en cirkelformad gruppering av alternerande första och andra strömningsvägar för bränsle-gasblandningen “ som utströmmar från den öppna porten, varvid den bränsle- gasblandning som följer de andra strömningsvägarna utströmmar inåt med avseende på den bränsle-gasblandning som följer de första strömningsvägarna. 10 15 20 25 30 35 463 981 3 Företrädesvis utströmmar den första grupperingen av gasinneslutna bränsledroppar för att bilda en diver- gerande konisk formering, och den andra grupperingen av droppar utströmmar företrädesvis för att bilda en formering som ej divergerar och som lämpligtvis utströmmar i en något cylindrisk formering eller inåt konvergerande, konisk formering, som är anordnad innanför avgränsningen för den första grupperingens utåt divergerande formering.

Närmare bestämt har det åstadkommits ett förfarande för insprutning av bränsle i en motors förbränningsrum, innefattande stegen att innesluta bränslet i en gasström och att selektivt öppna en port för att inspruta bränsle- -gasblandningen som bildats in i förbränningsrummet, och att befrämja föredragna respektive vägar för bränsle- -gasblandningen då den passerar igenom porten för att åstadkomma en första gruppering med i huvudsak cirkulärt tvärsnitt av gasinneslutna bränsledroppar och en andra gruppering av gasinneslutna bränsledroppar inuti det område, som avgränsas av den första grup- peringen som utströmmar från porten.

I enlighet med föreliggande uppfinning har det åstadkommits ett förfarande för insprutning av bränsle i en motors förbränningsrum, innefattande stegen att innesluta bränslet i en gas och att selektivt öppna en port för att avge den så bildade bränsle-gasblandningen till förbränningsrummet, och att befrämja föredragna respektive vägar för gas och bränsle då blandningen passerar genom den öppna porten för att åstadkomma en gruppering av bränsle-gasblandning med alternerande om- råden med olika bränsleinnehåll kring porten.

Företrädesvis utströmmar bränsle-gasblandningen med en gruppering med ett cirkulärt eller bâgformat tvärsnitt kring portens axel. Grupperingen kan vara sådan, att alternerande områden divergerar utåt kring portens axel för att bilda en i huvudsak konisk gruppering och de andra områdena har en cirkulär formering kring portens 463 981 10 15 20 25 30 35 4 axel och har företrädesvis en konvergerande, konisk formering.

Uppdelningen av bränsle-gassatsen i två grupperingar fördelar satsen bredare och minskar på så sätt dess hastig- het med resulterande minskning av bränsledropparnas moment och inträngningen av dessa i förbränningsrummet. I detta hänseende är det önskvärt att satsen uppnår ljudhastighet eller överljudshastighet vid utströmningspunkten från porten för att befrämja finfördelningen. Emellertid är höga hastigheter efter inträde i förbränningsrummet ej önskvärda, eftersom de resulterar i djup inträngning av bränslet i förbränningsrummet. Uppdelningen av bränsle- -gassatsen, såsom tidigare föreslagits, bidrar till att tillåta inträde av en sats med ljudhastighet utan en motsvarande hög inträngning av bränslestràlen.

Förändringen i riktning hos en del av bränsle-gas- satsen för att upprätta de båda grupperingarna minskar även hastigheten hos denna del av bränsle-gassatsen i förhållande till den del som ej ändrar riktning, vilket således ytterligare minskar bränsleinträngningen.

Det antages även att förändringen i riktning lättare upp- tas av gasen än av bränsledropparna p g a de relativa densiteterna och de resulterande momenteffekterna, varför den inre grupperingen uppvisar en något lägre densitet.

Det antages att effekten med den ihåliga stràlen är sådan, p g a de genom inneslutningen orsakade effekterna på gasen inuti den koniska grupperingen, att virvlar bildas intill grupperingen inuti den ihåliga bränsle- -gassatsstrålen, som utströmmar från porten. Denna virvel- bildningseffekt är speciellt ändamålsenlig då det flytande bränslet är inneslutet i en gas, i jämförelse med ett insprutningssystem för endast flytande bränsle. I insprut- ningssystemet endast för vätska sker en minimal expansion då bränslet utströmmar genom en port, varför varje virvel- bildningseffekt endast utsträcker sig till gasen i för- bränningsrummet inom området omedelbart intill stràlen.

Vid föreliggande förslag, där det flytande bränslet 10 15 20 30 35 463 9ï81 5 är inneslutet i gas, kommer i motsatshärtill det avsevärda tryckfallet över porten att resultera i en avsevärd expansion av den gas, som med bränslet inströmmar i förbränningsrummet. Virvelbildningseffekten är således mer utspridd och dropparna av flytande bränsle, som uppbärs i gasen, är spridda på motsvarande sätt. Hän- visningen ovan till effekten hos den utspridda virvel- bildningen hänför sig till en spridning inom området för den bränslestråle, som utströmmar från porten och inte till någon avsevärd spridning över hela förbrän- ningsrummet.

Den övergripande effekten med att innesluta bränslet i en gas och att inspruta bränsle-gassatsen som bildats in i förbränningsrummet i form av två koncentriska grup- peringar av bränsledroppsströmmar är att begränsa bränslets inträngningsgrad i rummet och att åstadkomma ett begränsat bränslemoln, med bränsle fördelat över detta, vid insprut- ningspunkten.

Då grupperingen är sådan, att strömmarna av bränsle- droppar har en cirkulär eller divergerande konisk form skapas ett toroidalt luftflöde inuti formeringen och i huvudsak koncentriskt med denna. Luftflödet i toroidens yttre område omsluter flödet av bränsledropparna som utströmmar från porten och bränslet blir inneslutet i det toroidala luftflödet för att föras inåt i formeringen.

Denna dispersion av bränsledroppar bidrar till den effek- tiva fördelningen av bränslet, medan bränslet kvarhålles inom ett avgränsat område.

I enlighet med föreliggande uppfinning har det åstad- kommits ett förfarande för insprutning av bränsle i en motors förbränningsrum, innefattande stegen att innesluta bränslet iden gas och att selektivt öppna en port för att inspruta den resulterande bränsle-gasblandningen in i förbränningsrummet, och att befrämja föredragna respektive vägar för gas och bränsle, då blandningen strömmar igenom den öppna porten för att åstadkomma en gruppering av alternativa områden av bränslerika och bränslemagra blandningar kring porten. 463 981 10 15 20 25 30 35 6 Närmare bestämt har det àstadkommits ett bränslein- sprutningssystem för en förbränningsmotor, där bränsle som är inneslutet i en gas insprutas i en motors förbrän- ningsrum, en selektivt öppningsbar munstycksanordning, genom vilken bränsle-gasblandningen tillförs till för- bränningsrummet och som innefattar en flödesdelaranord- ning i blandningens väg, som utströmmar från munstycks- anordningen då denna är öppen, för att bilda en första gruppering av i huvudsak cirkulärt tvärsnitt av gasinne- slutna bränsledroppar och en andra gruppering av gas- inneslutna bränsledroppar inuti det område, som avgränsas av den första grupperingen.

Enligt en andra aspekt på föreliggande uppfinning åstadkommes ett bränsleinsprutningssystem där bränsle, inneslutet i gas, insprutas i ett förbränningsrum, vilket bränsleinsprutningssystem kännetecknas av att den ena ytan uppvisar ett avslutande kantparti vid sin nedströms ände och ett fertal spår i kantpartiet anordnade på så sätt, att en del av bränsle-gasblandningen kommer att utströmma från kanalen in i förbränningsrummet genom spåren och en annan del av bränsle-gasblandningen kommer att utströmma från-det avslutande kantpartiet mellan spåren.

Lämpligtvis innefattar munstycksanordningen en anordning som är anordnad i bränsle-gasblandningens väg, då munstycket är öppet, och som är avsedd att uppdela bränsle-gasblandningens flöde i zoner med olika bränsle- innehåll. Företrädesvis har munstycksanordningen formen av en tallriksventil med ett rörligt ventilelement som samverkar med en port för att åstadkomma ett tätningsområde mellan dessa då munstycket är stängt, med den uppdelande anordningen nedströms det tätande området. Den uppdelande anordningen kan vara integrerad med porten eller ventil- elementet eller kan respektive samverkande partier hos flödesriktaren vara integrerade med varandra.

Företrädesvis är tallriksventilens rörliga ventil- element försett med ett flertal spår som är åtskilda kring det avslutande kantpartiets omkrets. Anordnandet 10 15 20 25 30 35 463 981 7 av dessa spår åstadkommer tvâ alternativa vägar för bränsle- -gasblandningen, en yttre väg som bildas av de ej spår- försedda partierna hos ventilelementets avslutande kant och en andra väg som sträcker sig genom spåren för att därvid förskjutas radiellt inåt från ventilelementets avslutande kant.

Ventilelementets yta, över vilken bränsle-gasbland- ningen strömmar då ventilen är öppen, har företrädesvis en divergerande konisk form, så att bränsle-gasbland- ningen, som utströmmar från den avslutande kanten, kommer att till att börja med bibehålla denna strömningsriktning för att bilda en yttre gruppering av gasinneslutna bränsle- droppar. Där den avslutande kanten avbrytes av spåren kommer emellertid åtminstone en del av bränslet och gasen att strömma genom spåren och på så sätt utströmma från ventilen innanför dess avslutande kant.

Väggvidhäftningseffekten, som uppstår då en fluid strömmar längs en yta, antas även bidraga till beskaffen- heten hos gas- och bränsleblandningens strömning genom spåren.

Det antas att gasen är mer mottaglig för väggvidhäft- ningseffekten än vad bränslet är och detta resulterar i, tillsammans med effekterna av bränslets ytspänning, en viss bränsleutfällning från bränsle-gasblandningen vid spårets kant, vilket först inträffar vid blandningens strömning över ventilelementet. Det utfällda bränslet riktas att strömma kring, snarare än genom, spåren och blir så inneslutet i och berikar den bränsle-gasblandning, som strömmar nedför ventilelementets ej spårförsedda områden. Momenteffekterna på bränslet kan även bidraga till viss bränsleutfällning från den gas, som avleds genom spåren.

Denna uppdelning av bränsle-gasblandningen i ett flertal grupperingar av bränsledroppsströmmar ger större möjlighet för bränsledropparna att blandas med gasen, och den ytterligare kantlängden, som härrör från de åstadkomma spåren, ökar utfällningseffekten för bränsle- 465 981 10 15 20 25 30 35 8 dropparna för att åstadkomma större finfördelning av bränslet.

De strömmar av bränsle-gasblandningen, som utströmmar från ventilelementets avslutande kant i en konisk former- ing, åstadkommer ett toroidalliknande virvelflöde innanför den koniska formeringens avgränsningar. Riktningen för detta toroidala virvelflöde är sådant, att dess radiellt yttre parti, intill bränsle-gasströmmarna i den koniska formeringen, förflyttas i samma riktning som dessa ström- mar. Detta flöde tar upp bränsledroppar från strömmarna och bringar dessa innanför den koniska formeringen.

Detta resulterar i att bränsle-gasströmmarna ytterligare bryts upp för att öka bränslefördelningen och för att bilda ett avgränsat moln av bränsledimma, som sträcker sig ut över den koniska formeringens hela längd, som initierats av den bränsle-gasström som utströmmar från ventilelementet. Denna uppbrytning och indragning av bränsle-gasblandningen begränsar även bränslets inträng- ningsdjup i förbränningsrummet, varför en rik blandning kan bibehållas i ett tändstifts omrâde i bränsleinsprut- ningens område för lätt antändning, och begränsar bränsle- dispersionen i avlägsna områden i förbränningsrummet.

Bränsle-gasmolnet innehåller en begränsad mängd bränsledroppar, som är fint dispergerade i och blandade med tillräckligt med luft för att åstadkomma en lätt antändbar bränslesats.

Föreliggande uppfinning kommer att lättare förstås av den följande beskrivningen av ett ändamålsenligt arrangemang av anordningen för tillförsel av bränsle till en motor och av åtskilliga konstruktioner av ventil- reglermunstyckena, genom vilka en bränsle-luftblandning tillförs till en motors förbränningsrum.

Fig l är ett längdsnitt genom en tvàtaktsmotor, för vilken det föreslagna bränsleinsprutningsförfarandet och -anordningen är tillämpad.

Fig 2 är en sidovy, delvis i snitt, av en bränsle- doserings- och insprutningsanordning, på vilken förelig- 10 15 20 25 30 35 463 981 9 gande uppfinning är tillämpbar. Denna visas schematiskt ansluten till tillhörande bränsle- och luftkällor.

Fig 3 och 4 är änd- och sidovyer av en utformning av ventilhuvudet, som konkretiserar föreliggande uppfinning.

Fig 5 och 6 är änd- och sidovyer av en annan utform- ning av ventilhuvudet, som konkretiserar föreliggande uppfinning.

Fig 7 är ett snitt i förstorad skala genom ett parti av en ventil, som är likartad den som visas i fig 5 och 6, och en vy av en komplementär port och ett ventilsäte.

Fig 8 är en perspektivvy av en ventilport, som inne- fattar en ytterligare utformning av föreliggande uppfinning.

Fig 9 visar den bränslemolnsformering, som uppnås med den ventilhuvudsutformning, som visas i figurerna 5 och 6.

Fig 10 är ett snitt genom det bränslemoln, som visas i fig 9, och visar strömningsmönstren i bränsle- molnet. 6 Fig 11 är ett diagram, som visar en jämförelse av kolväte-innehållet i avgasen från motorer, som arbetar med en slät tallriksventil, och samma motor med en spår- försedd tallriksventil.

Det hänvisas nu till fig 1, i vilken motorn 9 är en encylindrig tvåtaktsmotor av en i huvudsak vanlig konstruktion, med en cylinder 10, ett vevhus 11 och en kolv 12, som rör sig fram och tillbaka i cylindern 10.

Kolven är ansluten till vevaxeln 14 via vevstaken 13.

Vevhuset är försett med luftsugningsportar 15, innefattande konventionella klaffventiler 19, och tre överströmnings- kanaler 16 (endast en visas) som förbinder Vevhuset med respektive överströmningsport, av vilka två visas med 17 och 18, varvid den tredje motsvarar 17 på den motsatta sidan av porten 18.

Var och en av överströmningsportarna är utformad i cylinderns 10 vägg, normalt med sina respektive övre kanter anordnade i samma diametralplan hos cylindern.

En avgasport 20 är utformad i cylinderns vägg, i huvudsak 463 981 10 15 20 25 30 35 10 mitt emot den centrala överströmningsporten 18. Avgaspor- tens övre kant ligger något ovanför diametralplanet för överströmningsportarnas övre kanter och kommer således att stänga senare i motorns cykel.

Det löstagbara topplocket 21 har en förbränninge- hålighet 22, i vilken tändstiftet 23 och bränsleinsprut- ningsanordningen 24 inskjuter. Håligheten 22 är anordnad i huvudsak symmetriskt med avseende på cylinderns axíella plan, som sträcker sig genom överströmningsporten 18 och avgasportens 20 centrum. Håligheten 22 sträcker sig över cylindern från cylinderväggen omedelbart över överströmningsporten 18 en sträcka förbi cylinderns centrumlinje.

Hàlighetens 22 tvärsnittsform längs det ovan angivna axialplanet för cylindern är i huvudsak bågformad vid den djupaste punkten eller basen 28, med bàgens centrum- linje något närmare cylinderns centrumlinje än cylinderns vägg över överströmningsporten 18. Den bågformade basens 28 ände, närmare cylinderväggen över överströmningsporten 18, övergår i en i huvudsak plan yta 25, som sträcker sig till topplockets 21 underyta 29 vid cylinderväggen. Ytan 25 lutar uppåt från cylinderväggen till hâlighetens bågformade bas 28.

Den motsatta eller inre änden av den bågformade basen 28 övergår i en relativt kort och brant yta 26, som sträcker sig till topplockets underyta 29. Ytan 26 möter även underytan 29 i en relativt brant vinkel. Hàlig- hetens motsatta sidoväggar (endast en visas vid 27) är i huvudsak plana och parallella med det ovan angivna axialplanet för cylindern, och möter alltså även topp- lockets underyta 29 i en brant vinkel.

Insprutningsmunstycket 24 är anordnat vid hålighe- tens 22 djupaste parti, medan tändstiftet 23 är anordnat i en yta hos háligheten som ligger på avstånd från över- strömningsporten 18. Luftsatsen, som inströmmar i cylindern via överströmningsporten, kommer således att strömma längs háligheten, förbi insprutningsmunstycket 24 och mot 10 15 20 25 30 35 465 981 ll tändstiftet och medför på detta sätt bränslet från mun- stycket till tändstiftet.

Ytterligare detaljer hos hâlighetens 22 utformning och hos förbränningsprocessen, som erhålles genom denna, beskrives i den brittiska patentansökningen nr 8612607, vilken motsvarar den amerikanska patentansökningen med titeln "Improvements Relating to Two Stroke Cycle Internal Combustion Engines“ av Schlunke och Davis, till vilka beskrivningar det härmed hänvisas.

Insprutningsanordningen 24 är en integrerad del av ett bränsledoserings- och insprutningssystem, genom vilket bränsle, som är inneslutet i luft, tillföres till motorns förbränningsrum genom trycket hos matningsluften.

En speciell utformning av bränsledoserings- och insprut- ningsenheten visas i fig 2 på ritningarna.

Bränsledoserings- och insprutningsenheten innefattar en lämplig, allmänt tillgänglig doseringsanordning 30, såsom en insprutningsanordning med en strypkropp av ett självdrivande slag, som är ansluten till ett insprutnings- hus 31 med ett kvarhállande rum 32 i detta. Bränslet sugs från bränsletanken 35 och avges av bränslepumpen 36 g via tryckregulatorn 37 genom bränsleinloppsporten 33 till doseringsanordningen 30. Doseringsanordningen, som arbetar på ett känt sätt, doserar en bränslekvantitet till det kvarhållande rummet 32 i enlighet med motorns bränslebehov. överflödigt bränsle, som matas till doserings- anordningen, returneras till bränsletanken 35 via bränsle- returporten 34. Bränsledoseringsanordningens 30 speciella konstruktion är ej kritisk för föreliggande uppfinning och varje lämplig anordning kan användas.

Vid drift trycksättes det kvarhållande rummet 32 med luft, Som matas från luftkällan 38 via tryckregu- latorn 39 genom luftinloppsporten 45 in i huset 3l.

Insprutningsventilen 43 manövreras för att tillåta den trycksatta luften att avge den doserade bränslekvanti- teten via insprutningsspetsen 42 i motorns förbrännings- rum. Insprutningsventilen 43 är av den tallrikskonstruk- 465 981 10 15 20 25 30 35 12 tion, som öppnar inåt mot förbränningsrummet, d v s ut från det kvarhållande rummet.

Insprutningsventilen 43 är, via en ventilspindel 44 som sträcker sig genom det kvarhållande rummet 32, an- sluten till solenoidens 47 ankare 41, som är anordnad inuti insprutningshuset 31. Ventilen 43 är förspänd mot det stängda läget av tallriksfjädern 40 och öppnas genom tillslagning av solenoiden 47. Tillslagningen av solenoiden 47 styrs i tidsförhållande till motorns cykel för att åstadkomma tillförsel av bränslet från det kvarhållande rummet 32 till motorns förbränningsrum.

Ytterligare detaljer vid driften av det bränslein- sprutande systemet, som innefattar ett kvarhållande rum, anges i de australiensiska patentansökningarna nr 32 132/84 och 46 758/85, vilka motsvarar de amerikanska patentansökningarna nr 740 067 och 849 501 av M. McKay, till vilka det härmed hänvisas.

Föredragna utföringsformer av insprutningsventilens 43 huvudparti visas i figurerna 3-6, vilka visar två vyer av två alternativa utformningar av ventilhuvudet, som är avsedd att användas tillsammans med ett i huvudsak konventionellt ventilsäte. Såsom framgår av var och en av figurerna 3 och 5 finns det tolv lika åtskilda spår eller slitsar 65 runt ventilhuvudets 48 omkrets och en ringformad tätningsyta 61, som vid användning samverkar med en motsvarande tätningsyta på ett samverkande ventilsäte, såsom indikerats med 68 i fig 7. Den tätande ytans inneslutna vinkel är i de föredragna utföringsformer- na l20°, men kan ha varje annan lämplig vinkel, såsom exempelvis den ibland använda vinkeln av 90°. I de visade utföringsformerna har ventilhuvudets ringformade parti 62, i vilket spåren är anordnade, samma inneslutna av- smalnande vinkel som tätningsytan 61, men detta är ej väsentligt. Om exempelvis tätningsytans inneslutna vinkel är 90° kan det ringformade partiets 62 vinkel vara l20°.

I var och en av de visade utföringsformerna är de tolv spåren 65 lika åtskilda kring huvudets omkrets, och de motsatta väggarna 66 är radiella och uppvisar 10 15 20 25 30 35 465 981 13 en ínnesluten vinkel mellan sig av l5°. I de speciella ventiler, som visas på ritningarna, är ventilhuvudets totala diameter 4,7 mm, medan spårets bredd vid omkretsen är 0,7 mm och spårets totala djup i spårets centrumlinje och i huvudets radiella riktning är 0,7 mm.

Spàrens bredd kan variera för att passa för olika funktionskrav och företrädesvis upptar spåren 35-65% av längden hos den kant, i vilken de är anordnade.

Vanligtvis upptar spåren 40-60% av nämnda kantlängd.

I den utföringsform som visas i figurerna_3 och 4 är varje spårs botten 67 parallell med ventilens axel.

'KI alternativa konstruktioner kan spårets botten ha en annan utformning än parallellt med ventilens axel och kan typiskt luta nedåt och inåt mot ventilens axel såsom vid 167 i fig 6. I denna utföringsform är vinkeln mellan den lutande botten och ventilens axel 30°. I andra varianter (ej visade) är spårets botten kurvformad i riktning från ventilhuvudets övre till dess nedre parti i stället för plan.

I de visade utföringsformerna ligger vidare spárens motstående sidoväggar 66 i radiella plan som är parallella med ventilens axel, men spåren kan vara anordnade på ~ så sätt att dess sidoväggar ligger i plan som lutar mot ventilens axel och lutningen kan typiskt vara i storleksordningen 30°.

Det skall förstås, att spårets botten 67, 167 i de ovan anförda utföringsformerna ej behöver vara rak i spårets plan, såsom visas i figurerna 4 och 6, utan kan ha en bågformad utformning som mjukt ansluter till spårets motsatta sidoväggar 66. Även utformningen av landytan 69 mellan respektive spår kan ha i huvudsak halvcirkulärt tvärsnitt i stället för en bågformad utform- ning, såsom visas i figurerna 4 och 5, som motsvarar ventilens yttre form.

Fig 7 på ritningarna visar delvis en tallriksventil, såsom beskrivits ovan, och det samverkande partiet hos en port. Portens tätningsyta 68 samverkar med ventil- 463 981 10 15 20 25 30 35 14 huvudets 48 tätningsyta 61 då ventilen är i sitt stängda läge. En ringformad kanal 75 är utformad mellan dessa tätningsytor då kanalen är öppen (såsom visas), genom vilken bränsle-luftblandningen strömmar för att tillföras till förbränningsrummet.

Portens fasade yta 76, nedströms tätningsytan 68, uppvisar ett spelrum med avseende på ventilhuvudets 48 spàrförsedda parti 62. Detta spelrum minskar risken för bristfällig tätning av ventilen som ett resultat av kol- partiklar eller andra främmande partiklar på ytan 76.

Fastän ventilen ej gör kontakt med ytan 76, då den är stängd, är det dessutom sannolikt att kolpartiklar, som först avsatts på denna, svepes bort av den passerande bränsle-luftsatsen, då ventilen är öppen.

Spåren i ventilhuvudets omkrets uppdelar flödet av det i luft inneslutna bränslet i två respektive vägar, av vilka den ena passerar förbi ventilens normala omkrets- kant och den andra passerar genom spåren. Dessa respektive flödesvägar bildar i själva verket de koncentriska grup- peringarna av i luft inneslutna bränsledroppar och visas i fig 9 med 71 och 70. De strömmar, som utströmmar från det ej spårförsedda partiet hos ventilens kant, kan vara något rikare på bränsle än strömmarna 7l, såsom tidigare diskuterats. Det skall även förstås att spåren ökar strömningsvägens yta för gasen och bränslet och minskar på detta sätt dessas hastighet och således in- trängningsgraden i förbränningsrummet. Denna ventils ändamålsenliga funktion är dessutom mindre beroende av jämna ytor och ostörd strömning, varför den kolav- sättning som byggs upp på ventilen och portens ytor ej är något större problem.

Fig 9 visar det yttre utseendet för två grupperingar av bränsleströmmar 70 och 71 och det resulterande bränsle- molnet 72, och visar att, då strömmarna förflyttats en viss sträcka från munstycket och således retarderat, strömmarna bryts upp i en bränsledimma. Denna dimma föres inåt från den avgränsande grupperingen för att, 10 15 20 25 30 35 463 981 l5 innanför strömmarnas huvudsakliga avgränsning, bilda ett i huvudsak kontinuerligt moln av fina bränsledroppar, som dispergerat inuti en luftvolym.

Fig 10 är ett snitt som visar de fundamentala flöden, som är förbundna med bildandet av bränslemolnet 72. Det skall observeras, att-strömmarna 70 av luft och bränsle utströmmar från tallriksventilens kant i en divergerande väg och skapar på detta sätt en tryckgradient under ventilhuvudet 48, som utvecklas till ett i huvudsak toroidalt luftflöde 73 inuti den volym, som avgränsas av bränsle-luftströmmarna 70. Den toroidala flödesvägen intill strömmarna 70 har samma riktning som dessa, och det yttre partiet av det toroidala luftflödet kommer att ta upp bränsledroppar från strömmarna 70 och 71 och föra dessa inåt för att dispergera i luften som rör sig i det toroidala flödet, vilket bidrar till att bryta upp och sakta ned luft-bränsleströmmarna 70 och 71. Således är effekten av detta toroidala luftflöde 73 i huvudsak att förhindra utvändig dispersion av bränsle- dropparna, vilket skulle orsaka ett relativt dispergerat bränslemoln, och att bringa dessa bränsledroppar mot centrum så att ett koncentrerat bränslemoln 72 upprättas.

Fastän den föredragna utföringsformen av föreliggan- de uppfinning uppvisar en serie spår i tallriksventil- huvudets omkretsyta har även fördelaktiga resultat uppnåtts med en serie spår i porten tillsammans med en konventio- nell tallriksventil utan spår. En typisk utformning av en spårförsedd port visas i fig 8.

Porten har en ringformad tätningsyta 80, vilken vid användning samverkar med en motsvarande tätningsyta på en tallriksventil. Nedströms tätningsytan 80 finns en ringformad ändyta 8l, som i huvudsak är vinkelrät mot portens axel, och en sammanbindande, i huvudsak cylindrisk inneryta 84. Tolv lika åtskilda spår 82 är utformade i ändytan 81 och sträcker sig från innerytan 84 till den yttre omkretsytan 83. Företrädesvis är spårens motsatta väggar 85 parallella. Spårets botten är före- 465 981 ' ~ 10 15 20 25 30 35 16 trädesvis plan och parallell med ändytan 81. Spârets djup är sådant, att den del av bränsle-luftsatsen, som förflyttas genom porten mot spåret då ventilen är öppen, ej kommer att träffa den cylindriska ytan 84 och kommer att oförhindrat strömma igenom spåret. Den del av bränsle- -luftsatsen, som verkligen träffar den cylindriska ytan 84 mellan spåren 82, omlänkas för att förflytta sig längs denna yta.

Det ovan beskrivna arrangemanget av spår i porten kommer att uppdela bränsle-luftblandningen, som utström- mar fràn porten, i två grupperingar av bränsledroppar, en yttre gruppering som utströmmar genom spåren 82, och en inre gruppering som utströmmar från de icke spår- försedda partierna av den inre ytan 81. I detta arrangemang är den yttre grupperingen divergent med avseende på portens axel och fortsätter i huvudsak i den ringformade ytans 80 riktning, medan den inre grupperingen har i huvudsak en cylindrisk form, som följer den inre ytan 81.

Bränslemolnet, som skapas av den spårförsedda porten, är vidare dispergerad än det som resulterar från ett spârförsett ventilhuvud med samma vinkel. Det är även mindre inträngande, varför det resulterande bränslemolnet i princip kan bibehållas inuti en förbränningshålighet, som är anordnad i topplocket, sásom håligheten 22 i fig 1. Då man använder den ovan beskrivna, spårförsedda portutformningen åstadkommer även de båda grupperingarna av bränsledroppar en ökad exponering av bränslet för luften för att befrämja antändbarheten och brännbarheten.

Fig ll innehåller diagram för kolväteinnehàllet i den avgas, som erhålles genom att driva samma motor med en konventionell tallriksventil i insprutningsanord- ningen och med en spârförsedd tallriksventil, likartad den som visas i figurerna 3 och 4.

Den heldragna linjen indikerar kolväteinnehàllet i avgasen med den konventionella tallriksventilen, och den streckade linjen kolväteinnehàllet med den spâr- försedda tallriksventilen. Motorn, som användes vid detta 10 15 20 25 30 463 981 17 försök, var avsedd för användning i fordon, där den huvudsakliga driften sker i det lägre och mellanliggande effektomrádet, och detta är det driftsområde där den spàrförsedda tallriksventilen gav det högre reduktions- värdet för kolväten i avgasen. Den spàrförsedda tall- riksventilen bidrar även till en minskning av NOx i avgasen, men i mindre utsträckning än effekten pâ kol- vätena. Den spàrförsedda tallriksventilen utgör således en utveckling, som väsentligt bidrar till regleringen av utsläppen i avgaserna från förbränningsmotorer, speci- ellt motorer för fordon.

I Det skall förstås, att föreliggande uppfinning kan tillämpas vid varje form av bränsleinsprutnings- system, i vilken bränslet inneslutes i luft eller annan gas, speciellt en förbränningsunderstödjande gas, och avges i ett förbränningsrum via ett munstycke.

I ett speciellt bränsleinsprutningssystem tillföres en doserad bränslekvantitet i en luftvolym och den på detta sätt bildade luft- och bränsleblandningen avges via ett munstycke, vid munstyckets öppnande, till motorns förbränningsrum genom den tryckskillnad som råder mellan luftvolymen och förbränningsrummet. Luftvolymen kan vara statisk eller rörlig då bränslet doseras i denna.

Sättet att dosera bränslet kan vara av något lämpligt slag, innefattande trycksatt matning av bränslet, som utströmmar under en reglerbar tidsperiod in i luftvolymen, eller individuellt doserade bränslekvantiteter, vilka tillföres genom en luftpuls till luftvolymen.

Bränsleinsprutningssystem och doseringsanordningar, som är lämpliga för användning vid praktiserandet av upp- finningen, anges i de amerikanska patenten 4 462 760 och 4 554 945, de australienska patentansökningarna 32 132/84 och 46 758/85 den brittiska patentansökningen 8612600 och motsvarande amerikanska patentansökningar, till vilka det härmed hänvisas.

I denna beskrivning har det hänvisats till använd- ningen av föreliggande uppfinning i anslutning till 463 981 18 en motor, som arbetar i tvátakt och har gnisttändning, men det skall emellertid förstås, att uppfinningen likaväl kan tillämpas vid gnisttända motorer som arbetar i fyrtakt. Uppfinningen är tillämplig vid förbränningsmo- 5 torer för alla ändamål, men är speciellt användbar vid förbättring av bränsleekonomín och för att reglera av- gasutsläppen i motorer för eller i fordon, innefattande bilar, motorcyklar och båtar, innefattande utombordsmoto- rer.

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 463 981 19 PATENTKRAV

1. Förfarande för insprutning av bränsle i en gnist- tänd motors förbränningsrum, innefattande stegen att innesluta bränslet i en gasström och att selektivt öppna en port för att inspruta den så bildade bräns1e-gasbland- ningen i förbränningsrummet, k ä n n e t e c k n a t av steget att åstadkomma föredragna respektive strömnings- vägar för bränsle-gasblandningen då den strömmar förbi porten för att bilda en cirkelformad gruppering av alter- nerande första och andra strömningsvägar för bränsle- gasblandningen som utströmmar från den öppna porten, varvid den bränsle-gasblandning som följer de andra ström- ningsvägarna utströmmar inåt med avseende på den bränsle- gasblandning som följer de första strömningsvägarna.

2. Förfarande enligt patentkravet l k ä n n e - t e c k n a t inneslutna bränsledroppar divergerar utåt med avseende av att den första grupperingen av gas- på den andra grupperingen.

3._Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t'e c k n a t av att den andra grupperingen av gasinneslutna bränsledroppar konvergerar inåt med avseende på grupperingens axel.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att bränslet under bildandet av den första och den andra grupperingen utfälls från gasen som bildar den andra grupperingen och tas upp av den gas som bildar den första grupperingen, så att bränsle- gasblandningens bränsleinnehåll i den första grupperingen är större än i den andra grupperingen.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a t av att det gasinneslutna bränslet insprutas i förbränningsrummet genom en port och att ett ventilelement är selektivt rörligt i förhållande till porten för att öppna och stänga porten, varvid porten och ventilelementet avgränsar en ringformad kanal då porten är öppen, vilken kanal uppvisar en serie spår 463 981 10 15 20 25 30 35 20 längs åtminstone en del av åtminstone den ena av den ringformade kanalens omkretskanter, varvid det gasinne- slutna bränslet drives genom kanalen och till en del strömmar genom spåren, vilka spår är anordnade att bilda en gruppering av gasinneslutna bränsledroppar, som strömmar in i förbränningsrummet längs en väg som skiljer sig från vägen för återstoden av de gasinneslutna bränsle- dropparna, som utströmmar från den ringformade kanalen.

6. Bränsleinsprutningssystem för en förbrännings- motor, i vilket bränsle inneslutet i gas tillförs till ett förbränningsrum (10) genom en munstycksanordning (24) som en bränsle-gasblandning, varvid munstycksanord- ningen innefattar en port genom vilken bräns1e-gasbland- ningen strömmar till förbränningsrummet, ett ventilele- ment (48) som kan manövreras för att selektivt öppna och stänga porten, varvid ventilelementet och porten uppvisar respektive ringformade ytor (6l,68) vilka av- gränsar, då porten är öppen, en ringformad kanal (75), genom vilken bränsle-gasblandningen strömmar till för- bränningsrummet, k ä n n e t e c k n a t av att den ena ytan (61) uppvisar ett avslutande kantparti (62) vid sin nedströms ände och ett flertal spår (65) i kant- partiet anordnade på så sätt, att en del av bränsle-gas- blandningen (71) kommer att utströmma från kanalen in i förbränningsrummet (10) genom spåren och en annan del av bränsle-gasblandningen (70) kommer att utströmma från det avslutande kantpartiet (62) mellan spåren.

7. System enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k - n a t av att porten och ventilelementet (48) uppvisar ett cirkulärt tvärsnitt och respektive ringformade tät- ningsytor (68,6l), vilka tillsluter porten då de är i ingrepp med varandra, vilket ventilelement(48) kan för- skjutas i förhållande till porten i riktning mot för- bränningsrummet (10) för att åstadkomma öppning av porten.

8. System enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n - n e t e c k n a t av att spåren (65) är anordnade i ventilelementets (48) avslutande kantparti (62). 10 15 20 25 30 35 463 981 21

9. System enligt patentkravet 8, n a t av att spåren (65) är lika åtskilda runt Omkretsen hos ventilelementets (48) avslutande kantparti (62).

10. System enligt något av patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k n a t av att varje spår (65) uppvisar motsatta sidoväggar (66), vilka sträcker sig inåt från det avslutande kantpartiets (62) omkrets, vilka sido- väggar ligger i respektive plan som är parallella med ventilelementets (48) axel.

11. ll. System enligt något av patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k n a t av att varje spår (65) uppvisar motsatta sidoväggar (66) i plan, som är radiella mot ventilelementets (48) axel.

12. System enligt något av patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k n.a t av att varje spår (65) uppvisar motsatta sidoväggar (66) i respektive plan, som lutar mot ventilelementets (48) axel.

13. System enligt något av patentkraven 10-12, k ä n n e t e c k n a t av att varje spår (65) uppvisar en bottenvägg (67), som sträcker sig mellan sidoväggarna (66), vilken bottenvägg ligger i ett plan som lutar inåt mot ventilelementets (48) axel.

14. System enligt patentkravet 8, n a t av att det avslutande kantpartiet uppvisar en inre cylindrisk eller konisk vägg och att spåren sträcker sig utåt genom väggen med avseende på dess axel.

15. l5. System enligt patentkravet 8 eller 14, k ä n - n e t e c k n a t av att spåren är lika åtskilda runt väggens omkrets.

16. System enligt något av patentkraven 6-15, k ä n n e t e c k n a t av att spåren upptar mellan 35% och 65% av kantens längd.

17. System enligt patentkravet 16, k ä n n e - t e c k n a t av att spåren upptar mellan 40% och 60% av kantens längd. k ä n n e t e c k - k ä n n e t e c k -