171132. lajstromszámú szabadalom • Hűtőrendszer belsőégésű szabaddugattyús motorokhoz

3 171132 4 A találmány megoldás szabaddugattyús belsőégésű motorok vízgőzzel való hűtésére közvetlenül a hengertérbe hűtővizet juttató befecskendező szervvel, olyan speciális jellemzővel, hogy a hűtőrendszernek a tüzelőanyag elégésekor előálló nyomásnövekedés meghatározott mértéke felett szabadon elmozduló hűtő szerve van, a szabadon elmozduló hűtőszerv elmozdulásával arányos mennyiségű hűtővizet befecskendező szerve van, a hűtővizet befecskendező szerv befecskendező furatának nyitását késleltető és zárását siettető szerve van, a hűtővizet befecskendező szerv fecskendező furatának fokozatos nyitását előidéző szerve van, valamint, hogy a hűtővizet befecskendező szerv teljes befecskendező térfogata a hengertér térfogatának megfelelő mennyiségű légköri nyomású szárazgőz víztartalmának térfogata által korlátozott nagyságúra van kialakítva. A találmány szerinti belsőhűtés kialakítási jellemzői a következő részfeladatok realizálását célozzák: - a hidegindítás nehézségeinek elkerülése és az elégetlen tüzelőanyag elkerülése végett a hideg motor ne kapjon hűtést, azaz csak a nitrogénoxidok keletkezési hőmérsékletének elérése esetén kezdődjön el a hűtővíz befecskendezése, - a lángkialvás elkerülése, azaz az elégetlen tüzelőanyag elkerülése végett a hűtési periódusok fokozatosan kezdődjenek, hogy az égési periódusok be tudjanak fejeződni, - a nitrogénoxidok keletkezésének elkerülése végett a befecskendezett hűtővíz mennyiségének minden üzemállapotban elegendőnek kell lenni ahhoz, hogy a belső tér hőmérséklete ne emelkedhessen a nitrogénoxidok keletkezési hőmérsékletére, - a hűtési hő hatásos mechanikai munkává alakítása végett a hűtővíz befecskendezésének időben le kell zárulnia ahhoz, hogy a munkaképes gőz keletkezése és dugattyúra ható munkája bekövetkezhessen, - hatásos kipufogó gáz tisztítás mellett a motorhengerek élettartamának megőrzése végett a befecskendezett hűtővíz mennyiségét korlátozni kell ahhoz, hogy az expandáló gőzből a szennyező gázrészecskékre kondenzálódó savas kémhatású vízcseppek a hengeren belül ne csapódjanak le, de természetesen a kipufogódobban bekövetkező expanzió hatására már lecsapódjanak A fenti feladatok kielégítése végett a hűtőszervnek érzékelnie kell az égési periódus első szakaszának lefutását és előre kell következtetnie a hűtővíz befecskendezés utáni gáz-gőz keverék expanziólefutására. A hűtővíz megfelelő mennyiségű és időbeli befutású befecskendezését a hűtőszervnek ezen adatokhoz igazodóan kell lefolytatnia. A találmány szerinti hűtőszervet az égés első szakaszának nyomáshullámai szabadon elmozdítják, elmozdulásának időbeli lefutását azonban nemcsak a már beindult égés szabja meg, hanem az égésteret egyik oldalról határoló munkadugattyú mozgásállapota is, mivel a munkadugattyú által lehatárolt hengertér hossza, mozgásának iránya és. gyorsulása aktívan befolyásolják az égés által 5 keltett nyomáshullámokat. A munkadugattyú mozgásállapotát az égés első szakaszának idején éppen úgy, mint az égés utáni expanzió során elsődlegesen a motor pillanatnyi üzemi terhelése szabja meg, vagyis a hűtőszervnek az égés első szakaszán 10 bekövetkező szabad elmozdulása magán hordja az égés utáni expanzió mechanikus terheléstől függő lefutási jellemzőjét is. A hűtőszerv szabad elmozdulásának lefutása ezért integráltan tükrözi vissza az égés első szakaszának és a motor 15 mechanikus leterhelésének egymásrahatásából előálló viszonyokat. Ezen szabad elmozdulás által megszabott hűtővíz befecskendezés olyan önszabályozó mechanizmust visz a motor működésébe, amely a befecskendezett hűtővíz elgőzölgése, a 20 keletkezett gőz munkavégzése, majd a fáradt gőz lecsapódása következtében mindenkor képes az üzemanyag tökéletes, de nitrogénoxidoktól mentes elégéséhez szükséges hűtést, a hűtési hő jelentős részének mechanikai munkává alakítását és az 25 esetlegesen mégis keletkező szennyező gázoknak és koromszemcséknek a kipufogódobban lecsapódó vízcseppekkel való kiválását biztosítani. A találmány szerinti hűtőszerv megoldás az 30 ismert megoldásokkal összehasonlítva lényegében egy mozgófalú előkamrának tekinthető, amely a robbanást követőleg önszabályozóit mennyiségű hűtőközeget juttat a hengertérbe. A viszonylag kis hőmérsékleten és nyomáson üzemelő kényszer-35 dugattyús belsőégésű motoroknál hűtőközegként megfelelhet egyszerű sűrített levegő is, de a magas hőmérsékletű és nagynyomású szabaddugattyús belsőégésű motoroknál lényegesen nagyobb hőelvonású hűtőközeg, célszerűen vízgőz szükséges. A 40 szabaddugattyús belsőégésű motoroknál nem jelent problémát a víz elgőzölgési tehetetlensége, mivel a hengertérben uralkodó nyomás a víz befecskendezésekor megközelíti, vagy esetleg lényegesen túl is haladja a kritikus 225 atm. nyomást, ami felett a 45 víz gőzölgés nélkül robbanásszerűleg válik túlhevített gőzzé. A másodperc ezredrészének megfelelő nagyságrendű elgőzölgési időt a hűtőszerv azon tulajdonsága teszi lehetővé, hogy a belső tér nyomása a befecskendező dugattyúk felületétől 50 mintegy 20 + 50-szeresen nagyobb felületen hat, aminek következtében a befecskendezési nyomás túlhaladja a 1000 atm. nyomást. Ennek következtében a befecskendezésre kerülő víz már a befecskendező furatban a gőzállapotnak megfelelő 55 energiaállapotba kerül, vagyis a hengertérben nem mint víz, hanem mint gőz fejti ki hűtőhatását. A találmány szerinti hűtési megoldás példaképpeni kialakítását az 1. ábrán mutatjuk be. 60 A 2. ábrán kinagyítva szemléltetjük a hűtővíz befecskendező szerv példaképpeni kialakítását. A 3. és 4. ábrák a hűtővizet befecskendező szerv befecskendező furatának nyitását késleltető és zárását siettető, illetve fokozatos nyitását előidéző 65 szervek kialakítását kiemelten szemléltetik.