183290. lajstromszámú szabadalom • Eljárás légsűrítéses belsőégésű motoroknál befecskendezésre és keverékképzésre, valamint berendezés az eljárás foganatosítására
1 183 290 2 A találmány tárgya eljárás légsűrítéses belső égésű motoroknál befecskendezésre és keverékképzésre, valamint berendezés az eljárás foganatosítására. A légsűrítéses belső égésű motoroknak a dugattyúfenékben kialakított forgásszimmetrikus égésterük van. A bevezetendő égési levegőt az égéstér-hossztengely körül forgásba hozzák és a tüzelőanyagot a hengerfejben az égéstérszél körzetében elrendezett tüzelőanyag-befecskendező fúvókán át az égéstér-hossztengelyre ferdén és lényegében a forgó égési levegő irányába fecskendezik be. A légsűrítéses közvetlen befecskendezésű belső égésű motoroknál az elmúlt évek során egész sor befecskendezési és keverék képzési eljárást, valamint megfelelő berendezést fejlesztettek ki, amelyek azonban többé, vagy kevésbé előnyökkel, és hátrányokkal járnak. A számottevő hátrányok miatt a fenti eljárások közül sokat rövid időn belül beszüntettek, úgyhogy a mai szakirodalom számára csak néhány klasszikus befecskendezési eljárás áll rendelkezésre iránymutatóként. A fenti megoldások egyikénél például a tüzelőanyagot központi, vagy közel központi elrendezésű befecskendezőfúvókán át több, illetve legalább három sugárban radiálisán kifelé, az égéstérben elhelyezkedő égési levegőbe fecskendezik. Ennek a levegőnek belépéskor semmiféle, vagy közel semmilyen irányított örvényáramlást nem adnak, csupán összelapító hatás révén, főleg a beszűkített, vagy omega alakú égéstereknél keletkezik örvénylés. Ebbe az összelapító örvénybe történő többsugaras befecskendezés többé, vagy kevésbé jó keverék-előkészítéshez és ezzel rendezetlen áramlási viszonyok között lefolyó égéshez vezet. További hiányosságként rá kell mutatni, hogy az indító gyújtás után ütésszerű kemény és hangos égés történik, mivel a sok tüzelőanyag csepp a rövid idő alatt a sűrített levegő révén még nincs elegendően felmelegítve, illetve elpárologtatva. Általában az ilyen belső égésű motoroknál teljes terhelésnél 6—8 bar nyomások mérhetők forgattyústengely elfordulási szögenként. A részterhelési tartományban ez a viszony (dp/da) még nagyobb, de legalábbis 8 bar/forgattyústengely-szög. Ezeknek a motoroknak a füsthatáron közepes terhelhetőségük van, a tüzelőanyag-fogyasztás viszonylag jó, mivel nagy áramlási veszteségek lépnek fel és így a tüzelőanyag-előkészítés nem optimális. Kisebb terheléseknél és/vagy fordulatszámoknál, valamint indításnál a tüzelőanyag kis sugárhosszai következtében a tüzelőanyag közel merőlegesen jut az égéstérfalra, aminek következtében kellemetlen szagú és a szemeket izgató, látható gázok képződnek. Ekkor az el nem égett szénhidrogének nagy kibocsátása fordul elő. Ilyet ismertet például a 175 433. számú svájci szabadalmi leírás. Egy másik ismert befecskendezési eljárásnál az égési levegőt az égéstérbe való beáramláskor az égéstér-hossztengely körül egyenletes forgómozgásba hozzák. A tüzelőanyag befecskendezését ugyancsak több sugárban végzik, amelyek a légmozgásra keresztirányban, az égéstérhez képest központosán elrendezett befecskendezőfúvókákból radiálisán kifelé haladnak. Az égéstér többnyire sík kialakítású és az égéstér-szélnél nincs beszűkítve. Ilyen motornál az indító gyújtás után ugyancsak ütésszerű, kemény és hangos égés megy végbe, mivel itt is a gyújtás időpontjában már túl nagy éghető keverék van az égéstérben. Általánosságban ennél is úgy számolhatunk, dD mint az elsőként ismertetett eljárásnál: =6—8 bar/forgattyústengely-szög; teljes terhelésnél, valamint — 8 bar/forgattyústengely-szög; részterhelésnél. A füsthatáron a terhelhetőség viszonylag jó, mivel intenzívebb és irányított átkeveredést tesz lehetővé a tüzelőanyag és az égési levegő között. Ugyancsak jónak tekinthető a tüzelőanyag hasznosítása és fogyasztása is, mivel a légörvények létrehozásához, valamint az égéstérszélen fellépő csekély összelapító veszteségek együttesen kis áramlási veszteségekhez vezetnek. Az égéstérfalon a hőátadási veszteségek a viszonylag kis légörvény következtében csekélyek. Az alsóbb fordulat- és/vagy terheléstartományban történő üzemelésnél, valamint indításkor mindenesetre ugyanazok a hátrányok lépnek fel, mint a fent ismertetett eljárásnál. Ismeretes továbbá a 964 647. és a 969 826. számú NSZK-beli szabadalmi leírásokból olyan belső égésű motor, amelynél beszűkített nyakú forgástest-alakú égéstér a dugattyúfenékben van kialakítva, amelybe azután az égéstér-szélnél oldalt elrendezett befecskendezőfúvókán át a tüzelőanyagot ferdén fecskendezik be. Ennél irányított légáramlásról ugyancsak nem gondoskodnak, a tüzelőanyagnak az égési levegővel történő keveréséhez összelapító áramlásokat és a befecskendező fúvókákkal való porlasztást használják fel, éppen ezért itt is a fenti hátrányok jelentkeznek. Végül a 865 683. számú NSZK-beli szabadalmi leírásból ismert, a tüzelőanyagnak az égéstérfalra való felviteli eljárása. Ennél túlnyomórészt gömbszerű égésteret alkalmaznak beszűkített égéstér-széllel. A tüzelőanyagot az égéstérhez képest excentrikusán elrendezett fúvókán át egy, vagy több sugárban hordják fel az égéstérfalra, ahol az a kinetikai energiája révén, valamint az égéstérben uralkodó légörvény hatására vékony filmként szétterül. Különösen a forró égéstérfal vesz részt annak elpárologtatásában, majd ezt követően intenzíven keveredik az égési levegővel. Az indító gyújtás után a tüzelőanyag részbeni lecsapódása révén lágy és halk égés játszódik le, ami már abból is kiderül, hogy a dp/da értékre 3—4 bar/forgattyústengely-szög adódik teljes terhelésnél. Részterhelési üzemnél ez az érték még alacsonyabb. Az intenzív keverékképzés révén a füsthatáron jó terhelhetőség és tüzelőanyag hasznosítás érhető el, azonban a nagy légörvény eredményeként (ez 50%-kal nagyobb, mint a közvetlen befecskendezésű belső égésű motoroknál) és az égéstér-szélen fellépő összelapító-örvény révén nagyobb áramlási veszteségekkel kell számolni. A nagy légörvény következtében az égéstérfalon nagyobb hőveszteségek is fellépnek, különösen a beszűkített égéstér-szél körzetében. Következésképpen az égéstér-szél és a hengerfej is igen nagy hőigénybevételnek van kitéve. Az alsó terhelés- és/vagy fordulatszám-tartományban, valamint indításnál, amikor az égéstérfal még hideg, illetve viszonylag hideg, az égéstérfalra felhordott tüzelőanyag csaknem kielégítően párologtatható el. Ez viszont tökéletlen égéssel, kellemetlen szagú gázok képződésével, és elégetlen szénhidrogének kibocsátásával jár. Ezek a hiányosságok még úgysem küszöbölhetők ki, ha hosszabb szabad tüzelőanyag-sugarat választanak, amint azt például a 2 038 048. számú NSZK-beli szabadalmi leírásban javasolták. A találmánnyal célunk e fenti hiányosságok kiküszöbölése. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
