Luftblåsningsinsprutning

USA-patent #432260 Braytons 1890 4-takts fotogenbränsleluftblästermotor
Lateral view
Tryckluftstankar
Sidovy
Langen & Wolf Dieselmotor med luftinsprutning, 1898
Lateral view, compressor and compressed-air tanks well visible
Sidovy, kompressor och tryckluftstankar väl synliga
Camshaft and rocker arms seen from above
Kamaxel och vipparmar sett uppifrån
Dieselmotor tillverkad av Grazer Waggon-&Maschinen-Fabriks-Aktiengesellschaft vorm. Joh. Weitzer GRAZ, 1915

Air-blast injection är ett historiskt direktinsprutningssystem för dieselmotorer . Till skillnad från modern design har luftblästrade dieselmotorer ingen insprutningspump. En enkel lågtrycksbränslematningspump används istället för att förse insprutningsmunstycket med bränsle. Vid insprutning pressar en tryckluftstöt bränslet in i förbränningskammaren, därav namnet luftblåsningsinsprutning . Tryckluften kommer från tryckluftstankar som matar insprutningsmunstycket. En stor vevaxeldriven kompressor används för att fylla på dessa tankar; storleken på kompressorn och den låga rotationsfrekvensen hos motorns vevaxel gör att luftblästrade dieselmotorer är enorma i storlek och massa, detta i kombination med problemet att luftblästringsinsprutning inte tillåter snabb laständring gör att den bara lämplig för stationära applikationer och vattenskotrar. Innan uppfinningen av förförbränningskammarinsprutning var luftblästringsinsprutning det enda sättet ett väl fungerande internt luftbränsleblandningssystem kunde byggas, vilket krävdes för en dieselmotor. Under 1920-talet gjordes luftsprängningsinsprutning föråldrad genom överlägsna konstruktioner av insprutningssystem som möjliggjorde mycket mindre men kraftfullare motorer. Rudolf Diesel beviljades ett patent på luftblästringsinjektion i november 1893 (DRP 82 168).

Historia

Luftsprängningsinsprutningssystemet användes först av George Bailey Brayton 1890 för en fyrtaktsmotor med fotogen. Rudolf Diesel ville bygga en motor med direktinsprutning som han försökte använda ackumulering för 1893. På grund av de mycket viskösa bränslena som Diesel använde och termisk efterförbränning som inträffade fungerade inte ackumuleringsprincipen tillräckligt. Därför var Diesel tvungen att förbättra insprutningssystemet. Den tyske ingenjören Friedrich Sass säger att Diesel kände till Braytons uppfinning och att det därför är mycket troligt att Diesel bestämde sig för att ersätta sitt eget sämre insprutningssystem med ett luftblästerinsprutningssystem som liknar Braytons. Diesel gjorde det i februari 1894, eftersom han inte kunde komma på en bättre lösning, men Diesel ville ersätta luftblåsningsinsprutningssystemet med ett överlägset system sedan dess; ett förbättrat ackumuleringssystem som möjliggjorde direktinsprutning utan en stor kompressor patenterades av Diesel och Rudolf Brandstetter 1905. Ändå var detta förbättrade system fortfarande otillräckligt och Diesel ansåg att direktinsprutning utan en enorm kompressor var "omöjlig". Det tog ytterligare tio år för de första fungerande direktinsprutade dieselmotorerna som inte var luftinsprutade att dyka upp 1915; förförbränningskammaren, som möjliggjorde motorfordonsdieselmotorer, uppfanns 1909.

Design

Atomiser design

Inledningsvis användes finfördelare av sikttyp för insprutningsmunstyckena, tills siktarna i stor utsträckning ersattes av skivor. Dessutom användes atomiserare av ringtyp för vissa motorer.

Finfördelaren av ringtyp bygger på principen om olika lufthastigheter inuti munstycket, vilket tvingar bränslet att blandas med luft. Spridare av skivtyp har små perforerade skivor placerade ovanför varandra med små luckor emellan (se fig. 6 i sektionsritningen till höger). Skivorna är något feljusterade för att öka förträngningen. Beroende på motorns kapacitet och därmed mängden insprutat bränsle, används antingen två, tre eller fyra dics per insprutningsmunstycke. Skivans material beror på bränsletypen. I allmänhet används bronsgjutning och fosforbronsgjutning; för motorer som körs på stenkolstjära är skivorna vanligtvis gjorda av stål.

För motorer med spridare av skivtyp bör insprutningstrycket vara synkroniserat med vevaxelns rotationsfrekvens. Detta innebär att med en ökning av rotationsfrekvensen måste även lufttrycket ökas. Vanligtvis, vid insprutning, sprutas 97 % luft och 3 % bränsle in genom insprutningsmunstycket. Insprutningstrycket är mellan 5 och 7 MPa vilket begränsar rotationsfrekvensen. Med ökande motorbelastning måste också insprutningstrycket minskas för att förhindra feltändning.

Varken beräkning av skivhålsdiameter eller rätt storlek på skivorna var kända ingenjörskunskaper i början av 1900-talet. Skivdesignerna baserades vanligtvis på ingenjörernas erfarenhet. Medan stora hål kräver mycket tryckluft och därför förbrukar mer motorkraft, minskar hål som är för små motoreffekten. Julius Magg rekommenderar en skivhålsdiameter beroende på den indikerade cylindereffekten: . är hålets diameter i millimeter, är uteffekten i PS .

Munstyckslayout

I början av 1900-talet var två olika design av insprutningsmunstycken vanliga för luftblästrade motorer: det öppna munstycket och det stängda munstycket.

Den slutna munstycksdesignen var den ursprungliga och vanligaste designen, den finns vanligtvis i vertikala motorer (som Langen & Wolf-motorn som ses till höger). Den kan användas för både två- och fyrtaktsmotorer. Insprutningsmunstycket tillförs bränsle från bränslematarpumpen samtidigt som det ständigt matas med tryckluft från tryckluftstanken. Detta innebär att bränslematarpumpen måste övervinna motståndet som orsakas av insprutningslufttrycket. En separat kam på kamaxeln (som ses i Fig. 5 och på den tvåcylindriga Johann-Weitzer-motorn till höger) skulle aktivera insprutningsventilen så att den komprimerade luften sedan skulle pressa in bränslet i förbränningskammaren. Innan insprutningsventilen öppnas kan varken bränsle eller tryckluft komma in i förbränningskammaren. Den stängda munstycksdesignen möjliggjorde en bra luft-bränsleblandning vid den tiden, vilket gjorde det mycket användbart för motorer med hög kapacitet. Detta resulterade också i lägre bränsleförbrukning jämfört med den öppna munstycksdesignen. Största nackdelarna var de högre tillverkningskostnaderna och insprutningsmunstycksbegränsningarna som gjorde det avsevärt svårt att konstruera motorer med horisontella cylindrar, eftersom i horisontella cylindrar kan tryckluft lätt komma in i cylindern utan att pressa in en tillräcklig mängd bränsle i förbränningskammaren vilket leder till motorn feltändning eller eftertändning.

Den öppna munstycksdesignen användes mest för motorer med horisontella cylindrar och ovanlig för motorer med vertikala cylindrar. Den kan endast användas för fyrtaktsmotorer. Liksom i den stängda munstycksdesignen matas bränslet till insprutningsmunstycket. Insprutningsventilen hindrar dock bara att tryckluft kommer in i cylindern; bränslet kommer hela tiden in i en förkammare ovanför förbränningskammaren i cylindern. Mellan förkammare och förbränningskammare är spridarna av skivtyp placerade för att separera kamrarna från varandra. Vid insprutning skulle den komprimerade luften sedan pressa bränslet genom spridarna av skivtyp in i förbränningskammaren. Att tillverka motorer med den öppna munstycksdesignen var betydligt billigare och enklare än att göra dem med en stängd munstycksdesign. Det gör det också möjligt att använda tjära som bränsle. Bränsletillförseln är dock otillräcklig och i början av insprutningen kommer för mycket bränsle in i förbränningskammaren vilket orsakar för mycket tryckuppbyggnad inuti cylindern. Detta, liksom problemet att det är omöjligt att förse högkapacitetsmotorer tillräckligt med bränsle, gör att den öppna munstyckskonstruktionen endast kan användas för mindre motorer.

  1. ^ a b   Rüdiger Teichmann, Günter P. Merker (förlag): Grundlagen Verbrennungsmotoren : Funktionsweise, Simulation, Messtechnik , 7:e numret, Springer, Wiesbaden, 2014, ISBN 978-3-658-03195-4 , sid. 381.
  2. ^   Rüdiger Teichmann, Günter P. Merker (förlag): Grundlagen Verbrennungsmotoren : Funktionsweise, Simulation, Messtechnik , 7:e numret, Springer, Wiesbaden, 2014, ISBN 978-3-658-03195-4 , sid. 382.
  3. ^   Anton Pischinger, Otto Cordier: Gemischbildung und Verbrennung im Dieselmotor , Springer, Wien, 1939, ISBN 978-3-7091-9724-0 , sid. 1
  4. ^ a b   Rudolf Diesel: Die Entstehung des Dieselmotors , Springer, Berlin 1913, ISBN 978-3-642-64940-0 , sid. 21
  5. ^   MAN Nutzfahrzeuge AG: Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus .Springer, Berlin / Heidelberg, 1991, ISBN 978-3-642-93490-2 . sid. 440
  6. ^   Friedrich Sass: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918 , Springer, Berlin/Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6 , sid. 414
  7. ^   MAN Nutzfahrzeuge AG: Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus .Springer, Berlin / Heidelberg, 1991, ISBN 978-3-642-93490-2 . sid. 417
  8. ^ a b   MAN Nutzfahrzeuge AG: Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus .Springer, Berlin / Heidelberg, 1991, ISBN 978-3-642-93490-2 . sid. 419
  9. ^   Friedrich Sass: Bau und Betrieb von Dieselmaschinen: Ein Lehrbuch für Studierende. Erster Band: Grundlagen und Maschinenelemente , 2:a numret, Springer, Berlin / Heidelberg, 1948, ISBN 9783662004197 , sid. 94 och 95
  10. ^   Julius Magg : Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 270
  11. ^   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 271
  12. ^   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 265
  13. ^ a b   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 269
  14. ^   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 274
  15. ^   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 261
  16. ^   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 263
  17. ^ a b c   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 280
  18. ^   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 268
  19. ^   Julius Magg: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , sid. 275
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Air-blast_injection&oldid=1112441865 "