NL1009528C2

NL1009528C2 - Brandstofsysteem voor vloeibaar gemaakt gas.

Info

Publication number: NL1009528C2
Application number: NL1009528A
Authority: NL
Inventors: Servatius Alfons Maria Jaasma
Original assignee: Vialle Beheer B V
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-04
Also published as: WO2000000732A1; KR100427844B1; AU745799B2; EP1095214B1; EP1095214A1; DE69901564T2; KR20010053291A; AU4659999A; DE69901564D1

Description

Brandstofsysteem voor vloeibaar gemaakt gas

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een brandstofsysteem voor een met vloeibaar gemaakt gas bedreven inwendige verbrandingsmotor, omvattende een 5 opslagvat voor dat vloeibaar gemaakte gas, een met de inhoud van dat opslagvat verbonden pomp waarmee een aanvoerleiding verbonden is, welke aanvoerleiding anderzijds verbonden is met ten minste een injector voor het in die motor injecteren van vloeibaar gemaakt gas, waarbij drukregelmiddelen aanwezig zijn die de door de pomp in de aanvoerleiding verschafte drukverhoging regelen en een sturing omvatten.

10 Een dergelijk systeem is bekend uit JP 60-222550 A. Daarbij wordt de druk in de aanvoerleiding met een constante waarde liggend boven de tankdruk verhoogd. Verhoging van de druk met behulp van een pomp is noodzakelijk om het voortijdig in damptoestand geraken van het vloeibare gas zoals LPG te voorkomen. Immers, dampbellen veroorzaken een storing van het bedrijf van de motor doordat de hoeveelheid 15 ingebrachte brandstof dramatisch vermindert waardoor niet langer een ontsteekbaar mengsel aanwezig is. Bij hogere temperatuur neemt de druk in het vat toe en door de aanwezige drukregelaar afhankelijk van deze verhoogde druk te sturen blijft de toegevoegde druk constant. Een andere publicatie waarin dit beschreven wordt, is de Japanse octrooiaanvrage 62-243956 A.

20 Aan de voor het injecteren gebruikte injectorcn bij inwendige verbrandingsmotoren worden aanzienlijke eisen gesteld. Immers, bij het steeds hoger worden van de vermogens en de steeds lager wordende stationairverbruiken van dergelijke motoren wordt het bereik waarover dergelijke injcctoren moeten werken steeds groter. Dit bereik ligt tussen stationair draaien en maximum vermogen. Dit 25 maximum vermogen wordt bij een verhoudingsgewijs hoog toerental bereikt zodat de tijd voor het injecteren verhoudingsgewijs kort is.

Dit betekent dat aan het dynamisch bereik van een dergelijke injectoren aanzienlijke eisen gesteld worden. Dit dynamische bereik wordt aangegeven met de zogenaamde turn down ratio welke het quotiënt is van de maximaal te leveren stroming 30 en de minimaal te leveren stroming. Voor injectoren voor benzinemotoren waarbij de druk op de brandstofrail, d.w.z. de aanvoerleiding, in hoofdzaak constant is, is aan deze eisen te voldoen. Bij het injecteren van vloeibaar gas wordt dit dynamische bereik nog verder vergroot doordat de druk in de aanvoerleiding in absolute zin varieert. 7«»;>ls 1 009528 2 hierboven beschreven zal afhankelijk van de temperatuur de druk in het opslagvat variëren en door de koppeling van de absolute druk in het aanvoersysteem met de absolute druk in de tank zal deze druk eveneens variëren. Daardoor worden eisen aan de dynamische eigenschappen gesteld van de injector die niet of nauwelijks te 5 verwezenlijken zijn. Bij het afzonderlijk injecteren voor elke cilinder wordt bij benzinemotoren vaak de lengte van de inlaatbuizen van de betreffende cilinder zo lang gekozen dat ingespoten benzine nooit naar een andere inlaat van een andere cilinder kan bewegen waardoor de inspuitcyclus bij een viertactmotor 720° kan bedragen, dat wil zeggen, bijna continu kan zijn. Echter vindt vanwege milieu-overwegingen de laatste 10 jaren steeds meer sequentieel injecteren plaats waarbij alleen injectie plaatsvindt bij de daadwerkelijke beweging van de luchtkolom door de inlaatleiding, d.w.z. de tijd gedurende welke de inlaatklep geopend is. Volgens nog recentere ontwikkelingen wordt dit bereik nog verder verkleind om de verbranding te optimaliseren. Dit alles heeft tot gevolg dat de tijd beschikbaar voor het injecteren afneemt en steeds hogere eisen aan de 15 injectoren gesteld worden.

Uit het Amerikaanse octrooischrift 5.479.906 is een brandstofstelsel bekend voor dampvormige brandstof. Daarbij wordt een deel van de brandstof met injectoren ingebracht. Dit gebeurt via een pomp, waarbij een retourleiding aanwezig is. De injectie van dc brandstof vindt in vloeibare fase van de brandstof plaats. Om te voorkomen dat de 20 temperatuur in de tank door dc arbeid verricht in de pomp te veel oploopt, wordt voorgesteld op het brandstofvat aan dc bovenzijde daarvan een aftapleiding te maken waarmee dampvormige brandstof in het inlaatkanaal van dc verbrandingsmotor ingebracht kan worden. Door de overgang van vloeistof-damp in het vat daalt de temperatuur van het vat. Aangegeven wordt dat de druk in de brandstoftoevoerrail voor 25 de injectoren afhankelijk van de gewenste uitlaatdruk gestuurd kan worden. Indien de druk in de tank toeneemt, zal evenals bij het verhogen van de temperatuur daarvan vloeistof in de tank verdampt worden en via het afzonderlijke circuit verbrand worden.

Uit de PCT-aanvrage WO 92/08886 is het bekend het drukverschil tussen tank en injectorleiding constant te houden.

30 liet is het doel van de onderhavige uitvinding dergelijke moderne systemen uit te kunnen voeren met bestaande injectoren die grotendeels gebaseerd zijn op technologie van bcnzinc/dicsclmotoren. d.w.z. een dienovereenkomstig dynamisch bereik hebben. Met andere woorden, getracht wordt om met injectoren met beperkt dynamisch bereik 1009528 3 toch vloeibaar gemaakte brandstof in inwendige verbrandingsmotoren te injecteren.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven brandstofsysteem verwezenlijkt doordat die drukregelmiddelen zodanig zijn uitgevoerd dat die drukverhoging bij toename van de absolute druk in dat vat afneemt.

5 Met deze maatregel is de variatie van de absolute druk in de aanvoerleiding aanzienlijk minder waardoor met een beperkter dynamisch bereik van de injector of injectoren volstaan kan worden. In tegenstelling tot de stand der techniek waar bijvoorbeeld een constante drukverhoging door de pomp opgewekt werd van bijvoorbeeld 5 atmosfeer, zal volgens de uitvinding deze drukverhoging bijvoorbeeld 10 afhankelijk van de temperatuur variëren. Indien de temperatuur hoog is, d.w.z. de druk binnen het opslagvat hoog is, zal de absolute drukverhoging verhoudingsgewijs gering zijn terwijl bij lagere temperatuur, d.w.z. lagere druk in het vat, de drukverhoging groter zal zijn. Begrepen zal worden dat een en ander zo uitgevoerd wordt dat ook bij de hoogste temperatuur, d.w.z. de kleinste drukverhoging, geen gevaar van dampbelvorming 15 in de aanvoerleiding respectievelijk injectoren ontstaat. Dit geldt ook voor bijzondere bedrijfsomstandigheden zoals het uitschakelen van een verbrandingsmotor waarbij op computergestuurde wijze in zeer korte tijd uitschakeling bereikt moet kunnen worden.

In tegenstelling tot het Amerikaanse octrooischrift 5.479.906 wordt volgens de uitvinding een door de pomp bewerkstelligde drukverhoging bij toename van de absolute 20 druk in het vat verkleind. In het Amerikaanse octrooischrift 5.479.906 wordt een extra hoeveelheid vloeistof verdampt bij te hoge druk en eventueel vindt correctie van het bedrijf van de brandstofpomp plaats om een gewenste uitlaatdruk te realiseren.

Bovendien is het met het brandstofsysteem volgens de uitvinding mogelijk de temperatuurverhoging in het opslagvat voor vloeibaar LPG te beperken of zelfs uit te 25 sluiten. Een dergelijke temperatuurverhoging wordt veroorzaakt door de warmte ingebracht in de tank door het rondpompen van het fluïdum uit de tank. Bovendien wordt de dynamische range met het hierboven beschreven brandstofsysteem volgens de uitvinding verbeterd.

Het is mogelijk een variabele drukverhoging volgens de uitvinding op enige in de 30 stand der techniek bekende wijze tot stand te brengen.

Volgens een eerste voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt in de retourleiding geschakeld na de injectoren een uitwendig beheersbare drukregclaar aangebracht. De basisinstelling van deze drukregclaar wordt afhankelijk van de 1009528 4 temperatuur waargenomen in het brandstofvat geregeld. Het is vanzelfsprekend ook mogelijk om drukverschillen te bepalen door het waarnemen van de druk in het vat alsmede de omgevingsdruk.

Volgens een verdere variant is in de retourleiding een permanent geopende 5 restrictie opgenomen of heeft deze zelf een aanzienlijke weerstand. Vervolgens wordt de druk in de aanvoerleiding geregeld door het regelen van het debiel van de hoeveelheid brandstof. Eventueel kan een en ander met een drukregelaar gecombineerd worden. Een dergelijke combinatie zal vaak aangetroffen worden omdat in de uitmonding van de retourleiding in de tank een terugslagklep aanwezig is die als restrictie werkzaam is. Dit 10 is volgens een voorkeursuitvoering mogelijk door het variëren van het debiet van de pomp en meer in het bijzonder door het variren van het toerental van de brandstofpomp.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding is de injector een met impulsbreedte gestuurde injector.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeelde 15 uitvoeringsvoorbeelden verduidelijkt worden. Daarbij tonen:

Fig. 1 schematisch een eerste uitvoering van het brandstofsysteem volgens de uitvinding;

Fig. 2 in detail de in fig. 1 schematisch getoonde regelaar; en

Fig. 3 een verdere zeer schematisch afgebeelde variant van het brandstofsysteem 20 volgens de uitvinding.

In fig. 1 is met 1 in het geheel een inwendige verbrandingsmotor aangegeven. Daarvan zijn de inlaatbuizen 2 getoond waarin voor sequentiële injectie injeclorcn 3 weergegeven zijn. Deze injectoren worden gestuurd door een sturing 13 waaraan op niet afgebeelde wijze informatie verschaft wordt met betrekking tot het gevraagde vermogen 25 en waaraan eveneens motorparameters zoals temperatuur en dergelijke toegevoerd worden. Een dergelijke sturing is in de stand der techniek in combinatie met injecteren 3 algemeen bekend. Injectoren 3 worden via aanvoerleiding 6 voorzien van LPG afkomstig uit opslagvat 4 waarin een pomp 5 aangebracht is. Met de injectoren is een retourleiding 8 verbonden waarin een drukregelaar 7 opgenomen is. Deze drukregelaar 7 is via een 30 elektrische leiding 12 verbonden met een sturing 11. Aan sturing 11 worden signalen met betrekking tot de absolute druk afkomstig van sensor 9 in vat 4 en de omgevingsdruk 10 toegevoerd.

Daarbij is volgens de uitvinding sturing 11 zodanig uilgcvoerd dat indien de door 1009528 5 sensor 9 waargenomen druk stijgt bij gelijke afname door injectorcn 13 drukregelaar 7 meer brandstof doorlaat. Dat wil zeggen, de absolute drukverhoging veroorzaakt door pomp 5 wordt voor een deel teniet gedaan bij het verhogen van de druk binnen het vat 4.

«

In fig. 2 is een voorbeeld van een dergelijke drukregelaar weergegeven. Met 15 is de 5 inlaat weergegeven en met 16 de uitlaat. Binnen huis 18 bevindt zich een verplaatsbare zuiger 17 die verbinding tussen inlaat 15 en uitlaat 16 regelt. Zuiger 17 staat onder de druk van veer 19 die anderzijds afsteunt op schotel 20. De positie van schotel 20 is varieerbaar in de richting van pijl 23 door een draadstang 21 die gekoppeld is met een roterende motor 22 die verbonden is met leiding 12. Door het naar boven bewegen van 10 schotel 20 zal de drukverhoging tussen inlaat 15 en uitlaat 16 toenemen. Een dergelijke drukregelaar kan zowel in de retourleiding 8 opgenomen zijn als bij het einde daarvan in vat 4 opgenomen zijn. Bovendien kunnen bijzondere maatregelen genomen zijn om het geluid, dat ontstaat bij het ontsnappen van LPG in het vat zoveel mogelijk te beperken.

In fig. 3 is een verdere variant van de uitvinding weergegeven. Daarbij zijn de 15 delen die overeenkomen met die getoond in fig. 1 en 2 van dezelfde verwijzingscijfers voorzien. De inwendige verbrandingsmotor is verder niet getoond. De pomp aangebracht in het vat 4 is thans met 25 aangegeven. Deze pomp is in toerental regelbaar, hetgeen gestuurd wordt door sturing 29 die via leiding 30 met deze pomp verbonden is. Dit toerental is afhankelijk van het signaal dat afkomstig is van tempcratuursensor 26 die in 20 de tank aangebracht is. Immers, gebleken is dat uit de temperatuur in de tank nauwkeurig de druk daarbinnen bepaald kan worden. In de retourleiding 8 is thans een drukregelaar 27 opgenomen die slechts een restrictie 28 omvat. In feite wordt de drukregeling bepaald door het debiet van motor 25 in samenwerking met opening 28 (en vanzelfsprekend de afname via injectoren 3). Daarbij is de sturing zodanig uitgevoerd dat bij verhoging van 25 de temperatuur in de tank, d.w.z. bij verhoging van de druk daarvan, de pomp minder opbrengt waardoor de absolute druk in leiding 6 weliswaar stijgt, maar het verschil tussen de druk in leiding 6 en tank 4 daalt.

Hieronder zal een voorbeeld gegeven worden van de absolute druk in de aanvoerleiding 6 als functie van de absolute druk in de tank.

30 1009528 6

Tabel 1

Druk in vat Druk bij injector Druktoename bar bar bar 2 10 8 1° ]6 6 25 29 4

Uit bovenstaande tabel blijkt dat bij toename van de druk in de tank het 5 drukverschil tussen leiding 6 en opslagvat 4 afneemt.

Vanzelfsprekend wordt een en ander zodanig gekozen dat ook onder de meest ongunstige omstandigheden geen dampvorming in de aanvocrleiding of injectoren plaats kan vinden.

Uit het bovenstaande zal begrepen worden dat de uitvindingsgedachte op velerlei 10 wijze te realiseren is. Zo is het mogelijk met meer dan een pomp te werken. Bovendien kunnen correctiemiddelen aanwezig zijn voor het voorzien in een correctie van de onderdruk die aanwezig is in de aanzuigbuizen. Tevens is het mogclijk de dnikregelaar op te bouwen uit een sericschakeling van een vast ingesteldc regelaar waarover bijvoorbeeld een drukverschil van 4 bar gerealiseerd wordt en een vaste restrictie 15 waarover een drukverschil van 0 tot 5 bar gerealiseerd wordt. Dergclijke systemen liggen binnen het bereik van de bijgevoegde conclusies.

1 009528

Claims

1. Brandstofsysteem voor een met vloeibaar gemaakt gas bedreven inwendige verbrandingsmotor (1), omvattende een opslagvat (4) voor dat vloeibaar gemaakte gas, 5 een met de inhoud van dat opslagvat verbonden pomp (5, 25) waarmee een aanvoerleiding (6) verbonden is, welke aanvoerleiding anderzijds verbonden is met ten minste een injector (3) voor het in die motor injecteren van vloeibaar gemaakt gas, waarbij druk regel middelen (7, 11; 27, 29) aanwezig zijn die de door de pomp in de aanvoerleiding verschafte drukverhoging regelen en een sturing omvatten, met het 10 kenmerk, dat die drukregelmiddelen zodanig zijn uitgevoerd dat die drukverhoging bij toename van de absolute druk in dat vat afneemt.

2. Brandstofsysteem volgens conclusie 1, waarbij die injector (3) voorzien is van een retourleiding (8) naar dat vat en in die retourlciding die drukregelmiddelen (7, 27) zijn aangebracht.

3. Brandstofsysteem volgens conclusie 2, waarbij die drukregelmiddelen omvatten een vaste restrictie (28) in die retourleiding (8) alsmede een de opbrengst van die pomp (25) beïnvloedende sturing (29).

4. Brandstofsysteem volgens conclusie 3, waarbij het toerental van die pomp (25) regelbaar is.

5. Brandstofsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij bij een druk in het vat van ~1 tot 2 atmosfeer die drukverhoging ten minste 8 bar is en bij een druk van het vat van 25 atmosfeer die drukverhoging ten hoogste 4 bar is.

6. Brandstofsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die drukverhoging afgeleid wordt uit een signaal afkomstig van een in dat vat aanwezige 25 temperatuursensor (9).

7. Brandstofsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die injector een met pulsbreedte gestuurde injector omvat.

8. Brandstofsysteem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de drukregelmiddelen omvatten serieschakeling van een vast ingestelde regelaar plus een 30 vaste restrictie. ******* 1009528