NL8601384A - Verbrandingsmotor met brandstofinjectiesysteem en een voor een dergelijke motor bestemde verstuiverklep. - Google Patents

Description

NO 33852 1 . % ,·^'

Korte aanduiding: Verbrandingsmotor met brandstofinjectiesysteem en een voor een dergelijke motor bestemde verstuiverklep.

In eerste instantie heeft de. uitvinding betrekking op een verbrandingsmotor met brandstofinjectiesysteem, welke motor ten minste één cilinder met luchtinlaatkanaal heeft, waarbij in dat kanaal een brandstofverstuiverklep uitmondt die is aangesloten op een 5 brandstofleiding met pomp.

Verbrandingsmotoren met brandstofinjectie vallen uiteen in motoren met mechanische of electronische benzine-inspuiting en dieselmotoren met inspuiting van dieselbrandstof.

Ten opzichte van benzinemotoren met carburateur 10 vertoont een motor met benzine-inspuiting de voordelen dat de brandstofverdeling doelmatiger is en dat de motor veel sneller en nauwkeuriger reageert op veranderingen in de stand van de smoorklep, hetgeen een gevolg is van het geringe tijdsverloop tussen de beweging van de smoorklep en het inspuiten van benzine. Het vermogen en de 15 acceleratie zijn bij een benzine-inspuitmotor dan ook duidelijk beter dan bij een carburatiemotor. Electronische inspuiting heeft ten opzichte van mechanische inspuiting het niet onbelangrijke voordeel dat men gebruik kan maken van temperatuur- eri druktasters om de cilinders onder alle omstandigheden van de juiste hoeveelheid brandstof te 20 voorzien. De hoeveelheid in te spuiten benzine kan worden geregeld door beheersing van de druk (tussen bijvoorbeeld 3 en 6 bar) of door regeling van de tijd. Tegenover de markante voordelen van benzine-inspuiting staat het nadeel van een betrekkeüjk slechte menging van benzine.en lucht; de luchtsnelheid is nogal laag en er is weinig tijd 25 ter beschikking om benzine en lucht te mengen. Bovendien heeft de verstuiverklep een matige versproeiende werking. Deze bezwaren gelden in het bijzonder bij koude motor. De matig verstoven, slecht met lucht gemengde benzine slaat op het koude inlaatkanaal en de koude cilinder-wand neer.

30 Met de uitvinding wordt beoogd dit zich bij koude motoren voordoende bezwaar voor een belangrijk deel te ondervangen.

Volgens de uitvinding is de in de aanhef aangeduide motor hiertoe gekenmerkt doordat in de brandstofleiding of op de verstuiverklep een brandstofverwarmingselement zodanig is aangebracht 35 dat de toegevoerde brandstof direct met dat element in aanraking komt, welk element is uitgevoerd in de vorm van een thermistor uit materiaal·: 8601384 Λ· 2 met een. positieve temperatuurcoëfficient, welke thermistor is aangesloten op een electrische toe- en afvoerleiding.

Door bij koude motor de brandstof te verwarmen tot een bepaalde temperatuur (bij benzinemotoren bijvoorbeeld gelegen 5 tussen circa 40 en 70°C) wordt een veel fijnere verstuiving bereikt. Verder is gebleken dat bij verstuiving, tot deeltjes onder een bepaalde grootte (ca. 12 /u) geen neerslag op de koude wand optreedt. De temperatuur zal zo in de hand moeten worden gehouden dat damphelvorming niet optreedt, De juiste temperatuur'hangt af van het kooktraject van 10 de betreffende, brandstof en van de minimale druk die in het systeem optreedt. De winterkwaliteit is bepalend!, omdat daarin meer vluchtige bestanddelen voorkomen. Het grote voordeel van de thermistor uit PTC-materiaal is dat de temperatuur ervan bij electrische belasting niet boven een bepaalde, van het gekozen materiaal afhankelijke waarde 15 kan komen, zodat zonder geavanceerd kwetsbaar regelsysteem de temperatuur van de thermistor met absolute zekerheid onder de gekozen waarde blijft en ook de brandstoftemperatuur onder de waarde kan worden gehouden waarbij dampbelvorming optreedt. Bekend is dat de werking van het PTC-materiaal op het feit berust dat de electrische weerstand bij 20 een bepaalde temperatuur (bijvoorbeeld 80°C) zodanig is toegenomen dat geen verdere temperatuursverhoging optreedt. PTC-materiaal heeft een zeer grote energiedichtheid (watt/cm^) en heeft in enkele seconden zijn maximale temperatuur bereikt. PTC-materialen van verschillende samenstelling en eigenschappen zijn beschreven in het Amerikaanse 25 octrooiscrift 4.279.234 van Texas Instruments.

Door het directe contact tussen brandstof en thermistor zal de brandstof snel en efficient de gewenste temperatuur bereiken, dit in tegenstelling met een systeem waarbij een of meer verwarmingselementen rondom de brandstoftoevoer zijn aangebracht.

30 De verwarming van de brandstof heeft vooral nut bij koude motor. Daarom zal in de electrische leidingen naar en van da thermistor een met een temper atuurtas ter in de motor verbonden regelsysteem zijn opgenomen dat 'bij het bereiken van een bepaalde motor-tamperatuur de electrische stroom naar de thermistor uitschakelt c.q.

35 regelt.

Overigens is het niet uitgesloten dat de brandstof-verwarming ook bij warme motor zal worden toegepast, in welk geval de thermostaat hetzij niet nodig is, hetzij in een geavanceerd regelsysteem is opgenomen, 8gÖI 3 3 4 3 .

Het PTC-materiaal kan velerlei uitvoeringen hebben.

Steeds zal de warmte-overdracht aan de brandstof in aanmerking moeten worden genomen bij het vormgeven van het materiaal. Reële mogelijkheden zijn roostervormige en poreuze uitvoeringen, waarbij de brandstof door 5 het PTC-element heen stroomt.

In verband met compactheid, stevigheid, bedrijfszekerheid en mogelijkheid ..tot efficiënte warmte-overdracht aan de brandstof verdient het de voorkeur om gebruik te maken van een op de verstuiverklep zelf aangebrachte houder met daarin de als PTC-tablet 10 uitgevoerde thermistor welke tablet is verbonden met een warmte-opnemer Cheat sink) voor overdacht van warmte aan de brandstof. De warmte* opnemer kan zijn uitgevoerd als metalen bus met ten minste één brandstofkanaal.

De brandstofkanalen kunnen evenwijdig aan de hartlijn 15 van de tablet en de houder verlopen; het is echter doelmatiger om het brands tof kanaal spiraalvormig uit te voeren waarbij het zich aan ..de buitenomtrek van de bus bevindt.

In het kanaal of de kanalen zal de brandstof een in hoofdzaak laminair stromingsbeeld vertonen, hetgeen voor de warmte-20 overdracht niet gunstig is. Om hierin verbetering te brengen kunnen in de wand van het kanaal turbulentie-opwekkende verhogingen en/of verdiepingen zijn aangebracht.

De warmte-overdracht kan verder worden verbeterd door de PTC—-tablet tussen twee warrnte-opnemers te plaatsen. De door de 25 brandstof af te leggen warmte-overdrachtsweg wordt hierdoor verlengd.

Uiteraard is het van belang dat de door de brandstof opgenomen warmte tijdens de stroming naar de verbrandingsruimte zo weinig mogelijk aan de omgeving wordt afgegeven. Vandaar dat de houder waarin de PTC-tablet en.de warmte-opnemer (heat sink) zich bevindt, 30 isolerend is en zo dicht mogelijk bij de verstuivingsklep is geplaatst.

In dit verband kan het voordelig zijn om de houder met thermistor te integreren met de verstuiverklep. Deze combinatie heeft dan een relatief kleine massa en is sneller warm. Deze uitvoering is vooral geschikt bij een drukregeling van het inspuitsysteem en minder geschikt 35 voor een tijdgeregeld systeem, omdat de daarbij noodzakelijke inspuit-klep met bekrachtigbare solonoïde een grote massa heeft.

De uitvinding is ook toepasbaar bij een dieselmotor, waarbij de inspuitdruk veel hoger is en de maximaal toelaatbare verwarmingstemperatuur van de brandstof-veel hoger kan zijn dan bij een 8601384 4 benzine-motor.

Aangezien het brandstofverwarmingselement in-line kan worden voorgeschakeld zal een fabrikant van verbrandingsmotoren de toepassing van de onderhavige uitvinding zonder problemen kunnen 5 accepteren.

In geval van een motor met meer cilinders kan een aantal verwarmingselementen op hetzelfde electrische systeem zijn aangesloten bijvoorbeeld met behulp van een spanningsrail.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuur, 10 waarin gedeeltelijk schematisch, een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven, nader worden toegelicht,

Het weergegeven inspuitstuk 1 is in op zichzelf bekende wijze bevestigd in de wand van het schematisch aangegeven luchtinlaatkanaal 2 in de cilinderkop van een benzine-inspuitmotor. Dit 15 kanaal 2 is voorzien van een niet weergegeven luchtfilter en een door de gaspedaal bedienbare niet weergegeven smoorklep. Het inspuitstuk 1 is via een houder 3 aangesloten op een brandstofleiding 4 met niet weergegeven electrische pomp.

Het inspuitstuk is van bekende constructie en omvat 20 een door een veer 5 op zijn zitting 6 getrokken kleplichaam 7. Bij een bepaalde brandstofdruk (bijvoorbeeld 3 atmosfeer) opent de klep zich waarbij brandstof in het inlaatkanaal wordt verstoven en zich mengt met lucht.

Bij koude motor wordt een aanzienlijke verbetering 25 van deze verstuiving bereikt indien de brandstof tot een temperatuur bijvoorbeeld gelegen tussen 40 en 70°C wordt verwarmd. Ifeze verwarming van de brandstof wordt teweeggebracht door de inhoud van de houder 3. Deze omvat een verwarmingselement in de vorm van een tabletvormiga thermistor 8 uit keramisch materiaal dat een positieve thermische 30 coëfficiënt vertoont' (zogenaamd PTC-materiaal), evenals een warmte-opnemer 9 (heat sink) in de vorm van een gesloten bus uit de warmte goed geleidend metaal en met zo gering mogelijke massa. Deze bus heeft een spiraalvormige omtreksgroef 10.

De tablet 8 is door een electriciteit- en warmte 35 geleidende lijm bevestigd op de bovenzijde van de bus.

Door middel van twee aansluitklemmen 12, 13 is de thermistor aangesloten op electrische leidingen 14, 15, die met een electrische spanningsbron zijn verbonden. In de electrische leidingen is een relais 16 opgenomen, dat via leiding 17 in verbinding staat met 8601384 «r* 5 een thermostatische regeleenheid 18 met temperatuurtaster. Deze taster stelt de temperatuur van het koelwater van de cilinder vast of meet op andere wijze een temperatuur die bepalend is voor de motortemperatuur, waarbij de regeleenheid signalen geeft aan het relais 15 om de elec-5 trische stroom uit te schakelen af te wijzigen.

De verwarmingsinrichting werkt als volgt:

Bij koude motor zal het relais 16 zodanig zijn geschakeld dat electrische stroom door het electrische circuit 14, 12, 8, 9, 13, 15 loopt waarbij de thermistortablet 8 warm wordt. Het 10 zorgvuldig gekozen keramische PTC~materiaal van deze tablet vertoont bij een bepaalde temperatuur (bijvoorbeeld 30aC) een zeer steile verhoging van de electrische weerstand, die ertoe leidt dat de tablet niet warmer kan worden. De warmte wordt overgedragen aan de bus 9 (heat sink). De brandstof botst op de tablet 8 en stroomt via de spiraalgroef 15 10 aan de buitenomtrek van de bus naar het inspuitstuk 1. Tijdens deze spiraalstroming wordt de brandstof verwarmd tot een temperatuur waarbij dampbelvorming is uitgesloten. Deze temperatuur is afhankelijk van de brandstofdruk en samenstelling. Omdat de tablet nooit warmer kan worden dan een bepaalde aan de hand van de materiaalsamenstelling gekozen 20 waarde, kan op eenvoudige wijze dampbelvorming worden verhinderd.

Zodra de motor op temperatuur is zal de regeleenheid 18 de electrische stroom uitschakelen of verminderen.

De bij koude motor verwarmde brandstof verstuift veel beter dan koude brandstof. Tengevolge daarvan kan de periode waarin 25 brandstofverrijking wordt toegepast, verkort worden. Een en ander leidt tot een lager brandstofverbruik en schonere uitlaatgassen.

Het zal duidelijk zijn dat de weergegeven inrichting slechts een uitvoeringsvoorbeeld is en dat binnen het kader van de uitvinding vele wijzigingen mogelijk zijn.

30 Het verwarmingselement zou ook op enige afstand van het inspuitstuk 1 in de brandstofleiding 4 kunnen zijn opgenomen.

In plaats van een dichte tablet kan een roostervormig PTC-lichaam of een poreus PTC-lichaam worden toegepast, waarbij de brandstof door dit lichaam stroomt.

35 De bus 9 kan van kanalen evenwijdig aan de hartlijn in plaats van een sp’iraalvormig kanaal zijn voorzien.

De houder 3 met innoud zou met het inspuitstuk geïntegreerd kunnen zijn.

De tablet 8 zou tussen twee heat sink bussen kunnen 8601384 6 zijn geplaatst.

In het kanaal 10 kunnen ribbeltjes of golfjes zijn aangebracht om de turbulentie te verhogen.

Voorts is het toepassingsgebied zeer ruim. Ten 5 aanzien van motoren met benzine-inspuiting is het systeem ook geschikt voor een motor waarbij de inspuitklep niet door druk maar door een tijdregelsysteem wordt geopend, in dat geval bevindt zich rond de klepsteel een electrisch bekrachtigbare solonoïde die via electrische leidingen met een tijdregelmechanisme in verbinding staat.

10 Ook dieselmotoren zijn van toepassing, uiteraard onder zodanige aanpassing van het keramische PTC-materiaal dat de temperatuur van de brandstof hoger zal zijn dan de bij benzine gebruikelijke waarde van rond 40°C, immers is dieselolie veel minder vluchtig.

8601384

Claims (8)

1. Verbrandingsmotor met brandstofinjectiesysteem, welke motor ten minste één cilinder met luchtinlaatkanaal heeft, waarbij in dat kanaal een brandstofverstuiverklep uitmondt die is aangesloten op een brandstofleiding met pomp, met het k e n - 5 merk, dat in de brandstofleiding (4) of op de verstuiverklep (1) een brandstofverwarmingselement (3) zodanig is aangebracht dat de toegevoerde brandstof direct met dat element in aanraking komt, welk element is uitgevoerd in de vorm van een thermistor uit materiaal met een positieve temperatuurcoëfficient, welke thermistor is aangesloten 10 op een electrische toe- en afvoerleiding (14, 15).

2. Verbrandingsmotor volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat in de electrische leidingen (14, 15) een met een temperatuurtaster (18) in de motor verbonden thermostaat (16) is opgenomen die bij bereiken van een bepaalde motortemperatuur de 15 electrische stroom naar de thermistor uitschakelt.

3. Voor een motor volgens conclusie 1 of 2 bestemde verstuiverklep, met het kenmerk, dat op de verstuiverklep (1) een houder (3) is aangebracht met daarin de als PTC-tablet uitgevoerde thermistor (8), welke tablet is verbonden is met een 20 warmte-opnemer (9) (heat sink) voor overdracht van warmte aan de brandstof.

4. Verstuiverklep volgens conclusie 3, m e t het kenmerk, dat de warmte-opnemer (9) is uitgevoerd als metalen bus met ten minste één brands tofkanaal (10).

5. Verstuiverklep volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat het brandstofkanaal (10) spiraalvormig is en zich aan de buitenomtrek van de bus (9) bevindt.

6. Verstuiverklep volgens conclusie 4 of 5, m e t het kenmerk, dat in de wand van het kanaal (10) turbulentie 30 opwekkende verhogingen en/of verdiepingen zijn aangebracht.

7. Verstuiverklep volgens conlcusie 3, m e t het kenmerk, dat de PTC-tablet (8) tussen twee warmte-opnemers is geplaatst.

8. Verstuiverklep volgens één van de voorgaande 35 conclusies, met het kenmerk, dat de houder (3) met thermistor (8) is geïntegreerd met de verstuiverklep (1). 8601384