<Desc/Clms Page number 1>
Verbrandingsmotor.
De uitvinding heeft betrekking op een verbrandingsmotor die een motorblok bevat met minstens één verbrandingskamer, waarbij deze laatste voorzien is van minstens een bougie en meerdere kleppen welke samenwerken met een nokkenas en overeenkomstige in- en uitlaatopeningen kunnen afsluiten en waarbij genoemde verbrandingsmotor is uitgerust met een elektrisch ontstekingscircuit dat de ontsteking van genoemde bougie regelt.
De huidige verbrandingsmotoren zijn meestal voorzien van een bougie en twee kleppen per verbrandingskamer. In sneldraaiende motoren zullen één inlaat- en één uitlaatklep niet volstaan om een voldoende doorstroming van gassen te bekomen. Daarom zijn soms meer dan twee kleppen per verbrandingskamer nodig. Omdat de verbrandingskamer voldoende klein moet gehouden worden om een hoog rendement te bekomen is het niet altijd mogelijk om deze supplementaire kleppen te installeren.
Een motor zal een hoger rendement vertonen en milieuvriendelijker zijn naarmate de verbranding vollediger is. Een volledigere en kortstondigere verbranding wordt bijvoorbeeld verkregen door meerdere bougies in eenzelfde verbrandingskamer te monteren, zoals bij de zogenoemde "Alfa Romeo Twin Spark".
In deze uitvoering zijn in éénzelfde cilinderkop twee bougies voorzien. Dit heeft als gevolg dat er onvoldoende plaats in de cilinderkop is om nog bijkomende kleppen te plaatsen, zodat hogere toerentallen van de motor moeilijk bereikbaar zijn.
De uitvinding heeft tot doel voor de beperkte ruimte van een verbrandingskamer toch meerdere bougies en meer dan twee kleppen te voorzien zodat hoge
<Desc/Clms Page number 2>
toerentallen en een volledigere en kortstondigere verbranding kunnen bereikt worden met een beter rendement als gevolg.
Tot dit doel bevat minstens één van genoemde kleppen genoemde bougie waarvan de elektroden uitmonden in de verbrandingskamer.
Doelmatig strekt genoemde bougie zich coaxiaal uit in de steel van genoemde klep.
Op een voordelige wijze is genoemde bougie vast t. o. v. desbetreffende klep.
Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding is genoemde bougie losneembaar in de klep gemonteerd.
Volgens een specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat minstens een van de elektroden van genoemde bougie een elektrische geleider die zich in de klepsteel uitstrekt en die uitmondt in een bij de respectievelijke elektrode horende ruimte, welke ruimte een viskeuze en elektrisch geleidende vloeistof bevat en minstens een gedeelte van genoemde klepsteel omgeeft, waarbij deze vloeistof deel uitmaakt van het elektrisch ontstekingscircuit.
Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat minstens een van de elektroden van genoemde bougie een elektrische geleider die zich in de klepsteel uitstrekt en elektrisch contact maakt met een klepveer die bij de genoemde klep hoort. Deze klepveer is elektrisch geleidend en maakt deel uit van genoemd elektrisch ontstekingscircuit.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvat genoemd elektrisch ontstekingscircuit minstens een regelgedeelte om de spanning nodig voor doorslag van genoemde bougie in te stellen.
Volgens een meer concrete uitvoeringsvorm van de uitvinding werkt genoemd regelgedeelte samen met een meetgedeelte dat eveneens deel uitmaakt van het elektrisch ontstekingscircuit.
<Desc/Clms Page number 3>
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hierna volgende beschrijving van enkele specifieke uitvoeringsvormen van een klep met ingebouwde bougie voor een verbrandingsmotor volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de draagwijdte van de gevorderde bescherming niet ; de hierna gebruikte verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
Figuur 1 is een schematische langsdoorsnede van een in een motorblok gemonteerde klep met bougie volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding.
Figuur 2 is een schematische langsdoorsnede van een klep met bougie die in een losneembaar deel in een motorblok gemonteerd is volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding.
Figuur 3 is een schematische doorsnede van een in een motorblok gemonteerde klep met bougie volgens een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding.
Figuur 4 is een schematische langsdoorsnede van een in een motorblok gemonteerde klep met bougie volgens een vierde uitvoeringsvorm van de uitvinding.
Figuur 5 geeft een schematisch blokschema weer van een regelgedeelte en een meetgedeelte voor een elektrisch ontstekingscircuit.
Figuur 6 is een schematisch perspectief aanzicht van een op een motorblok losneembaar gemonteerde nokkenas voor het aandrijven van de kleppen.
Figuur 7 is een schematische doorsnede van een ontstekingsinrichting voor het beurtelings aanleggen van een elektrische spanning aan verschillende bougies.
In de verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde of analoge elementen.
<Desc/Clms Page number 4>
Volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding, zoals in figuur 1 voorgesteld werd, bevat de steel 2 van een elektrisch isolerende klep 1 voor het afsluiten van een inlaatopening 3 van een verbrandingskamer 6 in een motorblok 16 twee elektroden 4 en 5. Deze strekken zich in langsrichting uit in het centrale deel van de klepsteel 2 en steken uit tot in de verbrandingskamer 6, op een zodanige manier dat ze de functie van een bougie vervullen. Aldus, ontstaat bij het aanleggen van een voldoende hoge spanning aan de elektroden een vonkdoorslag tussen deze laatste.
De elektroden 4 en 5 steken elk met hun andere uiteinde, tegenover dit dat in de verbrandingskamer 6 uitmondt, zijdelings uit de klepsteel 2 tot in een bij de respectievelijke elektrode horende ruimte 7. Deze ruimte 7 bevat een elektrisch geleidende vloeistof 7'die contact maakt met de respectievelijke elektrode en die de klepsteel 2 over een bepaalde hoogte omgeeft. Een omhulsel 8 sluit deze ruimte af. Dit omhulsel 8 heeft de vorm van een holle cilinder, waarbij in het centrale deel van het boven-en ondervlak ervan een uitsparing 10 gevormd is die nagenoeg passend de klepsteel 2 omsluit en waarin deze laatste axiaal op en neer kan bewegen. Om te verhinderen dat vloeistof 7'zou ontsnappen ter hoogte van de uitsparing 10 moet deze voldoende viskeus blijven gedurende de werking van de motor.
Voor de elektrode 5, die de massaelektrode vormt, is het bijhorende omhulsel 8a elektrisch geleidend uitgevoerd, terwijl voor de andere elektrode 4 het omhulsel 8b elektrisch isolerend is. Het elektrisch isolerend omhulsel 8b vertoont een zijdelingse boring 9 waarop een geleidende verbinding 9'kan aangesloten worden.
Het elektrisch geleidende omhulsel 8a maakt elektrisch contact met het motorblok 16. De elektrisch geleidende verbinding 9'van het isolerende omhulsel 8b is geschakeld in het elektrisch
<Desc/Clms Page number 5>
ontstekingscircuit dat instaat voor de spanningsregeling tussen de elektrodes. Beide omhulsels 8a en 8b zijn vast in het motorblok 16 gemonteerd.
Onder deze omhulsels 8a en 8b bevinden zich klepveren 11 en 12 waarvan de werking en constructie algemeen bekend zijn bij klassieke kleppen en daarom niet nader zullen beschreven worden.
Wanneer de motor in werking is zal de klep 1 een op-en neergaande beweging ondergaan als gevolg van de samenwerking met de klepveren 11 en 12 en een nok
13. De nok 13 roteert om een as 13'en zal bij elke omwenteling een stootschijf 14, die verbonden is met het vrije uiteinde van de klepsteel 2, omlaag duwen tegen de werking van de klepveren 11 en 12 in. De klep 1 zal dan periodiek op en neer bewegen in een klepgeleiding 15.
Tijdens de op-en neergaande beweging van de klep 1 blijven de elektroden 4 en 5 voortdurend in contact met de bij de respectievelijke elektrode horende vloeistof 7'. De elektroden 4 en 5 blijven op deze manier onafgebroken ingeschakeld in het ontstekingscircuit.
In een variante van deze eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding kunnen de klepveren 11 en
12 zich boven of tussen beide omhulsels 8a en 8b bevinden.
In figuur 2 wordt een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding voorgesteld, die verschilt van de eerste uitvoeringsvorm doordat de klep 1 met o. m. de elektroden 4 en 5, de omhulsels 8a en 8b en de klepveren 11 en 12 in eenzelfde cilindrische houder 17 gemonteerd zijn.
Deze houder 17 is passend en losneembaar in een hiervoor voorziene uitsparing 17'in het motorblok
16 gemonteerd. Dit kan bijvoorbeeld geschieden door schroeven, zoals dit het geval is voor een klassieke bougie. Wanneer men een van de onderdelen die in deze houder 17 gemonteerd zijn dient te herstellen of te vervangen kan de houder 17 tesamen met zijn onderdelen uit het motorblok genomen worden.
<Desc/Clms Page number 6>
Een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding is in figuur 3 voorgesteld. Deze uitvoeringsvorm verschilt hoofdzakelijk van de beide vorige door het feit dat deze een losneembare kern 18 bevat waarin de elektrodes 4 en 5 gemonteerd zijn, en aldus een t. o. v. de klep 1 losneembare bougie gevormd wordt.
Deze kern of bougie 18 heeft de vorm van een ronde staaf met tussen haar beide uiteinden een cilindervormige kraag 19 die coaxiaal is met de staaf.
In het onderste deel van de bougie 18 strekken de twee elektrodes 4 en 5 zich volgens haar langsas uit. De massaelektrode 5 bedekt het zijdelingse oppervlak van het onderste deel van de bougie 18, terwijl de andere elektrode 4 zich coaxiaal in de bougie 18 bevindt. Het onderste uiteinde van de elektrodes 4 en 5 steekt uit tot in de verbrandingskamer 6 wanneer de bougie 18 in de klep 1 gemonteerd is. Het bovenste uiteinde van elk van de elektrodes 4 en 5 is omgebogen in radiale richting en bevindt zich in de kraag 19 van de bougie 18.
De klep 1 vertoont een axiale cilindrische uitsparing 20 over haar volledige lengte. Aan het onderste uiteinde bevat de klep 1 een klepschotel 2 I terwijl het bovenste uiteinde van een ringvormige verdikking 21 is voorzien. Een gedeelte van de klep 1 is omgeven door een klepgeleider 15 welke vast verbonden is met het motorblok 16 en waarin de klep 1 vrij kan bewegen in axiale richting. De klep 1 is in elektrisch isolerend materiaal uitgevoerd.
De bougie 18 wordt in de uitsparing 20 van de klep 1 gemonteerd. De kraag 19 van de bougie 18 steunt dan op het bovenste uiteinde van de klep 1. Via een ringvormig elektrisch isolerend tussenstuk 22 drukken de klepveren 11 en 12 op het onderste deel van de kraag 19. Onderaan hebben de klepveren 11 en 12 een isolerend ringvormige ondersteuning 23. Zowel het tussenstuk 22 als de ondersteuning 23 zijn aan de contactpunten met de respectievelijke klepveren 11 en 12 voorzien van een
<Desc/Clms Page number 7>
elektrische verbinding. Deze elektrische verbinding in het tussenstuk 22 zorgt voor elektrisch contact tussen de klepveer 11 en de massaelektrode 5 en tussen de klepveer 12 en de andere elektrode 4. De klepveren 11 en 12 dienen elektrisch geleidend te zijn maar kunnen geen rechtstreeks elektrisch contact maken met elkaar.
Via de elektrische verbinding in de ondersteuning 23 van de klepveren 11 en 12 maken deze veren elk contact met een respectievelijke elektrische geleider 9'die de bougie 18 verbindt met het elektrisch ontstekings-circuit.
Deze elektrische geleiders 9'bevinden zich in de wand van een hol lichaam 24 dat losneembaar gemonteerd is in het motorblok 16. Het onderste vlak van het lichaam 24 vertoont een uitsparing 25 die de klepgeleider 15 omsluit. De bovenzijde van het lichaam 24 is open zodat de bougie 18 hierlangs kan gemonteerd of weggenomen worden. Dit lichaam 24 kan zeer uiteenlopende vormen en afmetingen vertonen, zo kan het een cirkelvormige of ellipsvormige of asymmetrische dwarsdoorsnede vertonen.
Ook kan het meerdere kleppen met overeenkomstige bougies bevatten.
Wanneer de motor in werking is kan de bougie 18 die op en neer beweegt door samen te werken met een nok 13 dus continu in het elektrisch ontstekingscircuit ingeschakeld blijven.
Er bestaan verschillende varianten op deze uitvoeringsvorm ; zo kan een elektrisch geleidende deklaag op de klepveren 11 en 12 aangebracht worden om een betere geleidbaarheid te verkrijgen, ook kunnen de klepveren 11 en 12 voorzien zijn van een isolerende deklaag teneinde kortsluiting te voorkomen.
In figuur 4 is een vierde uitvoeringsvorm van de uitvinding voorgesteld waarbij een bougie 18 coaxiaal in een klep 1 gemonteerd is. Deze bougie 18 is echter vast verbonden met het motorblok 16.
<Desc/Clms Page number 8>
De bougie 18 bestaat uit een cilindervormige staaf met een axiale electrode 4 en een electrode 5 die het zijdelingse oppervlak van deze staaf gedeeltelijk bedekt. Deze electrodes 4 en 5 steken uit aan het onderste uiteinde van de bougie 18 en zijn, aan het bovenste uiteinde van deze laatste omgebogen tot in een vlak loodrecht op de langsas van de bougie 18. Deze omgebogen uiteinden strekken zich uit in het motorblok 16 en gaan over in geleiders 9'die met het ontstekingscircuit verbonden zijn. Rondom deze bougie 18 is coaxiaal een klep 1 gemonteerd die ter hoogte van het bovenste uiteinde van de bougie 18 uitsparingen 48 vertoont die toelaten dat de klep 1 op en neer beweegt t. o. v. de vaste bougie 18.
Wanneer de motor in werking is zal een nok 13 samen werken met de klep 1 die dan periodiek volgens haar langsas op en neer beweegt t. o. v. de bougie 18 die vast met het motorblok 16 is.
Indien een voorontsteking vereist is kan ervoor gezorgd worden dat bij iedere stand van de klep de elektrodes voldoende uitsteken ten opzichte van de klep om doorslag mogelijk te maken.
In een variante van deze uitvoeringsvorm kan, zoals dit het geval is in de uitvoeringsvorm volgens figuur 2, de klep 1 met de bougie 18 gemonteerd worden in een afzonderlijke houder 17 die in zijn geheel losneembaar is in het motorblok 16, dit ten einde het demonteren eenvoudiger te maken.
Indien meer dan een bougie 18 in een verbrandingskamer 6 voorzien is, moeten deze, om een goede en nagenoeg ogenblikkelijke verbranding te bekomen, nagenoeg gelijktijdig een vonk afgeven. De spanning nodig voor doorslag van een bougie 18 is o. m. afhankelijk van slijtage van de elektrodes 4 en 5 en van eventuele roetafzettingen op deze laatste. Het deel van het elektrisch ontstekingscircuit, voorgesteld in figuur 5, zorgt ervoor dat de ogenblikkelijke spanning die nodig is aan elke bougie 18 om een gelijktijdige doorslag van alle
<Desc/Clms Page number 9>
bougies 18 in eenzelfde verbrandingskamer 6 te bekomen, tot stand gebracht wordt.
Het spanningsregelsysteem voorgesteld in figuur 5 bevat twee delen : een regelgedeelte 35 en een meetgedeelte 36.
Met behulp van het regelgedeelte 35 wordt een bepaalde elektrische spanning opgelegd aan een bougie 18. Dit regelgedeelte 35 bevat een eerste regeleenheid 37, een eerste rekeneenheid 38, een eerste en een tweede geheugen, respectievelijk 39 en 40.
In het tweede geheugen 40 is een spanningswaarde overeenkomstig een bepaald vast toerental, bijvoorbeeld 1000 toeren per minuut, ingesteld.
De eerste rekeneenheid 38 heeft als input bepaalde veranderlijken van de motor, zoals bijvoorbeeld temperatuur, toerental, belasting en mengverhouding van de b-andstof. In functie van deze veranderlijken haalt de eerste rekeneenheid 38 dan een bepaalde coefficient uit het eerste geheugen 39 op. Aan de hand van deze co ffici nt en de spanningswaarde uit het tweede geheugen 40 wordt vervolgens een waarde voor de doorslagspanning berekend bij genoemde motorveranderlijken. Deze berekende waarde wordt dan van de eerste rekeneenheid 38 naar de eerste regeleenheid 37 verstuurd die aan de hand hiervan een gepaste spanning op de primaire spoel 41 van een transformator 42 aanlegt voor de ontsteking van de bougie 18.
Op geregelde tijdstippen zal het echter nodig zijn om de ingestelde spanningswaarde in het tweede geheugen 40 aan te passen. Hiervoor is genoemd meetgedeelte 36 uitgerust met o. m. een tweede rekeneenheid 43, een derde geheugen 44, een spanningsmeter 45, een tweede regeleenheid 46 en een klok 47. De klok 47 geeft op vaste tijdstippen een signaal aan de spanningsmeter 45 en de tweede regeleenheid 46. Deze tweede regeleenheid 46 zorgt er dan voor dat de eerste rekeneenheid 38 tijdelijk uitgeschakeld wordt en geeft een signaal aan de eerste
<Desc/Clms Page number 10>
regeleenheid 37 om een maximale spanning aan de primaire spoel 41 van de transformator 42 aan te leggen zodat zieh zeker doorslag aan de elektrodes van de bougie 18 voordoet.
De spanningsmeter 45 meet dan de spanning die nodig is aan de primaire spoel 41 om doorslag te bekomen aan de bougie 18. E nmaal dit gebeurd is, wordt een signaal gestuurd van de spanningsmeter 45 naar de tweede regeleenheid 46 die de eerste rekeneenheid 43 opnieuw inschakelt. De waarde voor de spanning opgemeten door de spanningsmeter 45 wordt in het derde geheugen 44 opgeslagen en van hieruit naar de tweede rekeneenheid 43 gestuurd.
In deze tweede rekeneenheid 43 wordt uit het eerste geheugen 39 een co ffici nt opgehaald in functie van o. m. de ogenblikkelijke mengverhouding van de brandstof, motortemperatuur, belasting en het ogenblikkelijk toerental. Met behulp van deze co ffici nt en de opgemeten spanningswaarde wordt dan de spanning nodig aan de primaire spoel 41 voor doorslag aan de bougie 18 berekend voor genoemd vast toerental uit het tweede geheugen 40. Deze berekende waarde wordt dan ingesteld in het tweede geheugen 40. Het regelgedeelte 35 werkt dan met deze nieuw ingestelde waarde tot de klok 47 een volgend signaal geeft.
In een variante op dit beschreven spanningsregelsysteem kan het meetgedeelte 36 weggelaten worden. De eerste rekeneenheid 38 uit het regelgedeelte 35 bevat dan het tweede geheugen 40 tesamen met de functies en ingestelde waarde van deze laatste.
Om het mogelijk te maken de bougie 18 te vervangen is de verbrandingsmotor volgens de uitvinding bij voorkeur voorzien van een losneembare nokkenas 49, zoals voorgesteld in figuur 6. Deze nokkenas 49 is gemonteerd in een frame 50 dat losneembaar aan het motorblok 16 kan vastgemaakt worden. Hiertoe is het motorblok 16 voorzien van geleidingspinnen 51 die in de overeenkomstige boringen 52 in het frame 50 passen. Deze zijn zodanig geplaatst dat het frame 50 op een nduidige manier op het motorblok 16
<Desc/Clms Page number 11>
kan gemonteerd worden. De nokkenas 49 is ook losneembaar t. o. v. het aandrijfwiel 53 waarmee deze laatste samenwerkt. Het uiteinde van de nokkenas 49 vertoont hiertoe een asymmetrisch profiel dat past in het overeenkomstige profiel dat voorzien is aan de naaf van genoemd aandrijfwiel 53.
In figuur 7 is een ontstekingsinrichting weergegeven die ervoor zorgt dat aan verschillende bougies 18 beurtelings een electrische spanning aangelegd wordt.
Deze onstekingsinrichting bevat een rotor 26 en een stator 27, die elk de vorm hebben van een ronde schijf en met hun naar elkaar toe gerichte vlakken tegen elkaar aansluiten.
Deze zijn beide in elektrisch isolerend materiaal uitgevoerd. De rotor 26 is voorzien van een axiaal uitstekende as 29. Deze as is coaxiaal met de stator 27 en is draaibaar in deze laatste in een passende centrale uitsparing 28. Vast aan de stator 27 is een omhoogstekende arm 30 voorzien die omgebogen is boven het vrije uiteinde van de as 29.
Boven het gedeelte van de as 29 dat roteert in de uitsparing 28 in de stator 27 is de as 29 voorzien van een tandwiel 31 voor de aandrijving van de rotor 26.
In het vrije uiteinde van de as 29 is een ruimte 7 voorzien die gevuld is met een viskeuze elektrisch geleidende vloeistof 7'.
Uit de genoemde ruimte 7 bovenaan in de as 29 vertrekt een axiale geleider 9'die doorheen genoemde arm 30 loopt en geschakeld is in het ontstekingscircuit van de bougies.
Voor elk van de bougies 18 bevindt er zich een respectievelijke electrische geleider 32 in de rotor 26. Deze respectievelijke geleider 32 loopt via het centrale deel van de as 29 van de genoemde ruimte 7 naar een bij de respectievelijke bougie 18 horende holte 33a in het bovenste oppervlak van de rotor 26. De verschillende holtes 33a zijn gevuld met een viskeuze elektrisch
<Desc/Clms Page number 12>
geleidende vloeistof 7'en bevinden zich allen op dezelfde afstand van de as 34 van de stator 27.
In het vlak van de stator 27 dat contact maakt met het bovenste vlak van de rotor 26, is een holte 33b voorzien die eveneens een viskeuze elektrisch geleidende vloeistof 7'bevat. Deze holte 33b bevindt zich op dezelfde afstand van de as 34 van de stator 27 als de holtes 33a in de rotor 26. Een elektrische geleider 9" die deel uitmaakt van het ontstekingscircuit loopt in de stator 27 tot aan de met een viskeuze elektrisch geleidende vloeistof 7'gevulde holte 33b.
Wanneer de motor in werking is zal de rotor 26 via het tandwiel 31 aangedreven worden en rond de langsas 34 roteren t. o. v. de stator 27. Via de vloeistof 7'in de ruimte 7 in het bovenste uiteinde van de as 29 van de rotor 26 kan een elektrische spanning of stroom continu aangelegd worden aan de ontstekingsinrichting terwijl de rotor 26 draait. De vloeistof in elk van de holtes 33a in de rotor 26 die zich op regelmatige afstand van elkaar bevinden komt beurtelings in contact met de vloeistof in holte 33b in de stator 27. Hierdoor kan achtereenvolgens aan de verschillende bougies 18 een spanning opgelegd worden die een vonk in de respectievelijke verbrandingskamer 6 doet ontstaan.
In een variante op deze uitvoeringsvorm kunnen hetzij de met de geleidende vloeistof gevulde holtes 33a hetzij de met geleidende vloeistof gevulde holtes 33b vervangen worden door vaste geleidende contacten.
De uitvinding is natuurlijk geenszins beperkt tot de hierboven beschreven en in bijgaande figuren voorgestelde specifieke uitvoeringsvormen van de uitvinding, maar in het raam van de uitvinding kunnnen meerdere veranderingen overwogen worden o. m. wat betreft de vorm van de electrodes 4 en 5, de constructie van de klep 1 en de bijhorende bougie 18 alsook de relatieve positie van de verschillende onderdelen die hierboven beschreven zijn t. o. v. elkaar.
<Desc/Clms Page number 13>
Zo kan de bougie 18 in het ontstekingscircuit geschakeld worden door de massaelectrode te verbinden met een van de klepveren 11 of 12 die op hun beurt electrisch contact maken met het motorblok 16. De andere electrode kan dan via de een electrisch geleidende vloeistof in het onstekingscircuit ingeschakeld worden zoals hoger beschreven.
Het gebruik van een electrisch geleidende vloeistof in een electrisch contact tussen ten opzichte van elkaar bewegende onderdelen kan evenzeer toegepast worden in electrische motoren e. d.
<Desc / Clms Page number 1>
Combustion engine.
The invention relates to a combustion engine containing an engine block with at least one combustion chamber, the latter being provided with at least one spark plug and several valves which cooperate with a camshaft and which can close corresponding inlet and outlet openings and wherein said combustion engine is equipped with an electric ignition circuit that controls the ignition of said spark plug.
Current combustion engines usually come with a spark plug and two valves per combustion chamber. In fast-running engines, one inlet and one exhaust valve will not be sufficient to obtain an adequate flow of gases. Therefore, sometimes more than two valves per combustion chamber are required. Because the combustion chamber must be kept sufficiently small to obtain a high efficiency, it is not always possible to install these supplementary valves.
An engine will have a higher efficiency and be more environmentally friendly the more complete the combustion. A more complete and short-term combustion is obtained, for example, by installing several spark plugs in the same combustion chamber, as with the so-called "Alfa Romeo Twin Spark".
In this version, two spark plugs are provided in the same cylinder head. As a result, there is insufficient space in the cylinder head to fit additional valves, so that higher engine speeds are difficult to reach.
The object of the invention is to provide several spark plugs and more than two valves for the limited space of a combustion chamber, so that high
<Desc / Clms Page number 2>
speeds and a fuller and shorter combustion can be achieved with a better efficiency as a result.
For this purpose, at least one of said valves contains said spark plug whose electrodes open into the combustion chamber.
Advantageously, said spark plug extends coaxially in the stem of said valve.
In an advantageous manner said spark plug is fixed t. o. v. relevant valve.
According to a special embodiment of the invention, said spark plug is mounted releasably in the valve.
According to a specific embodiment of the invention, at least one of the electrodes of said spark plug comprises an electrical conductor extending into the valve stem and opening into a space associated with the respective electrode, which space contains a viscous and electrically conductive liquid and at least a portion of said valve stem, said fluid being part of the electric ignition circuit.
According to a further embodiment of the invention, at least one of the electrodes of said spark plug contains an electrical conductor extending into the valve stem and making electrical contact with a valve spring associated with said valve. This valve spring is electrically conductive and is part of the said electric ignition circuit.
According to a preferred embodiment of the invention, said electric ignition circuit comprises at least one control section to adjust the voltage required for breakdown of said spark plug.
According to a more concrete embodiment of the invention, said control section cooperates with a measuring section which also forms part of the electric ignition circuit.
<Desc / Clms Page number 3>
Other particularities and advantages of the invention will become apparent from the following description of some specific embodiments of a valve with built-in spark plug for a combustion engine according to the invention; this description is given as an example only and does not limit the scope of the protection sought; the reference numbers used hereinafter refer to the attached figures.
Figure 1 is a schematic longitudinal section of an engine block mounted spark plug valve according to a first embodiment of the invention.
Figure 2 is a schematic longitudinal section of a spark plug valve mounted in a detachable part in an engine block according to a second embodiment of the invention.
Figure 3 is a schematic sectional view of an engine block mounted spark plug valve according to a third embodiment of the invention.
Figure 4 is a schematic longitudinal section of an engine block mounted spark plug valve according to a fourth embodiment of the invention.
Figure 5 shows a schematic block diagram of a control section and a measurement section for an electric ignition circuit.
Figure 6 is a schematic perspective view of a camshaft releasably mounted on an engine block for driving the valves.
Figure 7 is a schematic sectional view of an ignition device for alternately applying an electrical voltage to different spark plugs.
In the different figures, like reference numerals refer to like or analogous elements.
<Desc / Clms Page number 4>
According to a first embodiment of the invention, as shown in figure 1, the stem 2 of an electrically insulating valve 1 for closing an inlet opening 3 of a combustion chamber 6 in an engine block 16 comprises two electrodes 4 and 5. These extend longitudinally in the central portion of the valve stem 2 and protruding into the combustion chamber 6 in such a way that they perform the function of a spark plug. Thus, when a sufficiently high voltage is applied to the electrodes, a spark breakdown occurs between the latter.
The electrodes 4 and 5 each protrude laterally from the valve stem 2 into a space corresponding to the respective electrode 7, opposite that which opens into the combustion chamber 6, into a space 7 associated with the respective electrode. This space 7 contains an electrically conductive liquid 7 which makes contact with the respective electrode and surrounding the valve stem 2 by a certain height. A casing 8 closes off this space. This casing 8 is in the form of a hollow cylinder, in which a recess 10 is formed in the central part of its top and bottom surface, which virtually fittingly encloses the valve stem 2 and in which the latter can move axially up and down. To prevent liquid 7 from escaping at the recess 10, it must remain sufficiently viscous during the operation of the motor.
For the electrode 5, which forms the ground electrode, the associated envelope 8a is electrically conductive, while for the other electrode 4, the envelope 8b is electrically insulating. The electrically insulating envelope 8b has a lateral bore 9 to which a conductive connection 9 'can be connected.
The electrically conductive envelope 8a makes electrical contact with the motor block 16. The electrically conductive connection 9 'of the insulating envelope 8b is connected in the electrically
<Desc / Clms Page number 5>
ignition circuit that controls voltage regulation between the electrodes. Both casings 8a and 8b are fixedly mounted in the motor block 16.
Below these casings 8a and 8b are valve springs 11 and 12, the operation and construction of which are well known in classic valves and will therefore not be described in more detail.
When the engine is running, valve 1 will go up and down as a result of cooperation with valve springs 11 and 12 and a cam
13. The cam 13 rotates about an axis 13 and will push a baffle 14 connected to the free end of the valve stem 2 with the action of the valve springs 11 and 12 with each revolution. The valve 1 will then periodically move up and down in a valve guide 15.
During the up and down movement of the valve 1, the electrodes 4 and 5 remain in constant contact with the liquid 7 'associated with the respective electrode. The electrodes 4 and 5 remain in this manner continuously switched on in the ignition circuit.
In a variant of this first embodiment of the invention, the valve springs 11 and
12 are located above or between both casings 8a and 8b.
Figure 2 shows a second embodiment of the invention, which differs from the first embodiment in that the valve 1 with, among others, the electrodes 4 and 5, the shells 8a and 8b and the valve springs 11 and 12 are mounted in the same cylindrical holder 17.
This holder 17 is fitting and detachable in a recess 17 'provided for this purpose in the engine block
16 mounted. This can be done, for example, by screwing, as is the case for a classic spark plug. When one has to repair or replace one of the parts mounted in this holder 17, the holder 17 can be taken out of the engine block together with its parts.
<Desc / Clms Page number 6>
A third embodiment of the invention is shown in Figure 3. This embodiment differs mainly from the previous two in that it contains a detachable core 18 in which the electrodes 4 and 5 are mounted, and thus a t. o. v. valve 1 detachable spark plug is formed.
This core or spark plug 18 is in the form of a round bar with a cylindrical collar 19 between its ends coaxial with the bar.
In the lower part of the spark plug 18, the two electrodes 4 and 5 extend according to its longitudinal axis. The ground electrode 5 covers the lateral surface of the lower part of the spark plug 18, while the other electrode 4 is coaxial in the spark plug 18. The lower end of the electrodes 4 and 5 protrudes into the combustion chamber 6 when the spark plug 18 is mounted in the valve 1. The top end of each of the electrodes 4 and 5 is bent in the radial direction and is located in the collar 19 of the spark plug 18.
The valve 1 has an axial cylindrical recess 20 over its entire length. At the lower end, the valve 1 contains a valve disc 2 I, while the upper end is provided with an annular thickening 21. A part of the valve 1 is surrounded by a valve guide 15 which is fixedly connected to the engine block 16 and in which the valve 1 can move freely in the axial direction. The valve 1 is made of electrically insulating material.
The spark plug 18 is mounted in the recess 20 of the valve 1. The collar 19 of the spark plug 18 then rests on the upper end of the valve 1. Via an annular electrically insulating intermediate piece 22, the valve springs 11 and 12 press on the lower part of the collar 19. At the bottom, the valve springs 11 and 12 have an insulating annular support 23. Both the intermediate piece 22 and the support 23 are provided at the contact points with the respective valve springs 11 and 12
<Desc / Clms Page number 7>
electrical connection. This electrical connection in the intermediate piece 22 provides electrical contact between the valve spring 11 and the ground electrode 5 and between the valve spring 12 and the other electrode 4. The valve springs 11 and 12 must be electrically conductive but cannot make direct electrical contact with each other.
Via the electrical connection in the support 23 of the valve springs 11 and 12, these springs each make contact with a respective electrical conductor 9 which connects the spark plug 18 to the electric ignition circuit.
These electrical conductors 9 'are located in the wall of a hollow body 24 which is releasably mounted in the engine block 16. The bottom surface of the body 24 has a recess 25 enclosing the valve guide 15. The top of the body 24 is open so that the spark plug 18 can be mounted or removed along it. This body 24 can have very different shapes and dimensions, for example it can have a circular or elliptical or asymmetrical cross section.
It can also contain several valves with corresponding spark plugs.
Thus, when the engine is running, the spark plug 18 that moves up and down by cooperating with a cam 13 can remain continuously engaged in the electric ignition circuit.
There are several variants of this embodiment; for example, an electrically conductive coating can be applied to the valve springs 11 and 12 to obtain better conductivity, and the valve springs 11 and 12 can also be provided with an insulating coating to prevent short-circuiting.
Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention in which a spark plug 18 is mounted coaxially in a valve 1. However, this spark plug 18 is firmly connected to the engine block 16.
<Desc / Clms Page number 8>
The spark plug 18 consists of a cylindrical rod with an axial electrode 4 and an electrode 5 which partially covers the lateral surface of this rod. These electrodes 4 and 5 protrude from the lower end of the spark plug 18 and, at the upper end of the latter, are bent into a plane perpendicular to the longitudinal axis of the spark plug 18. These bent ends extend into the engine block 16 and merge into conductors 9 connected to the ignition circuit. Around this spark plug 18, a valve 1 is mounted coaxially, which has recesses 48 at the top end of the spark plug 18, allowing the valve 1 to move up and down. o. v. the fixed spark plug 18.
When the motor is in operation, a cam 13 will cooperate with the valve 1 which then moves up and down periodically along its longitudinal axis. o. v. the spark plug 18 which is fixed with the engine block 16.
If pre-ignition is required, it can be ensured that at any valve position the electrodes protrude sufficiently from the valve to permit breakdown.
In a variant of this embodiment, as is the case in the embodiment according to figure 2, the valve 1 with the spark plug 18 can be mounted in a separate holder 17 which is completely detachable in the engine block 16, this in order to disassemble easier to make.
If more than one spark plug 18 is provided in a combustion chamber 6, in order to obtain a good and almost instantaneous combustion, these must emit a spark almost simultaneously. The voltage required for breakdown of a spark plug 18 depends, among other things, on the wear of electrodes 4 and 5 and on possible soot deposits on the latter. The part of the positive ignition circuit, shown in Figure 5, ensures that the instantaneous voltage required on each spark plug 18 to ensure a simultaneous breakdown of all
<Desc / Clms Page number 9>
spark plugs 18 are obtained in the same combustion chamber 6.
The voltage control system shown in Figure 5 includes two parts: a control section 35 and a measurement section 36.
Using the control section 35, a certain electrical voltage is imposed on a spark plug 18. This control section 35 comprises a first control unit 37, a first calculation unit 38, a first and a second memory, 39 and 40, respectively.
In the second memory 40, a voltage value is set according to a certain fixed speed, for example 1000 revolutions per minute.
The first computing unit 38 has as input certain variables of the motor, such as, for example, temperature, speed, load and mixing ratio of the fuel. In function of these variables, the first computing unit 38 then retrieves a certain coefficient from the first memory 39. On the basis of this coefficient and the voltage value from the second memory 40, a value for the breakdown voltage is then calculated at said motor variables. This calculated value is then sent from the first calculation unit 38 to the first control unit 37, which then applies an appropriate voltage to the primary coil 41 of a transformer 42 to ignite the spark plug 18.
However, at regular intervals it will be necessary to adjust the set voltage value in the second memory 40. For this purpose, said measuring section 36 is equipped with, among other things, a second calculation unit 43, a third memory 44, a voltage meter 45, a second control unit 46 and a clock 47. The clock 47 gives a signal to the voltage meter 45 and the second control unit 46 at fixed times. This second control unit 46 then causes the first calculation unit 38 to be switched off temporarily and gives a signal to the first
<Desc / Clms Page number 10>
control unit 37 to apply a maximum voltage to the primary coil 41 of the transformer 42 so that breakdown of the electrodes of the spark plug 18 certainly occurs.
The strain gauge 45 then measures the voltage required at the primary coil 41 to obtain breakdown of the spark plug 18. Once this is done, a signal is sent from the strain gauge 45 to the second control unit 46 which turns the first calculator 43 back on. . The value for the voltage measured by the strain gauge 45 is stored in the third memory 44 and sent from there to the second computing unit 43.
In this second calculation unit 43, a coefficient is retrieved from the first memory 39 in function of, inter alia, the instantaneous mixing ratio of the fuel, engine temperature, load and the instantaneous speed. Using this coefficient and the measured voltage value, the voltage required at the spark plug primary coil 41 is calculated for said fixed speed from the second memory 40. This calculated value is then set in the second memory 40. The control section 35 then operates with this newly set value until the clock 47 gives a next signal.
In a variant of this described voltage control system, the measuring portion 36 can be omitted. The first computing unit 38 from the control section 35 then contains the second memory 40 along with the functions and set value of the latter.
In order to make it possible to replace the spark plug 18, the internal combustion engine according to the invention is preferably provided with a detachable camshaft 49, as shown in figure 6. This camshaft 49 is mounted in a frame 50 which can be detachably attached to the engine block 16. To this end, the motor block 16 is provided with guide pins 51 which fit into the corresponding bores 52 in the frame 50. These are positioned such that the frame 50 is clearly positioned on the engine block 16
<Desc / Clms Page number 11>
can be mounted. The camshaft 49 is also detachable. o. the drive wheel 53 with which the latter cooperates. To this end, the end of the camshaft 49 has an asymmetrical profile which fits into the corresponding profile provided on the hub of said drive wheel 53.
Figure 7 shows an ignition device which ensures that an electrical voltage is applied alternately to different spark plugs 18.
This ignition device comprises a rotor 26 and a stator 27, each of which has the shape of a round disk and which adjoin each other with their surfaces facing each other.
Both are made of electrically insulating material. The rotor 26 is provided with an axially protruding shaft 29. This shaft is coaxial with the stator 27 and is rotatable in the latter in a suitable central recess 28. Fixed to the stator 27 is an upwardly extending arm 30 which is bent above the free end of the shaft 29.
Above the part of the shaft 29 which rotates in the recess 28 in the stator 27, the shaft 29 is provided with a gear wheel 31 for driving the rotor 26.
In the free end of the shaft 29, a space 7 is provided which is filled with a viscous electrically conductive liquid 7 '.
From said space 7 at the top of shaft 29, an axial guide 9 extends through said arm 30 and is connected in the spark plug ignition circuit.
For each of the spark plugs 18, there is a respective electrical conductor 32 in the rotor 26. This respective conductor 32 extends via the central part of the shaft 29 of said space 7 to a cavity 33a associated with the respective spark plug 18 in the upper surface of the rotor 26. The different cavities 33a are filled with a viscous electric
<Desc / Clms Page number 12>
conductive liquid 7's are all the same distance from the axis 34 of the stator 27.
In the face of the stator 27 that contacts the top face of the rotor 26, a cavity 33b is also provided which also contains a viscous electrically conductive liquid 7 '. This cavity 33b is located at the same distance from the shaft 34 of the stator 27 as the cavities 33a in the rotor 26. An electrical conductor 9 "forming part of the ignition circuit runs in the stator 27 to the viscous electrically conductive liquid 7'filled cavity 33b.
When the motor is in operation, the rotor 26 will be driven via the gear 31 and rotate about the longitudinal axis 34. o. the stator 27. Via the liquid 7 'in the space 7 in the upper end of the shaft 29 of the rotor 26, an electric voltage or current can be continuously applied to the ignition device while the rotor 26 is rotating. The liquid in each of the cavities 33a in the rotor 26 which are regularly spaced alternately comes into contact with the liquid in cavity 33b in the stator 27. As a result, a voltage can be applied successively to the different spark plugs 18, causing a spark in the respective combustion chamber 6.
In a variant of this embodiment, either the conductive liquid-filled cavities 33a or the conductive liquid-filled cavities 33b can be replaced by fixed conductive contacts.
The invention is of course in no way limited to the specific embodiments of the invention described above and presented in the accompanying figures, but within the scope of the invention several changes can be considered as regards the shape of the electrodes 4 and 5, the construction of the valve 1 and the associated spark plug 18 as well as the relative position of the various components described above t. o. v. each other.
<Desc / Clms Page number 13>
For example, the spark plug 18 can be switched into the ignition circuit by connecting the ground electrode to one of the valve springs 11 or 12, which in turn make electrical contact with the engine block 16. The other electrode can then be switched on in the ignition circuit via an electrically conductive liquid. as described above.
The use of an electrically conductive liquid in an electrical contact between moving parts relative to each other can also be applied in electric motors e. d.