CS198540B1

CS198540B1 - Device for regulation of mixture composition for hybrid internal combustion engine

Info

Publication number: CS198540B1
Application number: CS718377A
Authority: CS
Inventors: Eduard Polich
Original assignee: Eduard Polich
Priority date: 1977-11-03
Filing date: 1977-11-03
Publication date: 1980-06-30

Description

Vynález se týká zařízení na regulaci složení směsi pro hybridní spalovací motor vzněto-zážehový, u něhož nasátá směs vzduchu s palivem a příměsí antidetonačního aditiva je kompresním teplem uvedena do stavu těsně před samovolným vznícení a tak připravena k zapálení a shoření, přičemž okamžik zapálení je dán jiskrou zapalovací svíčky, tedy počátek zavádění tepla do pracovního cyklu, což má obdobu u vznětových motorů s počátkem vstřiku nafty do žhavého vzduchu na konci kompresního zdvihu pístu motoru.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for controlling the composition of a mixture for a hybrid internal combustion engine, wherein the intake air-fuel mixture and the anti-knock additive are brought into compression immediately prior to spontaneous ignition and ready to ignite and burn. spark ignition, that is, the start of the introduction of heat into the duty cycle, which is similar to diesel engines with the start of diesel injection into the hot air at the end of the compression stroke of the engine piston.

U spalovacích motorů pro pohon vozidel dochází při zvyšování kompresního poměru za účelem zvýšení výkonu ke spontánnímu samovzníoení žhavé směsi, což vyvolává nežádoucí klepání motoru.In internal combustion engines for vehicle propulsion, as the compression ratio increases for performance, spontaneous self-ignition of the hot mixture occurs, causing unwanted engine knocking.

K odstranění tohoto nežádoucího jevu se zpravidla do paliva přidávají antidetonační aditiva, např. komplexní sloučeniny olova, a to v množství, které je nutná k zamezení klepání motoru při maximálním jeho výkonu, respektive maximálním kroutícím momentu při plném využití kompresního poměru. Avšak tento režim je dosahován jen během menšího podílu z celkové doby provozu motoru, např. při předjíždění, jízdě do kopoe. Takové dávkování aditiva je však krajně nevýhodné při částečném zatížení motoru, za něhož je přívěrou karburátoru snižován tlak v sacím potrubí a tím i tlak a teplota v následné kompresi. Snižování tlaku při kompresi má za následek snížení tepelné účinnosti spalovacího pochodu a snížením teploty směsi při stálém množství aditiva, tudíž pro tyto poměry v nepřiměřenéTo eliminate this undesirable effect, anti-knock additives, such as complex lead compounds, are generally added to the fuel in an amount that is necessary to prevent engine knocking at maximum power, or maximum torque, while fully utilizing the compression ratio. However, this mode is only achieved during a minor proportion of the total engine operating time, eg when overtaking, kicking. Such dosing of the additive is, however, extremely disadvantageous at a partial engine load, under which the intake manifold pressure and thus the pressure and temperature in the subsequent compression are reduced by the carburetor smear. Reducing the compression pressure results in a reduction in the thermal efficiency of the combustion process and a lowering of the temperature of the mixture at a constant amount of additive, thus disproportionate for these

198 540198 540

198 S40 výši, je nepříznivě ovlivněno zapálení a prohoření směsi. Tato skutečnost vyluěuje spalování chudých směsí s velkým přebytkem vzduchu. Směsi s velkým obsahem vzduohu jsou výhodné, neboť omezují pokles komprese při částečném zatížení motoru, čímž se zvyšuje tepelná účinnost pochodu a dokonalejší spalování směsi omezuje vznik nežádoucích exhalací vypouštěných do okolního vzduohu.198 S40, it is adversely affected by ignition and burning of the mixture. This precludes the combustion of lean mixtures with a large excess of air. Mixtures with a high air content are advantageous in that they reduce compression loss at part load of the engine, thereby increasing the thermal efficiency of the process, and improved combustion of the mixture reducing the occurrence of undesirable exhaust emissions to the ambient air.

Spalování chudých směsí je světovým trendem ve vývoji spalovacích motorů a zatím účelem jsou navrhována různá uspořádání, která vedou ke složitým konstrukcím, jako např, uspořádání k vytváření vrstvených směsí se sledem vrstev chudých a bohatých, nebo uspořádání motoru označované CVCO. Podle jiného uspořádání za účelem snížení exhalací při jízdě ve městě jsou motory upraveny pro spalování dvou druhů paliv, a to tak, že je palivo při jízdě ve městě během provozu motoru krakováno, a získané plynné zplodiny jsou dokonaleji spalovány a při jízdě mimo město je provoz motoru opět přepnut na benzin.Combustion of lean mixtures is a world trend in the development of internal combustion engines, and so far various configurations have been proposed that lead to complex structures, such as a layered mixture formation with a sequence of lean and rich layers, or an engine arrangement called CVCO. According to another arrangement, in order to reduce emissions in urban driving, the engines are adapted to burn two types of fuel by cracking the fuel while driving in the city while the engine is operating, and the exhaust gases obtained are more thoroughly burned and out of town driving engine switched to petrol again.

Proto podle vynálezu navrhované zařízení na regulaci složení směsi vzduohu s palivem pro hybridní spalovací motor dodávající plynule a regulovatelně antidetonační aditivum do sacího potrubí je tak upraveno, že antidetonační aditivum ve vhodná směsi je přiváděno ze zásobníku potrubím k otvoru, který ústí do sacího potrubí motoru, přičemž do potrubí je vloženo čerpadlo a dávkovač, který dostává v závislosti na zatížení motoru dávkovači pokyny z čidla, s nímž je ve spojení prostřednictvím vedení. Přitom otvor, jímž je přiváděno aditivum ve směsi ústí do nejužěího průřezu Venturiho trubice karburátoru a čidlo, která je citlivá na zatížení motoru je umístěno ve spalovací komoře hlavy válce. Podle alternativního provedení je výhodná spojení čidla se zapalovací svíčkou v jeden celek.Therefore, according to the invention, the proposed device for regulating the composition of the air / fuel mixture for a hybrid internal combustion engine delivering a continuously and controllable anti-knock additive to the intake manifold is so adapted that the anti-knock additive in a suitable blend is fed from the reservoir through a conduit to wherein a pump and a dispenser are inserted into the piping, which receives, depending on the motor load, the dispensing instructions from the sensor with which it is connected via a conduit. The orifice through which the additive in the mixture is fed opens into the narrowest cross section of the carburetor venturi and the sensor, which is sensitive to engine load, is located in the combustion chamber of the cylinder head. According to an alternative embodiment, the connection of the sensor to the spark plug in one unit is preferred.

Pro vytvoření čidla je možno s výhodou využit efektu ionizace žhavé směsi, nebo středního efektivního tlaku během cyklu motoru.Preferably, the effect of ionizing the hot mixture, or the mean effective pressure during the engine cycle, can be used to form the sensor.

Antidetonační směs, která obsahuje aditivum ve velmi zředěném stavu, nebude na závadu zdraví a také nebude vyžadovat zvláštní péči při manipulaci i při použití jako aditiva na bázi olova. Ovšem v úvahu přicházejí i aditiva, která budou připravena na bázi komplexních sloučenin jiných kovů, např. prvků 17 skupiny periodické soustavy.The anti-knock compound, which contains the additive in a very dilute state, will not be a health hazard and will not require special handling or use as a lead-based additive. However, additives which are prepared on the basis of complex compounds of other metals, for example elements 17 of the periodic group, are also contemplated.

Na přiloženém výkresu je schematicky znázorněno zařízení pro regulací složení směsi pro hybridní motor vzněto-zážehový. S přihlédnutím k výkresu motor 1 pozůstává z váloe g, v němž se vratně pohybuje píst g, dále z motorová hlavy £ se spalovací komorou g. Sacím ventilem £ se zavádí spalovaná směs do motorová hlavy £. Vzduch z okolí vstupuje čističem 8 do eaoího potrubí g, jehož množství je řízeno přívěrou 10. Na svém toku prochází nejdříve Venturiho trubicí ii. do níž je zaváděna antidetonační směs, pozůstávající z antidetonačního aditiva a nosného prostředku, např. metanolu, prostřednictvím otvoru 15.· Antidetonační směs, uložená v zásobníku 12. je nasávána čerpadlem 13 a vytlačována do potrubí 12Í z něhož je vedena do dávkovače 14. který ji propustí ve množství závislém na okamžitém zatížení motoru. Dále je směs vedena k otvoru gg, ústíoího do nejužěího průřezu Venturiho trubice 11. v němž se vytváří podtlak přispívejíoí k dobrému promísení přiváděné antidetonační směsi se Vzduohem. Zatížení motoru je snímáno čidlem 16. umístněným ve hlavě £ motorového váloe g, a která potom prostřednictvím vedení dává pokyny k nastavení dávkovače X£.The attached drawing schematically illustrates an apparatus for controlling the composition of a mixture for a hybrid compression-ignition engine. Referring to the drawing, the engine 1 consists of a cylinder g in which the piston g reciprocates, a motor head 6 with a combustion chamber g. Ambient air enters the purifier 8 into the duct g, the amount of which is controlled by the smear 10. At its flow, it passes first through the venturi ii. into which an anti-knocking compound consisting of the anti-knocking additive and a carrier, such as methanol, is introduced through the aperture 15. The anti-knocking compound stored in the reservoir 12 is sucked by the pump 13 and discharged into the pipe 12I from which it is led to the dispenser 14. it releases it in an amount dependent on the instantaneous load on the motor. Further, the mixture is led to an opening gg opening into the narrowest cross-section of the venturi 11 in which a negative pressure is generated contributing to a good mixing of the supplied anti-knock mixture with the air. The load of the motor is sensed by a sensor 16 located in the head 6 of the motor cylinder g, which in turn guides the dispenser X through the guide.

198 540198 540

Vzduch β obsahem antidetonační směsi vstupuje do karburátoru 18. do něhož je palivo vedeno z nádrže 19 potrubím 20 s vloženým čerpadlem 21. Váleo 2 motoru 1, je kromě toho opatřen výfukovým ventilem 2, výfukovým potrubím 22 a zapalovací svíčkou 23.Air β containing the anti-knock mixture enters the carburetor 18 into which fuel is led from tank 19 via line 20 with the pump 21 inserted. Cylinder 2 of the engine 1 is additionally provided with an exhaust valve 2, exhaust line 22 and a spark plug 23.

Za ehodu motoru i je vzduch nasáván čističem g během sacího zdvihu pístu J a vstupuje do sacího potrubí g. Prochází Venturiho trubicí 11 se zaváděnou antidetonační směsí. Sycení vzduchu palivem je prováděno v karburátorů 18 v takovém množství, že zkomprimovaná směs vzduchu s palivem a aditivem je přivedena do stavu těsně před okamžik samovolného vznícení směsi, jejíž zapálení provede jiskra svíčky 23.During engine operation i, air is sucked by the cleaner g during the suction stroke of the piston J and enters the suction line g. It passes through the venturi 11 with the introduced anti-knock mixture. The air saturation by the fuel is carried out in the carburetors 18 in such an amount that the compressed mixture of air with fuel and additive is brought to a state just before the moment of spontaneous ignition of the mixture, which ignites spark plug 23.

Hybridní spalovací motor vzněto-zážehový, který je podmíněn zařízením na regulaci složení směsi vykazuje společné znaky: se vznětovým motorem ve využívání kompresního tepla pro přípravu nasáté směsi vzduch-palivo k zapálení a shoření, přičemž u vznětového motoru je to jen čistý vzduch, a okamžik zapálení je dán jiskrou zapalovací svíčky, tedy počátek zavádění tepla do oyklu, což má obdobu u vznětového motoru s počátkem vstřiku nafty. Další společný znak se vznětovým motorem spočívá v tom, že od maximálního výkonu motoru po určitý částečný výkon bude přívěra karburátoru trvale otevřena naplno a počne se uzavírat až při tvoření spalovaných směsí tak chudých, že by docházelo k nespolehlivému jejich zapálení a potom k prohoření.The hybrid internal combustion engine, which is conditioned by the composition control device, has common features: a compression ignition engine in the use of compression heat to prepare an intake air-fuel mixture to ignite and burn, the diesel engine being pure air, and ignition is given by the spark of the spark plug, ie the start of heat introduction into the eye, which is similar to a diesel engine with the start of diesel injection. Another common feature with a diesel engine is that from the maximum engine power to a certain partial power, the carburetor shaft will be permanently fully opened and will only begin to close when the combustion mixtures are so poor that they ignite unreliably and then burn.

Hybridní spalovací motor vzněto-zážehový skýtá četné výhody, z nichž nejvýznamnější je schopnost motoru spalovat chudé a velmi chudé směsi vzduch-palivo, což vede k hospodárnému provozu motoru a podstatnému omezení nežádoucích exhalací, dále zvýšit kompresní poměr k hodnotám běžných u nízkotlakých vznětových motorů a potom plněním válců směsí s větším Obsahem vzduchu při částečných zatížení motoru, což společně vede k vyšší tepelné účinnosti motoru.The diesel-petrol hybrid internal combustion engine offers numerous benefits, most notably the ability of the engine to burn lean and very lean air-fuel mixtures, resulting in economical engine operation and a significant reduction in unwanted emissions, further increasing the compression ratio to those of low-pressure diesel engines; then filling the cylinders with a mixture of greater air content at part load of the engine, which together leads to a higher thermal efficiency of the engine.

Navrhované provedení hybridního motoru bude vyžadovat jen nepatrné úpravy v jeho konstrukci, jako např. úpravu hlavy pro vyšší kompresní poměr a její přizpůsobení pro umístění čidla pro detekci stavu motoru na konci kompresního zdvihu pístu motoru.The proposed embodiment of the hybrid engine will require only minor modifications in its design, such as adjusting the head for a higher compression ratio and adapting it to the location of the engine condition detection sensor at the end of the compression stroke of the engine piston.

Claims

An apparatus for controlling the composition of a mixture for a hybrid internal combustion engine, in which the anti-knocking additive is continuously and controllable added to the intake manifold, characterized in that the anti-knocking additive in the mixture is supplied from the container (12) via it flows into the intake manifold (9) of the engine (1), wherein a pump (13) and a dispenser (14) connected via a conduit (17) to the sensor (16) are inserted into the manifold (12I).

Device according to claim 1, characterized in that the opening (15) opens into the narrowest cross-section of the venturi tube (11) of the carburetor (18).

Device according to claim 1, characterized in that the sensor (16) is located in the combustion chamber (5) of the cylinder head (4).

4. Device according to claim 1, characterized in that the sensor (16) is arranged integrally with the spark plug (23).