CZ31713U1 - Zařízení ke vstřikování kapalného LPG do sacího potrubí spalovacího motoru - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká konstrukční úpravy sestavy vstřikovače pro vstřikování LPG v kapalném stavu do sacího potrubí spalovacího motoru, obsahující elektromagnetický ventil s koncovou částí vstřikovače a palivovým kanálem, ukončeným výtokovou tryskou ústící do sacího potrubí.

Dosavadní stav techniky

Nej rozšířenějším palivem vozidlových spalovacích motorů je pro zážehové motory benzín a pro vznětové motory nafta. Jako alternativní palivo pro tyto motory se nabízí zkapalněné rafmérské plyny (zkráceně označované jako LPG nebo podle hlavních složek jako propan-butan). Pro zážehové motory je náhrada benzinu alternativním LPG úplná, v případě vznětových motorů může LPG nahradit zhruba 30 až 50 % celkové spotřeby nafty a vznětový motor musí být upraven pro dvojpalivový provoz, tj. se současným přívodem nafty a LPG do válců motoru (správný název motoru je „plynový vznětový “). Zájem o využití LPG jako paliva pro vozidlové zážehové motory je dlouhodobý a je ovlivněn především možností snížit provozní náklady na palivo. U vznětových vozidlových motorů se v současnosti zvyšuje zájem o náhradu části nafty alternativním LPG rovněž z důvodu snížení provozních nákladů, a to i při vyšší ceně za úpravu motoru pro dvojpalivový provoz.

Vozidla pro provoz na LPG musí být doplněna o palivový systém na LPG (tlakový zásobník, palivové vedení, regulátor tlaku a vstřikovače LPG ovládané speciální elektronickou řídící jednotkou), připojenou k elektronické řídící jednotce motoru. V současné době se většinou používají palivové systémy na LPG, založené na vstřikování (vefukování, injektáži) odpařeného LPG do sacího traktu motoru. Z tlakového zásobníku je proto LPG vedené do odpařovače s regulátorem tlaku pro vefukování („injektáž“) LPG. Objem vefukovaného plynného paliva do nasávaného vzduchu ale snižuje množství nasávaného čerstvého vzduchu, nepřeplňované zážehové motory mají proto při provozu na LPG nižší výkon o 5 až 8 % proti provozu motoru na benzin. U přeplňovaných zážehových motorů nebo plynových vznětových motorů lze změnou seřízení přeplňování zajistit stejný výkon motoru jako na původní klasické palivo. Problémem vozidlových motorů s palivovým systém pro vefukování odpařeného LPG je však při nízkých venkovních teplotách v zimě nedostatečný tlak LPG v tlakovém zásobníku, který provoz motoru na LPG znemožňuje.

Perspektivou pro alternativní palivo LPG jak pro zážehové motory, tak pro plynové vznětové motory (obecně ale i pro spalovací turbíny nebo spalovací zařízení) je tvoření směsi vstřikováním kapalného LPG do sacího potrubí. Palivový systém pro vstřikování kapalného LPG však vyžaduje čerpadlo (zpravidla v tlakovém zásobníku LPG) a regulátor tlaku LPG k zajištění potřebného tlaku pro kontinuální průtok LPG elektromagnetickými ventily vstřikovačů, vstřikování dávky LPG do palivového kanálku koncové části vstřikovače a zpětný průtok LPG z elektromagnetických ventilů do tlakového zásobníku (opatření proti zvýšení teploty LPG a vzniku parních bublin v elektromagnetických ventilech). Větší technická složitost palivového systému pro vstřikování kapalného LPG proti palivovému systému s odpařovačem je přitom více než vyvážena provozní spolehlivostí jak při nízkém tlaku LPG v tlakovém zásobníku, tak malou citlivostí na těžko odpařitelné složky v LPG (to je horší kvalitu LPG).

Vstřikováním kapalného LPG do nasávaného vzduchu se velmi rychlým odpařováním vstřiknutého kapalného LPG snižuje teplota nasávané směsi, zvyšuje se objemová účinnost motoru a při provozu na LPG má nepřeplňovaný zážehový motor stejný nebo dokonce vyšší výkon než při provozu na benzin. Intenzivním odpařováním LPG při výtoku z trysky klesá

- 1 CZ 31713 U1 teplota mokré páry LPG na přibližně -30 až -40 °C a na podchlazeném povrchu trysky vzniká z vlhkosti atmosférického vzduchu námraza, která se odlamuje a je nasávaným vzduchem zanášena do válců motoru, kde v zážehových motorech způsobuje občasné vynechání zážehu. Námraza z vlhkosti nasávaného vzduchu se může tvořit i na stěně uvnitř sacího potrubí, pokud paprsek vstřikovaného kapalného LPG dopadá na stěnu.

Bezproblémový provoz zážehového motoru se vstřikováním kapalného LPG musí být konstrukčně zajištěn takovým řešením vstřikování kapalného LPG do sacího potrubí motoru, které zabrání vzniku námrazy na výstupní trysce vstřikovače nebo v sacím potrubí motoru. K zamezení vzniku námrazy na výtokové trysky je účinným opatřením ohřev výtokové trysky, specifické vlastnosti změny skupenství při výtoku zkapalněného plynu přitom vyžadují minimalizovat účinek ohřevu výtokové trysky na LPG v koncové části vstřikovače před výtokovou tryskou. Tvoření námrazy na stěně sacího potrubí lze zabránit orientací výtoku LPG z trysky do centrální partie průtokového průřezu v sacím potrubí.

Současný stav techniky dokumentuje zveřejněný spis k užitnému vzoru UV 27068. Nedostatkem řešení podle zmiňovaného UV jsou přenos tepla z výtokové trysky na LPG v koncové části vstřikovače i rozměry koncové části vstřikovače s výtokovou tryskou, nepříznivě ovlivňující výtok LPG z výtokové trysky a omezující průtokový průřez v sacím potrubí motoru.

Podstata technického řešení

Odstranění výše uvedených problémů spojených se vstřikováním kapalného LPG a významným omezením nedostatků obvyklého konstrukčního uspořádání koncové části vstřikovače kapalného LPG řeší nové konstrukční provedení vstřikovače pro vstřikování kapalného LPG podle tohoto technického řešení. Předmětem technického řešení je zařízení ke vstřikování kapalného LPG do sacího potrubí spalovacího motoru, obsahující elektromagnetický ventil, připojený k palivovému okruhu s LPG a k řídící elektronické jednotce motoru, který je těsně uložený v koncové části vstřikovače, ve které je těsně upevněna palivová trubka s průchozím palivovým kanálkem, napojeným svým vstupem na elektromagnetický ventil a výstupem na kovovou výtokovou trysku, kde koncová část vstřikovače s výtokovou tryskou je upevněna do sacího potrubí spalovacího motoru.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že koncová část vstřikovače a palivová trubka v této koncové části jsou zhotoveny z materiálu s velmi nízkou tepelnou vodivostí, např. polyuretanu, přičemž v dolní (nejspodnější) koncové části vstřikovače je upevněna kovová výtoková tryska skní přiléhající podložkou z materiálu s vysokou tepelnou vodivostí, např. z mědi nebo její slitiny a na této podložce jev nejtěsnější blízkosti výtokové trysky upevněn ohřívací prostředek.

Ohřívacím prostředkem je účinný elektrický topný element odporového nebo polovodičového provedení. Přenos tepla z ohřívacího prostředku na výtokovou trysku je zajištěn jeho uložením spolu s kovovou výtokovou tryskou na podložce s vysokou tepelnou vodivostí a naopak prostup tepla z ohřívacího prostředku k LPG v kanálcích koncové části vstřikovače je významně omezen tím, že celá koncová část vstřikovače je zhotovena z materiálu s velmi nízkou tepelnou vodivostí.

Geometrie koncové části vstřikovače v jeho nej spodnější partii podle tohoto technického řešení minimalizuje zhoršení průtoku vzduchu sacím potrubím po zástavbě koncové části vstřikovače do sacího potrubí a přitom umožňuje orientovat výtok LPG z trysky do centrální partie průtokového průřezu v sacím potrubí.

-2CZ 31713 U1

Objasnění výkresů

Příklad technického provedení vstřikovače podle tohoto technického řešení ukazuje nákres na obr. 1, kde je schematicky znázorněno sací potrubí motoru se zástavbou sestavy elektromagnetického ventilu s koncovou částí vstřikovače (v řezu) s palivovým kanálkem zakončeným výtokovou tryskou vstřikovače, teplovodivě spojenou s elektrickým topným elementem v blízkosti výtokové trysky.

Příklad uskutečnění technického řešení

Elektromagnetický ventil ý je těsně uložen v koncové části 2 vstřikovače, která je upevněna do sacího potrubí 3 spalovacího motoru. Elektromagnetický ventil 1 je k palivovému okruhu s LPG připojen vstupem 11 a výstupem 12 a k řídící elektronické jednotce motoru je elektromagnetický ventil 1 připojen konektorem 13. V koncové části 2 vstřikovače je těsně upevněna palivová trubka 21 s průchozím palivovým kanálkem 22, do kterého vstupuje LPG z elektromagnetického ventilu laje kanálkem 22 vedeno k výtokové trysce 4, upevněné v nej spodnější partii koncové části vstřikovače 2. Koncová část 2 vstřikovače a trubka 21 jsou vyrobeny z materiálu s velmi nízkou tepelnou vodivostí, například polyuretanu.

Kovová výtoková tryska 4 je ke koncové části 2 vstřikovače upevněna s k ní těsně přiléhající podložkou 41 vyrobenou z materiálu s vysokou tepelnou vodivostí, například mědi slitiny mědi, na kterou je v těsné blízkosti výtokové trysky 4 upevněn elektrický topný element 42 odporového nebo polovodičového provedení.

Geometrie nej spodnější partie koncové části2 vstřikovače s výtokovou tryskou 4 je konstrukcí řešena tak, aby redukce průtokového průřezu v sacím potrubí 3 po zástavbě koncové části 2 vstřikovače do sacího potrubí 3 byla do 10% původního průtokového průřezu a paprsek 5 LPG při výstupu z výtokové trysky 4 byl orientován do centrální partie průtokového průřezu v sacím potrubí 3.

Vstřikovač podle tohoto řešení je využitelný u spalovacích motorů s tvořením směsi vstřikováním kapalného LPG do sacího potrubí motoru.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (2)

1. Zařízení ke vstřikování kapalného LPG do sacího potrubí (3) spalovacího motoru, obsahující elektromagnetický ventil (1), připojený k palivovému okruhu s LPG a k řídící elektronické jednotce motoru, který je uložený v koncové části (2) vstřikovače, ve které je těsně upevněna palivová trubka (21) s průchozím palivovým kanálkem (22), napojeným svým vstupem na elektromagnetický ventil (1) a výstupem na kovovou výtokovou trysku (4), kde koncová část (2) vstřikovače s výtokovou tryskou (4) je upevněna do sacího potrubí (3) spalovacího motoru, vyznačující se tím, že koncová část (2) vstřikovače a palivová trubka (21) jsou zhotoveny z materiálu s velmi nízkou tepelnou vodivostí, např. polyuretanu, přičemž ke koncové části (2) vstřikovače (2) je kovová výtoková tryska (4) upevněna skní přiléhající podložkou (41) z materiálu s vysokou tepelnou vodivostí, např. z mědi nebo její slitiny a na této podložce (41) je v bezprostřední blízkosti výtokové trysky (4) upevněn elektrický topný element (42).

-3 CZ 31713 U1

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektrický topný element (42) je odporového nebo polovodičového provedení.