NL1008870C2

NL1008870C2 - Combined spark-plug and fuel injector

Info

Publication number: NL1008870C2
Application number: NL1008870A
Authority: NL
Inventors: Bernardus Hermanus Pancra Leus
Original assignee: Bernardus Hermanus Pancratius
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-10-15

Abstract

The device combines the functions of an ignition spark plug (5) and an injector (7) for LPG fuel. The fuel is fed (10) to the electrically operated injector (7) and via a channel (11) through the body of the spark plug. The fuel passes through the gap (12) between the central electrode (13) and insulator (14) and the threaded body (15).

Description

INWENDIGE VERBRANDINGSMOTOR MET BRANDSTOFINSPUITINGINTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH FUEL INJECTION

De uitvinding heeft betrekking op een verbrandingsmotor zoals bijvoorbeeld veelvuldig wordt toegepast in onder andere personenauto's.The invention relates to a combustion engine, such as is frequently used in, for instance, passenger cars.

Dergelijke verbrandingsmotoren worden wel 5 uitgerust voor het gebruik met twee brandstoffen, in het bijzonder benzine en LPG. Volgens de huidige stand van de techniek wordt de benzine zowel als de LPG door inspuiting toegevoerd. Voor het naderhand uitrusten van een verbrandingsmotor voor gebruik met LPG-inspuiting moet 10 het spruitstuk dus ingrijpend worden aangepast voor het opnemen van LPG-injectors.Such internal combustion engines are equipped for use with two fuels, in particular petrol and LPG. According to the current state of the art, the petrol as well as the LPG are supplied by injection. Thus, for retrofitting a combustion engine for use with LPG injection, the manifold must be radically modified to accommodate LPG injectors.

Met de inwendige verbrandingsmotor volgens de uitvinding zoals gekenmerkt in conclusie 1 is het mogelijk om LPG direct in de cilinder in te spuiten. Op deze 15 wijze kan een hoog rendement worden bereikt. LPG is in het bijzonder geschikt voor directe inspuiting omdat dit een hoog octaangetal heeft en detonatieproblemen dus niet snel optreden.With the internal combustion engine according to the invention as characterized in claim 1 it is possible to inject LPG directly into the cylinder. In this way, a high efficiency can be achieved. LPG is particularly suitable for direct injection because it has a high octane number and detonation problems do not occur quickly.

Daarnaast heeft de verbrandingsmotor volgens de 20 uitvinding het voordeel dat geen ingrijpende mechanische bewerkingen van de motor, zoals in het bijzonder van het spruitstuk nodig zijn. De injector wordt eenvoudig, tezamen met de bougie in het bougiegat van de cilinder geschroefd.In addition, the combustion engine according to the invention has the advantage that no major mechanical operations of the engine, such as of the manifold in particular, are required. The injector is simply screwed together with the spark plug into the spark plug hole of the cylinder.

25 Bij een geschikte uitvoeringsvorm worden de bougie en het brandstofinspuitorgaan tezamen in een in de cilinderopening zoals het bougiegat opgenomen verloopstuk aangebracht. Zowel de bougie als het inspuitorgaan kunnen dan optimaal worden geconstrueerd.In a suitable embodiment, the spark plug and the fuel injector are arranged together in an adapter incorporated in the cylinder opening such as the spark plug hole. Both the spark plug and the injection member can then be optimally constructed.

30 Een andere geschikte mogelijkheid is gekenmerkt in conclusie 3. De brandstofinspuiter kan via een ver- 1008870 2 lengd kanaal de brandstof in de motor inspuiten. Dit kanaal strekt zich dan uit door het deel van de bougie dat in de cilinderkop is gemonteerd.Another suitable possibility is characterized in claim 3. The fuel injector can inject the fuel into the engine via an extended 1008870 2-channel. This channel then extends through the part of the spark plug mounted in the cylinder head.

Een andere mogelijkheid is om aan de zijkant 5 van het montagedeel van de bougie een sleuf te vormen waardoorheen de brandstof wordt ingespoten.Another possibility is to form a slot on the side 5 of the mounting part of the spark plug, through which the fuel is injected.

Een andere geschikte uitvoering is gekenmerkt in conclusie 6. Het inspuitkanaal hoeft zich dan niet door het smalste gedeelte van de bougie uit te strekken 10 zodat ruimteproblemen hierbij minder tellen.Another suitable embodiment is characterized in claim 6. The injection channel then does not have to extend through the narrowest part of the spark plug, so that space problems count less.

Door de maatregel van conclusie 7 toe te passen verkrijgt het brandstofinspuitorgaan in feite een dubbele functie, zowel van inspuitorgaan als van bougie. Het inspuiten van de brandstof kan dan zo goed mogelijk | 15 direct in de cilinderruimte plaatsvinden.By applying the measure of claim 7, the fuel injection member in fact obtains a dual function, both of the injection member and of the spark plug. The injection of the fuel can then be done as well as possible 15 take place directly in the cylinder space.

In het geval dat het inspuitorgaan ten minste enigszins op een afstand van de bougie is aangebracht, is de maatregel van conclusie 8 gunstig. Door het verwarmen van het brandstofinspuitorgaan wordt de in te spuiten 20 brandstof voorverwarmd, waardoor deze extra snel in de cilinderruimte verdampt. Dit komt een volledige verbranding ten goede.In the event that the injection member is at least slightly spaced from the spark plug, the measure of claim 8 is beneficial. By heating the fuel injection member, the fuel to be injected is preheated, so that it evaporates extra quickly in the cylinder space. This benefits a complete combustion.

Naast gebruik bij een motor die oorspronkelijk bestemd is om met benzine te werken, kan de uitvinding 25 ook bij een dieselmotor worden toegepast. Het samenstel van bougie en brandstofinspuitorgaan wordt dan aangebracht in het schroefgat van de oorspronkelijke brandstof injecteur of in het schroefgat van een gloeiplug. Eventueel is het gewenst om bij het aldus voor LPG ge-30 schikt maken van een dieselmotor de compressie te verlagen.In addition to use with an engine originally intended to work with gasoline, the invention can also be applied to a diesel engine. The spark plug and fuel injector assembly is then fitted into the screw hole of the original fuel injector or into the screw hole of a glow plug. It is optionally desirable to lower the compression when making a diesel engine thus suitable for LPG.

De uitvinding zal nader worden toegelicht in de volgende beschrijving aan de hand van de bijgevoegde figuren.The invention will be further elucidated in the following description with reference to the annexed figures.

3535

Fig. 1 toont gedeeltelijk schematisch een deel van een verbrandingsmotor met een samenstel van bougie en brandstofinspuitorgaan.Fig. 1 is a partial schematic view of part of an internal combustion engine with an assembly of spark plug and fuel injector.

1008870 31008870 3

Fig. 2 toont een met fig. 1 overeenkomend aanzicht van een andere uitvoeringsvorm.Fig. 2 shows a view corresponding with FIG. 1 of another embodiment.

Fig. 3 toont een gedeeltelijke doorsnede van een bougie die voorzien is van een brandstofkanaal.Fig. 3 shows a partial cross-section of a spark plug fitted with a fuel channel.

5 Fig. 4 toont een aanzicht volgens pijl IV in fig. 3.FIG. 4 shows a view according to arrow IV in fig. 3.

Fig. 5 toont een met fig. 3 overeenkomend aanzicht van een andere uitvoeringsvorm.Fig. 5 shows a view corresponding with FIG. 3 of another embodiment.

Van de motor 1 is in fig. 1 slechts een gedeel-10 te van de cilinderkop 2 weergegeven. In de cilinderkop 2 is op gebruikelijke wijze een bougiegat 15 aanwezig. Een in het bougiegat 15 geschroefde bougie 5 steekt juist uit in de verbrandingsruimte 3. Op gebruikelijke wijze ligt het bougiegat 15 enigszins verdiept omdat de kop 2 verder 15 koelwaterkamers 4 en niet nader getoonde kleppen en klepaandrijvingen omvat.In Fig. 1 only part of the cylinder head 2 of the engine 1 is shown. A spark plug hole 15 is present in the cylinder head 2 in the usual manner. A spark plug 5 screwed into the spark plug hole 15 just protrudes into the combustion chamber 3. In the usual manner, the spark plug hole 15 is somewhat recessed because the head 2 further comprises 15 cooling water chambers 4 and valves and valve drives (not shown).

De bougie 5 is over het algemeen van een gebruikelijk type, omvattende een centrale elektrode 13 die verbonden is met een aansluiting 8 voor de ontstekings-20 spanning. De elektrode 13 is opgenomen in een isolator 14, die bijvoorbeeld van keramisch materiaal is.The spark plug 5 is generally of a conventional type, comprising a central electrode 13 connected to a terminal 8 for the ignition voltage. The electrode 13 is included in an insulator 14, which is, for example, of ceramic material.

De bougie 5 is voorzien van een steun 6, waarin een injector 7 is geschroefd. Deze injector 7 kan ook van een op zichzelf gebruikelijk type zijn en elektro-mecha-25 nisch functioneren. De injector 7 omvat een elektromagnetisch bediende klep die wordt bestuurd via een op de aansluiting 9 aangesloten elektrische stuurleiding. Op de brandstofaansluiting 10 wordt een hier niet getoonde toevoerleiding voor brandstof onder druk aangesloten.The spark plug 5 is provided with a support 6, into which an injector 7 is screwed. This injector 7 may also be of a conventional type per se and may function electro-mechanically. The injector 7 comprises an electromagnetically operated valve which is controlled via an electrical control line connected to the connection 9. A fuel supply line not shown here is connected to the fuel connection 10.

30 Door geschikte besturing via de aansluiting 9 worden op geregelde tijdstippen gedoseerde hoeveelheden brandstof afgegeven.Metered quantities of fuel are delivered at regular intervals by suitable control via connection 9.

In de bougie 5 is een kanaal 11 gevormd dat eindigt in de kamer 12 in het deel van de bougie 5 dat in 35 het bougiegat 15 is geschroefd en waarin zich het in de isolator 14 opgenomen einde van de centrale elektrode 13 bevindt.In the spark plug 5, a channel 11 is formed which terminates in the chamber 12 in the part of the spark plug 5 which is screwed into the spark plug hole 15 and which contains the end of the central electrode 13 included in the insulator 14.

1008870 41008870 4

Het samenstel van bougie 5 en brandstofinjector 7 kan eenvoudig aangebracht worden in het bougiegat 15 van een willekeurige inwendige verbrandingsmotor teneinde deze geschikt te maken voor directe inspuiting van brand-5 stof, bijvoorbeeld LPG.The assembly of spark plug 5 and fuel injector 7 can be easily fitted into the spark plug hole 15 of any internal combustion engine to make it suitable for direct injection of fuel, for example LPG.

Het kanaal 11 kan eventueel worden verlengd teneinde dit meer direct in de verbrandingskamer 3 te laten uitmonden. Een andere mogelijkheid is om het kanaal 11 aan te sluiten aan een aantal boringen in het montage-10 deel van de bougie 5, zodat bijvoorbeeld een in axiale richting uitmondende inspuitopening wordt gevormd.The channel 11 can optionally be extended in order to allow it to open more directly into the combustion chamber 3. Another possibility is to connect the channel 11 to a number of bores in the mounting part of the spark plug 5, so that, for example, an injection opening opens in the axial direction.

Terwijl bij de uitvoeringsvorm van fig. 1 gebruik gemaakt is van een bougie 5 en injector 7 die n wezen van een algemeen bekend type zijn, is bij de uit-15 voeringsvorm van fig. 2 gebruik gemaakt van specifiek vervaardigde onderdelen.While the embodiment of Fig. 1 uses a spark plug 5 and injector 7 which are essentially of a well-known type, the embodiment of Fig. 2 uses specifically manufactured parts.

Bij de motor 20 van fig. 2 is gebruik gemaakt van een bougie 22 met een bijzonder slank ontwerp, die tezamen met een eveneens slanke injector 25 opgenoraen is 20 in een verloopstuk 21. Dit verloopstuk 21 is in het bougiegat 29 geschroefd.The engine 20 of Fig. 2 uses a spark plug 22 of a particularly slim design, which, together with a likewise slender injector 25, is incorporated in an adapter 21. This adapter 21 is screwed into the spark plug hole 29.

De bougie 22 heeft een dunne centrale elektrode 24 die bijvoorbeeld een platina uiteinde kan hebben, teneinde slijtage te minimaliseren. De centrale elektrode 25 24 is opgenomen in een hoogwaardige isolator 23 teneinde de benodigde hoge isolatiewaarde over de kleine afstand tot aan de wand van het verloopstuk 21 te kunnen realiseren.The spark plug 22 has a thin central electrode 24, which may have, for example, a platinum tip, to minimize wear. The central electrode 24 is incorporated in a high-quality insulator 23 in order to realize the required high insulation value over the small distance to the wall of the adapter 21.

De injector 25 is voorzien van een aansluiting 30 26 voor elektrische stuurleidingen en verbonden met een brandstoftoevoer 27. Het samenstel van in het verloopstuk 21 opgenomen bougie 22 en injector 25 heeft buitenafmetingen die overeenkomen met die van een gebruikelijke bougie, zodat dit samenstel eveneens in de plaats van de 35 gebruikelijke bougie in het bougiegat 29 aangebracht kan worden, teneinde de motor 20 geschikt te maken voor directe brandstofinspuiting, in het bijzonder voor een tweede brandstof in de vorm van LPG.The injector 25 is provided with a connection 30 26 for electrical control lines and connected to a fuel supply 27. The assembly of spark plug 22 and injector 25 incorporated in the adapter 21 has outer dimensions that correspond to those of a conventional spark plug, so that this assembly is also in the instead of the conventional spark plug, it can be fitted in the spark plug hole 29 in order to make the engine 20 suitable for direct fuel injection, in particular for a second fuel in the form of LPG.

1008870 51008870 5

Het mondstuk 28 van de injector 25 steekt enigszins uit in de verbrandingsruimte en ligt, zoals fig. 2 laat zien, naast het einde van de elektrode 24 van de bougie 22. Bij deze uitvoeringsvorm is het risico dat 5 zich ter plaatse van het einde van de elektrode 24 een te rijk brandstof/luchtmengsel vormt gering, zodat een goede ontsteking gewaarborgd blijft.The nozzle 28 of the injector 25 protrudes slightly into the combustion space and, as shown in Figure 2, is adjacent to the end of the electrode 24 of the spark plug 22. In this embodiment, there is a risk that 5 will be at the end of the the electrode 24 forms too rich a fuel / air mixture, so that a good ignition is guaranteed.

Fig. 3 toont het onderste gedeelte van een bougie 30 die op de gebruikelijke wijze in een bougiegat 10 34 van een cilinderkop is geschroefd. In de bougie 30 is een kanaal 31 gevormd dat aan het niet getoonde einde verbonden is met een injector voor het periodiek toevoeren van een gedoseerde hoeveelheid brandstof onder druk. Het kanaal 31 sluit aan op een sleuf 33 in de buitenom-15 trek van het montagedeel 32 van de bougie 30. Tezamen met de wand van het bougiegat 34 vormt de sleuf 33 aldus een kanaal voor de toegevoerde brandstof, die in de cilinder-ruimte wordt ingespoten.Fig. 3 shows the bottom portion of a spark plug 30 screwed into a spark plug hole 34 of a cylinder head in the usual manner. A channel 31 is formed in the spark plug 30 and is connected at the end (not shown) to an injector for periodically supplying a metered amount of fuel under pressure. The channel 31 connects to a slot 33 in the periphery of the mounting part 32 of the spark plug 30. Together with the wall of the spark plug hole 34, the slot 33 thus forms a channel for the fuel supplied which is fed into the cylinder space is injected.

De met het kanaal 31 verbonden injector kan op 20 geschikte wijze afzonderlijk zijn gemonteerd, bijvoorbeeld aan een met de motor verbonden steun, en door een leiding met het kanaal 31 zijn verbonden.The injector connected to channel 31 may be suitably mounted separately, for example, on a support connected to the engine, and connected to channel 31 by a conduit.

Bij de uitvoeringsvorm van fig. 5 wordt de brandstof ingespoten via de centrale elektrode 42. In het 25 montagegedeelte 41 van de bougie 40 strekt deze centrale elektrode 42 zich uit in een isolator 43. De massa-elek-troden 45 zijn van het type die zijdelings ten opzichte van het einde van de centrale elektrode 42 zijn geplaatst, zodat het kanaal 44 een onbelemmerde uitgang 30 naar beneden, in de verbrandingsruimte van de motor 46 heeft. De centrale elektrode 42 kan eventueel dikker worden uitgevoerd dan gebruikelijk om voldoende ruimte voor het inspuitkanaal 44 over te laten.In the embodiment of Figure 5, the fuel is injected through the central electrode 42. In the mounting portion 41 of the spark plug 40, this central electrode 42 extends into an insulator 43. The ground electrodes 45 are of the type are placed laterally with respect to the end of the central electrode 42, so that the channel 44 has an unobstructed output 30 down into the combustion chamber of the motor 46. The central electrode 42 may optionally be made thicker than usual to leave sufficient space for the injection channel 44.

Andere uitvoeringsvormen, die voor een deskun-35 dige verder voor de hand liggen, vallen eveneens onder de bijgevoegde conclusies.Other embodiments, which are more obvious to an expert, are also covered by the appended claims.

10088701008870

Claims

Internal combustion engine comprising at least one cylinder, in a wall of which an opening is provided in which an assembly of a spark plug and a fuel injector is received.

2. Internal combustion engine according to claim 1, wherein the spark plug and the fuel injector are included together in an adapter incorporated in the opening.

Internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injector is mounted on the spark plug received in the opening.

Internal combustion engine according to claim 3, wherein an outlet of the fuel injector connects to a channel in the wall of a fitting part of the spark plug fitting in the opening.

Internal combustion engine according to claim 3, wherein the channel is a slot in an outer surface of the mounting member.

6. Internal combustion engine according to claim 3, wherein the spark plug comprises an internal chamber in which a high voltage conductor surrounded by an insulator extends, and an outlet of the fuel injection member opens into this chamber.

Internal combustion engine according to claim 3, wherein the spark plug comprises a central high-voltage electrode and an output of the fuel injector connects to a channel in this high-voltage electrode.

Internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injector is received in the opening and is provided with a high voltage spark plug line.

Internal combustion engine according to any of the preceding claims, wherein the fuel injection member comprises heating means. 1008870 «

Internal combustion engine according to any of the preceding claims, wherein the fuel injection device is connected to a source of LPG.

11. Internal combustion engine according to claim 1, wherein the spark plug comprises an injection channel and the fuel injection member is remotely arranged and connected to the injection channel by a pipe.

12. Assembly of a spark plug and a fuel injector for use in an internal combustion engine according to any one of the preceding claims. 1008870