NL2003468C2 - Ontstekingsmechanisme en werkwijze voor het ontsteken van brandstof, en verbrandingsmotor en voertuig voorzien daarvan. - Google Patents

Description

ONTSTEKINGSMECHANISME EN WERKWIJZE VOOR HET ONTSTEKEN VAN BRANDSTOF, EN VERBRANDINGSMOTOR EN VOERTUIG VOORZIEN DAARVAN

De onderhavige uitvinding betreft een ontstekings-5 mechanisme voor het ontsteken van een brandstof in een verbrandingsmotor. Meer in het bijzonder betreft een dergelijk ontstekingsmechanisme een bougie.

Uit de praktijk bekende bougies of ontstekingsmechanismen maken gebruik van elektroden die veelal centraal 10 zijn gepositioneerd. De grote variatie in ontbranding van brandstoffen, zich onder meer uitend in de grote variatie aan octaan getallen voor dergelijke brandstoffen, heeft in de praktijk geleid tot een grote verscheidenheid aan typen bougies. Dit betekent dat een bougie speciaal is afgestemd 15 voor werking met een type verbrandingsmotor en een type daarbij behorende brandstof. Dit beperkt de flexibiliteit van de inzetbaarheid van het ontstekingsmechanisme.

De onderhavige uitvinding heeft als doel een ontstekingsmechanisme te verschaffen waarmee een grotere en 20 meer flexibele inzetbaarheid wordt gerealiseerd.

Dit doel wordt bereikt met het ontstekingsmechanisme voor het ontsteken van een brandstof in de verbrandingsmotor volgens de onderhavige uitvinding, het ontstekingsmechanisme omvattende: 25 - een lichaam; en - een aan of in het lichaam voorziene centraal in het lichaam gepositioneerde elektrode, waarbij de elektrode werkzaam is verbonden met een ring gelegen rond een uiteinde van de elektrode.

30 Door het voorzien van een ring gelegen rond het uiteinde van de centraal in het lichaam gepositioneerde elektrode wordt bewerkstelligd dat er relatief eenvoudig alle in de praktijk voorkomende omstandigheden, zoals 2 relatief lage temperaturen, een vonk kan ontstaan. Door het gebruik van de ring kan de vonk op elke meest geschikte positie ontstaan en is daarbij niet, of in ieder geval in aanzienlijk mindere mate, afhankelijk van specifieke 5 condities van zogeheten zij-elektroden. Door deze verbeterde werking wordt bereikt dat het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding gebruikt kan worden onder verschillende omstandigheden, waaronder verschillende typen verbrandingsmotoren en verschillende typen brandstof. De 10 centraal in het lichaam geplaatste elektrode wordt bij voorkeur voorzien over de centrale as van het lichaam.

Andere posities van de elektrode in het lichaam van het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding behoren volgens de onderhavige uitvinding echter ook tot de mogelijkheden.

15 Bij voorkeur is het lichaam uitgevoerd van een keramisch materiaal.

In het bijzonder is gebleken dat met het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding brandstoffen met een relatief laag octaan getal toch op de juiste wijze tot 20 ontbranding kunnen worden gebracht. Zo beschikken de meeste gangbare brandstoffen over een octaan getal van rond de 95. Echter, er zijn ook brandstoffen met een octaan getal van rond de 90. Tevens behoort het tot de mogelijkheden om brandstoffen met een octaan getal van rond de 45, 25 bijvoorbeeld petroleum, te gebruiken in combinatie met het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding. Hiermee is het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding inzetbaar over een groot bereik aan brandstoffen. Eveneens is het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding inzetbaar in een 30 groter aantal verschillende typen verbrandingsmotoren.

Een bijkomend voordeel van het ontstekingsmechanisme volgens de onderhavige uivinding is dat door de relatief eenvoudige ontsteking een effectieve werking over een groter 3 temperatuurbereik wordt gerealiseerd. Voor praktijksituaties onder bijvoorbeeld Nederlandse omstandigheden blijken veel voertuigen voorzien van een verbrandingsmotor, met name in de wintermaanden, moeizaam of zelfs niet te starten. Door 5 het gebruik van de ring rond de centraal gelegen elektrode wordt bewerkstelligd dat de vonk op eenvoudigere wijze gerealiseerd kan worden, zoals hierboven beschreven. Op deze wijze wordt het temperatuurbereik, waarover deze vonk op betrouwbare wijze kan ontstaan, verder vergroot en wel 10 zodanig dat onder de als voorbeeld genoemde Nederlandse praktijkomstandigheden een koude start in de praktijk nagenoeg altijd gerealiseerd kan worden. Hierdoor wordt de betrouwbaarheid van het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding aanzienlijk vergroot. Dit vergroot daarmee ook de 15 betrouwbaarheid van een dergelijk voertuig als geheel.

Bijvoorbeeld bij gebruik van een brandstof als ethanol, dat bij een temperatuur van zo'n 16 graden Celsius verdampt, is gebleken dat deze bij de als voorbeeld genoemde Nederlandse omstandigheden met het ontstekingsmechanisme 20 volgens de uitvinding ook onder koude start-condities goed functioneert. Hiermee wordt een bredere toepassing van een dergelijke brandstof mogelijk gemaakt.

In een momenteel geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de ring cirkelvormig voorzien. Het 25 behoort echter ook tot de mogelijkheden om de ring vierhoekig of bijvoorbeeld meerhoekig te voorzien. Deze keuze voor de vorm van de gebruikte ring kan worden gemaakt rekening houdend met het type verbrandingsmotor waarbij het ontstekingsmechanisme wordt toegepast en/of de te gebruiken 30 brandstof.

Verder is in een eveneens momenteel geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding de ontsteking dichter bij het vlamfront gebracht. In plaats 4 van de in de praktijk gangbare afstand van zo'n 23 millimeter, hanteert het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding een afstand van zo'n 19 millimeter. Deze relatief kortere afstand blijkt verrassenderwijs de werking over een 5 groter bereik van het ontstekingsmechanisme te versterken. Hierbij is gebleken dat een combinatie van verschillende maatregelen volgens de uitvinding leidt tot een verbeterde werking daarvan.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de 10 onderhavige uitvinding is tussen het uiteinde van de centraal gepositioneerde elektrode en een uitlaat een voorkamer voorzien.

Door het voorzien van een voorkamer wordt in het gebruik een zogeheten voorverbranding bewerkstelligd. Hoewel 15 het hanteren van een voorkamer bij ontstekingsmechanismen of bougies op zichzelf voor de vakman bekend verondersteld mag worden, is verrassenderwijs gebleken dat het gebruik van een voorkamer bij de elektroden, en de daaromheen gepositioneerde ring, de werking daarvan extra versterkt.

20 Bij voorkeur is de voorkamer voorzien van een hoogte en een bereik van 2 tot 4 millimeter, en bij voorkeur zo'n 3 millimeter. Het is experimenteel gebleken dat de afmetingen van een voorkamer van invloed zijn op de gehele verbranding van een brandstof. Hierbij is gebleken dat de genoemde 25 bereiken een goede ontbranding veroorzaken.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is de uitlaat voorzien van een aantal doorvoeren nabij de omtrek.

Door het voorzien van een aantal doorvoeren nabij de 30 omtrek in de uitlaat wordt een additionele vortex bewerkstelligd. Hiermee wordt een verbeterde verdeling en een daarmee gepaard gaande betere verbranding gerealiseerd. Deze doorvoeren bewerkstelligen een betere en efficiëntere 5 verbranding waardoor bijvoorbeeld het verbruik van een verbrandingsmotor voorzien van het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding wordt verminderd. Bijkomend is gebleken dat door het hanteren van deze doorvoeren in de 5 uitlaat ook de emissie van verbrandingsproducten wordt teruggedrongen. Naast een algeheel voordelig effect op het milieu is dit met name relevant indien bijvoorbeeld een voertuig voorzien van het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding bijvoorbeeld wordt gebruikt in een stadsomgeving, 10 waar verbrandingsproducten zich in het algemeen ophopen.

Bij voorkeur zijn de doorvoeren onder een hoek voorzien met de centraal gepositioneerde elektrode. Door het voorzien van de doorvoeren onder een hoek wordt de vortex werking verder verstrekt. Hierdoor wordt de verbranding nog 15 efficiënter.

Verder wordt bij voorkeur één of meer doorvoeren onder een hoek met de omtrekrichting van de uitlaat voorzien. Door het voorzien van een hoek in de omtrekrichting van de uitlaat wordt het ontstaan van wervelingen gestimuleerd.

20 Hierdoor wordt eveneens de verdeling verder verbeterd. Dit resulteert in een meer efficiënte verbranding en een daarmee meer efficiënt ontstekingsmechanisme.

In een momenteel geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm worden de doorvoeren zowel onder een hoek met de centraal 25 gepositioneerde elektrode als wel onder een hoek langs de omtreksrichting voorzien. Het is gebleken dat beide effecten zich hierbij verrassenderwijs versterken waardoor een nog grotere vortex-werking wordt verkregen en het algehele verbrandingsproces verder wordt verbeterd, daarmee 30 resulterend in een efficiënter ontstekingsmechanisme volgens de onderhavige uitvinding.

Bij voorkeur zijn de doorvoeren voorzien van een diameter in het bereik van 1 tot 3 millimeter en bij 6 voorkeur zo'n 2 millimeter. Experimenteel is vastgesteld dat een mechanisme met de genoemde afmetingen, en voor de meeste brandstoffen met name zo'n 2 millimeter diameter, resulteert in een goede vortex- werking.

5 In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is de ring voorzien van een uitzettingscoëfficiënt zodanig dat de ring uit kan zetten bij opwarming onder te hoge gebruikscondities en warmte kan afgeven.

10 Door het mogelijk maken dat de ring enigszins uitzet indien de gebruikstemperatuur te hoog oploopt kan de ring na uitzetting in contact worden gebracht met andere onderdelen van het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding. Op deze wijze is het mogelijk dat de ring een deel van de 15 overvloedige warmte afgeeft en daarmee over een groter temperatuurbereik efficiënt blijft functioneren. Dit komt in feite neer op een zelfregulerend effect waarbij de ring zich aanpast aan de omstandigheden om over een groter bereik een goede en efficiënte werking te realiseren.

20 In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat de centraal gepositioneerde elektrode een uiteinde dat is voorzien van een driehoekige vorm of een delta-vorm.

Door de centraal gepositioneerde elektrode te voorzien 25 van een specifieke uitvoering, in de vorm van een driehoek of delta-vorm, is gebleken dat de werking van deze elektrode verder verbeterd. Hoewel andere vormen ook toepasbaar zijn wordt momenteel de deltavorm geprefereerd. Hiermee wordt bewerkstelligd dat over een groot bereik aan omstandigheden 30 een goede vonk ontstaat.

In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding functioneert de ring als 7 een zij-elektrode en is daarbij verbindbaar met verwarmingsmiddelen voor het voorverwarmen van de ring.

Door het voorzien van verwarmingsmiddelen, waarbij bijvoorbeeld gebruik gemaakt wordt van een stekker voor het 5 aansluiten op bijvoorbeeld een accu, kan de ring worden voorverwarmd ten behoeve van onder meer een koude start. Hierdoor is het mogelijk om ook onder minder geschikte condities, bij voorbeeld in de Nederlandse wintermaanden, een goede ontsteking te realiseren. Daarmee wordt 10 bijvoorbeeld bewerkstelligd dat een voertuig voorzien van het ontstekingsmechanisme volgens de onderhavige uitvinding een grotere betrouwbaarheid krijgt. Een bijkomend voordeel van deze voorverwarming is dat de verbranding van de brandstof in de verbrandingsmotor direct vanaf het starten 15 van een dergelijke verbrandingsmotor efficiënter plaatsvindt waardoor bijvoorbeeld uitstoot van ongewenste verbrandingsproducten wordt tegengegaan.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een verbrandingsmotor en/of voertuig voorzien van een 20 ontstekingsmechanisme zoals bovenstaand beschreven.

De verbrandingsmotor en/of het voertuig biedt gelijke effecten en voordelen als die welke zijn genoemd bij het ontstekingsmechanisme. In het bijzonder wordt de betrouwbaarheid van een dergelijke verbrandingsmotor en/of 25 voertuig verder vergroot.

De onderhavige uitvinding heeft verder tevens betrekking op een werkwijze voor het ontsteken van een brandstof, omvattende het voorzien van een ontstekingsmechanisme zoals bovenstaand beschreven.

30 De werkwijze biedt gelijke effecten en voordelen als die zij genoemd bij het informatiesysteem.

Verdere voordelen, kenmerken en details worden toegelicht aan de hand van een voorkeursuitvoeringsvorm 8 daarvan, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen: - Figuur 1 een aanzicht van het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding; en 5 - Figuur 2 een aanzicht van de onderzijde van het ontstekingsmechanisme uit figuur 1.

Een bougie 2 (figuur 1) is voorzien van een centrale elektrode 4 die is geplaatst in een keramisch lichaam 6. Elektrode 4 is in de getoonde uitvoeringsvorm voorzien over 10 de centrale as van lichaam 6. Optioneel is lichaam 6 voorzien van ribben ten behoeve van de warmtehuishouding. Nabij de bovenzijde van bougie 2 is schroefdraad 8 op lichaam 6 voorzien. Aan het bovenste uiteinde van lichaam 6 is aansluiting 10 ten behoeve van een centrale elektrode 4 15 voorzien. Aan het andere uiteinde van centrale elektrode 4 is een ring 12 geplaatst waarvan het middelpunt in de getoonde uitvoeringsvorm overeenkomt met het middelpunt van centrale elektrode 4. Ring 12 is voorzien van een groef 14 waar een kabel of aansluiting 16 contact mee maakt. Kabel 16 20 verbindt ring 12 met aansluiting 18 waarmee ring 12 eventueel is voor te verwarmen. Verder is sluitmoer 20 voorzien bij bougie 2. In de getoonde uitvoeringsvorm strekt uiteinde 22 van de centrale elektrode 4 zich uit tot aan de onderzijde van ring 12. Verder is bougie 2 in de getoonde 25 uitvoeringsvorm voorzien van een voorkamer 26 en een uitlaat 26.

Uiteinde of stift 22 (figuur 2) heeft een driehoekige vorm. Stift 22 is geplaatst in het centrum van ring 12. De rand van ring 12 is in de getoonde uitvoeringsvorm voorzien 30 van een zestal doorvoeren of gaten 28. In de getoonde uitvoeringsvorm heeft elke doorvoer 28 een hoek ten opzichte van de centrale elektrode 4. Tevens is doorvoer 28 onder een hoek geplaatst in de omtreksrichting van ring 12.

9

In de getoonde uitvoeringsvorm voor bougie 2 zal een vonk ontstaan nabij de stift 22 van elektrode 4 waardoor er sprake is van een voorontbranding in de voorkamer 24. Ten gevolge van de doorvoer 28 nabij uitlaat 26 van bougie 2 5 ontstaat een volledige verbranding in de verbrandingsruimte van de verbrandingsmotor. Doorvoeren 28 hebben in de getoonde uitvoeringsvorm door het hanteren van verschillende hoeken een vortex-stimulerende werking waardoor de verbranding effectiever en efficiënter verloopt.

10 Bougie 2 kan op voordelige wijze worden toegepast in een verbrandingsmotor, waarbij de verbrandingsmotor bijvoorbeeld is geplaatst in een voertuig. Door toepassing van bougie 2 wordt een dergelijke verbrandingsmotor en het eventuele voertuig betrouwbaarder over een groter bereik aan 15 mogelijk in de praktijk optredende condities.

De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvorm daarvan. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies binnen de strekking waarvan velerlei modificaties 20 denkbaar zijn. Zo behoort het bijvoorbeeld ook tot de mogelijkheden om het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding in een brommer toe te passen, bijvoorbeeld voorzien van een 2-takt motor. Hierbij is het mechanisme iets korter van uitvoering in vergelijking met een 25 ontstekingsmechanisme dat voor bijvoorbeeld een auto wordt gebruikt. Door het gebruik van het ontstekingsmechanisme volgens de uitvinding worden emissies verlaagd.

Claims (12)

1. Ontstekingsmechanisme voor het ontsteken van een brandstof in een verbrandingsmotor, het mechanisme 5 omvattende: - een lichaam; en - een aan of in het lichaam voorziene centraal in het lichaam gepositioneerde elektrode, waarbij de elektrode werkzaam is verbonden met een ring 10 gelegen rond een uiteinde van de elektrode.

2. Ontstekingsmechanisme volgens conclusie 1, waarin tussen het uiteinde van de centraal gepositioneerde elektrode en een uitlaat een voorkamer is voorzien. 15

3. Ontstekingsmechanisme volgens conclusie 2, waarbij de voorkamer is voorzien van een hoogte in het bereik van 2 tot 4 mm, en bij voorkeur zo'n 3 mm. 20

4.Ontstekingsmechanisme volgens conclusie 2, waarbij de uitlaat is voorzien van een aantal doorvoeren nabij de omtrek.

5. Ontstekingsmechanisme volgens conclusie 4, waarbij 25 de doorvoeren onder een hoek met de centraal gepositioneerde elektrode zijn voorzien.

6. Ontstekingsmechanisme volgens conclusie 4 en 5, waarbij de doorvoeren onder een hoek met de omtreksrichting 30 zijn voorzien.

7. Ontstekingsmechanisme volgens conclusie 4, 5 of 6, waarbij de doorvoeren zijn voorzien van een diameter in het bereik van 1 tot 3 mm, en bij voorkeur zo'n 2 mm.

8. Ontstekingsmechanisme volgens conclusie 4-7, waarbij de ring is voorzien van een uitzettingscoëfficiënt zodanig dat de ring uitzet bij opwarming en warmte kan afgeven.

9. Ontstekingsmechanisme volgens één of meer van de 10 conclusies 1-8, waarbij de centraal gepositioneerde elektrode een uiteinde omvat dat is voorzien van een driehoekige vorm of deltavorm.

10. Ontstekingsmechanisme volgens één of meer van de 15 conclusies 1-9, waarbij de ring als een zij-elektrode functioneert en verbindbaar is met verwarmingsmiddelen voor het verwarmen van de ring.

11. Verbrandingsmotor en/of voertuig voorzien van een 20 ontstekingsmechanisme volgens één of meer van de conclusies 1-10.

12. Werkwijze voor het ontsteken van een brandstof, omvattende het voorzien van een ontstekingsmechanisme 25 volgens één of meer van de conclusies 1-10.