NL9002862A - Inrichting voor het inspuiten van een gasvormige brandstof in een verbrandingsmotor, alsmede doseermiddel en drukregelklep daarvoor. - Google Patents

Description

Titel: Inrichting voor het inspuiten van een gasvormige brandstof in eenverbrandingsmotor, alsmede doseermiddel en drukregelklep daarvoor.

De uitvinding betreft een inrichting voor het inspuiten van een gas¬vormige brandstof in een verbrandingsmotor, omvattende eenverdamper/drukregelaar alsmede doseermiddelen voor het toevoeren van debrandstof van de verdamper/drukregelaar aan de inlaat van de cilinders.

Een dergelijke inrichting is bijvoorbeeld bekend uit US-A-4503831. Eennadeel van deze bekende inrichting doet zich vooral voor bij modernemotoren die op grond van recente wetgevingen op het gebied van milieuvoorzien zijn van injectiesystemen. De tendens bestaat om daarbij despruitstukken steeds complexer en volumineuzer te maken teneinde een zogoed mogelijke koppelkromme, die een belangrijke invloed heeft opemissies en verbruik, te verkrijgen. Dit soort spruitstukken brengt inhet bijzonder risico’s mee met betrekking tot het ontbranden van eengas/luchtmengsel in het inlaatspruitstuk bij autogasbedrijf("backfiring"). Niet alleen kan daarbij een hinderlijke knal optredendoch ook kan het benzine-injectiesysteem beschadigd worden. In hetbijzonder het dure luchtmeetsysteem wordt vaak beschadigd. Gevolg daar¬van is een verkeerde brandstofdosering hetgeen tot onaanvaardbare resul¬taten leidt met betrekking tot emissies en verbruik.

Deze bekende inrichting voert de brandstof toe op een plaats die voor desmoorklep ligt. Bovendien voorziet hij niet in brandstofverdeling percilinder. Verder zou hij bij gastoevoer onder de smoorklep het nadeelhebben dat bij een plotselinge verandering van de druk in het inlaat¬spruitstuk ten gevolge van een lastwisseling responsproblemen optredenals gevolg van drukvereffening in de inspuitleiding.

Doel van de uitvinding is een inrichting van het in de aanhef genoemdesoort te verschaffen die deze nadelen niet of aanzienlijk minder ver¬toont. Dit wordt bereikt doordat tenminste een drukregelklep is voorziendoor middel waarvan een constante druk, tussen de doseermiddelen en deinlaat gehandhaafd kan worden. Deze constante druk maakt de inspuit-leidingen die zich bevinden tussen de doseermiddelen en de inlaat"hard", dat wil zeggen dat bij een plotselinge verandering van de drukin het spruitstuk ten gevolge van een lastwisseling de hierboven ge¬noemde responsproblemen vermeden worden.

Indien volgens de voorkeursuitvoering van de uitvinding elke cilinderin-laat voorzien is van een eigen drukregelklep die telkens door middel vaneen eigen inspuitleiding verbonden is met de doseermiddelen, is hetrisico van ontbranding van het gasmengsel in het spruitstuk zeer laag,De drukregelkleppen kunnen namelijk vlak voor de cilinderinlaten wordengeplaatst, zodanig dat het brandbare mengsel slechts door een zeer kleinvolume van het totale spruitstuk stroomt.

Bij toepassingen waar de gevoeligheid met betrekking tot ontbranding vanhet gasmengsel onbelangrijk is kan natuurlijk ook één enkele drukregel¬klep worden toegepast, die centraal in het spruitstuk geplaatst is.

Bij een eerste uitvoeringsvorm kunnen goede resultaten worden bereiktindien de doseermiddelen een bovenkritische doortocht bezitten. Bij eendergelijke bovenkritische drukverhouding is de massastroom onafhankelijkvan de druk na de doortocht. Hierdoor is het systeem niet gevoelig voorkleine verschillen in de absolute druk ten gevolge van onnauwkeurighedenin verstuivers of inspuitleidingen of momentane drukomstandigheden in deinlaatkanalen.

Bij de hiervoor beschreven inrichting voorzien van de betreffende druk¬regelkleppen en een bovenkritische doortocht wordt de gashoeveelheidbepaald door de grootte van de doortocht van de doseermiddelen. Dezedoseermiddelen kunnen op verschillende manieren worden uitgevoerd, dochbij voorkeur bezitten zij twee gasdicht ten opzichte van elkaar ver¬plaatsbare, elk van een opening voorziene organen, welke openingenelkaar meer of minder kunnen overlappen ter bepaling van de doortocht.Door de organen op geschikte wijze te besturen ten opzichte van elkaar,kan derhalve de gashoeveelheid nauwkeurig geregeld worden.

Bij voorkeur is het ene orgaan een holle as, en is het andere orgaan eenhuis met een cilindrische boring waarin de holle as nagenoeg gasdichtverdraaibaar en in zijn langsrichting verschuifbaar is, waarbij beideorganen voorzien zijn van tenminste één opening in hun cilinderwand terbepaling van de doortocht.

Met betrekking tot de brandstof regeling wordt opgemerkt dat voor eenverbrandingsmotor de door de motor stromende hoeveelheid brandstofgrofweg varieert met het produkt van twee grootheden, te weten hettoerental van de motor en de soortelijke massa van het mengsel. De soortelijke massa van het mengsel hangt af van de temperatuur en drukdie in het inlaatspruitstuk heersen. Op basis van deze grootheden moetenderhalve de doseermiddelen geregeld worden.

Volgens een voorkeursuitvoering is daartoe enerzijds de holle as van dedoseermiddelen in een bewegingrichting gekoppeld met een aan de inlaat-druk gerelateerde acuator. Daar de last van de motor evenredig is met dedruk in het inlaatspruitstuk is het mogelijk om de lastfunktie van dedoseermiddelen afhankelijk van deze druk te besturen.

Tevens is de holle as in een andere bewegingsrichting gekoppeld met eentweede actuator gestuurd door een processor welke de actuator kan be¬dienen op basis van het motortoerental.

Volgens een tweede uitvoeringsvorm kan de lastregeling bewerkstelligdworden doordat de verdamper/drukregelaar verbonden is met het inlaat¬spruitstuk zodanig dat een drukverandering in het spruitstuk een druk¬verandering in de verdamper/drukregelaar opwekt. De drukverandering inde gasstroming vóór de doseerinrichting brengt een massaverandering vanhet gas mee, en derhalve een verandering in de totale hoeveelheid pertijdseenheid toegevoerd gas. Tevens neemt door de drukverandering destromingssneldheid toe. Beide effecten zorgen voor de juiste dosering.

Ook bij deze uitvoering is verder voorzien dat de doseermiddelen gekop¬peld zijn met actuator gestuurd door een processor welke de actuator kanbedienen op basis van het motortoerental. Deze tweede uitvoeringsvormbezit het voordeel dat hij een eenvoudiger constructie bezit. De doseer-openingen behoeven minder nauwkeurig te worden afgewerkt, aangezien zijnog slechts in één richting beweegbaar zijn ten opzichte van elkaar.Aangezien bij deze uitvoeringsvorm ook de gasstromingssnelheid ge¬varieerd moet kunnen worden, mag de doortocht van de doseermiddelen nietbovenkritisch zijn. In ieder geval moet de doortocht bij nullast endeellast buiten het bovenkritische gebied liggen. Bij vollast is datniet nodig.

De processor kan zijn voorzien van een kenveld waarin karakteristiekemotoreigenschappen zijn vastgelegd. De processor maakt daarbij primairgebruik van het toerentalsignaal. Mogelijk is het toerentalsignaal onderbepaalde omstandigheden, en voor bepaalde motortypen, ontoereikend.Daartoe kan de processor de actuator eventueel tevens bedienen op basis van signalen van andere sensoren zoals van de inlaatdruk, koelwater-temperatuur, de smoorkleppositie, de omgevingstemperatuur en -luchtdruk,de signalen afkomstig van de lambda sensor of luchthoeveelheids sensor.

De uitvinding betreft tevens een drukregelklep voor een inrichtingvolgens één der voorgaande conclusies, voorzien van een met een klepzit-ting samenwerkende klepschotel, welke klepschotel opgehangen is aan eenmembraan of plunjer zodanig dat de klepschotel bij een bepaalde drukvan het toegevoerde gas afgetild wordt van zijn zitting. Bij voorkeur ishet membraan- of plunjeroppervlak groot in vergelijking met het opper¬vlak van de klepschotel. Daardoor hebben drukwisselingen in de inlaatnauwelijks invloed op de bewegingen van de drukregelklep, waardoor eenconstante druk in de inspuitleidingen wordt gehandhaafd.

Tenslotte betreft de uitvinding ook het doseermiddel zoals hiervoorbeschreven.

Vervolgens zal de uitvinding aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeldonder verwijzing naar de bijgevoegde figuren verder beschreven worden.

Figuur 1 toont een eerste blokschema van de inrichting volgens de uit¬vinding.

Figuur 2 toont een aanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van een eersteuitvoeringsvorm van de doseermiddelen volgens de uitvinding.

Figuren 3a en 3b tonen respectievelijk radiale en axiale doorsneden vande doseermiddelen volgens figuur 2.

Figuur k toont een tweede blokschema.

Figuur 5 toont een aanzicht overeenkomstig figuur 2 van een tweedeuitvoeringsvorm van de doseermiddelen volgens de uitvinding.

Figuur 6 toont een drukregelklep voor de inrichting volgens de uit¬vinding.

In het blokschema van figuur 1 is een gastank 1 weergegeven, die ver¬bonden is met een verdamper/drukregelaar 2 welke op zijn beurt in ver¬binding staat met de doseermiddelen 3· Deze doseermiddelen 3 zijn via inspuitleidingen 4 verbonden met inspuitkleppen 5. die nabij de cilin-derinlaten van de motor 6 zijn aangebracht. De doseermiddelen 3 wordenenerzijds bediend door een pneumatische regelaar 7* die aangesloten isop het motorvacuüm, alsmede een stappenmotor 8 die bestuurd wordt dooreen processor 9· Deze processor 9 ontvangt verschillende signalen van demotor 6, zoals het motortoerental 10, de druk in het inlaatspruitstuk11, gegevens van de lambdasonde 12, en eventueel verdere motorgegevenszoals de motortemperatuur 13 en de positie van de smoorklep 14.

Tevens kan de processor 9 signalen ontvangen betreffende de temperatuurvan de inlaatlucht 15 en de barometerdruk 16.

De processor bezit een geheugen waarin een kenveld opgeslagen kan zijnwat betrekking heeft op karakteristieke motoreigenschappen zoals bij¬voorbeeld het volumetrisch rendement. De processor 9 verwerkt al dezesignalen en bestuurt daarmee, zoals gezegd, de stappenmotor 8.

Zoals weergegeven in figuur 2 is de regelaar 7 verbonden met een hefboom17, die scharnierbaar is om een scharnierpunt 18. Verplaatsingen van deregelaar 7 leiden tot axiale verplaatsingen van de holle as 19 dieopgenomen is in het huis 20. Het huis 20 bezit een cilindrische uitspa¬ring 21 waarin de holle as gasdicht doch radiaal en axiaal verplaatsbaarpast.

De niet verder in detail weergegeven stappenmotor 9 is door middel vanhefboom 22 eveneens verbonden met de holle as 19, en kan de rotatiebewe-ging daarvan besturen. Dankzij de speling die de drijfstang 23 van destappenmotor in de bek 24 van de hefboom 22 bezit, blijft de axialebeweging opgewekt door de regelaar 7 mogelijk.

Het huis 20 bezit een toevoerkanaal 25 voor de gasvormige brandstof,terwijl in de holle as 19 een gat 26 opgenomen is dat in elke mogelijkeradiale en axiale stand van de holle as 19 samenvalt met de aansluiting 25.

Verder is de holle as voorzien van een viertal doseergaten 27, die meerof minder samenvallen met een viertal doseeropeningen 28 in het huis 20.Op de doseeropeningen 28 kunnen door middel van de inwendige schroef¬draad 29 inspuitleidingen worden aangesloten, die in verbinding staanmet de inspuitkleppen 5·

Onder verwijzing naar figuur 3& en 3b is te zien dat door axiaal enradiaal bewegen van de holle as 19 ten opzichte van het huis 20 detotale doortocht, bepaald door elk paar openingen 27, 28, nauwkeuriggeregeld kan worden. Aldus kan de hoeveelheid gasvormige brandstof dietoegevoerd wordt aan de kleppen 5 op basis van de hiervoor genoemdemotorgegevens worden bepaald.

Zoals reeds genoemd worden de drukken zodanig gekozen dat de doortochtdoor elk paar openingen 27, 28 bovenkritisch is.

Voor de volledigheid wordt nog vermeld dat de inrichting volgens deuitvinding ook geschikt is voor enkelpuntsinspuiting.

In de in figuur 4 weergegeven tweede uitvoeringsvorm is de lastfunktievan de motor 6, die samenhangt met de druk in het inlaatspruitstuk,gekoppeld met de verdamper/drukregelaar 2. Bij een hogere druk in hetinlaatspruitstuk wordt de verdamper/drukregelaar hierbij verder geopend,zodat een grotere hoeveelheid gas kan toestromen en de druk na de ver¬damper/drukregelaar kan toenemen.

Bij deze tweede uitvoeringsvorm kan een doseermiddel 4l volgens figuur5a, b worden toegepast. Dit doseermiddel omvat een huis 42 met cilin¬drische boring 43. waarin gasdicht een pen 44 verschuifbaar is. Doordeze pen 44 axiaal te verschuiven, kunnen de doseeropeningen 45 meer ofminder ver geopend worden. Deze doseeropeningen 45 kunnen rechthoekigzijn. De vorm hoeft echter niet zuiver rechthoekig te zijn. De hoekenkunnen bijvoorbeeld afgerond zin. Ook kunnen de openingen trapvormigeverlopen.

Via leidingen 46 staan deze doseeropeningen 45 in verbinding met dekleppen 5. zoals hiervoor onder verwijzing naar figuur 1 beschreven is.

In figuur 6 is in doorsnede een drukregelklep 5 volgens de uitvindingweergegeven. Op deze drukregelklep 5 is de inspuitleiding 4 aangesloten.De gasdruk werkt op het membraan 30, waaraan de klepschotel 31 is opge¬hangen. Wanneer de druk in de inspui tleiding 4 groot genoeg is zal deklepschotel 31. tengevolge van de op het membraan 30 werkende druk,afgetild worden van zijn zitting 33· De gasvormige brandstof kan dandoor de opening 34 naar de cilinderinlaat stromen.

Daarbij is van belang dat het oppervlak van de klepschotel 31 aanzien¬lijk kleiner is dan dat van het membraan 30, zodat drukvariaties in decilinderinlaat vrijwel geen invloed hebben op de klepschotelbewegingen.De klepschotel 31 kan ook nog verbonden zijn met een (overigens nietgetoonde) veer. Als eerste mogelijkheid kan daartoe een veer gekozenworden die de klepschotel 31 aandrukt op de zitting 33· Volgens eentweede mogelijkheid kan een veer gekozen worden die de klepschotel 31afduwt van de zitting 33· In het eerste geval wordt een bovenatmos-ferische druk in de spuitleiding gehandhaafd, in het tweede geval eenbenedenatmosferische druk.

Claims (19)

1. Inrichting voor het inspuiten van een gasvormige brandstof in eenverbrandingsmotor, omvattende een verdamper/drukregelaar alsmede doseer-middelen voor het toevoeren van de brandstof van de verdamper/drukrege¬laar aan de inlaat van de cilinders met het kenmerk dat tenminste eendrukregelklep is voorzien door middel waarvan een constante druk tussende doseermiddelen en de inlaat gehandhaafd kan worden.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij elke cilinderinlaat voorzienis van een eigen drukregelklep die telkens door middel van een eigeninspuitleiding verbonden is met de doseermiddelen.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de doseermiddelen tweenagenoeg gasdicht ten opzichte van elkaar verplaatsbare, elk van eenopening voorziene organen bezitten, welke openingen elkaar meer ofminder kunnen overlappen ter bepaling van de doortocht.

4. Inrichting volgens conclusie 3t waarbij de doseermiddelen een boven-kritische doortocht bezitten.

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij het ene orgaan een holle asis, en het andere orgaan een huis met een cilindrische boring is waarinde holle as nagenoeg gasdicht verdraaibaar en in zijn langsrichtingverschuifbaar is, elk voorzien van tenminste een opening in hun cilin-derwand ter bepaling van de doortocht.

6. Inrichting volgens conclusie 5t waarbij de holle as in een bewegings¬richting gekoppeld is met een aan de inlaatdruk gerelateerde actuator.

7· Inrichting volgens conclusie 6, waarbij de holle as in een anderebewegingsrichting gekoppeld is met een actuator gestuurd door eenprocessor welke de actuator kan bedienen op basis van het motortoeren-tal.

8. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij de verdamper/drukregelaarverbonden is met het inlaatspruitstuk zodanig dat een drukverandering inhet spruitstuk een drukverandering in de verdamper/drukregelaar opwekt.

9· Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de doseermiddelen gekoppeldzijn met actuator gestuurd door een processor welke de actuator kanbedienen op basis van het motortoerental.

10. Inrichting volgens conclusie 9. waarbij de doseermiddelen een nage¬noeg gasdicht in een holle cilindrische boring van een huis verschuif¬bare as omvatten, welk huis voorzien is van tenminste een opening inzijn cilinderwand ter bepaling van een gasdoortocht.

11. Inrichting volgens één der conclusies 3“7. waarbij beide organensamen telkens een bij elkaar behorend paar openingen bezitten.

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij de openingen rechthoekig ofvierkant zijn.

13· Inrichting volgens één der conclusies 5~7. 10-12, waarbij het huismeerdere openingen bezit die elk in verbinding staan met een cilinderin-laat.

14. Inrichting volgens conclusie 7 of 9i waarbij de processor destappenmotor tevens kan bedienen op basis van de koelwatertemperatuur,de druk in het inlaatspruitstuk, de smoorkleppositie, de omgevingstempe¬ratuur en -luchtdruk, de signalen afkomstig van de lambda-sensor alsmedevan een kenveld waarin karakteristieke motoreigenschappen zijn vastge¬legd.

15. Drukregelklep voor een inrichting volgens een der voorgaande conclu¬sies, voorzien van een met klepzitting samenwerkende klepschotel, welkeklepschotel opgehangen is aan een membraan of plunjer zodanig dat deklepschotel bij een bepaalde druk van het toegevoerde gas afgetild wordtvan zijn zitting.

16. Drukregelklep volgens conclusie 15* waarbij een veer is toegepastdoor middel waarvan de klepschotel aangedrukt wordt in de richting vande klepzitting, zodanig dat de druk van het toegevoerde gas af geregeldwordt op een druk boven de omgevingsdruk.

17. Drukregelklep volgens conclusie 15, waarbij een veer is toegepastdoor middel waarvan de klepschotel aangedrukt wordt in de richting vande klepzitting af, zodanig dat de druk van het toegevoerde gas afge- regeld wordt op een druk onder de omgevingsdruk.

18. Drukregelklep volgens conclusie 15. 16 of 17, waarbij het membraan-oppervlak groot is in vergelijking met het oppervlak van de klepschotel.

19. Doseermiddel voor een inrichting volgens een der conclusies 4 tot enmet 14.