NL9401689A - Inspuitverbrandingsmotor met brandstof verwarmingselement en regelbare brandstof-sturende-inrichting. - Google Patents

Description

Inspuitverbrandingsmotor met brandstof verwarmingselement en regelbare brandstof-sturende-inrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een inspuitverbrandingsmotor omvattende ten minste één cilinder met aanzuigkanaal, ten minste één brandstofinjector en ten minste één brandstof verwarmingselement. Een dergelijke verbrandingsmotor is bekend uit DE-C-3426469 en NL-A-8801334 maar ook uit 91202518.6, 91116370.7, 91307686.5, 91106055.6 en WO 93/18295. Gebleken is dat van de totale uitlaatgas emissie het merendeel wordt gevormd in de korte tijd dat de motor zijn bedrijfstemperatuur nog niet heeft bereikt. Uitlaatgas katalysatoren, die onder normale omstandigheden de uitlaatgasemissie met ca. 90 % reduceren, bereiken deze conversiegraad eerst wanneer de bedrijfstemperatuur van de katalysator is bereikt. De conversie start bij een temperatuur van ca. 300 *C, zodat na een koude start de uitlaatgasemissie van de motor in een katalysator niet of nauwelijks wordt verminderd. Daar het temperatuur niveau onvoldoende hoog is om de brandstof (benzine of alcohol) te verdampen, moet bij koude motor een extra hoeveelheid brandstof worden toegevoerd, om een brandbaar mengsel te verkrijgen. Dit leidt tot een hoge uitiaatgasemissie. Bij lage temperaturen zijn daarom zowel het brandstofgebruik als de uitlaatgasemissie relatief hoog. Door het verwarmen van de brandstof wordt dan ook een aanzienlijke bijdrage aan de verbetering van het milieu en tevens een aanmerkelijke brandstofbesparing bereikt, omdat er zo minder of geen extra brandstof ingespoten behoeft te worden. De brandstof wordt bij de in de aanhef aangeduide verbrandingsmotor in intensief contact gebracht met het in zeer korte tijd op de gewenste temperatuur gebrachte verwarmingselement en komt daarbij op de gewenste temperatuur. De brandstof zal daardoor beter verdampen en er wordt tevens een betere menging met de verbrandingslucht bereikt. Het verwarmingselement wordt uitgeschakeld wanneer de motor voldoende warm Is om het verdampen van de brandstof te verzorgen. Bij de uit DE-C-3426469 bekende motor is het verwarmings element uitgevoerd in de vorm van een in het inlaatkanaal van de cilinder stekende pijp omgeven door een isolatiebuis. De pijp en de buis zijn van een randflens voorzien die in een uitsparing van de cilinderkop ligt en door de luchtinlaatleiding wordt gefixeerd. Een bezwaar van deze uitvoering is dat het aanbrengen en vervangen van de verwarmings elementen een tijdrovend karwei is. Een zelfde bezwaar geldt voor de motor volgens NL-A-8801334 waarbij het verwarmingselement is geïntegreerd in een plaat die tussen het inlaatkanaal en de kop van de cilinder is geklemd. Als tweede bezwaar geldt voor de motoren volgens DE-C-3426469 en NL-A-8801334 dat het verwarmingselement in het inlaatkanaal een obstakel voor de inlaatlucht vormt, daardoor een niet optimale verbrandingsmotor verschaffend. Als derde bezwaar geldt voor de motoren volgens DE-C-3426469 en NL-A-8801334 dat het verwarmingselement intensief met de inlaatlucht in contact komt, op die wijze een deel van zijn met hoogwaardige elektrische energie verkregen warmte op onrendabele wijze aan de inlaatlucht verliezend. Bij gelijke energie toevoer levert verwarming van de inlaatlucht gerelateerd aan verwarming van de brandstof slechts een geringe vermindering van de uitlaatgasemissies . Als vierde bezwaar voor de motoren volgens DE-C-3426469 en NL-A-8801334 geldt, dat de verwarmingselementen ook in uitgeschakelde toestand aan de brandstofstroom blootgesteld blijven. De elementen koelen dan sterk af als gevolg van de warmte onttrekking door verdamping, er ontstaan koude plaatsen waar slechte verdamping of zelfs condensatie plaatsvindt, dit veroorzaakt een niet-constante samenstelling van het inlaatmengsel, daardoor een verhoogde uitlaatgasemissie en ontregeling van de motorbesturing. Met de uitvinding wordt beoogd deze bezwaren te vermijden door een motor van het in de aanhef beschreven type te verschaffen waarbij: 1e. het verwarmingselement en de brandstof-sturende-inrichting eenvoudig kunnen worden gemonteerd en vervangen.

2e. in het luchtinlaatkanaal geen obstructie voor de inlaatlucht wordt aangebracht, waardoor de effectiviteit van de motor niet wordt beïnvloed.

3e. de effectiviteit van het verwarmen van de brandstof wordt door de uitvinding aanmerkelijk verhoogd, doordat de brandstof door onderschepping door de brandstof-sturende-inrichting en geleiding naar het verwarmingselement intensief met het verwarmingselement in contact wordt gebracht terwijl het verwarmingselement buiten de hoofdstroom van de inlaatlucht is geplaatst, aldus wordt geen warmte aan de inlaatlucht verloren.

4e. met de uitvinding wordt bereikt dat het verwarmingselement buiten de brandstofstroom kan worden aangebracht, aldus worden condensatie punten voor de brandstof vermeden, als het verwarmingselement niet is ingeschakeld.

Volgens de uitvinding is de in de aanhef genoemde inspuitverbrandingsmotor hiertoe gekenmerkt, doordat de motor stroomafwaarts van de brandstofinjector is uitgerust met een brandstof-sturende-inrichting, die selectief in 2 standen kan worden gebracht: In de ene stand wordt de geïnjecteerde brandstof rechtstreeks in het luchtkanaal geïnjecteerd zonder door het brandstof verwarmingselement of de brandstof-sturende- inrichting te worden gehinderd, in de andere stand wordt de brandstof door een kanaal gevormd door de brandstof-sturende- inrichting en het brandstof verwarmingselement gevoerd en hierdoor op de gewenste temperatuur gebracht.

De uitvinding is in een geautomatiseerd proces eenvoudig en goedkoop te vervaardigen en gemakkelijk aan te brengen. De brandstof-sturende-inrichting zal hierbij bij voorkeur uit een slijtvast, thermische geleidend materiaal worden vervaardigd bijvoorbeeld messing.

Bij meercilinder motoren kunnen de brandstof-sturende-inrichtingen van de verschillende cilinders eenvoudig worden gekoppeld door de brandstof-sturende-inrichtingen in één doorgaande strip uit te voeren die wordt bestuurd door middel van één bedieningsmechanisme, dat elektrisch, pneumatisch of mechanisch kan worden geactiveerd.

De temperatuurregeling van het verwarmingselement kan geschieden door in het elektrische circuit een PTC-element als temperatuurregeling op te nemen of de elektrische weerstanden volledig in PTC-materiaal uit te voeren. Het is ook mogelijk de temperatuurregeling in een gesloten regelkring te realiseren en elektrische weerstanden met lineaire of NTC eigenschappen te gebruiken.

De uitvinding zal aan de hand van figuren nader worden toegelicht.

Figuur 1 en 2 tonen een doorsnede van een gedeelte van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding, met een brandstof-sturende-inrichting geplaatst tussen brandstof injector en inlaatkanaal. De brandstof-sturende-inrichting in brandstof doorlatende, respectievelijk brandstof onderscheppende stand.

Figuur 3 en 4 tonen een doorsnede van een gedeelte van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding, hier is het brandstof verwarmingselement in intensief contact met de brandstof-sturende-inrichting direct benedenstrooms van de brandstofinjector aangebracht, met de brandstof-sturende-inrichting in brandstof doorlatende , respectievelijk brandstof onderscheppende stand.

Figuur 5 en 6 tonen een doorsnede van een gedeelte van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding, hier is het brandstof verwarmingselement uitgevoerd in de vorm van meerdere concentrische cilinders, met de brandstof-sturende- inrichting in brandstof doorlatende, respectievelijk brandstof onderscheppende stand.

Figuur 7 en 8 tonen een doorsnede van een gedeelte van de verbrandingsmotor volgens de uitvinding, hier is het brandstof verwarmingselement buiten de motor aangebracht, met de brandstof-sturende-inrichting in brandstof doorlatende, respectievelijk brandstof onderscheppende stand.

Het in figuur 1 weergegeven gedeelte van een inspuitverbrandingsmotor volgens de uitvinding omvat een luchtkanaal (1), dat zodanig is bevestigd op een cilinderkop (2) dat het aansluit op een kanaal (1a) voor het via de inlaatklep (4) in de cilinder toevoeren van een brandstof-luchtmengsel. Op het luchtkanaal (1) is een brandstof-sturende-inrichting (7) en een elektrisch brandstof verwarmingselement (3) met stroomtoevoer en stroomafvoer contacten (14) geplaatst, waarop de brandstofinjector (5) voor het inspuiten van brandstof wordt bevestigd. Tijdens bedrijf bij warme motor wordt de brandstof rechtstreeks in het luchtkanaal (1, 1a) geïnjecteerd, door de opening (6) in de brandstof-sturende-inrichting (7). Het door motorwarmte verwarmde luchtkanaal (1, 1a) en de warme cilinderkop verzorgen de verdamping van de brandstof. Zoals uit figuur 1 blijkt wordt de brandstofstroom in het geheel niet gehinderd door het verwarmingselement (3) of de brandstof-sturende-inrichting (7).

Figuur 2 toont het gedeelte van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding en volgens figuur 1 met de brandstof-sturende-inrichting (7) in de brandstof onderscheppende stand. De opening (6) in de brandstof-sturende-inrichting (7) bevindt zich niet meer voor de monding van de brandstofinjector. In plaats daarvan vormt de brandstof-sturende-inrichting (7) een kanaal (12) voor de monding van de injector (5) waardoor de brandstofstroom door het verwarmingselement (3) geleid wordt en op de gewenste temperatuur komt. Het verwarmingselement is geïsoleerd van de wand van de inlaatbuis, waardoor alleen warmte aan de brandstof wordt toegevoerd. Gedurende deze fase kan de brandstof-sturende-inrichting thermisch met het verwarmingselement gekoppeld worden, om het warmteoverdragend oppervlak met de brandstof te maximeren. Doordat de brandstof op de gewenste temperatuur is gebracht is een goede verdamping van de brandstof en vermenging met de lucht ook bij koude motor mogelijk.

In deze figuur is aangegeven hoe de brandstof-sturende-inrichting bij koude motor door een warmtebuffer (8) en bij warme motor door het koelsysteem (9) verwarmd kan worden om condensatielokaties te minimaliseren. Indien de motor voldoende is opgewarmd, wordt de brandstof-sturende-inrichting in de stand volgens figuur 1 geplaatst en wordt de brandstofstroom in het geheel niet gehinderd door het verwarmingselement (3) of de brandstof-sturende-inrichting (7). De brandstof-sturende-inrichting (7) sluit in deze stand het kanaal (12) in het verwarmingselement (3) af, waardoor de mogelijkheid tot brandstof accumulatie in het brandstof verwarmingselement wordt verminderd. De elektriciteit toevoer naar het verwarmingselement wordt gestaakt.

Figuur 3 toont een doorsnede van een gedeelte van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding, met het brandstof verwarmingselement (3) direct benedenstrooms van de brandstofinjector (5) in intensief contact met de brandstof-sturende-inrichting (7), met de brandstof-sturende-inrichting (7) in brandstof doorlatende stand. Tijdens bedrijf bij warme motor wordt de brandstof door een opening in het elektrische brandstof verwarmingselement (3) rechtstreeks in het luchtkanaal (1, 1a) geïnjecteerd. Het door motorwarmte verwarmde luchtkanaal (1a) en de warme cilinderkop verzorgen de verdamping van de brandstof. Zoals uit figuur 3 blijkt wordt de brandstofstroom in het geheel niet gehinderd door het verwarmingselement (3) of de brandstof-sturende-inrichting (7).

Figuur 4 toont dezelfde doorsnede van een gedeelte van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding als figuur 3 met de brandstof-sturende-inrichting in brandstof onderscheppende stand. De brandstof-sturende-inrichting (7) is voor de opening in het brandstof verwarmingselement (3) gebracht, waardoor de brandstof tussen brandstof-sturende-inrichting (7) en het brandstof verwarmingselement (3) geleid wordt. Hier wordt de brandstof intensief met het verwarmingselement in contact gebracht en komt daardoor op de gewenste temperatuur. De verwarmde brandstof komt via openingen in de brandstof-sturende-inrichting in het inlaatkanaal (1, 1a).

Voor een optimalisatie van de warmteoverdracht van verwarmingselement (3) naar brandstof is de brandstof-sturende-inrichting (7) thermisch met het verwarmingselement verbonden, waardoor de brandstof-sturende-inrichting als heatsink fungeert en het warmteoverdragend oppervlak wordt vergroot.

Daarnaast is in deze figuur aangegeven hoe de brandstof-sturende-inrichting bij koude motor door een warmtebuffer (8) en- bij warme motor door het koelsysteem (9) verwarmd kan worden.

Indien de motor voldoende is opgewarmd, wordt de brandstof-sturende-inrichting in de stand volgens figuur 3 gebracht. De brandstofstroom wordt in het geheel niet gehinderd door het verwarmingselement (3) of de brandstof-sturende-inrichting (7), maar wordt rechtstreeks in het inlaatkanaal (1, 1a) gebracht. De stroomtoevoer via de stroomtoevoer en stroomafvoer contacten (14) naar het elektrische brandstof verwarmingselement wordt gestaakt.

Figuur 5 toont een doorsnede van een gedeelte van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding, hier is het brandstof verwarmingselement en uitgevoerd in de vorm van meerdere concentrische cilinders, de brandstof-sturende-inrichting (7) staat in brandstof doorlatende stand. Tijdens bedrijf bij warme motor wordt de brandstof door de kokers rechtstreeks in het luchtkanaal (1, 1a) geïnjecteerd. Het door motorwarmte verwarmde luchtkanaal (1a) en de warme cilinderkop verzorgen de verdamping van de brandstof. Zoals uit figuur 5 blijkt wordt de brandstofstroom in het geheel niet gehinderd door het brandstof verwarmingselement (3) of de brandstof-sturende-inrichting (7), maar wordt rechtstreeks in het inlaatkanaal (1, 1a) geïnjecteerd.

Figuur 6 toont dezelfde doorsnede als figuur 5 met de brandstof-sturende-inrichting in brandstof onderscheppende stand. De brandstof-sturende-inrichting (7) leidt de brandstof door een kanaal (12) tusssen de kokers waardoor de brandstof intensief met het verwarmingselement in contact wordt gebracht en de brandstof de gewenste temperatuur bereikt. De verwarmde brandstof komt in het lucht inlaatkanaal (1) waar vermenging met de inlaatlucht plaats vindt.

Daarnaast is in deze figuur aangegeven hoe de brandstof-sturende-inrichting bij koude motor door een warmtebuffer (8) en bij warme motor door het koelsysteem (9) verwarmd kan worden.

Figuur 7 toont een doorsnede van een gedeelte van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding, hier is het brandstof verwarmingselement (3) volledig buiten de motor geplaatst. De brandstof-sturende-inrichting (7) bevind zich in de brandstof doorlatende stand, waarbij de ingang en de uitgang van het kanaal (12) in brandstof-sturende-inrichting (7) en verwarmingselement (3) voor de brandstof zijn afgesloten. De brandstof wordt direct in het luchtinlaatkanaal (1,1a) geïnjecteerd.

Figuur 8 toont dezelfde doorsnede als figuur 7, de brandstof-sturende-inrichting (7) bevind zich in de brandstof onderscheppende stand, de brandstof wordt door het kanaal (12) in de brandstof-sturende-inrichting (7) en het brandstof verwarmingselement (3) geleid en daar op de gewenste temperatuur gebracht, alvorens in het luchtinlaatkanaal (1,1a) te worden gevoerd.

Voor een goede doorvoer van de brandstof door het kanaal (12) is de brandstof-sturende-inrichting verzien van een luchtinlaat (10), de lucht die toetreedt via deze luchtinlaat voert de brandstof door het kanaal (12). Deze luchtinlaat (10) wordt bestuurt door een afsluitinrichting (11). De besturing van deze afsluitinrichting (11) wordt verzorgd door de brandstof-sturende- inrichting.

Claims (10)

1. Verbrandingsmotor van het inspuittype omvattende tenminste één cilinder voorzien van een luchtinlaatkanaal (1), tenminste één brandstofinjector (5) en tenminste één verwarmingselement (3) met het kenmerk, dat de verbrandingsmotor stroomafwaarts van de brandstofinjector met een brandstof-sturende-inrichting (7) is uitgerust die selectief in 2 posities kan worden gebracht. Met de brandstof-sturende-inrichting in de brandstof doorlatende positie wordt de geïnjecteerde brandstof onbelemmerde doorgang verleent en wordt de brandstof rechtstreeks in het luchtinlaatkanaal geïnjecteerd. Met de brandstof-sturende-inrichting (7) in de brandstof onderscheppende positie wordt de geïnjecteerde brandstof stroomafwaarts van de brandstofinjector onderschept door de brandstof-sturende-inrichting en in contact gebracht met een verwarmingselement. Door het contact met dit verwarmingselement wordt de brandstof op de gewenste temperatuur gebracht.

2. Verbrandingsmotor van het inspuittype omvattende tenminste één cilinder voorzien van een luchtinlaatkanaal (1), tenminste één brandstofinjector (5) en tenminste één verwarmingselement (3) met het kenmerk, dat de verbrandingsmotor stroomafwaarts van de brandstofinjector met een brandstof-sturende-inrichting (7) is uitgerust die selectief in 2 posities kan worden gebracht. Met de brandstof-sturende-inrichting in de brandstof doorlatende stand wordt de geïnjecteerde brandstof onbelemmerde doorgang verleent door een opening (6) in de brandstof-sturende-inrichting en wordt de brandstof rechtstreeks in het luchtinlaatkanaal geïnjecteerd. Met de brandstof-sturende-inrichting in de brandstof onderscheppende stand wordt de geïnjecteerde brandstof stroomafwaarts van de brandstofinjector onderschept door de brandstof-sturende-inrichting en door een kanaal (12) gevormd door de brandstof-sturende-inrichting en het buiten de brandstofstraal aangebracht verwarmingselement. In dit kanaal (12) wordt de brandstof op de gewenste temperatuur gebracht, voordat de brandstof in het luchtinlaatkanaal wordt geleid.

3. Verbrandingsmotor van het inspuittype omvattende tenminste één cilinder voorzien van een luchtinlaatkanaal (1), tenminste één brandstofinjector (5) en tenminste één verwarmingselement (3) met het kenmerk, dat de verbrandingsmotor stroomafwaarts van de brandstofinjector met een brandstof-sturende-inrichting (7) is uitgerust die selectief in 2 posities kan worden gebracht. Met dé brandstof-sturende-inrichting in de brandstof doorlatende stand wordt de geïnjecteerde brandstof onbelemmerde doorgang verleent en wordt de brandstof rechtstreeks in het luchtinlaatkanaal geïnjecteerd. Met de brandstof-sturende-inrichting in de brandstof onderscheppende stand wordt de geïnjecteerde brandstof stroomafwaarts van de brandstofinjector onderschept door de brandstof-sturende-inrichting en in contact gebracht met een verwarmingselement waarin een opening is aangebracht zodat het verwarmingselement de brandstof niet rechtstreeks onderschept. Door het contact met dit verwarmingselement wordt de brandstof op de gewenste temperatuur gebracht.

4. Verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat het verwarmingselement wordt gevormd door een aantal concentrische cilinders.

5. Verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat het verwarmingselement buiten het luchtinlaatkanaal is aangebracht.

6. Verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat het verwarmingselement buiten de motor is aangebracht.

7. Verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat het kanaal (12) is voorzien van een luchtinlaat (10), die zodanig is gepositioneerd dat de lucht die via deze luchtinlaat toetreedt de in het kanaal (12) aanwezige brandstof naar het lucht inlaatkanaal (1) voert. Met de brandstof- sturende-inrichting in de brandstof doorlatende stand is de luchtinlaat (10) niet met het kanaal (12) verbonden. De ingang en de uitgang van het kanaal (12) zijn afgesloten door de brandstof-sturende-inrichting waarmee wordt bereikt dat er geen brandstof accumulatie in het kanaal optreedt.

8. Verbrandingsmotor volgens conclusie 7 met het kenmerk, dat de luchtinlaat (10) afsluitbaar is.

9. Verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de brandstof-sturende-inrichting en het verwarmingselement volledig zijn geïntegreerd.

10. Verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies met het kenmerk. dat het brandstof verwarmingselement de door de brandstofinjector geïnjecteerde brandstof niet onderschept. De verbrandingsmotor is stroomafwaarts van de brandstofinjector met een brandstof-sturende-inrichting (7) uitgerust die selectief in 2 posities kan worden gebracht. Met de brandstof-sturende-inrichting in de brandstof doorlatende stand wordt de brandstof rechtstreeks in het luchtinlaatkanaal geïnjecteerd. Met de brandstof-sturende-inrichting in de brandstof onderscheppende stand wordt de geïnjecteerde brandstof stroomafwaarts van de brandstofinjector onderschept door de brandstof-sturende-inrichting en in contact gebracht met een verwarmingselement.