NL9401896A

NL9401896A - Inspuitverbrandingsmotor met brandstof verwarmingselement en regelbare brandstofsturende inrichting.

Info

Publication number: NL9401896A
Application number: NL9401896A
Authority: NL
Original assignee: Pickartz Rikus Z Von
Priority date: 1994-01-03
Filing date: 1994-11-14
Publication date: 1995-08-01
Also published as: EP0661445B1; DE69407027T2; ATE160616T1; DE69407027D1; EP0661445A1

Description

Inspuitverbrandingsmotor met brandstof verwarmingselement en regelbare brandstofsturende 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 uitlaatgasemissie. 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 brandstof 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 brandstof 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 brandstof 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 brandstof verwarmingselementen een tijdrovend karwei is. Een zelfde bezwaar geldt voor de motor volgens NL-A-8801334 waarbij het brandstof 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 brandstof 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 brandstof 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 brandstof verwarmingselementen ook in uitgeschakelde toestand aan de brandstofstroom blootgesteld blijven. De brandstof verwarmingselementen 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 brandstof verwarmingselement en de brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting en geleiding naar het brandstof verwarmingselement intensief met het brandstof verwarmingselement in contact wordt gebracht terwijl het brandstof 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 brandstof verwarmingselement buiten de brandstofstroom kan worden aangebracht, aldus worden condensatie punten voor de brandstof vermeden, als het brandstof 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting te worden gehinderd, in de andere stand wordt de brandstof door een kanaal gevormd door de brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting zal hierbij bij voorkeur uit een slijtvast, thermische geleidend materiaal worden vervaardigd bijvoorbeeld messing.

Bij meercilinder motoren kunnen de brandstofsturende inrichtingen van de verschillende cilinders eenvoudig worden gekoppeld door de brandstofsturende 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 brandstof 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 brandstofsturende inrichting geplaatst tussen brandstofinjector en inlaatkanaal. Üe brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting direct benedenstrooms van de brandstofinjector aangebracht, met de brandstofsturende 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting (7) en een elektrisch brandstof verwarmingselement (3) met stroomtoevoer en stroomafvoer contacten (14) geplaatst, waarop de brandstof injector (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 brandstofsturende 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 brandstof verwarmingselement (3) of de brandstofsturende inrichting (7).

Figuur 2 toont het gedeelte van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding en volgens figuur 1 met de brandstofsturende inrichting (7) in de brandstof-onderscheppende stand. De opening (6) in de brandstofsturende inrichting (7) bevindt zich niet meer voor de monding van de brandstofinjector. In plaats daarvan vormt de brandstofsturende inrichting (7) een kanaal (12) voor de monding van de injector (5) waardoor de brandstofstroom door het brandstof verwarmingselement (3) geleid wordt en op de gewenste temperatuur komt. Het brandstof verwarmingselement is geïsoleerd van de wand van de inlaatbuis, waardoor alleen warmte aan de brandstof wordt toegevoerd. Gedurende deze fase kan de brandstofsturende inrichting thermisch met het brandstof 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting in de stand volgens figuur 1 geplaatst en wordt de brandstofstroom in het geheel niet gehinderd door het brandstof verwarmingselement (3) of de brandstofsturendei inrichting (7). De brandstofsturende inrichting (7) sluit in deze stand het kanaal (12) in het brandstof verwarmingselement (3) af, waardoor de mogelijkheid tot brandstof accumulatie in het brandstof verwarmingselement wordt verminderd. De elektriciteit toevoer naar het brandstof 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 brandstofsturende inrichting (7), met de brandstofsturende 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 brandstof verwarmingselement (3) of de brandstofsturende inrichting (7).

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

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

Daarnaast is in deze figuur aangegeven hoe de brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting in de stand volgens figuur 3 gebracht. De brandstofstroom wordt in het geheel niet gehinderd door het brandstof verwarmingselement (3) of de brandstofsturende 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting (7), maar wordt rechtstreeks in het inlaatkanaal (1, 1a) geïnjecteerd.

Figuur 6 toont dezelfde doorsnede als figuur 5 met de brandstofsturende inrichting in brandstof-onderscheppende stand. De brandstofsturende inrichting (7) leidt de brandstof door een kanaal (12) tusssen de kokers waardoor de brandstof intensief met het brandstof 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting (7) bevind zich in de brandstof doorlatende stand, waarbij de ingang en de uitgang van het kanaal (12) in brandstofsturende inrichting (7) en brandstof 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 brandstofsturende inrichting (7) bevind zich in de brandstof-onderscheppende stand, de brandstof wordt door het kanaal (12) in de brandstofsturende 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting.

Claims

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

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

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

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

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

7. Verbrandingsmotor volgens één van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat het kanaal (12) dat wordt gevormd door de brandstofsturende inrichting en het brandstof verwarmingselement 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende 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 brandstofsturende inrichting en het brandstof 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 brandstofsturende inrichting (7) uitgerust die selectief in 2 posities kan worden gebracht. Met de brandstofsturende inrichting in de brandstof-door-latende stand wordt de brandstof rechtstreeks in het luchtinlaatkanaal geïnjecteerd. Met de brandstofsturende inrichting in de brandstof-onderscheppende stand wordt de geïnjecteerde brandstof stroomafwaarts van de brandstofinjector onderschept door de brandstofsturende inrichting en in contact gebracht met het brandstof verwarmingselement.