SE521832C2 - System och metod för en förbränningsmotor med oljeblandat bränsle - Google Patents

Description

25 30 35 Pl673 blandats in i bränslet. Det finns således inget som hindrar att motorn körs trots att felaktig bränsle/ smörjmedelsblandning föreligger.

Resultatet av att köra en förbränningsmotor som kräver kontinuerlig smörjmedelstillsats utan Smörjning är som regel omfattande motorskador innan operatören får någon indika- tion på att smörjmedlet saknas.

REDOGÖRELSE ÖVER UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning Syfiar till att angripa ovan beskrivna problem och att presen- tera ett system och en metod som förhindrar eller åtminstone minskar dessa problem.

Mera Specifikt Syfiar uppfinningen till att presentera ett system och _en metod som ger en varning och/eller som förhindrar eller förändrar fimktionen hos förbränningsmotom, då inget Smörjmedel eller brist på Smörjmedel föreliggeri bränslet.

Dessa och andra syfien uppnås medelst systemet och metoden enligt uppfinningen, såsom dessa presenteras i patentkraven.

Den uppfinningsenliga idén baseras på automatisk detektering av förekomst av smörj- medel i bränslet, att den detekterade förekomsten jämförs med ett tröskelvärde och att det ges en indikation då brist på Smörjmedel föreligger, d.v.S. då tröskelvärdet ej uppnås, och/eller att motoms funktion förhindras eller förändras då brist på Smörjmedel föreligger. Förändring av motorns funktion kan lämpligen bringas att ta sig uttryck genom att motoms varvtal begränsas, företrädesvis att endast tomgång tillåtes, om brist på Smörjmedel föreligger i bränslet. Att köra motorn utan Smörjmedel på tomgång eller med lågt varvtal ger nämligen inga motorskador eftersom det normalt finns rester av Smörjmedel kvar i motom som inte tvättas bort direkt.

Det har dock visat sig vara svårt att direkt detektera om tillräcklig förekomst av Smörjmedel föreligger i bränslet, varför det enligt uppfinningen utnyttjas ett tillsats- medel som möjliggör detektering. Det är således egentligen förekomsten av detta tillsatsmedel som detekteras, varvid tröskelvärdet gäller för detta tillsatsmedel.

Förekomsten av Smörjmedel är dock relaterad till förekomsten av tillsatsmedlet, genom att tillsatsmedlet doseras till bränslet i en mängd som Står i proportion till mängden Smörjmedel. Lämpligen görs detta genom att tillsatsmedlet blandas direkt i smörjmedlet, företrädesvis redan innan försäljningen av smörjmedlet, men det är också tänkbart att blanda tillsatsmedel respektive Smörjmedel, Separat i bränslet. i. .., . . i. .. .. , ,. .. , , 2 . .s ._ i , .t , . t . .. . ï ß -- ^v~-, l". » . f f i _ , i . i , . , . - . v ~ t Ü . , ., . .. .. . 10 15 20 25 30 35 521 832 3 P1673 Tröskelvärdet är lämpligen justerbart, varvid det beräknas och ställs in med hänsyn till typ av tillsatsmedel, och gränsvärden för ett blandningsförhållande mellan bränsle, smörj medel och tillsatsmedel. Tröskelvärdet beror således på hur mycket tillsatsmedel som blandas in blandningen av Smörjmedel och bränsle samt vilket undre gränsvärde som skall gälla för blandningsförhâllandet mellan Smörjmedel och bränsle, nämligen vanligen minst 0,5 %, företrädesvis minst 1 % smörjmedel i bränslet. Enligt en utföringsform av uppfinningen kan det även utnyttjas ett övre tröskelvärde, korrelerat till ett övre gränsvärde för blandningsförhållandet mellan smörjmedel och bränsle, nämligen vanligen högst 0,5 %, företrädesvis högst 1 % smörjmedel i bränslet. Då detta övre gränsvärde överskrids kan systemet indikera detta på ett sätt som är särskiljbart från fallet att det undre gränsvärdet underskridits, varvid dock normalt motorfiinktionen inte behöver aktivt förhindras eller förändras som följd. Vid givna gränsvärden och givet tillsatsmedel i given koncentration kan tröskelvärdet vara fast, d.v.s. det behöver ej vara justerbart.

Enligt en första utföringsform av uppfinningen är sagda tillsatsmedel ett tillsatsmedel som förändrar, företrädesvis ökar, en elektrisk konduktivitet eller kapacitans hos blandningen av bränsle och smörjmedel, varvid detekteringen av förekomst av tillsatsmedlet i det smörjmedelsblandande bränslet äger rum i termer av elektrisk konduktivitet eller kapacitans och varvid sagda tröskelvärde är ett tröskelvärde i termer av elektrisk konduktivitet eller kapacitans.

Enligt en andra utföringsform av uppfinningen är sagda tillsatsmedel ett tillsatsmedel som förändrar en optisk egenskap hos blandningen av bränsle och smörjmedel, varvid detekteringen av förekomst av det givna tillsatsmedlet i det smörjmedelsblandande bränslet äger rum i termer av denna optiska egenskap och varvid sagda tröskelvärde är ett tröskelvärde i termer av denna optiska egenskap. Lämpligen utnyttjas därvid en optisk läsare för detekteringen, företrädesvis i form av en lysdiod och en fototransistor, varvid tillsatsmedlet företrädesvis är ett fargmedel anpassat att absorbera ljus av lysdiodens våglängd. Det är dock också tänkbart att utnyttja vilken som yielst annan typ av ljuskälla och ljusläsare, d.v.s. i vilket våglängdsintervall som helst varvid tillsatsmedlet anpassas för det valda väglängdsområdet.

FIGURBESKRIVNING Uppfmningen kommer i det följande att beskrivas i större detalj, med hänvisning till Fig. 1, som schematiskt visar ett system enligt den föredragna, andra utföringsformen av uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 Pl673 521 832 “l Detalj nummer 10, 11 i systemet i Fig. 1 symboliserar en tvåtaktsförbränningsmotor respektive dess tändsystem. En bränsletank 12 är ansluten till motom 10 via en bränsleledning 14. Bränsletanken fylls på med bränsle, normalt bensin, tillsammans med ett Smörjmedel, normalt olja, och ett tillsatsmedel för detektering, i förutbestämda proprtioner. Tillsatsmedlet är i denna utföringsforrn av uppfinningen ett färgmedel som har ljusblockerande egenskaper i ett valt våglängdsområde, t.ex. omkring 400 - 450 nm (blått synligt ljus). Även andra fargmedel som blockerar ljus i vilket som helst annat våglängdsornråde, t.ex. det infraröda området vid omkring 900 nm.

Bränsleledningen 14 uppvisar en transparant del vid en detektor 16. Detektom 16 innefattar i denna föredragna utföringsform en lysdiod 18 samt en fototransistor 20.

Lysdioden 18 är vald och anpassad att sända ut ljus inom samma våglängdsområde som det område inom vilket färgmedlet har ljusblockerande egenskaper. Då en blandning av bränsle, Smörjmedel och tillsatsmedel, d.v.s. fargmedel, i bränsleledningen 14 passerar vid detektom 16, så släcks eller försvagas ljuset från lysdioden tack vare fargmedlet.

Fototransistorn 20 registrerar denna utsläckning eller försvagning av ljuset och sänder en signal, via en ledning 22, till en elektronikmodul 24. I elektronikmodulen 24 jämförs signalen med ett på förhand valt tröskelvärde för fargmedelskoncentrationen och där- med erhålls indirekt en uppgifi om ifall smörjmedelskoncentrationen är tillräcklig, vilket den är då tröskelvärdet överskrids. Då tröskelvärdet överskrids så indikerar elektronikmodulen att detta villkor är uppfyllt, varvid motorn 10 tillåts att fungera på vanligt sätt. Om däremot signalen visar att tröskelvärdet underskrids, d.v.s. att en tillräcklig utsläckning eller försvagning av ljuset från lysdioden 18 ej erhålls, så sänder elektronikmodulen 24 instruktioner till motorns 10 tändsystem 11, via en koppling 26, att bryta tändningen till motorn 10 eller att låta tändningen fimgera endast vid lågt varvtal eller under tomgång. Detta innebär att tändningen slår av och på beroende på varvtalet, vilket ger en mycket specifik gång hos motorn. Härigenom misstar inte operatören situationen med att tändsystemet gått sönder. Alternativt eller i kombination kan elektronikmodulen 24 sända en signal, via en ledning 28, till en indikator 30, t.ex. en ljus eller ljudindikator, som då aktiveras, varvid operatörer blir uppmärksam på situationen med brist på Smörjmedel. Enligt en aspekt av uppfinningen kan man även tänka sig att indikatorn 30 visar den aktuella smörjmedelskoncentrationen på en display och eventuellt till och med hur mycket smörjmedel som behöver fyllas på i bränsle- tanken 12. 10 15 20 25 30 35 P1673 «521 832 5 Det inses att detektom 16 och tröskelvärdet kan anpassas efter de färgmedel som enligt ovan föreligger redan idag i vissa Smörjmedel/oljor, med hänsyn till typ av färgmedel (dvs. vilket våglängdsintervall som det blockerar) samt dess koncentration i smörj- medlet. Altemativt kan detektor 16 och tröskelvärde anpassas till ett för ändamålet speciellt framtaget färgmedel. Lämpli gen doseras då färgmedlet direkt i smörjmedlet, företrädesvis redan innan försäljningen av smörjmedlet, men det är också tänkbart att blanda färgmedel respektive Smörjmedel, separat i bränslet. Vid lämpligt valda färg- medel, t.ex. ett som blockerar ljus i våglängdsområdet 400 ~ 450 nm, kan det räcka med så lite som mindre än 2 %, företrädesvis mindre än l % och än mer föredraget mindre än 0,5 % färgmedel i smörjmedlet. Icke begränsande exempel på sådana färgmedel är lösningsmedelsbaserade, oljelösliga färgmedel innefattande ett eller flera azofärgämnen. 1 samband med uppfinningens utvecklande har det bl.a. med framgång testats Liquid Yellow DRHF, Yellow GRHF, Yellow FZHF som tillverkas av United Color Manufacturing. Dessa färgmedel innefattar en blandning av monoazofärgämnen och diazofärgämnen och de har alla en stark ljusblockering i väglängdsområdet 400 till 450 Ilm.

I den första utföringsformen av uppfinningen är systemet det samma som det som visas i Fig. 1, med det undantaget att detektom 16 istället innefattar två elektroder 18, 20 som är anordnade att detektera elektrisk konduktivitet i det smörjmedelsblandade bränslet.

Dessa är då i direkt kontakt med det smörjmedelsblandade bränslet, varvid transparant del i bränsleledningen 14 ej behövs. Tillsatsmedlet utgöres i detta fall av ett medel, tex. en alkohol, som förändrar, företrädesvis ökar, den elektriska konduktivitet eller kapacitansen hos blandningen av Smörjmedel och bränsle, varvid tröskelvärdet är uttryckt i termer av elektrisk konduktivitet eller kapacitans. Ren bensin har låg elektriskt konduktivitet eller kapacitans och det har även konventionella Smörjmedel, varför tillsatsmedlet erfordras för detekteringen.

Enligt en aspekt av uppfinningen kan systemet utformas så att nödvändig utrustning i form av detektor, elektronikmodul etc. kan efiermonteras i en befintlig motor.

EXEMPEL En motorkap (kapsåg) försågs med ett uppfinningsenligt system enligt följande.

En mätbrygga bestående av en blå lysdiod med 430 nm våglängd och en konventionell fototransistor placerades på motsatta sidor av ett klart plaströr av ca 6 mm i invändig 10 15 20 25 30 35 521 832 6 Pl673 diameter. Plaströret var inkopplat i bränsleledningen till motorn. Mätbryggan drevs och kopplades till en elektronikmodul.

Strömkällan för elektronikmodulen och lysdioden bestod av en enkel induktiv spole som installerades vid svänghjulet (som har permanentmagneter installerade) på en bensindriven tvåtakts motorkap.

Tändsystemet på motorkapen har en enkel jordledning (kortslutningskabel) som normalt är kopplad till en enkel strömbrytare. När kortslutningskabeln jordas vid strömbrytaren (stoppkontakt) genom att man manuellt slår om den, så slås också tändningen till motorn av. På prototyputförandet så kopplades jordledningen för tändsystemet till elektronikmodulen. Elektronikmodulen var sedan vidare kopplad till strömbrytaren för tändsystemet. Motoms tändning måste dock kunna slås av medelst stoppkontakten oavsett om elektronikmodulen fungerar eller inte (sâkerhetsfianlction).

Den elektronikmodulen som utnyttjades på prototypen har följande fimktioner inbyggda: l. Induktionsspolen vid svänghjulet alstrar en låg växelspänning, ca 12 till 30 volt beroende på motorns varvtal. Spänningen likriktas och moduleras för att driva övriga funktioner i kretsen och ger energi till att driva lysdioden vid mätbryggan. 2. Om ljuset från lysdioden inte når fototransistorn med en viss intensitet (inverterat tröskelvärde) d.v.s. ljuset blockeras av det inblandade fargmedlet i olje/bränsle- blandningen så går motorn normalt och den kan också stannas med stoppkontakten på normalt vis.

Om ljuset från lysdioden når fototransistorn med en högre intensitet (överskrider det inverterade tröskelvärdet eller med andra ord underskrider tröskelvärdet) så ger fototransistorn en högre ström. Den ökade strömmen från fototransistorn kopplar en elektronisk strömbrytare för jordkabeln från tändsystemet till jord med påföljd att gnista uteblir på samma sätt som en mekanisk strömbrytare jordar tändsystemet. 3. Då det inte är önskvärt att slå av tändningen på samma sätt som med en mekanisk kontakt så har ytterligare en funktion byggts in i kretsen vilken är att tändningen endast bryts om varvtalet överskrider ca 4000 till 5000 varv. Normal tomgång för denna typ av motor är ca 2000 till 3000 varv. Detta innebär att motorn tex. kan 10 15 20 25 P1673 521 832 7 startas och köras på tomgång, men att ett förhöjt varvtal slår av tändningen. Detta leder till att varvtalet återigen minskar, varvid tändningen slås på igen. Med andra ord man får en högst specifik motorgång som inte misstas med andra kända felsymptom. 4. Tröskelvärdena för ljusblockering och för det varvtal där man önskar att tändningen slås av var justerbara i prototypen. I kommersiellt utförande är det mest föredraget att dessa tröskelvärden är fixerade. Det är dock också tänkbart att de skulle kunna vara manuellt justerbara och/eller elektroniskt styrda från andra motorfunktioner i mera sofistikerade kontrollsystem.

Uppfinningen är ej begränsad till de beskrivna utföringsformerna utan kan varieras inom ramen för patentkraven. Fackmannen har således inga problem med att inse att detektom kan placeras på annat ställe i bränslesystemet. Som altemativ till lysdiod kan även annan ljuskälla utnyttjas, t.ex. laser. Det är också tänkbart att utnyttja systemet och metoden enligt uppfinningen i samband med förbränningsmotorer som drivs med smörjmedelsblandat bränsle, men där smörjmedlet tillförs direkt till motom, från en smörjmedelstank och via ett pumpsystem. Främst är systemet och metoden utvecklade för små tvåtakts motorer som används för bla. motorsågar, gräsröjare och kapsågar, men kan utnyttjas i alla förbränningsmotorer som utnyttjar smörjmedelsblandat bränsle.

Systemet och metoden är vidare tillämpliga såväl för motorer med S.I. system (Spark Ignited) som för motorer med CI. system (Compression Ignited), varvid systemet inte endast kan utnyttjas inom ramen för ett tändsystem utan också kopplas till ett insprutningssystem på så sätt att bränsleinsprutningen begränsas eller förhindras då tröskelvärdet underskrids.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 Pl673 521 832 8 PATENTKRAV

1.

2. System för en förbränningsmotor (10) anordnad att drivas med ett bränsle blandat med ett Smörjmedel, k ä n n et e c k n at a v att det innefattar: - en detektor (16) anordnad att detektera förekomst av ett givet tillsatsmedel i det smörjmedelsblandande bränslet, - en elektronikmodul (24) anordnad att jämföra den detekterade förekomsten av tillsatsmedlet med ett givet tröskelvärde, samt anordnad att, då Smörjmedel ej blandats i bränslet eller doserats i bränslet i en mängd som understiger en via tillsatsmedlet gentemot tröskelvärdet korrelerad mängd, medelst en indikator (30) indikera att brist på Smörjmedel föreligger i bränslet och/eller medelst en koppling (26) till ett tänd- eller insprutningssystem (l 1) för motorn (10) förhindra eller förändra förbränningsmotoms funktion om dylik brist på

3. Smörjmedel föreligger i bränslet.

4. System enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att sagda tröskelvärde är justerbart, för korrelering mot typ av tillsatsmedel och gränsvärden för ett blandningsför- hållande mellan bränsle, smörjmedel och tillsatsmedel.

5. System enligt krav 1 eller 2, k ä n n et e c k n at a v att sagda elektronikmodul (24), via sagda koppling (26) till förbränningsmotoms (10) tändsystem (11), är anordnad att begränsa motorns (10) varvtal, företrädesvis att endast tillåta tomgång, om brist på smörjmedel föreligger i bränslet.

6. System enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att sagda tillsatsmedel är ett tillsatsmedel som förändrar, företrädesvis ökar, en elektrisk konduktivitet eller kapacitans hos blandningen av bränsle och smörjmedel, varvid sagda detektor (16) är anordnad att detektera förekomst av det givna tillsatsmedlet i det smörjmedelsblandande bränslet i termer av elektrisk konduktivitet eller kapacitans och varvid sagda tröskelvärde är ett tröskelvärde för elektrisk konduktivitet eller kapacitans.

7. System enligt krav 4, k ä n n et e c k n at a v att sagda detektor innefattar två elektroder för mätning av elektrisk konduktivitet eller kapacitans.

8. System enligt något av ovanstående krav, k ä n n et e c k n at a v att sagda tillsatsmedel är ett tillsatsmedel som förändrar en optisk egenskap hos bland- 10 15 20 25 30 35

9. P1673

10.

11. ll. 521 832 9 ningen av bränsle och Smörjmedel, varvid sagda detektor (16) är anordnad att detektera förekomst av det givna tillsatsmedlet i det smörjmedelsblandande bränslet i termer av denna optiska egenskap och varvid sagda tröskelvärde är ett tröskelvärde i termer av denna optiska egenskap. System enligt krav 6, k ä n n et e c k n at a v att sagda detektor innefattar en optisk läsare, företrädesvis i form av en lysdiod (18) och en fototransistor (20), varvid sagda tillsatsmedel företrädesvis är ett färgmedel anpassat att absorbera ljus av lysdiodens våglängd. Metod i samband med drift av en förbränningsmotor (10) som drivs med ett bränsle blandat med ett Smörjmedel, k ä n n e t e c k n a d a v att: - en förekomst av ett givet tillsatsmedel i det smörjmedelsblandande bränslet detekteras (16), - den detekterade förekomsten av tillsatsmedlet jämförs (24) med ett givet tröskelvärde, varvid det, då Smörjmedel ej blandats i bränslet eller doserats i bränslet i en mängd som understiger en via tillsatsmedlet gentemot tröskelvärdet korrelerad mängd, indikeras (30) att brist på Smörjmedel föreligger i bränslet och/eller varvid förbränningsmotoms fimktion förhindras eller förändras om dylik brist på Smörjmedel föreligger i bränslet. Metod enligt krav 8, k ä n n et e c k n a d a v att sagda tröskelvärde är justerbart, för korrelering mot typ av tillsatsmedel och gränsvärden för ett blandningsför- hållande mellan bränsle, Smörjmedel och tillsatsmedel. Metod enligt krav 8 eller 9, k ä n n et e ck n a d av att motorns (10) varvtal begränsas (26), företrädesvis att endast tomgång tillåtes, om brist på Smörjmedel föreligger i bränslet. Metod enligt något av kraven 8-10, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda tillsats- medel är ett tillsatsmedel som förändrar, företrädesvis ökar, en elektrisk konduktivitet eller kapacitans hos blandningen av bränsle och Smörjmedel, varvid detekteringen (16) av förekomst av det givna tillsatsmedlet i det smörjmedelsblandande bränslet äger rum i termer av elektrisk konduktivitet eller kapacitans och varvid sagda tröskelvärde är ett tröskelvärde i termer av elektrisk konduktivitet eller kapacitans. Pröva 521 832 10

12. Metod enligt något av kraven 8-1 1, k ä n n et e c k n a d a v att sagda tillsats- medel är ett tillsatsmedel som förändrar en optisk egenskap hos blandningen av bränsle och smörjmedel, varvid detekteringen (16) av förekomst av det givna tillsatsmedlet i det smörjmedelsblandande bränslet äger rum i termer av denna optiska egenskap och varvid sagda tröskelvärde är ett tröskelvärde i termer av denna optiska egenskap.