DK156231B - Fremgangsmaade og apparat til tilfoersel af braendstof og luft til en forbraendingsmotor - Google Patents

Description

DK 156231 B

Opfindelsen angâr en fremgangsmâde af den i krav l's indledning angivne art og et apparat ifolge indledningen til krav 6 eller 10 til tilforsel af brændstof og luft til en forbrændingsmotor.

Der kendes fremgangsmâder for tilforsel af brændstof og luft til en 5 forbrændingsmotor, ved hvilke fremgangsmâder forbrændingsmotoren indsuger forbrændingsluft gennem et indsugningsror, i hvilket der er anbragt et drovlespjæld. Drovlespjældet er sâ forbundet med en gaspedal, sà at drovlespjældets àbningsgrad bestemmer storrelsen af indsugningsrorets frie stromningstværsnit og sâledes mængden af den 10 indsugede luft. En forogelse eller formindskelse af forbrændingsmoto-rens omdrejningstal styres sâledes af drovlespjældets stilling. Ved de kendte fremgangsmâder foretages en mâling af den af drovlespjældets stilling bestemte forbrændingsluftmængde, der som indgangsstarrelse tilferes en separat styrekreds. Denne styrekreds 15 bestemmer sâ i afhængighed af denne indgangsstorrelse den brændstofmængde, der skal tilfores motoren ved hjælp af en indsprejtningsdyse for at tilvejebringe tilstrækkelige driftsbetingelser for forbrændingsmotoren. Ved disse kendte fremgangsmâder arbejdes der sâledes i afhængighed af den mængde 20 forbrændingsluft, som indsuges i motoren, og man regulerer passende dertil den nodvendige brændstofmængde. Ved kendte indretninger til udovelse af disse fremgangsmâder er der regnet i stremningsretningen for drovlespjældet anbragt en luftmængdemâler, der tjener til at konstatere den i motoren indsugede luftmængde. Denne luftmængdemâler 25 afgiver enten en mekanisk eller en elektrisk indstillingsværdi, der tilfores en tilsvarende styreindretning. Uafhængigt af styreindretningen og uafhængigt af drovlespjældet frembringer en brændstofpumpe et passende brændstoftryk i en regnet i stromnings-retningen foran indsprejtningsventilen anbragt brændstofledning.

30 Dette brændstoftryk ligger uafhængigt af driftsbetingelserne pâ en konstant værdi. Styreindretningen samvirker pâ mekanisk eller elek-tronisk mâde med indsprejtningsventilen og bestemmer dennes âb-ningstid i afhængighed af den indsugede luftmængde. Disse kendte fremgangsmâder er sâledes baseret pâ den tanke, at man i afhængighed 35 af en motordriftssterrelse (indsuget luftmængde) skal regulere en anden driftssterrelse (nedvendig brændstofmængde). De kendte indretninger til udovelse af disse fremgangsmâder er sâledes altid base-

DK 156231 B

2 ret pâ en luftmængdemâling, der via styreindretningen pâvirker âbningstiden for en indspraj tningsventil, ved hjælp af hvilken der indspraj tes et ved et konstant tryk foreliggende brændstof. Selve brændstofpumpen og brændstoffets tryk i brændstofledningen deltager 5 sâledes ikke umiddelbart i denne fremgangsmâde. Disse kendte fremgangsmâder har en række tungtvejende ulemper. Den til udavelse af disse fremgangsmâder nadvendige luftmængdemâler er særdeles kom-pliceret og sârbar og muliggar ikke en fejlfri mâling af indsuget forbrændingsluft, idet svingninger i luftemperaturen og pâvirkninger 10 som falge af stramningsforhold, der kan ændre sig, ikke kan udeluk-kes. Specielt er en najagtig mâling af luftmængden og en tilsvarende dosering af brændstofmængden næppe mulig ved tomgang og maksimalt omdrejningstal for forbrændingsmotoren. Endvidere pâvirker den an-vendte luftmængdemàlers træghed styringens reaktionstid, hvorved der 15 bliver taie om en ikke ubetydelig driftstid for motoren, fx ved accélération, eller nâr man slipper gaspedalen, i hvilken den indsprajtede brændstofmængde stâr i et uansket forhold til den mængde luft, der indsuges af motoren. Alt i ait er de indretninger, der tjener til udavelse af de kendte fremgangsmâder for tilfarsel af 20 brændstof og luft til en forbrændingsmotor yderst komplicerede, hvorved ikke blot fremstillingsomkostningerne, men ogsâ vedligeholdelsesudgifterne bliver betragteligt foraget.

Der kendes ogsâ fremgangsmâder for tilfersel af brændstof og luft til en forbrændingsmotor, ved hvilke forbrændingsluften ved hjælp af en 25 kompressor bibringes et tilsvarende tryk. Kompressoreme arbejder imidlertid enten helt adskilt fra forbrændingsmotorens omdrejningstal eller er direkte forbundet med forbrændingsmotorens krumtapaksel, sâ at de i indsugningsraret frembringer et bestemt lufttryk, der ikke er i overensstemmelse med den af forbrændingsmotoren indsugede luft-30 mængde. Det er altsâ ogsâ i dette tilfælde nadvendigt at styre den til forbrændingsmotoren tilfarte luftmængde ved hjælp af en med et til en gaspedal forbundet dravlespjæld. Ved disse fremgangsmâder er de til bestemmelse og indsprajtning af den nadvendige brændstofmængde nadvendige mâle- og styreprocesser yderst komplicerede og sârbare.

35 Det er ved de indretninger, der arbejder efter disse fremgangsmâder, især nadvendigt at tilfare brændstoffet til en brændstofledning under tryk ved hjælp af en separat brændstofpumpe. Disse indretninger har

DK 156231 B

3 sâledes to af hinanden uafhængige pumper, én til brændstof og én til forbrændingsluft. Virkemâden for disse to pumper kan ikke koordineres for opnâelse af et onsket forhold mellem forbrændingsluft og brændstof.

5 Fra DE-A-32 01 756 kendes en fremgangsmâde til styring af en forbrændingsmotor, ifelge hvilken forbrændingsmotoren tilferes brændstof, som ved hjælp af en ventil til indsprojtning af brændstof indsprej tes i forbrændingskanmieret. Den brændstofmængde, der skal indsprojtes, bestemmes ved hjælp af en styreenhed. Lufttilforslen til 10 forbrændingsmotoren foregâr ved hjælp af en med afgangsgasserne via et turbinehjul drevet forkompressor. I tilledningen til forbrændings-luften er der anbragt en foler for den indsugede luftmængde, og denne folers udgangssignaler tilferes styreenheden. Styreenheden beregner pâ basis af de af feleren afgivne værdier den til ehhver tid 15 nodvendige brændstofmængde. Fremgangsmâden ifolge dette kendte fremlæggelsesskrift er sâledes baseret pâ, at forbrændingsmotoren indsuger en vilkârlig luftmængde, hvis storrelse afhænger af forkompressorens omdrejningstal, og at den til denne luftmængde passende brændstofmængde sâ beregnes og tilfores.

20 Fra FR-A-22 51 710 kendes en med en kompressor forsynet forbrændingsmotor, i hvilken kompressoren er fast forbundet med motorens krumtapaksel. Motoren tilfores sâledes forbrændingsluft afhængigt af indsugningen og afhængigt af krumtapakslens omdrejningstal. Luftmængden kan bestemmes i forvejen ved hjælp af en 25 drevleventil, hvis stilling pâvirker den ved hjælp af en indsprojtningspumpe indsprojtede brændstofmængde.

Ved opfindelsen er der blevet tilvejebragt en fremgangsmâde og et apparat for tilforsel af brændstof og luft til en forbrændingsmotor, hvor der med en simpel og driftssikker virkemâde under aile drifts-30 betingelser sikres en pâlidelig tilforsel af brændstof og luft i et ensket mængdeforhold. Denne opgave loses ved fremgangsmâden ifolge opfindelsen derved, at indsugningsroret tvangsmæssigt ved hjælp af en forste, i afhængighed af den pâgældende stilling af dravlespj ældet styret pumpeindretning tilfores en forudbestemt luftmængde, og at 35 indsprojtningsventilen samtidig ved hjælp af en anden, med den

DK 156231 B

4 ferste pumpeindretning driftsforbundet pumpeindretning tilfores en til luftmængden i et fast, forudbestemt forhold stàende brændstofmængde.

Fremgangsmâden ifolge opfindelsen har væsentlige fordele sammenlignet 5 med den kendte teknik. Ved den samtidige tvangsmæssige tilforsel af brændstof og luft i et forudbestemt forhold sikres det, at forbræn-dingsmotoren til stadighed arbejder under optimale driftsbetingelser.

Pâ demie mâde opnàs det, at der foregâr en forudbestemmelig for-brænding i forbrændingskamrene, hvilket forer til, at udstodningen af 10 skadelige stoffer holder sig pà et absolut minimalt niveau.

Udstodningen af carbonhydrider ligger sâledes langt under de for ojeblikket gældende forskrifter. Ved tilforsel af en luftmængde, der svarer til den ojeblikkelige stilling af drovlespjældet, opnàs det, at motoren arbejder i afhængighed af den onskede ydelse. Tilforslen 15 af luftmængde og brændstofmængde er sâledes ikke afhængig af en af motoren selv forudbestemt indgangsstorrelse, efter hvilken der ved hjælp af en styreindretning bestemmes en anden storrelse. Derimod tilfores der ved fremgangsmâden ifolge opfindelsen tvangsmæssigt og uden hensyntagen til motorens sugning sâvel brændstof som 20 forbrændingsluft i en forudbestemt mængde og i et forudbestemt forhold.

En fordelagtig udforelsesform for fremgangsmâden ifolge opfindelsen , opnàs ved, at forholdet mellem brændstofmængde og luftmængde for-bliver konstant under forbrændingsmotorens drift. Dette konstante 25 forhold opnàs især ved accélération eller decelleration af forbræn-dingsmotoren. Forbrændingsmotorens reaktionstid ved onskede ændringer af dens omdrejningstal eller ydelse formindskes betragteligt sammenlignet med motorer, der arbejder efter de kendte fremgangs-mâder, idet motoren straks tilfores den tilstrækkelige brændstofmæng-30 de uden at skulle afvente, at motorens luftindsugningsforhold ændrer sig, for forst da at kunne foretage ny dosering af den mængde brændstof, der skal indsprojtes. Ved fremgangsmâden ifolge opfindelsen forsynes motoren ogsâ ved tomgangsbetingelser med en optimal mængde brændstof og luft sâledes, at skader pâ motoren eller en 35 forstyrrelse af motorens drift som folge af for fed eller for mager blanding bliver umulig. Som folge af det altid konstante mængdefor-

DK 156231 B

5 hold kan der ogsâ opnâs et ekstrerat lavt brændstofforbrug, idet forbrændingsmotoren under ingen omstændigheder tilfares mere brændstof end nadvendigt for en optimal forbrænding. Ogsâ ved maksimale omdrejningstal for forbrændingsmotoren vil motoren arbejde 5 under optimale betingelser, sâ at en beskadigelse som falge af for mager blanding og den som falge deraf optrædende overhedning af motoren pâ absolut sikker màde undgâs.

Fremgangsmâden ifalge opfindelsen kan fordelagtigt ogsâ være sâledes, at forholdet mellem brændstofmængde og luftmængde er indstillet pâ en 10 federe værdi indtil opnâelse af en forudbestemt motortemperatur. En forbrændingsmotor, der drives i overensstemmelse med denne fremgangsmâde har en udtalt fordelagtig koldstartopfarsel og ligeledes fordelagtige egenskaber ved karsel i kold tilstand. Det er sâledes især fordelagtigt, at der indtil opnâelse af den 15 forudbestemte motortemperatur under aile driftsbetingelser, dvs. sâvel i tomgangsfasen som ved hajere omdrejningstal tilfares brændstof og luft i mængder, der til stadighed har et konstant forhold. Derved sikres pâ den simpleste mâde en optimal motorfuriktion, og faren for, at motoren gâr i stâ, eller at 20 tændrarene tilsodes som falge af pludselige ændringer af blandingsforholdet, udelukkes.

Fremgangsmâden ifalge opfindelsen er med fordel ogsâ sâledes, at den totale mængde brændstof og luft og dravlespjældets stilling er direkte proportionale med hinanden. Dette medfarer den fordel, at 25 motoren har en til stadighed optimal indsugningsopfarsel, idet dravlespjældet til stadighed frigiver et stramningstværsnit af en starrelse, der er nadvendig for indstramning af den forudbestemte luftmængde. Der optræder sâledes i indsugningskanalen ingen af motoren forârsagede trykændringer, der ville kunne forstyrre 30 indstramningsforlabet.

En gunstig udfarelsesform for fremgangsmâden ifalge opfindelsen opnâs ogsâ ved, at forholdet mellem brændstof og luft er et stakiometrisk forhold. Det sikres sâledes, at der under aile driftsbetingelser opnâs en fuldstændig forbrænding af brændstoffet, og at de kemiske 35 processer ved forbrændingen fâr den hajest mulige virkningsgrad.

DK 156231 B

6

Ved opfindelsen er der ogsâ blevet tilvejebragt et apparat til udavelse af fremgangsmâden, og dette apparat er ejendommeligt ved en pumpeindretning, der har to koaksialt om en tænkt drejningsakse drejeligt anbragte pumpehjul, der er anbragt i separate 5 s tramningskanaler og er forsynet med samvirkende polbærerdele og danner de mod hinanden roterende dele af en drivaksellas, udelukkende til drift af pumpehjulene tjenende, separat aktiverbar elektromotor, idet det ene pumpehjul er en del af en hrændstofpumpe, hvis udlab stâr i forbindelse med mindst én indsprajtningsdyse, medens det 10 andet pumpehjul er udformet som et i omrâdet ved indsugningsraret anbragt luftkompressorhjul, og ved en driftsforbindelse mellem pumpehjulene og et indstillingsorgan, der bestemmer dravlespjældets stilling pâ en sâdan mâde, at pumpeindretningen styres i afhængighed af den pâgældende stilling af dravlespjældet, idet drejningsmomentet 15 for hvert pumpehjul er det samme, men modsat rettet, og idet de to pumpehjuls totale omdrejningstal forbliver konstant. Sâdanne pumper er principielt kendt fra USA patent nr. 4 110 059. Det grundlæggende princip for pumpen ifalge opfindelsen er tilvejebringelsen af en elektromotor, hvis indbyrdes bevægelige konstruktionsdele, der svarer 20 til en rotor og en stator i en konventionel elektromotor, begge er anbragt frit drejelige i en faststâende lejring. For at forenkle beskrivelsen af funktionsmâden bibeholdes betegnelsen stator og rotor i det falgende.

Tilfarsel af stram bevirker en drejning af rotoren og af statoren i 25 modsatte retninger, uden at der overfares drejningsmomenter til lejringer. Rotorens og statorens relative omdrejningstal bestemmes af elektromotorens opbygning, for sâ vidt som derme elektromotor falger de samme konstruktive grundprincipper som en konventionel elektromotor med faststâende stator og drejelig rotor. Ved tilsvarende kon-30 struktiv udformning af en af en drejelig rotor og en drejelig stator bestâende elektromotor vil der derfor mellem disse to dele være taie om et til stadighed konstant relativt omdrejningstal. En afbremsning af den ene af disse to dele forer til en omdrejningstalsforagelse af . den anden del. Ved pumpen ifalge opfindelsen er rotoren og statoren 35 hver især en del af et pumpehjul, idet det ene pumpehjul er en del a-f„ . en brændstofpumpe, medens det andet pumpehjul er en del af en luft-

DK 156231 B

7 kompressor. Demie pumpeindretning ifolge opfindelsen udgor sâledes en dobbeltpumpe for brændstof og forbrændingsluft. Ydelsen for henholdsvis brændstofpumpen og kompressoren fremkommer ved multi-plikation af omdrejningstallet med drej ningsmomentet. Ved drovling af 5 den ene af disse to pumper, fx ved lukning af udstromningskanalen, vil de fâ en mindre ydelse, hvilket bemærkes ved en forogelse af omdrejningstallet og en formindskelse af drej ningsmomentet. Da drej-ningsmomentet for hver af pumperne er det samme, og drejningsmo-menterne for de to pumper er modsat rettet, og da det totale omdrej-10 ningstal eller den totale hastighed for de to pumpedele i forhold til hinanden forbliver konstant, vil der ved den nævnte drovling af den ene pumpe ske en forringelse af den anden pumpes omdrejningstal og ligeledes en forringelse af drej ningsmomentet, hvorved der vil blive taie om en mindre pumpeydelse. Denne mindre pumpeydelse er direkte 15 proportional med den anden pumpes ydelse. Pumpeindretningen ifelge opfindelsen danner sâledes en indretning, der pumper to af hinanden uafhængige medier, som altid star i det samme indbyrdes mængdefor-hold. Dette mængdeforhold er uafhængigt af ydre pâvirkninger og op-retholdes under aile driftsbetingelser. Mængdeforholdet mellem brænd-20 stof og luft er sâledes kun betinget af pumpeindretningens konstruk-tion og helt fri af de pâ pumpen indvirkende driftsparametre. Allige-vel kan der opnâs en ændring af volumenforholdet ved tilsvarende mekaniske eller elektriske indvirkninger pâ hele pumpeindretningen.

Pumpeindretningen ifolge opfindelsen med den deri integrerede brænd-25 stofpumpe og forbrændingsluftkompressor udgor sâledes et system, der indeholder en systemimmanent regulering, der ikke pâvirkes af udefra kommende paramétré og specielt ikke af forbrændingsmotorens driftsværdier eller andre forstyrrende værdier. Hele apparatet for tilfarsel af brændstof og luft til en forbrændingsmotor behover 30 sâledes ingen elektronik og skal heller ikke tage hensyn til andre influerende værdier. Endvidere kan der ved et apparat ifolge opfindelsen ses bort fra samtlige yderligere konstruktive forholdsregler, som er nodvendige ved konventionelle apparater, fx til opretholdelse af en tilsvarende tomgangsopforsel for 35 forbrændingsmotoren. Det er ligeledes umuligt, at motoren, fx ved tomgang eller ved pludselig gasgivning "forsluger sig" i en for stor indsuget brændstofmængde. Ogsâ en driftsforstyrrelse som folge af en

DK 156231 B

8 ændring af forbrændingsluftens stromningsforhold, som den ved efter venturiprincippet arbejdende indstromningskanaler kan forekomme som folge af isdannelser, er helt udelukket. Som en yderligere stor fordel har det vist sig, at en synkronisering af apparatet ikke er 5 nodvendig, da dens hele driftopforsel kun afhænger af pumpeindretningens konstruktion. Forholdet mellem den forbrændingsluft og det dertil nodvendige brændstof, der skal tilfores motoren, fastlægges sâledes ved pumpeindretningens konstruktion og ændrer sig ikke i hele pumpeindretningens levetid. Der-10 ved nedsættes vedligeholdelses- og reparationsomkostningerne be- tragteligt, idet en efterjustering under ingen omstændigheder er nod-vendige. Hvis tilforslen af brændstof eller forbrændingsluft til apparatet ifolge opfindelsen forstyrres, fx som folge af, at der er tilstoppet et filter, eller dettes tværsnit er blevet reduceret, 15 forer dette kun til en formindsket ydelse for forbrændingsmotoren. Da der fx ved en formindsket brændstofmængde ogsà tilfores en til det fastlagte forhold svarende mindre forbrændingsluftmængde, er en beskadigelse af motoren helt udelukket. Den formindskede ydelse kan ogsâ let fastslàs af en uovet bruger, og ârsageme hertil kan da let 20 fjernes. En yderligere væsentlig fordel ved apparatet ifolge opfindelsen opnàs ved, at indvirkninger som lufttryk, lufttæthed og lufttemperatur, for hvilke der sædvanligvis kun vanskeligt kan kompenseres ved de kendte apparater, ikke over nogen indflydelse pâ furiktionen for pumpeindretningen ifolge opfindelsen. Eksempelvis 25 forer en ændring af luftens tæthed pâ grund af det altid konstante indbyrdes drejningsmoment for de to pumpehjul ogsâ til en tilsvarende mindre transportent brændstofmængde.

Apparatet ifolge opfindelsen for tilforsel af brændstof og luft til en forbrændingsmotor har i forhold til de kendte apparater betydelige 30 prismæssige fordele. Fremstillingsomkostningerne andrager ca. 1/3 af omkostningerne for den mest simple karburator og 1/12 af prisen for et indsprojtningssystem. Som folge af den ringe sârbarhed og det lille antal driftsvigtige konstruktionsdele formindskes sâvel antallet af som prisen for de nodvendige reservedele.

35 Endvidere udmærker apparatet ifolge opfindelsen sig ved den fordel, at det foruden brændstof indspro j tningen har en forbrændingsluftkom-

DK 156231 B

9 pressor, der pâ grund af den ovenfor beskrevne funktion er aile kendte kompressorer eller luftpumper overlegne, idet den altid kun transporterer den luftmængde, som forbrændingsmotoren har brug for.

En gunstig udformnlng af apparatet ifolge opfindelsen opnâs ved, at 5 pumpehjulene star i elektrisk forbindelse med et indstillingsorgan, der bestemmer drovlespj ældets stilling, og at indstillingsorganet har form af et med en gaspedal forbundet potentiometer. Pâ denne mâde opnâs med den simpleste konstruktion og de mindste omkostninger en kobling ved parallelforbindelse mellem drovlespjældet og 10 indstillingsorganet, der bestemmer pumpeindretningens samlede omdrejningstal. En ændring af gaspedalens stilling bestemmer sâledes ved hjælp af potentiometeret det samlede omdrejningstal, dvs. det relative omdrejningstal mellem pumpeindretningens to pumpehjul, og bevæger samtidig drovlespjældet til en tilsvarende stilling for at 15 muliggore tilstromning af den krævede forbrændingsluftmængde. Pâ denne mâde kan en forogelse eller formindskelse af forbrændingsmotorens omdrejningstal opnâs pâ en meget simpel og absolut driftssikker mâde.

En fordelagtig udformning af apparatet ifolge opfindelsen opnâs ogsâ 20 ved, at forbrændingsmotoren er udformet med en i og for sig kendt udstodsturbine, der stâr i driftsforbindelse med en generator, og at den af rotoren og statoren dannede elektromotor stâr i forbindelse med generatoren og et batteri. Ved denne udformning kan den energi, der er indeholdt i motorens udstedsgas, pâ meget simpel mâde anvendes 25 til at forsyne forbrændingsmotoren med brændstof og forbrændings luft. Generatoren kan sâledes under bestemte driftsbetin-gelser og ved tilsvarende konstruktiv udformning af forbrændingsmotoren gore en konventionel stromgenerator overflodig.

Apparatet til udovelse af fremgangsmâden ifelge opfindelsen kan ogsâ 30 være ejendommeligt ved en pumpeindretning, der har to koaksialt omkring en tænkt drejningsakse drejeligt anbragte pumpehjul, der er anbragt i separate stromningskanaler og er forsynet med samvirkende drivstremningskanaler og danner de mod hinanden bevægelige dele af en drivakselles, udelukkende til drift af pumpehjulene tjenende, separat 35 aktiverbar hydraulikmotor, idet det ene pumpehjul er en del af en

DK 156231 B

10 brændstofpumpe, hvis udl0b star i forbindelse med mindst én indsproj tningsdyse, medens det andet pumpehjul er udformet som et i omràdet ved indsugningsreret aribragt luftkompressorhjul, og ved en driftsforbindelse mellem pumpehjulene og et indstillingsorgan, der 5 bestemmer drovlespj ældets stilling pâ en sâdan mâde, at pumpeindretningen styres i afhængighed af den pâgældende stilling af drevlespj ældet, idet drejningsmomentet for hvert pumpehjul er det samme, men modsat rettet, og de to pumpehjuls totale omdrejningstal forbliver konstant.

10 Et sàdant apparat har foruden de ovenfor i forbindelse med den pumpeindretning, der danner en elektromotor, den fordel, at pumpeindretningen drives hydraulisk. En sâdan hydraulisk drift er yderst driftssikker og pâlidelïg og kan pâ simpel mâde realiseres ved hjælp af i handelen værende konstruktionsdele.

15 Apparatet ifelge opfindelsen kan fordelagtigt være udformet sàledes, at pumpehjulene stâr i hydraulisk forbindelse med et indstillingsorgan, der bestemmer drevlespjældets stilling, og at indstillingsorganet har form af en til gaspedalen koblet drevleventil. Anvendelsen af drevleventilen til ændring af 20 omdrejningstallet for den af den hydrauliske motor drevne pumpeindretning er særlig simpel, billig at realisere og absolut driftssikker. Koblingen af det af drovleventilen dannede indstillingsorgan til drovlespjældet er analog med den ovenfor beskrevne kobling af drevlespjældet til et potentiometer til 25 regulering af omdrejningstallet for den elektrisk drevne pump e indretning.

En særlig fordelagtig udferelsesform for apparatet ifelge opfindelsen opnâs ved, at forbrændingsmotoren er udformet med en i og for sig kendt udstodsturbine, der stâr i driftsforbindelse med en hydraulik-30 pumpe, og at hydraulikpumpen kan bringes i driftsforbindelse med hydraulikmotoren. Pâ denne mâde kan hydraulikmotoren drives under udnyttelse af den i udstodsgassen værende energi, sâ at anvendelsen af en ekstra hydraulikpumpe kan være unodvendig under forbræn-dingsmotorens drift.

DK 156231 B

11

En særlig simpel udformning af apparatet ifalge opfindelsen opnâs ved, at kompressorhjulet kan bringes i virkningsforbindelse med en magnetbremse, der kan aktiveres i afhængighed af forbrændingsmoto-rens topstykketemperatur. Ved start af forbrændingsmotoren, dvs. ved 5 koldstart eller under kolddriftsbetingelser aktiveres magnetbremsen og afbremser kompressorhjulet pâ tilsvarende mâde og i en vis grad, sâ at det konstruktionsbetingede mængdeforhold mellem brændstof og forbrændingsluft ændres pâ en sâdan mâde, at der i denne kolddriftsfase til stadighed er taie om et konstant forhold mellem 10 brændstof og forbrændingsluft, idet der er taie om en sterre brænd-stofmængde, end nâr pumpen er i drift uden at være afbremset.

Anvendelsen af en magnetbremse er en absolut driftssikker, slidfri og billig mulighed for under kolddriftsfasen at forage den brændstofan-del, der tilfares motoren.

15 I det falgende vil fremgangsmâden ifalge opfindelsen blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, pâ hvilken fig. 1 skematisk viser en forbrændingsmotor med en pumpeindretning ifalge opfindelsen udformet som elektromotor, fig. 2 i starre mâlestok og skematisk den som elektromotor udformede 20 pumpeindretning, fig. 3 skematisk en med en udstadsturbine forsynet forbrændingsmotor, der ogsâ er udstyret med den som elektromotor udformede pumpeindretning , fig. 4 skematisk en forbrændingsmotor, der er forsynet med en hy-25 draulisk pumpeindretning, fig. 5 skematisk og i starre mâlestok en pumpeindretning, der danner en hydraulikmotor, fig. 6 skematisk en forbrændingsmotor forsynet med en udstadsturbine og med en pumpeindretning ifalge opfindelsen, der danner en hy-30 draulikmotor, og fig. 7 et diagram, der viser reaktionstiden i afhængighed af pumpe-indretningens rotationshastighed.

Fig. 1 viser skematisk en forbrændingsmotor 1, der pâ sædvanlig mâde har en ikke-vist krumptapaksel og mindst én cylinder, i hvilken der 35 ved hjælp af en plejlstang kan bevæges et stempel. Forbrændingsmotoren 1 har pâ sædvanlig mâde et topstykke 38, i hvilket der

DK 156231 B

12 for hver af cylindrene er anbragt mindst én indsugningsventil 22 og mindst én i fig. 1 ikke vist udstodsventil samt mindst ét ligeledes ikke vist tændrar. Forbrændingsmotorens l's topstykke 38 star i forbindelse med et indsugningsror 3, i hvilket der drejeligt er 5 lejret et drevlespj æld 4. Indsugningsroret 3 har svarende til de konstruktive muligheder et egnet tværsnit. I omrâdet ved indsugningsventilen 22 er der i indsugningsreret 3 anbragt en indspre j tningsventil 2, der star i forbindelse med en brændstofledning 20, og som kan betjenes elektrisk.

10 Indsproj tningsventilen 2 danner sammen med brændstofledningen 20 en del af et brændstofforsyningssystem, der ogsâ omfatter en brændstoftank 21, et med denne i forbindelse stâende brændstoffilter 28 samt en efter brændstoffilteret indskudt brændstoftilledning 19. Brændstoftilledningen 19 er forbundet med indlobet 11 til en 15 brændstofpumpe 13, medens brændstofledningen 20 stâr i forbindelse med brændstofpumpens udleb 12. Brændstofpumpen 13 har et pumpehjul 6, der er en del af en pumpeindretning 5. Brændstofforsyningssystemet pumper sàledes brændstof fra brændstoftanken 21 til ind-sprejtningsventilen 2. Indsprej tningsventilen 2 stâr i elektrisk 20 forbindelse med en afbryder 23, der âbner den sædvanligvis som magnetventil udformede indsprojtningsventil 2 i afhængighed af âbningen af indsprejtningsventilen 22. Mængden af det indsproj tede brændstof er proportional med mængden af det af pumpehjulet 6 pumpede brændstof, der igen pâ den ovenfor beskrevne mâde stâr i sammenhæng 25 med mængden af indpumpet forbrændingsluf t. Ved det vis te udforelseseksempel bevæger trykforskellen mellem brændstofledningen 20 og indsugningsreret 3 sig i omrâdet fra 8 til 40 psi (551-2757 hPa).

Pumpeindretningen 5, der omfatter brændstofpumpehjulet 6 samt luft-30 kompressorhjulet 7 er anbragt i et tilsvarende forstorret tværsnits-omrâde af indsugningsreret 3. Foran kompressorhjulet 7 er der anbragt et luftfilter 27. Kompressorhjulet 7, der virker som stator i den af pumpeindretningen 5 dannede elektromotor, pumper en tilsvarende luftmængde ind i indsugningsreret 3. Drevlespjældet 4 stâr ligesom et 35 potentiometer 17 i forbindelse med en ikke vist gaspedal. En ændring af gaspedalens stilling bevirker en drejning af drovlespjældet 4 samt en ændret indstilling af potentiometeret 17. Potentiomeret 17's

DK 156231 B

13 stilling bestemmer pumpeindretningen 5's omdrejningstal, dvs. det relative omdrejningstal mellem de to pumpehjul 6 og 7. Dravlespjældet 4 er under forbrændingsmotorens drift sâledes sammenkoblet med pumpeindretningen 5's omdrejningstal, at dravlespjældet i indsugningsra-5 ret 3 altid frigiver et tilsvarende stramningstværsnit. Pâ topstykket 38 er der anbragt en termostat 29, der stâr i elektrisk forbindelse med en magnetbremse 18, som virker pâ kompressorhjulet 7. Nâr topstykket 38 har en temperatur, som ligger under termostaten 29's aktiveringstemperatur, tilfares magnetbremsen 18 stram og bremser 10 sâledes kompressorhjulet 7. Derved forages brændstofpumpehjulet 6's hastighed, hvilket forer til et federe forhold mellem brændstof og forbrændingsluft. Pâ denne mâde tilfares forbrændingsmotoren i kolddriftsfasen et tilsvarende blandingsforhold af brændstof og for-brændingsluft. Sâ snart topstykket 38's temperatur er steget, af-15 bryder termostaten 29 stramtilfarslen til magnetbremsen 18, sâ at de konstruktivt indstillede forhold mellem brændstof og luft bliver transporteret af pumpeindretningen 5.

I fig. 2 er der vist endnu en udfarelsesform for pumpeindretningen ifalge opfindelsen. Pumpeindretningen 5 er sammensat af brændstof-20 pumpen 13 og af kompressoren 14. Brændstofpumpen 13's pumpehjul, hvis indlab 11 er forbundet med brændstoftilledningen 19, og hvis udlab 12 er forbundet med brændstofledningen 20, er forbundet med rotoren 25 for den elektromotor, der danner pumpeindretningen 5. Statoren 24 stâr i forbindelse med kompressorhjulet 7. Pumpeindretningen har 25 endvidere polbærerdele 8a og 8b, der tjener til drift af rotor og stator. Overfaringen af den elektriske energi sker ved hjælp af slæberinge 26. Magnetbremsen 18 virker pâ den allerede beskrevne mâde pâ statoren 24 og dermed pâ kompressorhjulet 7. Kompressorhjulet 7 er omgivet af et hus 39, der har et luftindlab 15 og et luftudlab 16.

30 Luftudlabet 16 stâr pâ ikke vist mâde i forbindelse med indsugningsraret 3.

I fig. 3 er der vist endnu en udfarelsesform for fremgangsmâden ifal-ge opfindelsen til tilfarsel af brændstof for forbrændingsluft til en forbrændingsmotor. I dette eksempel er forbrændingsmotoren en i 35 enkeltheder ikke vist tung dieselmotor, der har fire skematisk viste indsprajtningsventiler 2, som stâr i forbindelse med brændstoflednin-

DK 156231 B

14 gen 20. Mellem brændstofledningen 20 og indsprej tningsventileme 2 er der anbragt en omdrejningstalsregulator 37. Fra en brændstoftank 21 tilferes brændstof gennem en brændstoftilledning 19 til en brændstofpumpe 13, der er en del af den allerede beskrevne 5 pumpeindretning, og hvis udlob 12 er forbundet med brændstofledningen 20. Pumpeindretningens stator 24 er med kompressorhjulet 7 forbundet med en som en radialturbine udformet kompressorindretning. En udstedsturbine 30 er tilsluttet til dieselmotorens ikke viste udstedsror, og denne turbine driver ved hjælp af udstodsgasserne en 10 generator 31, som star i elektrisk forbindelse med pumpeindretningens slæberinge 26. Sâledes kan generatoren 31 anvendes sâvel til fuldstændig stromforsyning af pumpeindretningen som til opladning af et ikke vist batteri. En sâledes udformet, med udstodsturbine forsynet dieselmotor behover i modsætning til de kendte motorer ved 15 overgang fra tomgang til en pludselig kommende accélération praktisk taget ingen reaktionstid og har straks til sin râdighed den nedvendige mængde forbrændingsluft og brændstof, der stâr i et optimalt forhold til hinanden. Den ved de kendte dieselmotorer velkendte négative effekt, at store mængder uforbrændt brændstof ved 20 gasgivning udskilles som sod i udstodsgassen, kan ikke forekomme ved en sâdan motor. Ogsâ den kendsgerning, at udstedsturbinen 30 ved tomgangsomdrejningstal eller ved lave omdrejningstal kun arbejder med en lille virkningsgrad, har ved anvendelse af et ekstra elektrisk batteri ingen indflydelse pâ driftsmàden for brændstof-25 lufttilforslen.

I fig. 4 er der analogt til fig. 1 skematisk vist en forbrændingsmotor, der adskiller sig fra den i fig. 1 viste forbrændingsmotor derved, at pumpeindretningen 5, der er sammensat af brændstofpumpen 13 og en kompressor med kompressorhjulet 7, ikke 30 virker som elektromotor, men som hydraulikmotor. Endvidere er pumpehjulene 6 og 7, som det detaljeret er vist i fig. 5, forsynet med tilsvarende drivstremningskanaler. I stedet for potentiometeret 17 findes der ved denne udforelsesform en drevleventil 34, der sammen med drovlespjældet 4 betjenes af en ikke vist gaspedal. Det af 35 drovlespjældet 4 frigivne tværsnit for indsugningsraret 3 svarer da til en tilsvarende âbning i drovleventilen 34 sâledes, at den ved

DK 156231 B

15 hjælp af hydraulikpumpen 26 under tryk bragte hydraulikvæske kan tilfores pumpeindretningen 5.

De to pumpehjul 6 og 7 (stromningskanaler 9 og 10), der henholdsvis tjener til pumpning af brændstof og til komprimering af 5 forbrændingsluft, danner ved de i fig. 4-6 viste udferelsesformer en hydraulikmotor 33. De to pumpehjul 6 og 7 har da pâ deres over for hlnanden beliggende flader tilsvarende drivstromningskanaler 32, gennem hvilke der kan ledes hydraulikvæske, sà at derme pumpeindretnings funktion er den samme soin den ovenfor beskrevne 10 elektropumpeindretning. Pumpeindretningen er ved denne udforelsesform udformet som en kendt radialpumpe.

I fig. 6 er der vist endnu en med den i fig. 3 viste udferelsesform analog udferelsesform for apparatet ifelge opfindelsen til tilfersel af brændstof og forbrændingsluft til en dieselmotor. Derme 15 udforelsesform adskiller sig fra den i fig. 3 viste udforelsesform derved, at den i fig. 5 beskrevne hydraulikmotor 33, der dannes af pumpehjulene 6 og 7, kommer i anvendelse. Den med forbrændingsmotoren pâ ikke vist mâde i forbindelse stâende udstedsturbine 30 driver ved denne udferelsesform en hydraulikpumpe 20 36, der forsyner hydraulikmotoren 33 med hydraulikvæske. Denne tilfersel af hydraulikvæske kan enten foregâ kun ved hjælp af hydraulikpumpen 36 eller ved hjælp af en ekstra, ikke vist separat hydraulikpumpe eller yderligere ved hjælp af et ikke vist hydraulikvæskereservoir.

25 Fig. 7 viser grafisk reaktionstiden for den elektriske pumpeindretning ifolge fig. 1-3. For at tydeliggere den fordelagtige arbejdsmâde og den overordentlig ringe reaktionstid for pumpeindretningen ifelge opfindelsen vil reaktionstiden for en speciel udferelsesform blive beregnet i det felgende. Elektromotorens 30 stator bærer da et kompressorhjul af typen AE 195-2 EBM. Effekten og reaktionstiden for elektromotoren indgâr da i folgende ligning: P Rt = 1/2 · I · W2 (I)

Her er P motorens effekt, der er 67 Watt = 6,7 kp m sek.,

DK 156231 B

16 motorens omdrejningstal er 2530 min~^, statorens omdrejningstal er 1500 min'^ (vinkelhastigheden - 157 sek. '*-).

Inertimomentet for kompressorhjulet og statoren 5 I = 4,7 · 10"^ kg m2

Rt = reaktionstiden for opnâelse af fuldt omdrejningstal.

Ved indsætning af de ovenfor angivne talværdier i ligning (1) opnâr man folgende værdi for Rt

Rt = 8,6 · 10sek.

10 I det folgende sættes ændringen af luftstremmens kinetiske energi lig med ændringen af rotationsenergien for kompressorhjulet og statoren.

Derved kontmer falgende ligning: (1/2 M · V^2 - 1/2 · M · V22) · Rt = 1/2 · I · ¥12 - 1/2 · I · ¥22 (2) 15 Her er M = massen af luftmængden pr. sekund,

Vj_ = den begyndende luftindstromningshastighed V2 = den sluttelige luftindstromningshastighed,

Rt — reaktionstiden, 20 I = inertimomentet for kompressorhjulet og statoren = den begyndende vinkelhastighed pr. sekund W2 = den sluttelige vinkelhastighed pr. sekund.

Hvis kompressorhjulets periferihastighedsforhold sættes lig med 1, fâr man: 25 V = r · ¥ (3) hvor r = kompressorhjulets storste radius (r = 0,1 m).

DK 156231 B

17

Endvidere gælder folgende ligning:

Y . A · V

M = _ (4) g 5 M = luftmasse Y = lufttætheden = 1,2 kg m"3 A = π · r2 g = 9,8 m sek."2 (tyngdeacceleration).

Ved indsætning af disse værdier og ligninger i ligning (2) fis: 10 Y-A-r-Wj^ Y-A-r-W2

Rt(l/2 _ _ (r-W2)2) :1/2-1^^-1/2-%2 g g

Her fâs, at: 2,6*1 (W12-W22) 15 Rt = _ . _ r5 Wjl3-W23

Ved anvendelse af det ovenfor nævnte kompressorhjul af type AE 195-2 EMB med r = 0,1 m og I = 4,7 · 10“^ kg m2 fremgâr reaktionstiden af fig. 7. Af de-ovenfor opstillede ligninger og af de i fig. 7 viste 20 resultater fremgâr det, at reaktionstiden ved pumpeindretningen ifelge opfindelsen er yderst kort og af sterrelsesordenen titus indedele sekunder.

Den i forbindelse med apparatet ifolge opfindelsen for tilforsel af brændstof og forbrændingsluft til en forbrændingsmotor beskrevne 25 fremgangsmâde til forogelse af brændstofandelen under kolddriftsfasen indtil opnâelse af en forudbestemt motortemperatur er ikke begrænset til anvendelse af den beskrevne magnetbremse til forringelse af kom-pressorhjulets omdrejningstal. Det er ogsâ muligt at opnâ den samme virkning ved hjælp af en tilsvarende mekanisk eller hydraulisk brem-30 seindretning.

Claims (15)

1. Fremgangsmàde til tilfarsel af brændstof og luft til en forbræn-dingsmotor (1), idet brændstoffet tilferes til mindst én ind-sprejtningsventil (2), medens forbrændingsluften tilferes i det 30 mindste ét med et drovlespjæld (4) forsynet indsugningsrer (3), kendetegnet ved, at indsugningsroret (3) tvangsmæssigt ved hjælp af en ferste, i afhængighed af den pâgældende stilling af DK 156231 B drovlespj ældet (4) styret pumpeindre tning (7) tilfores en forudbestemt luftmængde, og at indsproj tningsventilen (2) samtidig ved hjælp af en anden, med den fers te pumpeindretning driftsforbtmdet pumpeindre tning (6) tilfores en til luftmængden i et fast, 5 forudbestemt forhold stâende brændstofmængde.

2. Fremgangsmâde ifolge krav 1, kendetegnet ved, at forholdet mellem brændstofmængde og luftmængde holdes konstant under forbrændingsmotorens (1) drift.

3. Fremgangsmâde ifolge krav 1 eller 2, 10 kendetegnet ved, at forholdet mellem brændstofmængde og luftmængde indstilles pà en federe værdi, indtil man opnâr en forudbestemt motortemperatur.

4. Fremgangsmâde ifolge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved, at den samlede mængde brændstof og luft 15 og indstillingen af drovlespjældet (4) er direkte proportionalt med hinanden.

5. Fremgangsmâde ifolge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at forholdet mellem brændstof og luft er et stokiometrisk forhold.

6. Apparat til tilforsel af brændstof og luft, især efter fremgangsmâden ifolge et hvilket som helst af kravene 1-5, idet brændstoffet tilfores til mindst én indspro j tningsventil (2), medens forbrændingsluften tilfores i det mindste ét med et drovlespjæld (4) forsynet indsugningsror (3), 25 kendetegnet ved en pumpeindretning (5), der har to ko-aksialt om en tænkt drejningsakse drejeligt anbragte pumpehjul (6, 7), der er anbragt i separate stromningskanaler (9, 10) og er forsynet med samvirkende polbærerdele (8a, 8b) og danner de mod hinanden bevægelige dele af en drivaksellos, udelukkende til drift af 30 pumpehjulene (6, 7) tjenende, separat aktiverbar elektromotor, idet det ene pumpehjul (6) er en del af en brændstofpumpe (13), hvis udlob (12) stàr i forbindelse med mindst én indspro j tningsdyse (2), medens det andet pumpehjul (7) er udformet som et i omrâdet ved DK 156231 B indsugningsroret (3) anbragt luftkompressorhjul, og ved en driftsforbindelse mellem pumpehjulene (6, 7) og et indstillingsorgan, der bestemmer drovlespj ældets (4) stilling pâ en sâdan mâde, at pumpeindretningen (5) styres i afhængighed af den pâgældende stilling 5 af drovlespjældet, idet drejningsmomentet for hvert pumpehjul (6, 7) er det samme, men modsat rettet, og de to pumpehjuls (6, 7) totale omdrejningstal forbliver konstant.

7. Apparat ifolge krav 6, kendetegnet ved, at pumpehjulene (6, 7) stâr i elektrisk 10 forbindelse med indstillingsorganet, der bestemmer drovlespjældets (4) stilling.

8. Apparat ifolge krav 6 eller 7, kendetegnet ved, at indstillingsorganet har form af et til en gaspedal koblet potentiometer (17).

9. Apparat ifalge et hvilket som helst af kravene 6-8, kendetegnet ved, at forbrændingsmotoren (1) er udformet med en i og for sig kendt udstedsturbine (30), der stâr i driftsforbindelse med en generator (31), og at elektromotoren stâr i forbindelse med generatoren (31) og et batteri.

10. Apparat til tilfersel af brændstof og luft, især efter fremgangsmâden ifalge et hvilket som helst af kravene 1-5, idet brændstoffet tilfores til mindst én indsproj tningsventil (2), medens forbrændingsluften tilferes i det mindste ét med et dravlespjæld (4) forsynet indsugningsrar (3), 25 kendetegnet ved en pumpeindretning (5), der har to koak-sialt omkring en tænkt drejningsakse drejeligt anbragte pumpehjul (6, 7), der er anbragt i separate stremningskanaler (9, 10) og er forsynet med samvirkende drivstromningskanaler (32) og danner de mod hinanden bevægelige dele af en drivakselles, udelukkende til drift af 30 pumpehjulene tjenende, separat aktiverbar hydraulikmotor (33), idet det ene pumpehjul (6) er en del af en brændstofpumpe (13), hvis udleb (12) stâr i forbindelse med mindst én indsprojtningsdyse (2), medens det andet pumpehjul (7) er udformet som et i omrâdet ved indsugningsroret (3) anbragt luftkompressorhjul, og ved en DK 156231 B driftsforbindelse mellem pumpehjulene (6, 7) og et indstillingsorgan, der bestenuner drovlespjældets (4) stilling pâ en sâdan mâde, at pumpeindretningen (5) styres i afhængighed af den pâgældende stilling af drevlespjældet, idet drejningsmomentet for hvert pumpehjul (6, 7) 5 er det samme, men modsat rettet, og de to pumpehjuls (6, 7) totale omdrejningstal forbliver konstant.

10 Under disse betingelser kan kompressorhjulets effekt blive sâ stor, at der helt kan ses bort fra stremningsmodstanden i indsugningsreret. Pâ denne mâde kan der opnàs en endnu bedre til-fersel af brændstof og forbrændingsluft til forbrændingsmotoren. Hvis man ved et med et sâdant apparat ifelge opfindelsen udstyret motor-15 keretej, der pâ denne mâde kerer med fuld gas, pludseligt fjerner gassen, lukker drevlespjældet indsugningsreret praktisk tait fuld-stændigt, hvilket har til f0lge, at der hverken feres brændstof eller forbrændingsluft ind i motoren. Derved opnâr man pâ simpel mâde og uden hjælp af nogen form for styrings- eller reguleringsdele en 20 afbrydelse af motorens fremdrivning. Det er endvidere muligt at videreudforme de viste udfarelsesformer for apparatet ifolge opfindelsen sâledes, at de forskellige driftstilstande af pumpeindretningen bevirker en tilsvarende ændring af tændingstidspunktet, hvorved der kan opnâs en endnu bedre for-25 brændingskarakteristik.

11. Apparat ifelge krav 10, kendetegnet ved, at pumpehjulene (6, 7) star i hydraulisk forbindelse med indstillingsorganet, der bestenuner drevlespjældets 10 (4) stilling.

12. Apparat ifolge krav 10 eller 11, kendetegnet ved, at indstillingsorganet har form af en til en gaspedal koblet drovleventil (34).

13. Apparat ifolge et hvilket som helst af kravene 10-12, 15 kendetegnet ved, at forbrændingsmotoren (1) er udstyret med en i og for sig kendt udstsdsturbine (30), der star i drivfor-bindelse med en hydraulisk hydraulikpumpe (36), og at hydraulikpumpen (36) kan bringes i drivforbindelse med hydraulikmotoren (33).

14. Apparat ifelge et hvilket som helst af kravene 6-13, 20 kendetegnet ved, at kompressorhjulet (7) kan bringes i virkningssammenhæng med en elektrisk magnetbremse (18), der kan aktiveres i afhængighed af forbrændingsmotorens (1) topstykketempe-ratur.

15. Apparat ifelge et hvilket som helst af kravene 6-14, 25 kendetegnet ved, at den i brændstofledningen (20) ind-skudte indsproj tningsventil (2) har form af en i afhængighed af en indlebsventils (22) âbningsstilling ved hjælp af en afbryder (23) elektrisk aktiverbar indsprojtningsdyse.