NL8102731A - Inrichting voor het voorverwarmen van brandstof bij dieselmotoren. - Google Patents

Description

T*tj/EA/l-Schell INRICHTING VOOR HET VOORVERWARMEN VAN BRANDSTOF BIJ DIESELMOTOREN.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het voorverwarmen van brandstof bij dieselmotoren met een inspuitpomp.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een 5 inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarmee op economische en gestuurde respektievelijk gecontroleerde wijze de brandstof voorverwarmd kan worden, in het bijzonder ook bij de koude start van dieselmotoren, waarbij oververhitting op zekere wijze wordt vermeden. Bovendien 10 moet deze inrichting ook naderhand gemakkelijk ingebouwd kunnen worden.

Om dit doel te bereiken wordt in het bijzonder volgens de uitvinding voorgesteld, dat als warmtebron een met een temperatuurregelinrichting verbonden elektrische ver-15 warming dient, die in het brandstof kanaal voor het hoge druk-deel van de inspuitpomp en vlak daarbij is aangebracht. De verwarming kan bij deze inrichting volgens de uitvinding op gunstige wijze zeer nauwkeurig werken, zodat in het bijzonder oververhitting zeker kan worden vermeden. Tegelijkertijd 20 treedt echter bij de koude start een snelle en door de plaatsing nabij de inspuitpomp ook een effectieve verwarming op, die de koude start begunstigd. Bovendien is door de voorver-warming van de brandstof een aanzienlijke brandstofbesparing mogelijk.

25 Bij voorkeur omvat de verwarming een verwarmings- staaf, die zich in een gedeelte van de toevoerleiding voor de brandstof bevindt, bij voorkeur direkt voor het hoge druk deel. Een dergelijke verwarmingsstaaf kan eenvoudig ,in de brandstoftoevoerleiding worden aangebracht en waarborgt in 30 het bijzonder direkt voor het hoge druk deel een effectieve en vanwege de nog slechts korte weg naar de inspuitplunjer ook verliesarme verwarming van de brandstof.

Bij een uitvoering van de uitvinding is de verwar- 81 0 2 7 3 1 -2-.

I i mingsstaaf binnen een bij voorkeur spiraalvormige stromings-geleiding voor de brandstof aangebracht. Zonder de toevoer van de brandstof in wezenlijke mate te beïnvloeden, treedt daardoor ter plaatse van de verwarmingsstaaf een verlenging 5 van het brandstofkanaal op, zodat ook bij relatief korte verwarmings staven een intensieve verwarming optreedt.

Het is doelmatig wanneer de stromingsgeleiding door een de verwarmingsstaaf omvattende schroefdrukveer of een dergelijk spiraalvormig, element wordt gevormd, dat ongeveer 10 tegen de binnenwand van het dit omgevende toevoerleidingge-deelte aanligt. Door een dergelijke schroefdrukveer of dergelijke kan het spiraalkanaal op bijzonder eenvoudige wijze worden gevormd.

De elektrische verwarmingsinrichting wordt bij voor-15 keur aangevuld door een aan de koelkringloop van de motor aangesloten vloeistof hulpverwarming. In de vloeistofkringloop van het motorkoelsysteem is in grote hoeveelheden overtollige warmte beschikbaar bij een temperatuur die zonder meer gebruikt kan worden voor het voorverwarmen van de brand-20 stof. Daardoor kan elektrische energie worden bespaard. Na het bereiken van de bedrijfstemperatuur van de motor kan de elektrische verwarming geheel uitgeschakeld worden, zodat deze volgens de uitvinding alleen nog in de warmloopfase nodig is.

25 Deze vloeistofverwarming heeft bij voorkeur het in conclusie 8 geformuleerde kenmerk. Zodra in de vloeistof-kringloop de openingstemperatuur van de eerste thermostaat wordt bereikt, opent deze de vloeistoftoevoer naar de verwarmingsinrichting.

30 Daar de openingstemperatuur van deze thermostaat boven de uitschakeltemperatuur van de elektrische verwarming ligt, wordt op zekere wijze gewaarborgd, dat bij vloeistofverwarming de elektrische verwarming volledig is uitgeschakeld. Daar voor het bereiken van de openingstemperatuur de thermos-35 taat gesloten is, wordt vermeden dat vloeistof met een lagere temperatuur door de verwarmingsinrichting circuleert, waardoor anders de verwarmingsinrichting gekoeld zou worden en extra elektrische energie verbruikt zou worden.

81 0 2 7 3 1

4· V

-3-

Deze inrichting omvat verder op gunstige'wijze het kenmerk van conclusie 9. Op deze wijze wordt oververhitting van de brandstof vermeden.

Een tweede thermostaat aan de uitgang van de 5 verwarmingsinrichting kan op gunstige wijze de zich daar instellende temperatuur regelen, waarbij de beide genoemde thermostaten constructief verenigd kunnen zijn, om de fabricage- en montagekosten te reduceren.

Bij voorkeur wordt bij de inrichting volgens de 10 uitvinding met het kenmerk van conclusie 12 de overtollige brandstof, die vrij komt bij het hoge druk deel van dein-spuitpomp weer in de kringloop van de inspuitpomp gevoerd. Het overschot van de in de elektrische verwarming voorverwarmde brandstof, dat niet in de motor ingespoten wordt, 15 wordt op deze wijze zonder dat dit teruggevoerd wordt naar de brandstoftank direkt weer aangezogen en opnieuw aan de elektrische verwarming en het hoge druk deel van de pomp toegevoerd. Een aanzienlijk deel van de brandstof wordt dus in verwarmde toestand in de kringloop gebracht, waar-20 dooreen groot gedeelte van het verwarmingsvermogen bespaard kan worden. De overdrukklep zorgt in de terugvoer-leiding en in het hoge druk deel van de ' inspuitpomp de voor een goede werking van de inspuitpomp noodzakelijke tegendruk.

25 In de tekeningen is de uitvinding als voorbeeld en schematisch weergegeven.

Fig.1 toont een axiale doorsnede van een uitvoeringsvorm van de verwarmingsinrichting volgens de uitvinding met elektrische verwarming.

30 Fig.2 toont een schematische voorstelling van de brandstofverzorging van een dieselmotor met een verwarmingsinrichting volgens fig.1.

Fig.3 toont een met fig.1 overeenkomende doorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van de verwarmings-35 inrichting met elektrische verwarming en vloeistofhulpver-warming.

Fig.4 toont een met fig.2 overeenkomende schema- 8102731 + ^ -4- tische voorstelling van de brandstofverzorging van een dieselmotor, echter met terugvoer van de overtollige brandstof aan de inspuitpomp.

Een inrichting 1 volgens de uitvinding voor het 5 voorverwarmen van brandstof (fig.1) is in de brandstof-toevoer van een reservoir 2 naar de motor 3 aangebracht (zie fig.2). In het bijzonder is daarbij de inrichting 1 voor het hoge druk deel 4 van de in zijn geheel met 5 aangegeven inspuitpomp en vlak daarbij aangebracht. In de 10 brandstof toevoerleiding 7 bevindt zich voor de inrichting 1 volgens de uitvinding nog een filter 6 en bovendien is in deze brandstoftoevoerleiding 7 nog de in de inspuitpomp 5 ingebouwde transportpomp 8 aangebracht.

Daar de kapaciteit van de pomp 8 ongeveer op 15 de maximale behoefte van de motor 3 is afgestemd, wordt in het deellastgebied of bij het stationair lopen van de motor teveel brandstof getransporteerd, waarbij dan de overtollige brandstof door middel van de met streeplijnen aangegeven leiding 9 teruggevoerd wordt van het filter 6 20 naar het reservoir 2. Door de opstelling van de inrichting 1 volgens de uitvinding direkt bij het hoge druk deel 4 van de inspuitpomp 5 wordt met zekerheid het deel van de toegevoerde hoeveelheid brandstof verwarmd, dat ook aan de motor 3 wordt toegevoerd. Daardoor wordt ook de toege-25 voerde verwarmingsenergie bijzonder gunstig benut. Bovendien kan daartoe nog bijdragen, dat de inrichting 1 een isolatiemantel of dergelijke heeft. Eventueel kan deze ook in het huis 10 van de inspuitpomp zijn geïntegreerd.

In het deellastgebied van de motor, wanneer de 30 inspuitpomp 4 met verminderd vermogen loopt, wordt niet de totale hoeveelheid door het hoge druk deel 4 van de inspuitpomp toegevoerde brandstof in de motor 3 ingespoten,

In het hoge druk deel 4 komt dus overtollige brandstof vrij. Deze wordt via een terugvoerleiding 11 , die aangesloten is 35 aan de leiding 9, teruggevoerd naar de brandstoftank 2.

8102731 -5- «A <

De in fig.l getoonde uitvoeringsvorm van een inrichting 1 volgens de uitvinding kan in het bijzonder als inbouweenheid, echter ook als verwisselbaar tussen-buisdeel of dergelijke zijn uitgevoerd. Deze omvat een 5 huis 12 met een doorlaatkanaal 13, dat een inlaatopening 14 en een uitlaat 15 heeft. In het doorlaatkanaal 13 is een verwarmingsstaaf 16 aangebracht, die via elektrische toevoer leidingen 17 wordt bediend. De verwarmingsstaaf 16 is in een spiraalvormige stromingsgeleiding voor de brand-10 stof aangebracht, waarbij in het uitvoeringsvoorbeeld deze stromingsgeleiding gevormd wordt door een de verwarmingsstaaf 16 omvattende schroefdrukveer 18. Deze ligt ongeveer tegen de binnenwand 19 van het doorlaatkanaal 13 aan. Tussen de afzonderlijke windingen van de schroefdruk-15 veer 18 wordt dus een spiraalkanaal gevormd, waar de bij de inlaatopening 14 naar binnen komende brandstof doorheen wordt geleid. Daardoor bereikt men bij een relatief korte axiale afstand en daardoor ook bij een zeer korte bouwwijze van de inrichting 1 een verlenging van de stromingsweg 20 voor de brandstof, zodat deze gelijkmatig wordt verwarmd. In fig.l is nog goed te zien, dat de uitlaat 15 van het doorstroomkanaal 13 door een ongeveer radiale boring aan het einde van het doorlaatkanaal 13 wordt gevormd. De verwarmingsstaaf 16 is bevestigd aan een schroef 20, die in 25 een axiaal schroefdraadgedeelte van het doorlaatkanaal 13 . is geschroefd.

De bij de inrichting 1 behorende temperatuur-regelinrichting 21 omvat een thermostaat 22, die zich ter plaatse van de uitlaat 15 en daardoor ook de brandstofin-30 laat van de inspuitpomp 5 (fig.2) bevindt. Door deze opstelling wordt de temperatuur van de verwarmde brandstof aan het einde van de verwarmingsweg en daardoor ook ongeveer op de plaats, waar de brandstof zijn hoogste temperatuur heeft, gemeten. In de praktijk is gebleken, dat ver-35 warming van de brandstof tot ongeveer 60°C, in het bijzonder voor de koude start gunstig werkt en dat daaruit een 8102731 * t -6- meer spaarzaam en rookarm loopgedrag van de dieselmotor resulteert. Anderzijds moet er echter op worden gelet, dat dieselbrandstof bij ongeveer 80°C begint te verdampen. Deze bovengrens van de temperatuur mag dus met zekerheid 5 niet worden bereikt, omdat anders bedrijfsstoringen van de motor op zouden treden. Bij de inrichting 1 volgens de uitvinding ligt de werktemperatuur van de thermostaat 22 bij ongeveer 60°C, waarbij de beide werktemperaturen, waarbij de verwarmingsstaaf 16 in- resp. uitgeschakeld wordt, 10 relatief dicht bij elkaar liggen. Bij voorkeur liggen deze ongeveer 1°C uiteen. Daardoor wordt een zeer nauwkeurige handhaving van de gewenste verhittingstemperatuur van de brandstof bereikt. Volgens een eenvoudige uitvoeringsvorm welke in fig.1 wordt getoond, dient als thermostaat 22 ] ;5 een bimetaalkontakt, dat de verwarmingsstaaf 16 direkt schakelt. De afstand van de schakeltemperaturen kan hierbij maximaal ongeveer 15°C bedragen. Met 23 is nog een aan-sluitklem voor elektrische verzorgingsleidingen aangegeven.

In plaats van een bimetaalthermostaat zou ook 20 een andere meetvoeler, b.v. een meetweerstand (NTC;PTC) kunnen worden aangebracht, die met een elektronische regel-schakeling wordt verbonden.

Bovendien moet nog opgemerkt worden, dat de temperatuurregelinrichting 21 doelmatigerwijze nog een 25 kontrole-orgaan, b.v. een kontrolelamp of dergelijke om vat, die in het zichtgebied van een bedieningspersoon, bij een voertuigmotor in het instrumentenpaneel, is aangebracht. Daardoor kan de juiste werking van de brandstof-voorverwarming worden gekontroleerd. De stroomverzorging 30 van de voorverwarmingsinrichting 1 geschiedt op doelmatige wijze via het kontaktslot, waarbij deze inrichting tij-ens het starten bij het voorgloeien mee wordt ingeschakeld.

Bij de eerste pompslagen van het hoge druk deel van de inspuitpomp 5 wordt dan reeds voorverwarmde dieselolie voor 35 de koude start toegevoerd, waardoor deze koude start aanzienlijk wordt vergemakkelijkt. Dit ook in het bijzonder 8102731

N» S

vanwege de plaatsing vlak voor het hoge druk deel van de inspuitpomp 5.

De gehele, bijvoorbeeld in fig.1 weergegeven voorverwarmingsinrichting 1 kan ook goed naderhand in de 5 brandstoftoevoerleiding van een dieselmotor, in het bijzon der op de in fig.2 aangegeven plaats worden ingebouwd.

In fig.3 wordt een tweede uitvoeringsvorm van de verwarmingsinrichting getoond. De met de uitvoeringsvorm van fig.1 overeenstemmende delen zijn met dezelfde 10 verwijzingscijfers aangegeven.

Ook hierbij stroomt de brandstof door een elektrische verwarmingsinrichting met een verwarmingsstaaf 16, en wel op dezelfde wijze als bij de uitvoeringsvorm van fig.1. De elektrische verwarmingsinrichting is van een 15 door de meetvoeler 22 gestuurde thermostaat voorzien, welke voor de temperatuurregeling zorgt.

Bovendien is hierbij een vloeistofhulpverwar- ming aangebracht. Een verwarmingskanaal 30 lóópt door het inhuis 12 van de verwarming^irichting heen. De stromingsrich- 20 ting is aangegeven met pijlen. Aan een inlaatnippel 31 is een toevoerslang 32 en aan een uitlaatnippel 33 een af- voerslang 34 aangesloten.

De toevoerslang 32 en de afvoerslang 34 zijn op geschikte plaatsen verbonden met de niet weergegeven 25 vloeistofkringloop van het motorkoelsysteem. Daarbij takt' de toevoerslang 32 af van een leiding 35 van de vloeistof-kringloop. Daar waar deze leiding afgetakt is , is een thermostaathuis 36 aangebracht. Hierin is een door de vloeistof in de leiding 35 omspoeld uitzettingslichaam 37 30 opgenomen, dat bij verhoging van de temperatuur een klep-stang 38 naar beneden beweegt. Op de klepstang 38 zijn een eerste klepschijf 39 (boven) en een tweede klepschijf 40(onder) aangebracht. De klepschijf 39 werkt samen met een daarboven liggende klepzitting, terwijl de tweede 35 klepschijf 40 samenwerkt met een daaronder liggende klepzitting.

Bij een lage koelvloeistoftemperatuur staat de 81 0 2 7 3 1 -8- >*· V, eerste klepschijf 39 in de gesloten stand en de tweede klepschijf 40 in de open stand. Wanneer de koelvloeistof-temperatuur op begint te lopen, dan beweegt de klepstang 38 naar beneden. Bij een eerste lage temperatuur opent de 5 eerste klepschijf 39 zich en deze blijft bij hogere temperaturen geopend. Bij een daarboven liggende tweede temperatuur sluit de tweede klepschijf 40. In de tweede klepschijf 40 is een smooropening 41 aangebracht, die in de gesloten toestand van de tweede klepschijf 40 een gesmoor- 10 de doorstroming toelaat.

De weergegeven thermostaatinrichting is ter aanpassing aan de uitvoering van de elektrische thermostaat 22 van de verwarmingsinrichting zodanig gedimensioneerd, dat de eerste klepschijf 39 opent bij een temperatuur, die 15 ligt boven de uitschakeltèmperatuur van de elektrische thermostaat 22. In de warmloopfase van de motor wordt dientengevolge uitsluitend elektrisch verwarmd. Een afkoeling van de verwarmingsinrichting veroorzakende vloëistofstro-ming door het verwarmingskanaal 30 wordt daarbij vermeden. 20 Wanneer de eerste klepschijf 39 opent, wordt via het verwarmingskanaal 30 de verwarmingsinrichting bij een temperatuur verwarmd, die met zekerheid de elektrische verwarming uit doet schakelen. Bij het continue bedrijf van de motor zal dus het elektrische verwarmingsver'mogen niet meer no- 25 dig zijn.

Een te hoge temperatuur van de verwarmingsinrichting moet bij voorkeur ter vermijding van dampbellen in de verwarmde brandstof worden vermeden. Daardoor sluit de tweede klepschijf 40 van de thermostaat bij een tempera-30 tuur, die boven de gewenste werktemperatuur ligt terwijl daarbij nog slechts een geringe doorstroming door de smooropening 41 toegelaten wordt, welke de verwarmingsinrichting in voldoende mate verhit, waarbij eventueel de elektrische verwarming voor een nauwkeurige regeling van de 35 temperatuur extra wordt bijgeschakeld.

Op niet weergegeven wijze zouden de thermostaten 39 en 40 afzonderlijk uitgevoerd kunnen worden. De bij de fii ^ * - - ..

'1>' - .. *1 V *» -9- lage temperatuur afsluitende thermostaat 39 wordt dan aangebracht op de in de figuur getoonde aftakking van de toevoerslang 32 uit de leiding 35 van de vloeistofkring-loop. De bij de bovenste temperatuur sluitende tweede ther-5 mostaat (overeenkomend met de tweede klepschijf 40) wordt dan op gunstige wijze aangebracht aan de uitlaat van het verwarmingskanaal 30 van de verwarmingsinrichting, dus bijvoorbeeld ter plaatse van de uitlaatnippel 33 resp. in de afvoerslang 34. Deze thermostaat kontroleert de tempera-10 tuur in de verwarmingsinrichting. Bij deze opstelling kan de smooropening 41 vervallen, omdat bij het dalen van de vloeistoftemperatuur nabij de tweede thermostaat deze de doorlaat direkt weer vrijgeeft.

Op deze wijze kan in aanzienlijke mate elek-15 trische verwarmingsenergie worden bespaard, die alleen nog bij de koude start van de motor noodzakelijk is, wanneer het koelmiddel van de motor nog niet zijn bedrijfstempera-tuur heeft bereikt.

In fig.4 is een uitvoeringsvorm van de brand-20 stoftoevoer weergegeven, waarmee de benodigde verwarmings energie, in het bijzonder de elektrische verwarmingsenergie verder kan worden verminderd.

Bij de gebruikelijke uitvoering van de inspuit-pomp 5 volgens het Bosch-principe, wordt de regeling van 25 de inspuitpomp geregeld door verdraaiing van de hoge druk zuigers in het hoge druk deel 4. Bij- deellast komt een aanzienlijke hoeveelheid overtollig brandstof vrij, die afgevoerd moet worden. Andere gebruikelijke inspuitpomp-constructies geven in aet deellastgebied eveneens over-30 tollige brandstof af, die afgevoerd moet worden.

Volgens de uitvoeringsvorm van fig.4 wordt de overtollige brandstof niet, zoals bij de eenvoudiger uitvoeringsvorm van fig.2 met de afvoerleiding 11 naar de brandstoftank teruggevoerd, maar door middel van een terug-35 voerleiding 111 naar een T-stuk 130 in de aanzuigleiding 7 van de transportpomp 8 gevoerd. De reeds verwarmde overtollige brandstof uit het hoge druk deel 4 van de inspuit- 81 02 73 1 -10- 'v w pomp wordt daardoor in de nog verwarmde toestand weer teruggevoerd door de transportpomp 8 van de verwarmingsinrich-ting 1, waardoor warmteverliezen worden vermeden.

Voor het handhaven van de voor het bedrijf nood-5 zakelijke tegendruk in het hoge druk deel 4 is in de terugvoerleiding 111 een veerbelaste, zich in de pijlrich-ting openende overdrukklep 131 aangebracht. De veer van de overdrukklep is ingesteld op de voor het bedrijf noodzakelijke tegendruk en zorgt bijvoorbeeld voor het openen van 10 de klep boven een tegendruk van 0,5 Bar.

Bij voorkeur is op niet weergegeven wijze de overdrukklep 131 constructief met het T-stuk 130 verenigd.

Op deze wijze kunnen fabricagekosten en montagetijden worden gereduceerd.

8102731

Claims (13)

1. Inrichting voor het voorverwarmen van brandstof voor dieselmotoren met inspuitpomp, waarbij de inrichting een warmtebron omvat, met het kenmerk, dat als warmtebron een met een temperatuurregelinrichting(21)verbonden . 5 elektrische verwarming dient, die in de stromingsweg van de brandstof direkt voor het hoge druk deel (4) van de inspuitpomp (5) is aangebracht.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verwarming een verwarmingsstaaf (16) omvat, 10 die zich binnen een toevoerleidinggedeelte voor de brandstof bevindt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de verwarmingsstaaf (16) in een bij voorkeur — spiraalvormige stromingsgeleiding voor de brandstof is 15 aangebracht.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de stromingsgeleiding gevormd wordt door een de verwarmingsstaaf (16) omgevende schroefdrukveer (18) of een dergelijk spiraalelement wordt gevormd, dat bij- 20 voorbeeld tegen de binnenwand (19) van het omgevende toevoerleidinggedeelte aanligt.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de temperatuurregelinrich-ting (21) een thermostaat (22) omvat, die nabij de‘verwar- 25 mingsstaaf (16) resp. de doorstroomruimte, bij voorkeur nabij de brandstofinlaat van de inspuitpomp (5) is aangebracht.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze een isolatiemantel 30 omvat.

7. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in het huis (12) van de -verwarmingsinrichting een verwarmingskanaal (30) is aangebracht, dat met een thermostatische temperatuurregeling 35 aangesloten is aan de vloeistofkringloop (35). 81 0 2 7 3 ί -12- v i·

8. Inrichting volgens conc-usie 7, met het kenmerk, dat in de vloeistoftoevoer (32) van de verwar-mingsinrichting nabij de aftakking uit de vloeistofkring-loop (35) een boven de uitschakeltemperatuur van de elek- 5 trische verwarming (16) openende eerste thermostaat (39) is aangebracht.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat een de vloeistof-doorlaat (13) door de ver-warmingsinrichting bij een boven de openingstemperatuur 10 van de eerste thermostaat (39) liggende temperatuur sluitende tweede thermostaat(40) is aangebracht.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de tweede thermostaat (40) in de vloeistof-afvoer van de verwarmingsinrichting is aangebracht.

11. Inrichting volgens conclusie .9, met het kenmerk, dat beide thermostaten (39,40) constructief zijn verenigd, waarbij de tweede thermostaat (40) een bij de gesloten stand resterende gesmoorde doorlaat (41) omvat.

12. Inrichting volgens een van de voorgaande 20 conclusies, met het kenmerk, dat de terugvoerleiding (11) van het hoge druk deel (4) van de inspuitpomp (5) een in de terugvoeropening openende veerbelaste overdrukklep (31) omvat en aan het einde via een T-stuk (30) in de aanzuigleiding (7) van de transportpomp (8) uitmondt.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de klep (31) constructief geintegreerd in het T-stuk (30) is uitgevoerd. r i p FS “Ί =r ’ ; 'J L ! -'i 'j