DE1103079B

DE1103079B - Fuel evaporator

Info

Publication number: DE1103079B
Application number: DEM40652A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Ludwig Hockel; Dipl-Ing Karlheinz Hoseus
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1959-02-28
Filing date: 1959-02-28
Publication date: 1961-03-23

Description

Brennstoffverdampfer Die Erfindung bezieht sich auf selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum zum Betrieb mit schwerzündenden Brennstoffen, bei denen eine zusätzliche Brennstoffteilmenge in feinverteiltem Zustand in die Ansaugleitung eingeführt wird. Es hat sich bekanntlich herausgestellt, daß die Einführung einer Brennstoffteilmenge in die Ansaugleitung besonders dann eine weichere Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes bewirkt, wenn der Brennstoff in verdampftem oder vergastem Zustand in die Ansaugleitung eingebracht wird.Fuel evaporator The invention relates to self-igniting, Air-compressing internal combustion engines with fuel injection into the combustion chamber for operation with low-igniting fuels that require an additional amount of fuel is introduced into the suction line in a finely divided state. It has been known found that the introduction of a partial amount of fuel into the suction line especially then causes a smoother combustion of the injected fuel, when the fuel is introduced into the suction line in an evaporated or gasified state will.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, hierfür eine einfache und zweckmäßige Vorrichtung zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einer Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art durch die nachstehend beschriebene Ausbildung eines Verdampfers gelöst. Der erfindungsgemäße Verdampfer besteht aus einem stabförmigen Heizelement, das in einem geringen Abstand von einem Gehäuse umgeben ist, das eine dem Ansaugrohrinnern zugewandte Austrittsöffnung aufweist, wobei in den Zwischenraum zwischen Heizelement und Gehäuse an einer der Austrittsöffnung abgewandten Stelle Brennstoff im Leerlauf oder bei Teilbelastung unter Druck zugeführt und unter Luftabschluß erwärmt wird, so daß er beim Austritt in das Ansaugrohr unter Reaktion mit dem Sauerstoff in der Ansaugleitung verdampft. Diese Maßnahmen bewirken, daß das Heizelement mit einem dünnen Brennstoffilm überzogen wird, wodurch sich die erwähnte Verdampfung des Zusatzbrennstoffes unterLuftabschluß ergibt, so daß der durch dieDruckabsenkung beim Austritt entstehende Brennstoffdampf mit der Ansaugluft chemische Verbindungen bildet, welche den Zündvorgang des eingespritzten Brennstoffes erheblich verlangsamen und damit das Leerlaufnageln beim Betrieb mit zündunwilligen Brennstoffen, beispielsweise mit Benzin hoher Oktanzahl, beseitigen. Diese Erscheinung kommt dadurch zustande, daß die Drucksteigerung zeitlich nach dem 0T auftritt, so daß kein harter Druckwechsel im Triebwerk entsteht, der geräuschbildend wirken könnte. Diese Wirkung tritt ungeachtet der Tatsache ein, daß der Absolutwert der Drucksteigerung höher als beim Betrieb ohne Einführung von Brennstoffdampf in die Ansaugleitung ist.The object of the invention is to provide a simple and to create appropriate device. This object is according to the invention on a Internal combustion engine of the type mentioned by the one described below Formation of an evaporator solved. The evaporator according to the invention consists of a rod-shaped heating element, which is at a small distance from a housing is surrounded, which has an outlet opening facing the intake pipe interior, being in the space between the heating element and the housing at one of the outlet openings remote point, fuel is supplied in idle mode or under pressure under partial load and is heated in the absence of air, so that it is under when it exits into the suction pipe Reaction with the oxygen evaporated in the suction line. These measures cause that the heating element is covered with a thin fuel film, whereby the mentioned evaporation of the additional fuel results in the exclusion of air, so that the fuel vapor that is created by the pressure drop at the outlet with the intake air forms chemical compounds, which the ignition process of the injected fuel slow down considerably and thus the idle nailing when operating with unwilling to ignite Eliminate fuels such as high octane gasoline. This appearance comes about because the pressure increase occurs after the 0T, so that there is no hard pressure change in the engine that could cause noise. This effect occurs regardless of the fact that the absolute value of the pressure increase higher than when operating without introducing fuel vapor into the suction line is.

Für Brennkraftmaschinen bestimmte Brennstoffverdampfer, bei welchen der Brennstoff unter Luftabschluß erwärmt wird, sind an sich bekannt, und die Verwendung derartiger Verdampfer zur Carburierung der Dieselansaugluft ist - allgemein gesehen - vorliegend nicht als Gegenstand einer fertigen Erfindung zu werten.Fuel evaporators intended for internal combustion engines, in which the fuel is heated in the absence of air, are known per se, and the use Such an evaporator for carburizing the diesel intake air is - generally seen - Not to be considered as the subject of a finished invention in the present case.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden Wärme und Zusätzbrennstoff mindestens annähernd gleichzeitig zugeführt. Dadurch wird die sofortige Verdampfung des zugeführten Brennstoffes erreicht, ohne daß sich Rückstände bilden oder daß unverdampfter Brennstoff in das Ansaugrohr austritt.According to a further embodiment of the invention, heat and additional fuel are used fed at least approximately at the same time. This causes instant evaporation of the supplied fuel achieved without residues or that Unevaporated fuel escapes into the suction pipe.

Eine den in der Praxis zur Verfügung stehenden Mitteln am besten angepaßte Ausführung ergibt sich, wenn die Brennstoffzufuhr zum Verdampfer von einem mit der Glühkerze in Serie geschalteten Magnetventil gesteuert und wenn der dem Verdampfer zugeführte Brennstoff aus der Druckleitung zwischen Brennstoffförderpumpe und Einspritzpumpe abgezweigt wird.One that is best adapted to the means available in practice Execution arises when the fuel supply to the evaporator from one with the Glow plug in series controlled solenoid valve and if the the evaporator Fuel supplied from the pressure line between the fuel feed pump and the injection pump is branched off.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown.

Fig. 1 zeigt ein Anordnungsschema der Erfindung; Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Verdampfer im Schnitt und eine temperaturabhängige Steuerung desselben; Fig. 3 zeigt eine belastungsabhängigeSteuerung des Verdampfers.1 shows an arrangement diagram of the invention; Fig. 2 shows the evaporator according to the invention in section and a temperature-dependent control of the same; 3 shows a load-dependent control of the evaporator.

In Fig. 1 ist der Verdampfer mit 1 bezeichnet. Er ist kurz hinter dem Luftfilter2 an der Ansaugleitung3 befestigt, so daß alle Maschinenzylinder 4 verdampften Brennstoff erhalten können. Von dem Brennstoffbehälter 5 führt eine Leitung 6 zur Brennstofförderpumpe 7. Von dort führt die Druckleitung 8 zum Filter 9, von dem der filtrierte Brennstoff über die Leitung 11 zur Einspritzpumpe 12 gelangt, die den Brennstoff in üblicher Weise in die Verbrennungsräume der einzelnen Zylinder4 einspritzt. Die Leitung 10 führt von dem Filter 9 zu dem Verdampfer 1, der hierdurch mit Brennstoff versorgt wird. Von dem Filter 9 führt eine Überströmleitung 13 zum Brennstoffbehälter 5 zurück, vor die ein nicht dargestelltes Überströmventil geschaltet ist, das bewirkt, daß die Leitungen 8, 10 und 11 unter Druck stehen. Von der Anlasserbatterie14 führt eineLeitung15 zumThermostat 16, der durch die Leitung 17 mit dem Verdampfer 1 verbunden ist. An die Stelle des Thermostaten 16 kann auch ein leistungsabhängiger Schalter 50 (vgl. Fig. 3) treten. Von dem Verdampfer 1 führt die Leitung 18 zur Batterie 14 zurück. Die Leitung 18 kann auch durch die Metallteile der Maschine und des von ihr angetriebenen Fahrzeuges gebildet werden.The evaporator is denoted by 1 in FIG. 1. He's just behind attached to the air filter 2 on the suction pipe 3 so that all of the engine cylinders 4 can receive vaporized fuel. From the fuel tank 5 leads a Line 6 to the fuel feed pump 7. From there the pressure line 8 leads to the filter 9, from which the filtered fuel reaches the injection pump 12 via line 11, which the fuel in the usual way in the combustion chambers of the individual cylinders4 injects. The line 10 leads from the filter 9 to the evaporator 1, which thereby is supplied with fuel. From the filter 9, an overflow line 13 leads to Fuel tank 5 back, connected in front of an overflow valve, not shown which causes lines 8, 10 and 11 to be under pressure. Of the Starter battery 14 A line 15 leads to the thermostat 16, which is connected through the line 17 to the evaporator 1 is connected. Instead of the thermostat 16, a power-dependent Step switch 50 (see FIG. 3). From the evaporator 1, the line 18 leads to Battery 14 back. The line 18 can also pass through the metal parts of the machine and the vehicle driven by it.

In Fig. 2 ist das Heizelement der Stabglühkerze 20 mit 21 bezeichnet. Es ist von einem Gehäuse 22 umgeben, das eine dem Ansaugrohrinneren23 zugewandte drosselnde Austrittsbohrung 24 aufweist und das Heizelement 21 mit geringem Zwischenraum 25, der 1/1o bis 2/1o mm betragen kann, umgibt. Die Größe der Bohrung 24 ist so gewählt, daß die austretende Brennstoffmenge je nach dem von der Brennstofförderpumpe 7 gelieferten Druck und je nach der von der Einspritzpumpe 12 geförderten Menge etwa 2 bis 8% der Einspritzmenge beträgt. Die Größe des Heizelementes 21 und des Zwischenraumes 25, ebenso wie die Größe der Bohrung 24 sind der Menge des zu verdampfendenZusatzbrennstoffes angepaßt. An derSeite des Heizelementes 21, die der Austrittsbohrung 24 abgewandt ist, befindet sich die Erweiterung 26, in welche die Brennstoffzuführungsbohrung 27 mündet, die von dem Magnetventil 19 gesteuert wird. Diese Bohrung kann durch den Ventilkegel 28 verschlossen werden, der von der Druckfeder 29 auf die Sitzkante 30 gepreßt wird. Der Ventilkegel 28 befindet sich in einem Raum 31, der mit Hilfe des Ringlötstückes 32 und der Hohlschraube 33 mit der Leitung 10 verbunden ist. Der Raum 31 wird durch das Schraubstück 34 abgeschlossen, das die Stopfbüchse35 und die Magnetspule 36 enthält, die auf den mit dem Ventilkegel 28 verbundenen Magnetkern 37 wirkt. Die Eingangsklemme 38 der Magnetspule 36 ist mit der Leitung 17, die Ausgangsklemme 39 über die Leitung 40 mit dem einen Pol 41 des elektrischen Heizelementes 21 verbunden, an dessen anderen Pol 42 die Leitung 18 angeschlossen ist. DieTeile 28 bis 39 bilden das Magnetventil 19. Die Leitungen 15 und 17 werden durch den Schalter 43 verbunden oder getrennt, der von der Geberdose 44 des Thermostaten 16 betätigt wird, dessen Wärmefühler45 sich in der Brennraumwand46 befindet.In FIG. 2, the heating element of the glow plug 20 is designated by 21. It is surrounded by a housing 22 which has a throttling outlet bore 24 facing the intake pipe interior 23 and which surrounds the heating element 21 with a small gap 25, which can be 1/10 to 2/10 mm. The size of the bore 24 is selected so that the amount of fuel exiting is about 2 to 8% of the injection amount depending on the pressure supplied by the fuel feed pump 7 and depending on the amount pumped by the injection pump 12. The size of the heating element 21 and the space 25, as well as the size of the bore 24, are adapted to the amount of the additional fuel to be evaporated. On the side of the heating element 21 facing away from the outlet bore 24, there is the enlargement 26 into which the fuel supply bore 27, which is controlled by the solenoid valve 19, opens. This bore can be closed by the valve cone 28 which is pressed onto the seat edge 30 by the compression spring 29. The valve cone 28 is located in a space 31 which is connected to the line 10 with the aid of the ring soldering piece 32 and the hollow screw 33. The space 31 is closed off by the screw piece 34 which contains the stuffing box 35 and the magnetic coil 36 which acts on the magnetic core 37 connected to the valve cone 28. The input terminal 38 of the magnetic coil 36 is connected to the line 17, the output terminal 39 via the line 40 to one pole 41 of the electrical heating element 21, to the other pole 42 of which the line 18 is connected. The parts 28 to 39 form the solenoid valve 19. The lines 15 and 17 are connected or disconnected by the switch 43, which is actuated by the sensor box 44 of the thermostat 16, the heat sensor 45 of which is located in the combustion chamber wall 46.

Die Zufuhr von verdampftem Brennstoff in die Ansaugleitung 3 geschieht auf folgende Weise: Die Brennstofförderpumpe 7 saugt durch die Leitung 6 Brennstoff aus dem Brennstoffbehälter 5 und fördert ihn durch die Leitung 8 und das Filter 9 sowie die Leitung 10 in den Raum 31 des Verdampfers 1. Liegt die Temperatur der Bremiraumwand 46 unter dem Vollastwert, so fällt der Druck in der Geberdose 44 so weit ab, daß der Schalter 43 geschlossen wird. Die Magnetspule36 erhält über die Leitung 15, Schalter 43, Leitung 17 und Klemme 38 Strom und zieht den Magnetkern 37 an, wodurch der Ventilkegel 28 entgegen der Irraft der Feder 29 von der Sitzkante 30 abgehoben wird. Der Brennstoff strömt nun in den Raum 26 und füllt den Raum 25. Er wird dort unter Luftabschluß auf Verdampfungstemperatur gebracht, da das elektrische Heizelement 21 über die Ausgangsklemme 39 und die Leitung 40 Strom erhält und sich schnell erwärmt. Der heiße Brennstoff tritt aus der stark drosselnden Öffnung 24 aus und verdampft beim Austritt wegen der auftretenden Druckerniedrigung fast augenblicklich. Durch diese Verdampfung wird die Oberfläche des Brennstoffes so stark vergrößert, daß die nachfolgende langsame Oxydation mit der Ansaugluft sehr begünstigt wird. Weist die Temperatur der Brennraumwand den Sollwert auf, so ist der Schalter43 geöffnet, der Ventilkegel 28 dichtet den Raum 31 gegen den Raum 26 ab, und das Heizelement 21 ist stromlos und damit kalt. Etwaige in den Räumen 26 und 25 zurückgebliebene Brennstoffreste können keine Rückstände bilden, da das von der Ansaugluft gekühlte Gehäuse 22 sehr schnell kalt wird.The supply of vaporized fuel into the suction line 3 takes place in the following way: The fuel feed pump 7 sucks fuel through the line 6 from the fuel tank 5 and conveys it through the line 8 and the filter 9 and the line 10 in the space 31 of the evaporator 1. Is the temperature of the Brake chamber wall 46 is below the full load value, then the pressure in the transmitter box 44 falls far from that the switch 43 is closed. The magnetic coil36 receives via the Line 15, switch 43, line 17 and terminal 38 current and pulls the magnetic core 37, whereby the valve cone 28 against the force of the spring 29 from the seat edge 30 is lifted. The fuel now flows into space 26 and fills space 25. It is brought to evaporation temperature there with the exclusion of air, since the electrical Heating element 21 receives power via the output terminal 39 and the line 40 and itself warmed up quickly. The hot fuel emerges from the strongly throttling opening 24 and evaporates almost instantly when it exits because of the pressure drop that occurs. This evaporation increases the surface of the fuel so much that that the subsequent slow oxidation with the intake air is very much favored. If the temperature of the combustion chamber wall has the target value, switch 43 is open, the valve cone 28 seals the space 31 from the space 26, and the heating element 21 is de-energized and therefore cold. Any remaining in rooms 26 and 25 Fuel residues cannot form residues because the air is cooled by the intake air Housing 22 gets cold very quickly.

Bei der in Fig. 3 dargestellten belastungsabhängigen Steuerung ist der Thermostat 16 durch den Schalter 50 ersetzt, der aus dem Gehäuse 51, der Isolierbüchse 52, dem Schaltknopf53, der Schaltplatte54, der Feder 55 und den Klemmen 56 und 57 besteht. Der Schaltknopf 53 ist mit Hilfe des isolierenden Zwischenstückes 58 an dem Gestänge 59 zur Leistungsänderung der Maschine befestigt. Dieses kann bei Maschinen, deren Drehzahl sich in Abhängigkeit von der Belastung nur um einige Prozent ändert, die Regelstange der Einspritzpumpe sein. Bei Fahrzeugmaschinen mit Fliehkraftregler ist es das Gestänge zur Drehzahlverstellung, bei Fahrzeugmotoren mit pneumatischer Einspritzpumpeneinstellung das Gestänge zur Drosselklappe in der Ansaugleitung. An dem Gestänge 59 ist der besseren Veranschaulichung der Gestängebewegung halber ein in Wirklichkeit nicht vorhandener Zeiger 60 eingezeichnet, der auf einer ebensolchen Skala 61 spielt.In the case of the load-dependent control shown in FIG. 3, the thermostat 16 is replaced by the switch 50, which consists of the housing 51, the insulating sleeve 52, the switch button 53, the switch plate 54, the spring 55 and the terminals 56 and 57 consists. The switch button 53 is on with the help of the insulating intermediate piece 58 attached to the linkage 59 to change the performance of the machine. This can be done on machines whose speed only changes by a few percent depending on the load, be the control rack of the injection pump. For vehicle machines with a centrifugal governor it is the linkage for speed adjustment, with vehicle engines with pneumatic Injection pump setting the linkage to the throttle valve in the intake line. The linkage 59 is attached to the linkage for the sake of better illustration a pointer 60, which does not actually exist, is drawn on the same Scale 61 plays.

Der Schalter 50 arbeitet folgendermaßen: Sinkt die Leistung der Maschine unter einen bestimmten Wert, beispielsweise unter 25 % der Nennleistung, so bewegt sich das Gestänge 59 nach rechts, wobei der Schaltknopf 53 die Schaltplatte 54 berührt und damit die Leitungen 15 und 17 verbindet, worauf der Verdampfer in der vorher beschriebenen Weise arbeitet. Sinkt die Leistungsabgabe noch weiter, so geht das Gestänge noch weiter nach rechts, während der Schalter 50 geschlossen bleibt und wobei lediglich die Feder 55 weiter zusammengedrückt wird.The switch 50 works as follows: The power of the machine decreases moves below a certain value, for example below 25% of the nominal power the linkage 59 moves to the right, the switch button 53 touching the switch plate 54 and thus the lines 15 and 17 connects, whereupon the evaporator in the previously described way works. If the power output drops even further, it works Linkage still further to the right while switch 50 remains closed and only the spring 55 being compressed further.

Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände der Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) losgelöster Schutz nicht begehrt wird.To the following claims it is noted that for the objects the subclaims are detached from the main idea of the invention (claim 1) Protection is not sought.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Fuel evaporator for self-igniting, air-compressing internal combustion engines with fuel injection into the combustion chamber for operation with low-igniting fuels, in which an additional partial amount of fuel is introduced into the intake line in a gasified or vaporized state, characterized by a rod-shaped heating element protruding into the intake line (3) ( 21), which is surrounded at a short distance (25) by a housing (22) which has an outlet opening (24) facing the inside of the intake pipe (23), with the space (25) between the heating element (21) and the housing (22) at a point (26) facing away from the outlet opening (24), fuel is supplied under pressure when idling or under partial load and is heated in the absence of air so that it evaporates as it exits the intake pipe reacting with the oxygen in the intake air. z. Fuel evaporator according to Claim 1, characterized by devices which allow the supply of heat and fuel to be used at the same time. 3. Fuel evaporator according to claim 1 for internal combustion engines with an injection pump and a fuel feed pump which delivers the fuel to the injection pump, characterized in that the fuel supplied to the evaporator (1) from the pressure line (8, 11) between the fuel feed pump (7) and the injection pump ( 12) is branched off. 4. Fuel evaporator according to Claim 1 and 2, characterized in that the fuel supply to the evaporator (1) is controlled by a solenoid valve (19) connected in series with the glow plug (20) . Contemplated publications: USA. Patent Nos 1,849,454, 2,576,401, 2,723,339;. "The commercial vehicle", January 1958, pp. 8 and 17.