DE19823335C2

DE19823335C2 - Injection system for operation with different fuels

Info

Publication number: DE19823335C2
Application number: DE1998123335
Authority: DE
Inventors: Guenter Elsbett; Klaus Elsbett
Original assignee: Individual
Current assignee: Elsbett Ag 91177 Thalmaessing De
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: DE19823335A1

Description

Die fossilen Energievorräte sind endlich und ihre Verbrennung in einer erd geschichtlich sehr kurzen Zeitspanne wirft zudem große Probleme für die Umwelt, besonders für Atmosphäre und Klima auf. Deshalb müssen Alternati ven zu den bisher üblichen Benzin- und Dieseltreibstoffen gefunden werden.The fossil energy reserves are finite and their combustion in one earth historically very short period of time also poses great problems for the Environment, especially for atmosphere and climate. Therefore Alternati ven to the usual gasoline and diesel fuels can be found.

Eine solche Alternative für selbstzündende Brennkraftmaschinen stellt z. B. Pflanzenöl als nachwachsender Energieträger dar. Ein wesentliches Problem bei der motorischen Verbrennung von Pflanzenöl besteht darin, dass es im Vergleich zum Dieselkraftstoff dickflüssiger ist und schlechter verdampft. Dies kann besonders beim Start und bei kaltem Motor zu schlechtem Startverhal ten durch unvollständige Verbrennung und damit zu unerwünschten Emissio nen und schädlichen Motorablagerungen führen.Such an alternative for self-igniting internal combustion engines, for. B. Vegetable oil as a renewable energy source. A major problem in the motor combustion of vegetable oil is that it is in the Compared to diesel fuel, it is more viscous and evaporates less well. This can cause poor starting behavior, especially when starting and when the engine is cold due to incomplete combustion and thus to undesirable emissions and harmful engine deposits.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile durch Anpassung der Motorkomponenten an den Pflanzenölkraftstoff zu vermeiden. Als eine Lösung dafür ist der sogenannte Elsbett-Motor bekannt geworden. Darunter versteht man einen Dieselmotor mit direkter Einspritzung mittels Einstrahlzapfendüse und Kolben aus wärmedichtem Material anstelle des üb lichen Aluminiums und Wegfall der Außenkühlung durch Luft oder Wasser. Diese Technik ist nur mit erheblichem Aufwand in heutige Serienfahrzeuge nachträglich zu installieren und bedeutet in der Regel den Austausch des kompletten Motors. Sie kommt daher für eine einfache und preiswerte Umrüs tung der bereits auf dem Markt befindlichen Fahrzeuge nicht in Frage. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Lösung für die große Pa lette der bereits existierenden Motoren zu finden, wobei die Modifikationen nur in Form einer einfachen Nachrüstung bestehen sollen, um das Ziel, den Betrieb des Motors mit Pflanzenöl zu erreichen.The object of the invention is therefore to overcome these disadvantages Avoid adapting the engine components to the vegetable oil fuel. The so-called Elsbett motor has become known as a solution for this. This is a direct injection diesel engine Single jet nozzle and piston made of heat-tight material instead of the usual aluminum and no external cooling by air or water. This technology is only with considerable effort in today's series vehicles to install later and usually means the replacement of the complete engine. It therefore comes for simple and inexpensive conversion of the vehicles already on the market. A Another object of the invention is therefore to find a solution for the large Pa lette of existing engines to be found, with the modifications should only exist in the form of a simple retrofit to meet the target To achieve operation of the engine with vegetable oil.

Es sind Lösungen bekannt, die den Motor in der Kaltlaufphase und beim Start mit Dieselkraftstoff versorgen und dann beim Erreichen der erforderlichen Temperatur umschalten auf den alternativen Kraftstoff. Um sicherzustellen, dass bereits beim Start Dieselkraftstoff im Einspritzsystem vorhanden ist, muss vor dem Abstellen das gesamte System mit Dieselkraftstoff gespült werden. Das bedeutet, dass der Start-Kraftstoff relativ lange Wege zurückle gen und große Volumina auffüllen muss, ehe er an der Einspritzdüse an kommt. Die Nachteile dieser Methode liegen neben den langen Wartezeiten auch darin, dass erhebliche Mengen von Dieselkraftstoff verbraucht werden, der primär nicht für den Einsatz vorgesehen ist. Unter Umständen kommt da durch im Kurzstreckenbetrieb überhaupt kein alternativer Kraftstoff zum Ein satz. Man benötigt zudem einen relativ großen Zweittank und das Umschalt system nebst dessen Steuerung ist aufwendig.Solutions are known that the engine in the cold running phase and at start supply with diesel fuel and then when the required Switch temperature to alternative fuel. To ensure, that diesel fuel is already present in the injection system when starting, the entire system must be flushed with diesel fuel before it is switched off become. This means that the starting fuel travels relatively long distances and must fill up large volumes before it starts at the injector is coming. The disadvantages of this method are the long waiting times also in the fact that significant amounts of diesel fuel are used, which is primarily not intended for use. Possibly comes there due to no alternative fuel at all in short-haul operation sentence. You also need a relatively large secondary tank and switching system and its control is complex.

Eine andere Lösung ist in der Europäischen Patentschrift 0 316 331 B1 ge zeigt. Hier wird der Start-Kraftstoff sehr nahe an der Einspritzstelle, nämlich durch den Anschluss an den Leckölraum des Düsenhalters dem Hochdruck teil zugeführt, wobei ein Ventilsystem dafür sorgt, dass der Leckölraum ent lastet wird. Dieses System eignet sich allerdings nicht für eine Standardlö sung zur Nachrüstung von Motoren. Bei der heutigen Typenvielfalt der exis tierenden Düsenhalter, müssten für jeden Motortyp speziell angepasste Dü senhalter zum Einsatz kommen.Another solution is in European Patent 0 316 331 B1 shows. Here the starting fuel is very close to the injection point, namely by connecting to the leak oil chamber of the nozzle holder to the high pressure Part supplied, with a valve system ensures that the leak oil chamber ent is burdened. However, this system is not suitable for a standard solution solution for retrofitting engines. With today's variety of types of exis nozzle nozzle holder, would have to have specially adapted nozzles for each engine type can be used.

Diese Nachteile gelten auch für die Patentschrift DE 39 28 611 A1, durch die zwar ein zweites Fluid in den Hochdruckteil eingemischt werden kann, was jedoch ebenfalls einen aufwendigen Spezialdüsenhalter erfordert.These disadvantages also apply to the patent specification DE 39 28 611 A1 although a second fluid can be mixed into the high pressure part, what however also requires an expensive special nozzle holder.

Auch in der Patentschrift DE 196 50 559 C1 ist die Zuführung eines zweiten Fluids in die Hochdruckleitung gezeigt, jedoch bezieht sich die Erfindung auf eine Methode der innigen Mischung beider Flüssigkeiten. Da ein Rück schlagventil an der Mischstelle nicht vorhanden ist, eignet sich die Vorrich tung nur für eine Hochdruckzuführung über einen Druckspeicher, jedoch nicht für eine oszillierende Förderung durch die klassischen Einspritzelemente, wie sie jedoch bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Anordnung erreicht wer den soll. Außerdem lässt sich durch das gezeigte Einschraubgewinde eine exakte Position des Zweitanschlusses nicht gewährleisten und der durch die Mischdüse verbrauchte Bauraum ist so groß, dass in der Praxis in vielen Fäl len eine einfache Nachrüstung ohne größere Änderungen an den Motorbau teilen nicht möglich sein wird.In the patent specification DE 196 50 559 C1 there is also a second feed Fluids shown in the high pressure line, however, the invention relates to a method of intimately mixing both liquids. There is a return If the valve is not available at the mixing point, the Vorrich is suitable only for a high pressure supply via a pressure accumulator, but not for an oscillating delivery through the classic injection elements, such as however, they are achieved in the present arrangement according to the invention that should. You can also use the screw thread shown do not guarantee the exact position of the second connection and that by the Mixing space used is so large that in practice in many cases len easy retrofitting without major changes to the engine sharing will not be possible.

In der deutschen Patentschrift DE 969 853 B ist nun eine Möglichkeit be schrieben, wie die Zuführung unterschiedlicher Kraftstoffe ohne Veränderung des Originaldüsenhalters erfolgen kann, indem in den ursprünglichen An schluss für nur eine Leitung ein gegabeltes Anschlussstück für zwei Leitun gen eingeschraubt ist, wobei jeder dieser Anschlüsse ein Rückschlagventil aufweist. Hieraus ergeben sich jedoch für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe mehrere Nachteile: Die wegen der andersartigen Aufgabenstellung gewollt spitzwinklige Zusammenführung der Leitungen führt zu unnötig gro ßer Baulänge, die in den meisten Fällen Platzprobleme beim Einbau und die Veränderung der Anschlussleitungs-Form und -Länge nach sich zieht. Eben so ist bei dem gezeigten Einschraubgewinde eine bestimmte Position der An schlussstellen eher zufällig; die muss aber zur Vermeidung individueller Ein spritzleitungen in der Serie gewährleistet sein. Ferner weist dieses An schlussstück für beide Zuführungsleitungen je ein Rückschlagventil auf, was deshalb erforderlich ist, weil über beide Leitungen mittels zwei unterschied lich großen Einspritzpumpen Kraftstoff mit so hohem Druck gefördert wird, dass jede für sich die Düse zu öffnen vermag. Dies stellt jedoch für den erfin dungsgemäßen Zweck eine unnötige Komplikation dar, wo nur eine einzige Hochdruck-Zuführung vorhanden ist, welche den Einspritzvorgang der Düse auslöst. Ein Rückschlagventil im Anschlussstück ist deshalb nur für den Zu satzkraftstoff erforderlich, nicht jedoch für den Primärkraftstoffanschluss.In the German patent DE 969 853 B one possibility is now wrote how the supply of different fuels without change of the original nozzle holder can be done by in the original An for a single line, a forked connector for two lines is screwed in, each of these connections a check valve having. However, this results in the solution of the invention Task several disadvantages: The because of the different task intentionally acute-angled merging of the lines leads to unnecessarily large length, which in most cases space problems during installation and Changes in the shape and length of the connecting cable entail. Exactly So with the screw thread shown a certain position is the An conclusions rather random; but this must be avoided to avoid individual on Spray lines in the series can be guaranteed. This also instructs a check valve for each of the two feed lines, what is necessary because two lines distinguish between the two lines large injection pumps fuel is pumped with such high pressure, that everyone can open the nozzle for themselves. However, this represents for the inventor purpose as an unnecessary complication where only one High pressure feed is present, which is the injection process of the nozzle triggers. A check valve in the connector is therefore only for the Zu substitute fuel required, but not for the primary fuel connection.

Die Patentschrift US 3 308 794 A führt einem einschraubbaren Anschluss stück einen Sekundärkraftstoff über ein elektrisch gesteuertes Umschaltventil zu, wobei der Primärkraftstoff nicht nur über die Einspritzpumpe, sondern auch über das selbe Umschaltventil und über einen weiteren Anschluss ein gemischt werden soll. Dies entspricht ebenfalls nicht der erfindungsgemäßen Aufgabe und es gelten die bereits vorgenannten Nachteile, insbesondere was den Einbauraum und die Positionssicherheit der Anschlussstellen betrifft.The patent specification US 3 308 794 A leads to a screw-in connection piece of secondary fuel via an electrically controlled changeover valve to, the primary fuel not only via the injection pump, but also via the same changeover valve and an additional connection should be mixed. This also does not correspond to that of the invention Task and the disadvantages already mentioned apply, especially what concerns the installation space and the positional security of the connection points.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für den Betrieb mit un terschiedlichen Kraftstoffen für selbstzündende Brennkraftkraftmaschinen, die mit Einspritzpumpe und Einspritzdüsen sowie diese verbindende Hochdruck leitungen ausgerüstet sind und besteht in einer nachrüstbaren Vorrichtung zum Betreiben von Dieselbrennkraftmaschinen mit schwer verdampfbaren und/oder dickflüssigen Ölen oder Fetten, wobei die Vorrichtung als Adapter zur Anbringung an herkömmliche Düsenhalter ausgebildet ist und damit bei nahezu allen selbstzündenden Motoren angewendet werden kann. Das An schlussgewinde für die Hochdruckleitung mit dazugehörigem Dichtkonus ist bei allen Düsenhaltern genormt; deshalb passt ein Adapter, der an dieser Stelle befestigt wird, bei praktisch allen Motoren. Die dadurch verursachte Verlängerung des Düsenhalters ist so gering, dass es in den meisten Fällen nicht nötig ist, die Einspritzleitung zu kürzen. Der Zweitkraftstoff wird mittels einer Pumpe über einen frei positionierbaren Anschluss am Adapter der Düse zugeführt, ein Eingriff am Leckölsystem ist nicht erforderlich. Eine zweckent sprechende Ansteuerung der Zusatzkraftstoffpumpe kann dafür sorgen, dass z. B. unmittelbar vor dem Abstellen Zweitkraftstoff in die Düsen gespült wird, ebenso bei Start und Kaltlauf.The present invention relates to an injection system for operation with un different fuels for self-igniting internal combustion engines, the with injection pump and injection nozzles as well as high pressure connecting them lines are equipped and consists of a retrofittable device for operating diesel internal combustion engines with difficult to evaporate and / or viscous oils or fats, the device being an adapter is designed for attachment to conventional nozzle holder and thus almost all self-igniting engines can be used. The To final thread for the high-pressure line with associated sealing cone standardized for all nozzle holders; therefore an adapter fits on this Is attached to practically all motors. The caused by it Extension of the nozzle holder is so slight that it is in most cases it is not necessary to shorten the injection line. The second fuel is by means of a pump via a freely positionable connection on the nozzle adapter supplied, an intervention in the leak oil system is not necessary. A purposeful Talking control of the auxiliary fuel pump can ensure that e.g. B. flushing second fuel into the nozzles immediately before switching off, also at start and cold run.

Figure description

Fig. 1 zeigt einen Einspritzdüsenhalter (3), an dessen Anschlussgewinde für die Hochdruckleitung ein Adapter (1) befestigt ist. Die Abdichtung zwischen den Teilen erfolgt durch einen Doppelkonus (2). Durch den Adapter (1) wird der Anschluss (4) der Hochdruckleitung nur geringfügig verlängert. In An schluss (5) wird der Zusatzkraftstoff eingespeist. Fig. 1 shows an injection nozzle holder ( 3 ), on the connection thread for the high pressure line, an adapter ( 1 ) is attached. The parts are sealed by a double cone ( 2 ). The adapter ( 1 ) extends the connection ( 4 ) of the high pressure line only slightly. In connection ( 5 ), the additional fuel is fed.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Adapters. Das Anschlussstück (8) ist in ei ne beliebige Lage drehbar auf dem Adapterkörper (6) gelagert und wird am oberen und unteren Ende durch die O-Ringe (9) und (11) abgedichtet. Axial ist es durch einen Sicherungsring (7) gehalten. Wenn über den Anschluss (5) und die Bohrung (16) Kraftstoff eingeleitet wird, so öffnet die Kugel (12) wenn der Druck die Kraft der Feder (13) übersteigt, solange, bis der während des Einspritzintervalls verursachte höhere Druck in Bohrung (18) die Kugel zu rückdrückt und die Bohrung (16) verschließt. Eine Schraube (10), die gewin deseitig einen Zapfen zur Führung der Druckfeder (13) und als Kugelan schlag aufweist, verschließt die Montageöffnung und ist durch einen Kupfer ring (17) abgedichtet. Das Mutterngewinde (15) entspricht dem Schrauben gewinde (14), so dass auch mehrere Adapter hintereinander angeordnet sein können. Fig. 2 shows a cross section of the adapter. The connector ( 8 ) is rotatably mounted in any position on the adapter body ( 6 ) and is sealed at the upper and lower ends by the O-rings ( 9 ) and ( 11 ). It is held axially by a locking ring ( 7 ). If fuel is introduced via the connection ( 5 ) and the bore ( 16 ), the ball ( 12 ) opens when the pressure exceeds the force of the spring ( 13 ) until the higher pressure in the bore ( 18 ) pushes the ball back and closes the hole ( 16 ). A screw ( 10 ) on the thread side has a pin for guiding the compression spring ( 13 ) and as a ball stop closes the assembly opening and is sealed by a copper ring ( 17 ). The nut thread ( 15 ) corresponds to the screw thread ( 14 ), so that several adapters can be arranged one behind the other.

Solange in der zwischen den Anschlüssen (14) und (15) liegenden Bohrung (18) der hohe Einspritzdruck herrscht, d. h. in der Einspritzphase, kann der an Anschluss (5) anstehende Zusatzkraftstoff die Kugel (12) nicht überdrücken. In den Einspritzpausen ist die Leitung jedoch entlastet und der Zusatzkraft stoff kann die Kugel (12) passieren und sich mit dem Primärkraftstoff mi schen. Das Mischungsverhältnis ist abhängig u. a. vom Entlastungsvolumen des Entlastungsventils, von der Art der Rückströmdrosselung, von Länge und Elastizität der Leitungen und vom Zulaufdruck, der jedoch nie so hoch ist, dass er die Düse öffnen kann. Besonders bei kleinen Fördermengen und niedriger Drehzahlen (Leerlauf) kann so auch das gesamte Volumen des ein zuspritzenden Primärkraftstoffes durch den Zusatzkraftstoff ersetzt werden. In diesem Fall muss die in die Leitung geförderte Zusatzkraftstoffmenge gleich oder größer sein, als die von der Einspritzpumpe geförderte Primärkraftstoff menge, die dann zwar noch den hydrostatischen Impuls auf die über ihr lie gende Zusatzkraftstoffsäule ausübt, sich aber selbst nicht in Richtung Dü senspitze bewegt. As long as there is high injection pressure in the bore ( 18 ) lying between the connections ( 14 ) and ( 15 ), ie in the injection phase, the additional fuel present at connection ( 5 ) cannot overpress the ball ( 12 ). In the injection breaks, however, the line is relieved and the additional fuel can pass through the ball ( 12 ) and mix with the primary fuel. The mixing ratio depends, among other things, on the relief volume of the relief valve, the type of backflow restriction, the length and elasticity of the lines and the inlet pressure, which, however, is never so high that it can open the nozzle. Especially with small delivery rates and low speeds (idling), the entire volume of the primary fuel to be injected can also be replaced by the additional fuel. In this case, the amount of additional fuel delivered to the line must be equal to or greater than the amount of primary fuel delivered by the injection pump, which then exerts the hydrostatic impulse on the additional fuel column above it, but does not itself move in the direction of the nozzle tip.

In der Regel läuft der Motor nur mit dem Primärkraftstoff, z. B. Pflanzenöl. Ei ne Steuerung sorgt dafür, dass der Motor nach dem Abschalten (Zündschlüs sel drehen) noch für eine kurze Zeit nachläuft, in welcher auf den Zusatz kraftstoff umgeschaltet wird. In dieser Zeit wird das zwischen Adapter und Düsenspitze befindliche Kraftstoffvolumen ersetzt oder so gemischt, dass ein zündfähiger Kraftstoff in der Düse ist, wenn der Motor wieder kalt gestartet soll. Beim und nach dem Start wird der Zusatzkraftstoff noch so lange zuge führt, bis genügend Wärme zum Betrieb mit dem Primärkraftstoff vorhanden ist. Diese Steuerung kann so erweitert werden, dass die Zufuhr des Zusatz kraftstoffes von peripheren Parametern abhängig ist, z. B. Temperatur von Motor oder Kraftstoff, Leistung, Drehzahl oder Ladedruck. Zur Vermeidung von zu hoher Einspritzmenge (Schwarzrauch) kann z. B. mittels eines Lade druckschalters die Förderung unterbrochen werden. Beim Starten des war men Motors kann durch einen Temperaturfühler die Zufuhr des Zusatzkraft stoffes unterdrückt werden.As a rule, the engine only runs on the primary fuel, e.g. B. vegetable oil. Egg A control ensures that the engine after switching off (ignition key sel)) runs for a short time, during which the addition fuel is switched. During this time it will be between the adapter and Fuel tip located fuel volume replaced or mixed so that a ignitable fuel is in the nozzle when the engine starts cold again should. At and after the start, the additional fuel is drawn in for as long leads until there is enough heat to operate with the primary fuel is. This control can be expanded so that the supply of the additive Fuel is dependent on peripheral parameters, e.g. B. temperature of Engine or fuel, power, speed or boost pressure. To avoid of too high an injection quantity (black smoke) can e.g. B. by means of a drawer pressure switch the promotion be interrupted. When starting the war Men Motors can supply the additional power through a temperature sensor be suppressed.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass nur ein ge ringer Teil an Zusatzkraftstoff verbraucht wird. Aller so in die Hochdrucklei tung geförderte Zusatzkraftstoff wird eingespritzt und wird deshalb nicht von der Kraftstoffvorförderpumpe erfasst, die einen großen Teil des Kraftstoffes umpumpt und zurück in den Haupttank fördert. Je näher die Einmündung des Zusatzkraftstoffes an der Düse liegt, um so kürzer können die Zufuhrzeiten sein. Die Montage direkt am Düsenhalter ist ideal, sie könnte jedoch auch am anderen Leitungsende, d. h. an der Einspritzpumpenseite liegen. Die Förde rung des Zusatzkraftstoffes kann durch eine handelsübliche elektrische För derpumpe erfolgen, Umschaltventile sind nicht erforderlich. Die Einspritzung funktioniert bei diesem System auch dann noch, wenn der Primärtank leer gefahren ist, vorausgesetzt die Fördermenge des Zusatzkraftstoffes reicht aus, um die Hochdruckleitung ganz zu füllen.The advantage of the device according to the invention is that only one ge small amount of additional fuel is consumed. All so in the high pressure line additional fuel is injected and is therefore not used by the fuel feed pump captures a large portion of the fuel pumped around and pumped back into the main tank. The closer the confluence of the Additional fuel is on the nozzle, the shorter the delivery times his. Mounting directly on the nozzle holder is ideal, but it could also be on other line end, d. H. are on the injection pump side. The fjord tion of the additional fuel can by a commercial electrical För pump, changeover valves are not required. The injection works with this system even when the primary tank is empty is driven, provided the additional fuel is sufficient to fill the high pressure line completely.

Claims

1. Injection system for operation with different fuels for self-igniting internal combustion engines which are equipped with injection nozzle holders of known design for the introduction of a single fuel which can be supplied via detachable lines, characterized in that between the attachment point of these lines on the injection nozzle holder ( 3 ) and an adapter ( 1 ) is attached to the supply line, which has an additional connection ( 5 ) for the introduction of a further fuel and which can be rotated into any position for mounting the supply line of the additional fuel.

2. Injection system according to claim 1, characterized in that the additional fuel can be introduced via a check valve ( 10 , 12 , 13 , 17 ) built into the adapter ( 1 ), which backflow into the connecting line of the additional fuel during the nozzle-opening delivery phase of the primary system prevented.

3. Injection system according to claim 1 and 2, characterized in that the adapter ( 1 ) in standard diesel engines without modification of original parts can be attached directly between the existing nozzle holder ( 3 ) and the existing high-pressure line.

4. Injection system according to claims 1 to 3, characterized in that a plurality of adapters ( 1 ) can be arranged one behind the other for the introduction of a plurality of different auxiliary fuels.