!HU000005211T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 005 211 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 06 023298 (22) A bejelentés napja: 2006. 11. 09. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20060023298 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1785618 A1 2007. 05. 16. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1785618 B1 2009. 01. 07. (51) Int. Cl.: F02M 37/00 (2006.01) F02M 43/00 (2006.01) F17C 7/02 (2006.01) (30) Elsõbbségi adatok: 102005054451 2005. 11. 13. DE (72) (73) Feltaláló és szabadalmas: Winkelmann, Karlheinrich, 33617 Bielefeld (DE) (74) Képviselõ: Kis-Kovács Annemarie, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (54) Üzemanyag-hûtõrendszer belsõ égésû motorok részére (57) Kivonat HU 005 211 T2 Üzemanyag-hûtõrendszer belsõ égésû motorok részére, amely egy üzemanyagtartállyal (1), egy azzal kapcsolatban álló, legalább egy üzemanyagszállító-szivattyún (2) és egy üzemanyag-tápvezetéken (7) át üzemanyaggal ellátott nagynyomású üzemanyag-szivattyúval (11) rendelkezik, amely egy visszafolyató berendezéssel (130) van ellátva, amely egy hidraulikai ellenállással (12) rendelkezõ üzemanyag-visszafolyó vezetéken (13) át a üzemanyagtartállyal össze van kötve. A nagynyomású üzemanyag-szivattyú (11) egy, a nagynyomású üzemanyag-szivattyú (11) kisnyomású részét (30) a visszafolyató berendezéssel (130) összekötõ összekötõ furattal (80) rendelkezik, amely úgy van elrendezve, hogy a nagynyomású üzemanyag-szivattyúba folyó üzemanyag mind a nagynyomású üzemanyag-szivattyú (11) szivattyúkamrájába (30), mind a visszafolyató berendezéshez (130) jut, úgyhogy egy folyamatos, a belsõ égésû motor aktuális üzemanyagigényétõl független üzemanyag-áramlás jön létre a nagynyomású üzemanyag-szivattyú (11) kisnyomású részén (30) át. A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra) 2. ábra Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1 HU 005 211 T2 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 A technika állása A találmány tárgya üzemanyag-hûtõrendszer az 1. igénypont tárgyi köre szerint. Megfelelõ rendszereket alkalmaznak üzemanyagok hûtéséhez folyékony halmazállapotban lévõ folyékony gáz vagy más folyékony üzemanyag ciklikus belsõ elégetésével és az égéstérbe való közvetlen befecskendezésével mûködõ belsõ égésû motoroknál, különösen külsõ gyújtású dugattyús gépeknél. Az 1. igénypont tárgyi köre szerinti rendszer példaképpen a DE 203 10 824 iratból ismert. A közvetlen befecskendezésû Otto-motoroknál az üzemanyag-hozzávezetésnél ismert egy ellátásszabályozott üzemanyagrendszer, amely egy kisnyomású és egy nagynyomású részbõl áll és azzal az elõnnyel jár, hogy mindig csak annyi üzemanyagot szállít, amennyire a motornak éppen szüksége van, miáltal mechanikai és villamos hajtási teljesítmény takarítható meg. Ez csökkenti a hõbevezetést az üzemanyagba és üzemanyagot takarít meg. A nagynyomású üzemanyag-szivattyú általában egy mechanikusan mûködtetett mennyiségszabályozott, egyhengeres üzemanyag-szivattyú, amely jelleggörbe-vezérelten csak annyi üzemanyagot továbbít az üzemanyag-elosztóba, amennyi a befecskendezéshez szükséges. Ez a nagynyomású szivattyú visszafolyás nélkül van kialakítva. A legújabb alaknál még egy elszivárgásvezeték sincs kialakítva. A fölösleges üzemanyag belsõleg a kisnyomású oldal elõremenetébe kerül visszaszivattyúzásra. Ez a szerkezeti kialakítás benzin üzemanyag részére van kialakítva, és ennek részére optimalizálva, fõleg kritikus üzemi viszonyoknál, mint hideg- és melegindításnál, ahol az üzemanyagnyomás átmeneti emelkedése a benzin üzemanyag gõzbuborék-képzõdését elfojtja. Ezáltal a motor üzemképessége minden körülmények között biztosítva van, akár a nagynyomású ház 70 C¹nál magasabb hõmérséklete esetén is. Folyékony gáz (LPG) üzemanyag részére ezek a hõmérsékletek azonban túl magasak ahhoz, hogy az elgõzöltetés az üzemanyag-elõremenetben még elfogadható konstrukciós ráfordítással biztosan megakadályozható legyen. A hõmérsékletek különösen melegindításnál olyan nagyok, hogy egy melegindítás, a vezetékekben és az üzemanyag-szivattyúkban lévõ üzemanyag-gõzbuborékok miatt, folyékony gáz üzemanyaggal gyakorlatilag nem lehetséges. Folyékony halmazállapotban lévõ, folyékony gázzal mûködtetett közvetlen befecskendezésû Otto-motoroknál is kívánatos egy alacsonyabb üzemanyag-hõmérséklettel dolgozni a táprendszerben, mint a benzin üzemanyaggal mûködõ üzemnél, miáltal a nyomásigény amely a folyékony gáz magasabb elgõzölési nyomása következtében eleve magasabb, mint a benzin üzemanyagnál az üzemanyag-táprendszerben lecsökken, és olyan nagyságrendben mozog, amely konstrukciós eszközökkel a gazdaságilag elfogadható ráfordításoknál jól kezelhetõk. Járulékosan egy alacsonyabb üzemanyag-hõmérséklet megnöveli az üzemanyag sûrûségét, ami a megvalósított jármûveknél teljesítménynövekedéshez vezetett. Ezenkívül egy nagyobb üzemanyagsûrûség a közvetlen befecskendezésnél elõnyös az üzemanyag-befecskendezéshez, tekintettel a korlátozott idõtartományra, mert ezáltal ugyanazon idõn belül nagyobb üzemanyagtömeg juttatható be az égéstérbe. Egy további nem elhanyagolható hátránya a magasabb üzemanyag-hõmérsékleteknek a belsõ hûtés csökkenése a tüzelõtérbe való befecskendezésnél, ami a kompresszióra vagy az optimális gyújtási idõpontra vonatkozóan elõnytelen következményekkel jár. A DE 101 46 051 irat ezért egy járulékos hûtõberendezést ismertet az üzemanyag hûtéséhez az üzemanyag kisnyomású rendszerben, amely berendezés a hûtõhatást vagy egy klímaberendezés hûtése, vagy az elgõzölögtetett üzemanyag hûtõhatása révén nyeri. Ez a hûtõberendezés azonban hatását illetõen a fentiekben ismertetett nagynyomású üzemanyag-szivattyúk esetében nem bizonyult elegendõnek, minthogy az üzemanyagtömeg áthaladása a belsõ égésû motor üzemanyag-felhasználása következtében önmagában túl kevés ahhoz, hogy egy megfelelõ hûtõhatást biztosítson a belsõ égésû motor bármely üzemi állapotában. Ugyanez vonatkozik a DE 10 2004 060 450.9 iratban ismertetett megoldásra. A DE 103 20 558.6 irat ezért az üzemanyag-betáplálórendszer szokásos szerkezeti kialakítását mint a folyékony gáz elgõzölögtetési problémájának megoldását ismerteti, különösen nagy üzemanyag-hõmérsékletek révén oly módon, hogy egy meghatározott hõmérséklet elérésénél egy hõmérséklet-érzékelõ automatikusan a folyékony gáz üzemanyagról a benzin üzemanyagra vált át. Így a folyékony gáznak mint egyetlen üzemanyagnak az alkalmazása ezáltal ki van zárva. Gazdasági szempontokból ez a megoldás is hátrányosnak tekinthetõ. A találmány feladata a bevezetõben ismertetett üzemanyag-betáplálórendszer javított továbbfejlesztését oly módon létrehozni, hogy az ismertetett hátrányos tulajdonságok ki legyenek küszöbölve, és ezáltal egy hatásosabb, stabilabb és irányíthatóbb üzemanyaghûtés legyen elérhetõ. Ez a feladat az 1. igénypont jellemzõivel rendelkezõ megoldással valósítható meg. Elõnyös kiviteli alakok a független igénypontokban találhatók. A belsõ égésû motor üzemanyag-hozzávezetési rendszerében a melegedés szempontjából kritikus hely a nagynyomású üzemanyag-szivattyú kisnyomású szakasza, és ott különösen a nagynyomású kamrához való hozzávezetés a bevezetõ szelep szakaszán. A visszafolyató berendezés találmány szerinti elõnyös kialakításával beleértve a visszafolyó vezeték részére, mint a kisnyomású szakasz részének részére kialakított csatlakozást is ez a kritikus hely folyamatosan és körbevéve az ott átfolyó üzemanyaggal, hûtésre kerül, miáltal üzemanyag-gõzbuborékok a nagynyomású tér bevezetésénél a motor bekövetkezõ leállásával elkerülhetõk. Különösen hatásosan megerõsödik és stabilizálódik a hûtõhatás, ha az üzemanyag a nagynyomású szi- 2
1 HU 005 211 T2 2 vattyúba való belépés elõtt egy hûtõn folyik át. Az esetben, ha ez a hûtõ hõcserélõként van egy klímaberendezéshez csatlakoztatva, a hûtõhatás felerõsödik. Amennyiben az üzemanyag-hõmérsékletet, mint szabályozási értéket alkalmazzuk egy klímaberendezés szabályozókörében, lehetségessé válik az üzemanyag hõmérsékletét az üzemanyag-elõmenetben egy megkívánt optimális értékre beszabályozni. A találmány elõnyei Ezek a problémák a szabadalmi igénypontokban szereplõ jellemzõkkel oldhatók meg, azáltal, hogy a jelen találmány azt eredményezi, hogy a) egy nagy üzemanyagtömeg hûtendõ folyamatos folyama révén amely a nagynyomású üzemanyagszivattyú találmány szerint módosított kisnyomású szakaszával érhetõ el az üzemanyag-hõmérséklet bármely üzemi állapot esetén alacsonyan tartható, b) az üzemanyag-tápszivattyú(k) teljesítményszabályozásával az üzemanyag elõremenõ hõmérséklete a kívánt módon állítható be, c) egy szabályozható járulékos hûtõrendszerhez, mint egy klímaberendezéshez való csatlakozással az üzemanyag elõremenõ hõmérséklete bármely üzemi állapotban egy meghatározott optimális hõmérséklet-tartományban még biztosabban és stabilabban tartható meg, d) a hidraulikusan sorba kapcsolt üzemanyag-tápszivattyúkkal egy 10 bar-nál nagyobb tápnyomásnál is megfelelõen nagy tömegû üzemanyag alakítható át a hûtési szükséglet fedezésére, e) a nagynyomású üzemanyag-szivattyú egy hûtõfúvóka hûtendõ levegõje útján amely hûtõfúvóka a hûtõlevegõt egy hûtõ, elõnyösen egy, a klímaberendezéshez csatlakoztatott hõcserélõ hûtött szakaszából szívja hûtésre kerül, és ezáltal az üzemanyag-hõmérsékletet a nagynyomású szivattyú kisnyomású szakaszában alacsonyan tartja, f) a bármely üzemi állapotban megfelelõ üzemanyaghûtés útján a belsõ égésû motor egyöntetûbb üzeme válik lehetõvé az égéstérbe közvetlenül és folyékonyan befecskendezett folyékony gázzal, g) egy mechanikusan mûködtetett nyomásszabályozó szelep rugóházára a tartálynyomással kifejtett erõhatás által a folyékony gáz minden hõmérsékletemelkedése a tartályban automatikusan az üzemanyag-szállítórendszer analóg nyomásnövekedésével jár együtt, h) a tartályban elhelyezett nyomásszabályozó szelep rugóházára közvetlenül, egy járulékos hozzávezetõ vezeték nélkül, a tartályban uralkodó gáznyomás erõhatást fejt ki, miáltal a visszafolyó vezeték megtakarítható és a szerelési ráfordítások csökkenthetõk, és i) a hûtõhatás ezáltal járulékosan megnövekszik, mert a visszafolyásban részben elgõzölgõ üzemanyag részére a tartályban egy sokszorosan nagyobb tágulási tér áll közvetlenül rendelkezésre. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Rajzok Kiviteli példa A rajzokon a kiviteli példákat egyszerûsítve ábrázoljuk, és a következõ leírásban ismertetjük. A mellékelt rajzokon az 1. ábra az üzemanyag-hûtõrendszer hidraulikai kapcsolása az üzemanyag visszafolyásának csatlakoztatásával a töltõvezetékre, a 2. ábra az üzemanyaghozzávezetõ-rendszer hidraulikai kapcsolása egy külön visszavezetõ vezetékkel a folyékony gázt tartalmazó tartályba, és ebben a tartályban elhelyezett hidraulikai ellenállással, a 3. ábra az átfolyás nagynyomású üzemanyagszivattyú kisnyomású részén. A kiviteli példák leírása Az 1. ábra az üzemanyaghozzávezetõ-rendszer hidraulikai kapcsolását ábrázolja sematikusan a 13 üzemanyag-visszafolyásnak csatlakoztatásával a 15 töltõvezetékhez. Egy, a szabályoknak megfelelõ biztonsági armatúrákkal ellátott folyékony gázt tartalmazó nyomásálló 1 tartályból két, egymás után kapcsolt kisnyomású üzemanyag-szivattyú folyékony gázt nyom a 7 üzemanyag-tápvezetéken át a 11 nagynyomású üzemanyag-szivattyúhoz. A folyékony gáz a 11 nagynyomású szivattyúhoz tartó útján a 3 tartályelzáró szelepet követõen az 5 üzemanyagszûrõn, azután egy (itt nem ábrázolt) klímaberendezéshez csatlakoztatott 6 hõcserélõn és egy 4 visszacsapó szelepen át halad át. A hõcserélõ itt egy üzemanyag-hõmérsékletet szabályozó kör szabályozóhelyét képezi, amely az üzemanyag optimális elõremenõ hõmérsékletet beállítja. A 4 visszacsapó szelep az üzemanyag elõremenetben a motor leállítását követõen is tartja a rendszer nyomását, és védi az 5 üzemanyagszûrõt és a 6 hõcserélõt a nyomáslökésektõl, az üzemanyag lefúvása esetén a 9 biztonsági szelepen át a 8 üzemanyag-vezetékben. A 11 nagynyomású üzemanyag-szivattyú az üzemanyagnak a befecskendezésszabályozás által számított részét a 16 nagynyomású vezetéken át a 8 üzemanyag-vezetékbe nyomja. Onnan az üzemanyag 17 befecskendezõ szelepeken át közvetlenül és folyékonyan a belsõ égésû motor itt nem ábrázolt égésterébe kerül befecskendezésre. Az elõremenõ üzemanyag túlnyomó része a 11 nagynyomású szivattyú 30 kisnyomású részén át átfolyik, és a 13 visszafolyó vezetéken át ismét a folyékony gázt tartalmazó 1 tartályba kerül visszavezetésre. Egy 12 nyomásszabályozó szelep a 13 visszafolyásban gondoskodik arról, hogy az üzemanyagnyomás olyan nagy maradjon, hogy az üzemanyag a 11 nagynyomású szivattyún áthaladó útján a motorházból és a nagynyomás létrehozásából származó hõátadás ellenére folyékony maradjon. A 18 visszavezetõ vezeték, amely a 13 visszafolyó vezetékrõl a 12 nyomásszabályozó szelep áramlási irányával szemben leágazik, a nyomásszabályozó szelep 19 rugóházába van vissza- 3
1 HU 005 211 T2 2 vezetve. Ez azt eredményezi, hogy az 1 üzemanyagtartályban uralkodó gõznyomás a 19 rugóházra erõhatást fejt ki, és a hidraulikai ellenállás az elgõzölgési nyomással analóg változik. Egy 14 visszacsapó szelep elzárja a folyékony gáz útját a folyékony gázt tartalmazó 1 tartályból. A 13 visszafolyó vezeték ennél a kiviteli példánál a 1 folyékony gázt tartalmazó 1 tartály 15 töltõvezetékéhez van csatlakoztatva. Ezáltal szükségtelenné válik a 13 visszafolyó vezeték külön bevezetése az 1 üzemanyagtartályba. A 2. ábra az 1. ábrán ábrázolt üzemanyag-bevezetõrendszer hidraulikai kapcsolása egy változatát szemlélteti, amelynél a 13 visszafolyó vezeték külön van a folyékony gázt tartalmazó 1 tartályba visszavezetve, és szemlélteti ebben az 1 tartályban elhelyezett 12 hidraulikai ellenállást, amelynek rugóházára a folyékony gáz gõznyomása közvetlen erõhatást fejt ki az 1 tartályban. Ezáltal a rugóházba vezetõ 18 visszavezetõ vezeték megtakarítható, és garantálható, hogy a részben elgõzölgõ üzemanyag hûtõhatása teljes mértékben érvényre jut, gõzbuborékok által kifejtett nyomásingadozások nélkül a 13 visszafolyó vezetékben. A 3. ábra sematikusan egy kiviteli példát szemléltet az üzemanyagnak a 11 nagynyomású szivattyún átvezetõ útjára vonatkozóan. Az ábra egy mennyiségszabályozott, azonos dugattyúfelületû mechanikai úton mûködtetett egydugattyús, 11 nagynyomású üzemanyag-szivattyút szemléltet. A 20 bevezetõ furaton át az üzemanyag a 7 kisnyomású tápvezetékbõl a 30 kisnyomású részbe jut. Nyitott 40 beömlõszelepnél az üzemanyag mind az 50 szivattyúkamrába, mind a 80 összekötõ furaton át a 70 szivattyúdugattyú alatti 60 szivattyúalsótérbe jut. Egy, a 60 szivattyúalsótérhez vezetõ további furat, a 130 elvezetõ furat lehetõvé teszi a 60 szivattyúalsótér alatt az üzemanyagnak a 13 kisnyomású visszafolyó vezetékbe való lefolyását. Ezáltal az 50 nagynyomású szivattyúkamrának folyamatos körbeáramlása érhetõ el a 11 nagynyomású üzemanyag-szivattyú 30 kisnyomású részében, amely a bevezetett hõnek a 11 nagynyomású szivattyúból való elvezetését az üzemanyagba kifejti. Egy 11 nagynyomású üzemanyag-szivattyú itt ábrázolt azonos dugattyúfelületû változata járulékosan azzal az elõnnyel rendelkezik, hogy annak a fölösleges üzemanyagot az 50 szivattyúkamrában nem a folyékony gázüzemnél viszonylag magas tápnyomás ellenében kell visszanyomnia, miáltal mûködtetési energia takarítható meg. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Üzemanyag-hûtõrendszer belsõ égésû motorok részére, amely egy üzemanyagtartállyal (1), egy azzal kapcsolatban álló, legalább egy üzemanyagszállító-szivattyún (2) és egy üzemanyag-tápvezetéken (7) át üzemanyaggal ellátott nagynyomású üzemanyag-szivattyúval (11) rendelkezik, amely egy visszafolyató berendezéssel (130) van ellátva, amely egy hidraulikai ellenállással (12) rendelkezõ üzemanyag-visszafolyó vezetéken (13) át az üzemanyagtartállyal össze van kötve, azzal jellemezve, hogy a nagynyomású üzemanyag-szivattyú (11) egy, a nagynyomású üzemanyagszivattyú (11) kisnyomású részét (30) a visszafolyató berendezéssel (130) összekötõ összekötõ furattal (80) rendelkezik, amely úgy van elrendezve, hogy a nagynyomású üzemanyag-szivattyúba folyó üzemanyag mind a nagynyomású üzemanyag-szivattyú (11) szivattyúkamrájába (30), mind a visszafolyató berendezéshez (130) jut, úgyhogy egy folyamatos, a belsõ égésû motor aktuális üzemanyagigényétõl független üzemanyagáramlás jön létre a nagynyomású üzemanyagszivattyú (11) kisnyomású részén (30) át. 2. Az 1. igénypont szerinti üzemanyag-hûtõrendszer jellemezve, hogy a hidraulikai ellenállás (12) egy mechanikusan mûködõ nyomásszabályozó szelep, amelynek rugóházára (19) egy visszavezetõ vezetéken (18) át a nyomásszabályozó szelep (12) áramlási irányával szemben elvett üzemanyagtartály-nyomás erõhatást fejt ki. 3. Az elõzõ igénypontok egyike szerinti üzemanyag-hûtõrendszer jellemezve, hogy a hidraulikai ellenállás (12) a folyékony gázt tartalmazó tartályban (1) van elhelyezve. 4. Az elõzõ igénypontok egyike szerinti üzemanyag-hûtõrendszer jellemezve, hogy az üzemanyagtartályban (1) két, elõnyösen villamosan hajtott üzemanyag-szivattyú (2) van hidraulikusan sorba kapcsolva. 5. Az elõzõ igénypontok egyike szerinti üzemanyag-hûtõrendszer jellemezve, hogy az üzemanyag-hõmérséklet elõremenetben az üzemanyag-tápszivattyú(k) (2) teljesítményszabályozásával befolyásolható. 6. Az elõzõ igénypontok egyike szerinti üzemanyag-hûtõrendszer jellemezve, hogy a nagynyomású üzemanyag-szivattyú (11) felé való üzemanyag-elõremenetben (7) egy hûtõkészülék van csatlakoztatva, amely az üzemanyagot járulékosan hûti. 7. A 6. igénypont szerinti üzemanyag-hûtõrendszer jellemezve, hogy az üzemanyag-hûtõkészülék (6) szabályozható és ezáltal az elõremenõ üzemanyag-hõmérséklet egy meghatározott hõmérséklet-tartományban tartható. 8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti üzemanyag-hûtõrendszer jellemezve, hogy a hûtõkészülék (6) egy klímaberendezéshez van csatlakoztatva. 9. Az elõzõ igénypontok egyike szerinti üzemanyag-hûtõrendszer jellemezve, hogy a nagynyomású üzemanyag-szivattyút (11) egy hûtõlevegõs fúvóberendezés hûti, amely a hûtõlevegõt elõnyösen egy hûtõberendezés környezetébõl szívja. 4
HU 005 211 T2 Int. Cl.: F02M 37/00 5
HU 005 211 T2 Int. Cl.: F02M 37/00 6
HU 005 211 T2 Int. Cl.: F02M 37/00 7
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest