CN100436800C - 用于将燃油喷射到内燃机中的方法以及内燃机用喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将燃油喷射到内燃机中的方法，其中，通过将燃油雾化并且将气体/气体混合物输入雾化的燃油，所述燃油首先与气体或气体混合物尤其是氧气或空气在一个气体加浓装置中(20)进行加浓，加浓的燃油接着直接地喷射到至少一个汽缸(12)中，或者间接地喷射到一个位于前面的区域尤其是发动机的进气系统中，从而进行最终的雾化，燃油至少在加浓状态直到最终的喷雾为止被冷却，以便防止气体/气体混合物在所述最终的喷雾前从燃油中排出。此外，本发明还涉及一种用于实施该方法的喷射装置。

Description

用于将燃油喷射到内燃机中的方法以及内燃机用喷射装置
技术领域
本发明涉及一种用于将燃油喷射到内燃机中的方法。
此外，本发明还涉及一种内燃机用的喷射装置，用以实施上述的方法。
背景技术
在这种方法中，在通常的直接或者间接的喷射过程中，燃油可直接在燃烧前借助于一个喷嘴尽可能细致地雾化，以保证与燃烧室内的或此前导入的空气形成尽可能最优的混合物，燃油在此雾化前已进行过一次雾化并且与气体例如氧气进行加浓。
当加浓后的燃油以通常的方式例如喷射到进气系统或者直接喷射到发动机的汽缸中，也就是说被重新雾化时，排出含在燃油中的气体，并通过“脱气”相对于未加浓过燃油的雾化来改善微观和宏观燃油油滴的细化和雾化，以及将燃油与另外引入的空气形成均匀的混合物。
众所周知，燃油油滴越小，空气/燃油混合物的不均匀性就降得越低。通过在预雾化的过程中燃油与气体进行预先的加浓，亦即在实际的喷射过程中，随后最终的雾化效果通过在此进行的脱气来提高。通过所述的喷射方法，另外也由于燃烧混合物中的不均匀性降低，达到一个更好的燃烧并且由此降低燃油的消耗。
发明内容
内燃机开发的主要目的是，实现燃油消耗的进一步降低。因此本发明的目的在于，如下地改进上述的喷射方法和上述的喷射装置，以便开发在燃油消耗中的进一步的节省潜力。
根据本发明的喷射方法可达到该目的。
用于将燃油喷射到内燃机中的方法，其中，通过将燃油雾化并且将气体或气体混合物输入雾化的燃油，所述燃油首先与气体或气体混合物尤其是氧气或空气在一个气体加浓装置中进行加浓，加浓的燃油接着直接地喷射到至少一个汽缸中，或者间接地喷射到一个位于前面的区域尤其是发动机的进气系统中，从而进行最终的雾化，其特征在于，燃油至少在加浓状态直到最终的喷雾为止被冷却，以便防止气体或气体混合物在所述最终的喷雾前从燃油中排出。
因此按本发明燃油至少在加浓状态直至最终的喷雾为止被冷却，以便防止气体或气体混和物在最终的喷雾前从燃油中排出，即提前的脱气。因此保证，吸入的气体或气体混和物的最大部分保留在燃油中，并且在最终的喷雾时才排出。
由此根据装有本发明的喷射装置的发动机的类型，与发动机的基本变型相比，即与未装有本发明的喷射装置的发动机相比，燃油消耗降低达25％。同时二氧化碳含量降低达5.6％。
通过实验发现，当加浓的燃油的温度在喷射时为1至10℃，有利地为1至3℃时，是特别有利的。
相同的间隔，即1至10℃，有利地为1至3℃，也适用于加浓的燃油应该在整个过程中所具有的温度，即在气体加浓装置中以及在从该气体加浓装置直到最终的喷雾的路径中。
如果在加浓燃油时的气体压力在第一次雾化时高于在前面的区域或在汽缸中最终喷射过程即第二次雾化时的空气压力，第二次、最终的雾化以特别有效的方式运行。因为这导致在每个单位(elementar)燃油体积中气体从溶液中特别有效地离析。
如开头所述的，微观和宏观的燃油油滴除了通常的喷嘴雾化之外被进一步细化，因为它们通过多余气体的离析而被弥散。通过燃油颗粒或者燃油油滴极大的细化而提高在汽缸中(直接喷射)或者在前面的区域(间接喷射)如在进气系统中的燃油-空气混合物的均匀化程度。
由此，与没有本发明的喷射装置、也就是具有标准喷射方法或标准喷射装置的标准发动机相比，在整个燃烧室容积内获得更均匀、更快速和更完全的燃油燃烧。如果气体或气体混合物是氧气或者空气，则离析的氧气除了以通常方式导入的空气之外额外地参与燃烧，或是成为汽缸内或者在前面的区域中的燃油-空气混合物的组成部分。
已经发现，在加浓燃油雾化时在第一次雾化时的气体压力是在前面区域中或者汽缸内最终喷射过程时的空气压力的1.2至50倍，这是有利的。
本发明的目的也通过本发明的内燃机用喷射装置达到，用以实施以上的方法。
按本发明的用于实施按上述方法的内燃机用喷射装置，包括：一个用于将燃油与气体或气体混合物特别是空气进行加浓的加浓装置，其中该气体加浓装置具有一个加浓腔室，用于将燃油与气体或气体混合物特别是氧气或空气进行加浓；至少一个喷雾装置以及至少一个在加浓腔室中的用于进气的开口；至少一个用于输送燃油以及用于将气体或气体混合物输入加浓腔室中的泵装置；一个用于将加浓的燃油从加浓腔室导入至一个最终喷雾装置中的输入管，其中，最终喷雾装置将加浓的燃油随后直接或者间接地喷射到汽缸或者一个位于前面的区域尤其是进气系统中，其特征在于，这样地设置一冷却系统，使得至少已加浓的燃油直至在最终喷雾装置中的最终喷雾为止被冷却，以便防止气体或气体混合物在最终的喷雾前从燃油中排出。
据此这样地设置一个冷却系统，使得至少加浓的燃油直至在最终喷雾装置中的最终喷雾为止被冷却，以便防止气体或气体混合物在最终的喷雾前从燃油中排出。
喷射装置的冷却系统可以这样构成，使得它不仅冷却已加浓的燃油，也冷却整个燃油加浓装置和输入管。然后特别有效地防止燃油的脱气。
本发明的其他特征从具体实施例的描述以及该实施例的附图得出。
附图说明
附图中：
图1按本发明的喷射装置的原理示意图。
具体实施方式
在图1的左边区域中示出一个喷射装置10，该喷射装置以本发明的方式，根据内燃机类型将燃油例如柴油或者汽油输入燃烧区域11。燃烧区域11在此由一个汽缸12组成，在该汽缸内活塞13通过连杆14上、下运动。进气阀门15和排气阀门16以现有技术已知的方式负责燃油/空气混合物的进入以及在燃烧后所述燃油/空气混合物的排出。
在进气总管17中导入空气以形成燃油/空气混合物。在该总管17中，通过喷嘴18以高压喷射用空气或气体加浓的燃油。此时在喷嘴上施加的压力在这里不再描述，它们对本领域技术人员是已知的。
排气管19将在汽缸12中通过火花塞34点燃且紧接着燃烧的燃油/气体混合物从发动机舱中排出。
喷射装置10具有一个带有气体和流体密封的封闭腔室20的气体加浓装置，燃油通过雾化喷嘴21喷射到其中。所述燃油来自一个未示出的油箱，燃油从油箱经输入管22、高压泵23和一个止回阀24输送给喷嘴21.同时氧气或者空气通过输入管25、一个未示出的高压压缩机和一个压力调节器26在高压下导入到腔室20中。
输入管25转入一个导管27，该导管执行双重功能，即它同时作为气体或空气的输入管，也作为腔室中的多余气体的排出管。多余气体通过排出管28和一个安全阀29导向未示出的燃油油箱中。
在腔室20和喷嘴18之间设置一个输入管30，它将用氧气加浓的燃油从腔室20输送给喷嘴18。此外，在输入管30上设置一个喷射泵31，以便在压力下输送加浓的燃油。
最后，喷射装置还有一个测量腔室20中燃油水平的液位传感器32。
不仅腔室20而且输入管30都由一冷却系统33来进行冷却，如通过包围所述元件的虚线示出。
接下来更详细地描述和说明喷射装置10的工作原理和以此为基础的方法：
在本发明方法中最重要的是，燃油在其通过喷嘴18喷射到进气总管17中前即被雾化前，先与气体在这里为氧气或者空气进行加浓，目的是优化随后的、最终喷雾过程，该最终喷雾过程以常见的方式直接在燃烧前发生。所述用空气或者氧气(在下文中只称氧气)的加浓在腔室20中进行。
燃油通过高压泵23(高压压缩机)输送给喷嘴21，在其中进行雾化，并且与同样在高压下特别是10Mpa下通过输入管25、27流入的氧气混合。高压泵23特别是具有12.5Mpa的压差。
在此，总体上应该这样选择条件，使得排除燃油的自燃。腔室中的气体压力借助于压力调节器23和安全阀29保持在一个至少高于进气管17中空气压力1.2倍的压力上。
加浓的燃油以液态形式沉积在腔室20的底部。借助于液位指示器和适当的控制保证，在腔室20内的燃油量与各自瞬时的内燃机消耗无关地一直处在额定水平上。这可以如此实现，即通过相应泵的开启和关闭来启动和中断燃油雾化和气体输入。当然也可以考虑多种其他的同样效果的解决方案。
这样加浓的燃油输送给喷嘴18以便进行最终的雾化，而且经过输入管30，其中，高压泵31额外地设置用于输送和用于产生所需的喷射压力。借助喷嘴18实现优化的雾化，即实现加浓的燃油的微观和宏观燃油油滴的细化，因为位于燃油中的氧气从加浓过的燃油中排出并且在排出时保证燃油油滴的额外的细化。
雾化的燃油然后与通过进气总管17流入的空气混合成一种具有可燃的燃油/空气混合物。该混合物通过进气门15导入到汽缸12的燃烧室中并且燃烧，该燃烧室向下由活塞13限定。燃烧后的混合物然后从排气门16进入到排气导管19中并被排出。
现在特别重要的是，通过腔室20和输入管30的冷却一方面达到氧气在燃油中更好的加浓，另一方面防止燃油的提前的脱气，即防止氧气在最终的喷雾前排出。所述脱气在冷却装置的基础上，然后在喷射过程即通过喷嘴18的雾化时才完全地发生，所述冷却装置将加浓的燃油保持优选在1到3℃的温度上。通过冷却加浓燃油还可以获得其他效果，该效果对燃油的消耗有积极影响。
用装有配备上述喷射装置的2升汽油发动机“赛特克(ZETEK)”的批量汽车“福特-蒙迪欧”的行驶试验显示以下结果：
在载重180-300KG、125000公里的行驶时间情况下，与批量汽车对比实现以下经济性的提高(汽车测试在诊断试验台AP500 112 K4000上进行)：
在寒冷状态下，在二氧化碳含量减少5.6％的情况下发动机的经济性提高18.6％。在暖和状态下，得出14.8％和6.5％的值。
要指出的是，不同的配备按本发明的喷射装置或者喷射方法的内燃机类型当然处在本发明的范围内。因此可用于具有单缸或多缸的、以直接或间接喷射的和不同的附加喷射控制方法的柴油和汽油发动机。
附图标记清单
10  喷射装置
11  燃烧区域
12  汽缸
13  活塞
14  连杆
15  进气门
16  排气门
17  进气总管
18  喷嘴
19  排气管
20  腔室
21  喷嘴
22  输入管
23  高压泵
24  止回阀
25  输入管
26  压力调节器
27  输入和输出管
28  排出管
29  安全阀
30  输入管
31  喷射泵
32  液位传感器
33  冷却装置
34  火花塞

Claims (18)

1.一种用于将燃油喷射到内燃机中的方法，其中，通过将燃油雾化并且将气体输入雾化的燃油，所述燃油首先与气体在一个气体加浓装置中进行加浓，加浓的燃油接着直接地喷射到至少一个汽缸(12)中，或者间接地喷射到发动机的一个位于前面的区域(17)中，从而进行最终的雾化，其特征在于：燃油至少在加浓状态直到最终的喷雾为止被冷却，以便防止气体在所述最终的喷雾前从燃油中排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气体是氧气或空气。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加浓的燃油间接地喷射到发动机的进气系统中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：加浓的燃油在最终的喷雾时的温度为1至10℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：加浓的燃油在最终的喷雾时的温度为1至3℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：加浓的燃油从气体加浓装置直至最终的喷雾为止的温度为1至10℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：加浓的燃油从气体加浓装置直至最终的喷雾为止的温度为1至3℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在燃油加浓时的气体的气体压力高于在最终的喷雾过程时位于前面的区域或汽缸内的空气压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：气体压力是在最终喷射过程时位于前面的区域或汽缸内的空气压力的1.2至50倍。
10.一种用于实施按权利要求1至9之一所述方法的内燃机用喷射装置，包括：一个用于将燃油与气体进行加浓的加浓装置，其中该气体加浓装置具有一个加浓腔室(20)，用于将燃油与气体进行加浓；至少一个喷雾装置(21)以及至少一个在加浓腔室中的用于进气的开口；至少一个用于输送燃油以及用于将气体输入加浓腔室中的泵装置；一个用于将加浓的燃油从加浓腔室(20)导入至一个最终喷雾装置(18)中的输入管(30)，其中，最终喷雾装置(18)将加浓的燃油随后直接或者间接地喷射到汽缸(12)或者一个位于前面的区域中，其特征在于：这样地设置一冷却系统(33)，使得至少已加浓的燃油直至在最终喷雾装置(18)中的最终喷雾为止被冷却，以便防止气体在最终的喷雾前从燃油中排出。
11.根据权利要求10所述的喷射装置，其特征在于：所述气体是氧气或空气。
12.根据权利要求10所述的喷射装置，其特征在于：所述加浓的燃油间接地喷射到进气系统中。
13.根据权利要求10所述的喷射装置，其特征在于：冷却系统(33)设计成使得至少加浓腔室(20)被冷却。
14.根据权利要求13所述的喷射装置，其特征在于：冷却系统(33)设计成使得还有输入管(30)被冷却。
15.根据权利要求10所述的喷射装置，其特征在于：加浓腔室(20)是封闭的腔室，该腔室具有至少一个进气口，通过该进气口能够输入气体，并且具有至少一个喷嘴(21)，通过该喷嘴能够将燃油喷射到腔室中。
16.根据权利要求15所述的喷射装置，其特征在于：所述进气口是进气门，并且通过所述喷嘴能够将燃油喷雾到腔室中。
17.根据权利要求15或16所述的喷射装置，其特征在于：设有泵装置(23)和压力调节装置(26)，使得气体和/或燃油能够在受控制的压力下导入腔室中，以便腔室中的压力保持在一个受控制的压力下。
18.根据权利要求15或16所述的喷射装置，其特征在于：设置一个液位传感器(32)，该液位传感器测量位于腔室中的已加浓燃油的量。
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