CN103470420A - 用于压燃式柴油发动机的喷射系统 - Google Patents

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Abstract

在一种用于压燃式柴油发动机的喷射系统中，为了降低NOx提出，除了传统的喷射喷嘴之外还设置一个附加的喷射喷嘴。在此，通过该附加的喷射喷嘴在第一喷射时刻将第一燃料量施加到蒸发表面上，从而产生稀薄燃烧混合物。此外，在第二喷射时刻将燃料量引入到燃烧室中，从而产生浓厚燃烧混合物。

Description

用于压燃式柴油发动机的喷射系统
技术领域
本发明涉及一种用于压燃式柴油发动机的喷射系统，用于借助于喷射喷嘴将燃料以受控的方式喷入缸的燃烧室和活塞中，具有可控的进气阀和排气阀，其中，一个喷射阀大致在中央布置在所述燃烧室上方。
背景技术
在发动机中进行燃烧时，由于高温，会形成NOx化合物。燃烧温度越高，NOx排放就越高。为了限制NOx的形成，致力于一种稀薄燃烧（空气过量）。
在柴油机燃烧的情况下，由于不均匀的混合物形成会出现以化学计量的方式（无空气过量）进行燃烧的区域。出于该原因，在具有空气过量的等压燃烧时原则上会出现比在具有均匀混合物形成的等容过程中高的NOx排放。
为了在柴油机燃烧的情况下限制NOx的形成，需要致力于均匀的燃烧。同时还必须在燃烧期间将燃料以液态直接供应给燃烧室，以便能够进一步保持狄塞尔循环的优点。这根据目前的现有技术是矛盾的，因为在传统喷射系统中非常早地喷射柴油燃料的情况下会导致爆燃（“柴油机爆震”），这会导致机械损伤。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种所述类型的喷射系统，其允许稀薄混合物的提供与喷入的柴油燃料的蒸发相组合以形成相对均匀的空气-柴油混合物并且确保柴油燃料的点火喷射以限制NOx排放的形成。
根据本发明，所述任务通过以下方式解决，即，一个附加的、可无关地控制的、具有喷射角度的、用于燃料供应的喷射喷嘴设置在所述燃烧室的具有高于燃料沸腾温度的当前构件温度的壁区域或边界区域中，并且通过所述附加的喷射喷嘴首先形成低于自点火界限的均匀混合物以及在缸内部的温度和压力的状态改变后能够通过另外的喷射喷嘴导入燃料量作为点火喷射。
通过柴油燃料与蒸发表面的接触进行燃料的蒸发并且从而导致与处于燃烧室中的空气形成混合物。这又引起均匀混合物的形成，后者由于存在的空气极其过量以及燃烧室中的温度水平不会自点燃。由此可以降低燃烧时的NOx份额。此外可通过处于燃烧室中的不可点燃的均匀混合物降低燃烧室中的温度水平，然后以传统方式进行柴油燃料的对于点火所需的喷射。
此外，为了实现用于使供入燃料蒸发足够的温度，建议，附加的、具有喷射角度的、用于供应燃料的喷射喷嘴指向到火焰环的区域中和/或指向到排气阀的区域中。
替换方案分别通过权利要求3至5的特征来表征。
为了确保燃料的最佳蒸发，蒸发表面在第一喷射时刻可具有200℃与500℃之间、特别是200℃与350℃之间的温度。
在本发明的构型中此外提出，附加的喷射喷嘴具有可变的喷射角度和/或可变的孔直径。
因此建议，所述燃料供应通过所述一个或者多个附加的喷射喷嘴在所述进气阀闭合之后并且在主喷射开始之前进行。
此外建议，所述燃料供应通过所述附加的喷射喷嘴在传统柴油发动机的情况下在10°KW nUTP与40°KW nUTP之间进行并且在具有米勒循环或亚特金森循环的柴油发动机的情况下在80°KW vUTP与40°KW nUTP之间进行并且通过所述另外的喷射喷嘴在20°KW vOTP与0°KW vOTP之间进行点火喷射。
为此特别是提出，所述燃料供应通过所述附加的喷射喷嘴在17°KWnUTP与23°KW nUTP之间进行。
nUTP是“nach dem unteren Totpunkt”的简写，意思是“下止点之后”，相应地，vUTP中的“v”的意思是“之前”。OTP是“oberer Totpunkt”的简写，意思是“上止点”；“n”的意思是“之后”并且“v”的意思是“之前”。单位“°KW”的意思是曲轴转角的度数。
附图说明
在附图中示意性示出本发明的实施例。附图中：
图1是具有喷射喷嘴的缸的剖视图，其中，一个附加的喷射喷嘴朝着排气阀指向，
图2是如图1中那样的视图，其具有一个附加的喷射喷嘴，所述喷射喷嘴替代地朝着火焰环指向，
图3是如图1中那样的视图，其具有一个附加的喷射喷嘴，所述喷射喷嘴替代地朝着活塞表面指向，
图4是在通过一个附加的喷射喷嘴喷射之后具有激活的传统喷射喷嘴的视图，
图5是在等容燃烧、等压燃烧时的理论柴油发动机过程的图表，同时示出附加的燃料喷射。
具体实施方式
所示的布置结构包括一个具有可动活塞113的缸115，其中，缸头通过火焰环119与所述缸115连接。在缸115、缸头和可动活塞113之间形成燃烧室117。
在缸头中设有进气开口110和排气开口109，它们可分别通过受控的进气阀105和排气阀103封闭。
此外，所述缸头具有一个传统的喷射喷嘴107和一个附加的、以90度错位的喷射喷嘴101。
按照图1的实施例，所述附加的喷射喷嘴101这样定向，使得射束122朝着排气阀103指向。在按照图2的另一替代实施例中，经过调整的喷嘴101这样定向，使得射束121朝着火焰环115指向。
喷射喷嘴107构造在所述缸头中，使得燃料量123可被引入到燃烧室117中作为点火喷射。
首先通过所述附加的喷射喷嘴101将燃料喷射到排气阀103或火焰环115或活塞表面上。由于排气阀103上或火焰环115的壁上或活塞表面上的通常出现的230℃的温度，所述被喷射的柴油燃料完全蒸发，从而出现稀薄燃烧混合物，其具有的空气份额为最低需要的空气量的约3.2倍。在此，活塞位置约为20°KW nUTP。通过所述喷射喷嘴101也可以将燃料喷射到排气阀103、火焰环115和活塞表面上。当然也可以喷射到两个部件上。
在随后的时间点，通过安置在缸头中的喷射喷嘴107将燃料123喷射到燃烧室117中。在此，活塞具有18°KW vOTP的位置。
通过现在喷入的燃料123，之前产生的稀薄燃烧混合物与供入的燃料123混合成空气量份额约为1.3的浓厚燃烧混合物。接着，在足够地压缩（通过减小燃烧室体积）的情况下，燃烧室117中的燃料-空气混合物被点燃并且使活塞113运动。
此外需注意的是，当空气量份额大于对于燃料燃烧所需的最小空气量份额时一般存在“稀薄燃烧混合物”。特别是当空气量份额约为最少所需的空气量的1.5至5倍时存在稀薄燃烧混合物。
当空气量份额小于对于燃料燃烧所需的最小空气量份额时则存在“浓厚燃烧混合物”。特别是当空气量份额处于最少所需的空气量的1.5倍以下时存在浓厚燃烧混合物。
对于柴油燃料燃烧所需的空气量约为14.2kg空气/kg燃料。
在按照图5所示的图表中附加地示出如何配置一个附加的燃料喷射118。

Claims (9)

1.一种用于压燃式柴油发动机的喷射系统，用于借助于喷射喷嘴将燃料以受控的方式喷入缸的燃烧室和活塞中，具有可控的进气阀和排气阀，其中，一个喷射阀大致在中央布置在所述燃烧室上方，其特征在于，一个附加的、可独立控制的、具有喷射角度的、用于燃料供应（121，122）的喷射喷嘴（101）设置在所述燃烧室（117）的具有高于燃料沸腾温度的当前构件温度的壁区域或边界区域（103，115）中，通过所述附加的喷射喷嘴（101）首先形成低于自点火界限的均匀混合物以及在缸内部的温度和压力的状态改变后能够通过另外的喷射喷嘴（107）导入燃料量作为点火喷射。
2.根据权利要求1的喷射系统，其特征在于，附加的、具有喷射角度的、用于供应燃料的喷射喷嘴（101）指向到火焰环（115）的区域中和/或指向到排气阀（103）的区域中。
3.根据权利要求12的喷射系统，其特征在于，附加的、具有喷射角度的、用于供应燃料的喷射喷嘴（101）指向到火焰环（115）的区域中和/或指向到活塞表面的区域中。
4.根据权利要求1的喷射系统，其特征在于，附加的、具有喷射角度的、用于供应燃料的喷射喷嘴（101）指向到排气阀（103）和/或活塞表面的区域中。
5.根据权利要求1的喷射系统，其特征在于，附加的、具有喷射角度的、用于供应燃料的喷射喷嘴（101）指向到火焰环（115）的区域中和/或指向到排气阀（103）和活塞表面的区域中。
6.根据权利要求1至5中任一项的喷射系统，其特征在于，附加的喷射喷嘴（101）具有可变的喷射角度和/或可变的孔直径。
7.根据权利要求1至6中任一项的喷射系统，其特征在于，所述燃料供应通过所述一个或者多个附加的喷射喷嘴（101）在所述进气阀（105）闭合之后并且在主喷射开始之前进行。
8.根据权利要求1至7中任一项的喷射系统，其特征在于，所述燃料供应通过所述附加的喷射喷嘴（101）在传统柴油发动机的情况下在10°KWnUTP与40°KW nUTP之间进行并且在具有米勒循环或亚特金森循环的柴油发动机的情况下在80°KW vUTP与40°KW nUTP之间进行并且通过所述另外的喷射喷嘴（107）在20°KW vOTP与0°KW vOTP之间进行点火喷射。
9.根据权利要求1至8中任一项的喷射系统，其特征在于，所述燃料供应通过所述附加的喷射喷嘴（101）在17°KW nUTP与23°KW nUTP之间进行。
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