CN1312396C - 燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的燃料喷射系统(1)，包括燃料喷射阀(10)，后者具有一个喷射孔板，通过该喷射孔板将燃料喷入燃烧室(2)。该燃烧室(2)由一个汽缸壁(3)构成边界。一个活塞(6)在汽缸壁(3)中导行，及一个火花塞(7)伸入到燃烧室(2)中。设置在喷射孔板(21)上的喷射孔的直径这样地分配，即使得在一个确定时刻上喷入的燃料在燃烧室(2)的由活塞(6)及汽缸壁(3)构成边界的喷射容积(23)中尽可能均匀地分布。

Description

燃料喷射系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射系统。
背景技术
由DE 196 42 653 C1已公知了一种用于形成可点燃的燃料/空气混合气的方法。在直接喷射式内燃机的汽缸中可形成可点燃的燃料/空气混合气，其方式是在每个由活塞为界的燃烧室中借助一个喷射器在释放喷嘴口时通过使一个阀元件从包围喷嘴口的阀座上抬起来喷射燃料。为了在内燃机的所有工作条件下、尤其在分层充气运行中实现所有特性曲线区的每个工作点上优化耗油及排放的内部混合气构成，使得阀元件的打开行程及喷射时间被可变地调节。
由DE 38 08 635 C2公知了一种用于将燃料直接喷射到一个混合气压缩式内燃机的汽缸中的燃料喷射装置。该燃料喷射装置包括一个相对汽缸头及排气口以一定距离地设置在汽缸壁中的燃料喷射阀，及包括一个排出口，其中燃料喷射阀的射束轴线向着汽缸头中所设的火花塞周围的区域。该燃料喷射阀具有一个电磁操作的阀针，它带螺旋形的涡旋槽，用于产生喷射束的涡流。该燃料喷射阀用它的射束轴向着设在汽缸头中心的点火点。
此外由US 5,941,207公知了一种用于将燃料喷射到混合气压缩强迫点火式内燃机的燃烧室中的装置，其中燃料在一定初始角度下圆锥状地喷入燃烧室。在此情况下喷入的燃料圆锥形地充满燃烧室，由此在很大程度上抑制了汽缸壁的浸润。一个相对扁平构型的活塞在压缩阶段使喷入的燃料雾球状地变形。该球状的混合气雾仅是非实质地与输入的空气混合及在进一步压缩时导入火花塞的火花隙。
由DE 198 27 219 A1公开了一种用于内燃机的燃料喷射阀，它具有一个燃料射束调整板。该燃料射束调整板具有第一喷嘴孔，这些喷嘴孔沿着一个第一圆布置，该圆与阀体中心轴线同轴心。此外设有第二喷嘴孔，它们沿着第二圆布置，该圆也与中心轴线同轴心及具有的直径大于第一圆的直径。第二喷嘴孔的每个孔轴线与一个垂直于阀体中心轴线的参考平面构成一个锐角，该锐角小于由第一喷嘴孔的每个孔轴线与该参考平面构成的角度。因此，由第一喷嘴孔喷入的燃料雾的方向离开由第二喷嘴孔喷入的燃料雾的方向。其一个结果是由喷嘴孔的不同圆喷入的燃料雾不相互干扰。
由上述文献公知的用于将燃料喷射到混合气压缩、强迫点火式内燃机的燃烧室中的方法或装置的缺点尤其是复杂的燃烧室几何结构，它必需使喷入的燃料与输入的空气相混合，以构成一个可点燃的燃料/空气混合气及为了点火将其转移到火花塞的火花隙附近。这种燃烧室几何结构一方面制造困难，另一方面对于氮氧化物的排放及燃料消耗量来说其燃烧不是优化的。
此外的缺点是，在大多数情况下火花塞直接地被燃料喷射阀喷射。由此一方面火花塞受到强的热冲击负荷，另一方面在火花塞电极上沉积上炭黑，这显著地限制了火花塞的寿命。
尤其是由DE 198 27 219 A1公知的燃料喷射阀具有这样的缺点，即通过不同喷射角喷入燃烧室的燃料大部分出现在燃烧室壁或活塞上，在那里被冷却及由此仅发生引起高有害物质排放或沉积炭黑的燃烧。
发明内容
根据本发明，提出了一种用于内燃机的燃料喷射系统，它具有一个燃料喷射阀，后者具有一个设有一些喷射孔的喷射孔板，燃料通过它们被喷入燃烧室，该燃烧室由一个汽缸壁构成边界；还具有一个活塞，它在汽缸壁中被导行；及具有一个伸入到燃烧室中的火花塞，其中，设置在喷射孔板上的喷射孔的直径被这样分配，即，使得在一个确定时刻上喷入的燃料在燃烧室的由活塞及汽缸壁构成边界的喷射容积中尽可能均匀地分布，及这些喷射孔以多行呈栅格状地设置在喷射孔板上，其中：喷射孔这样呈栅格状地在燃料喷射阀的喷射孔板上设置及定向，使得燃料喷射阀将燃料以至少两个喷射平面喷射到燃烧室中，这些喷射平面彼此间隔一个角度，通过这些喷射孔的定向形成的第一喷射平面在燃烧室中从该燃料喷射阀起以该角度离开相邻的喷射平面。
相比之下，根据本发明的具有上述特征的燃料喷射系统具有其优点，即通过燃料喷射阀相对燃烧室的专门配置使得喷射束被这样导向，即，使得混合气雾最佳地充满燃烧室。
尤其是，这样可避免燃烧室壁的浸润。由此可实现废气排放少及燃料节省的燃烧过程。
通过下面所述的措施可实现上述的燃料喷射系统的有利进一步构型及改进。
有利的是，这些喷射平面具有恒定的角度间距。
有利的是，混合气雾的包络线的射束张角为50°与100°之间。
有利的是，不同喷射平面的通过喷射孔喷入燃烧室的这些喷射束具有从一个中间轴线开始减小的角度间距。
有利的是，至少一个喷射平面的边缘侧喷射孔的直径小于该喷射平面上内侧的喷射孔的直径。
有利的是，至少一个喷射平面的边缘侧喷射孔的直径大于另一喷射平面的边缘侧喷射孔的直径。
有利的是，燃料喷射阀相对一个与燃烧室的纵轴线垂直的平面倾斜一定角度。
有利的是，该角度在35°与55°之间。
有利的是，燃料喷射阀的喷射孔板被这样构型，以使得喷入的混合气雾的包络线大致为圆柱形。
尤其有利的是，燃料喷射阀的喷射孔板的构型，它可产生最佳地充满燃烧室的混合气雾。
尤其有利的是，喷射孔板的板状构型，它可简单地制造及可用于批量的燃料喷射阀。
有利地，喷射孔在喷射孔板上被布置成多个行，由此形成一个栅格，它可根据要求来构型。
尤其有利的是喷射孔不同直径的选择，因为一方面以此方式可形成射束图形，及另一方面可影响混合气雾的化学计量。
燃料喷射阀相对火花塞的配置将导致：火花塞不直接地被喷射到，因为喷射束相对火花塞切向地运动及由此提高了火花塞的寿命。
附图说明
本发明的实施例被简化地表示在附图中及将在以下的说明中详细地描述。附图为：
图1：根据本发明的燃料喷射系统一个实施例的纵向截面图；
图2：由根据本发明的燃料喷射系统在燃烧室中产生的混合气雾的截面图；
图3：用于根据本发明的燃料喷射系统的一个燃料喷射阀的喷射孔板的第一实施例的俯视图；
图4：一个喷射孔板的第二实施例的俯视图；及
图5：一个喷射孔板的第三实施例的俯视图。
具体实施方式
图1局部、概要地表示根据本发明的用于混合气压缩强迫点火式内燃机的燃料喷射系统1的第一实施例的截面图。
燃料喷射系统1包括一个燃烧室2，它以汽缸壁3、具有斜顶5的汽缸头4及活塞6为界。一个火花塞7例如被安置得从中心伸入到燃烧室2中。一个进气门8及一个排气门9被设置在斜顶5上。
一个燃料喷射阀10被这样地设置在汽缸壁3及汽缸头4之间，使得燃料以多个喷射平面11喷入燃烧室2中。在该实施例中设有四个喷射平面11。在此，燃料喷射阀10相对一个与燃烧室2的纵轴线26垂直延伸的平面12倾斜一个角度β。这些喷射平面11彼此之间以一个恒定角度αy被喷入燃烧室2中。在这里，这些喷射平面11由喷射束20组成，它们构成图2中将要详细描述的射束图。喷入的混合气雾25的外部形状或者说所有喷射束20的包络线24因此具有圆柱的形状，它大致相应于燃烧室2的形状。
图2以燃烧室2的一个截面图表示由图1中根据本发明的燃料喷射系统1的第一实施例产生的射束图。如图1中所示，该燃料喷射阀10以四个喷射平面11将燃料喷入燃烧室2。在该实施例中这四个喷射平面11中的每个具有9个喷射束。
现在将图1及图2结合起来看，在该第一实施例中总共得到36个喷射束，它们被喷射到燃烧室2中及分布在四个喷射平面11中。在此，喷射平面11具有恒定的角度间距αy，每个喷射平面11的喷射束20具有角度间距αx。但该角度间距不是恒定的，而是从内喷射束向外喷射束地减小。下面的表格给出了关于第一实施例的喷射束20及喷射平面11的间距的一览表。
喷射平面  a
喷射束 -4 -3 -2 -1   0   1   2   3   4
αx -50° -39° -27° -14°   0°   14°   27°   39°   50°
αy 9° 9° 9° 9°   9°   9°   9°   9°   9°
喷射平面  b
喷射束 -4 -3 -2 -1   0  1  2  3  4
αx -50° -39° -27° -14°   0° 14° 27° 39° 50°
αy 0° 0° 0° 0°   0°  0°  0°  0°  0°
喷射平面  c
喷射束 -4 -3 -2 -1   0   1   2   3   4
αx -50° -39° -27° -14°   0°   14°   27°   39°   50°
αy -9° -9° -9° -9°   -9°   -9°   -9°   -9°   -9°
喷射平面  d
喷射束 -4 -3 -2 -1   0  1   2   3   4
αx -50° -39° -27° -14°   0°  14°   27°   39°   50°
αy -18° -18° -18° -18°   -18°  -18°   -18°   -18°   -18°
在表中喷射平面被相继地从a到d地称呼，其中a表示位于最靠近火花塞7的喷射平面。从-4到+4的数字表示以混合气雾25的中心轴线27为对称轴的各个喷射束20。这些符号被给出在图1及2中。
图3表示根据本发明的燃料喷射系统1的一个燃料喷射阀10的喷射孔板21的第一实施例的俯视图。在图3中所示的喷射孔板21产生出图1及2中所示的射束图。
在该实施例中，在喷射孔板21上设有在四个喷射平面11中的36个喷射孔22。其中在第一喷射平面11a中、在第二喷射平面11b中、在第三喷射平面11c中及在第四喷射平面11d中各设有9个喷射孔22。因此喷射孔22的布置相应于一个矩形的栅格。
为了能完全注满作为燃烧室2下空间的喷射容积23，喷射平面11的喷射孔22具有不同的直径。尤其是第一及第二喷射平面11a及11b的靠内部的喷射孔22a具有比这些平面的在外部的喷射孔22b大的直径。与上相比，第三及第四喷射平面11c及11d的喷射孔22的直径变得小些。作为喷射孔22的不同的直径的结果，不同喷射平面11的各个喷射束进入到燃烧室2中的深度不同。在此，通过第一或第二喷射平面11a或11b的在内部的喷射孔22a喷入的燃料接近地达到位于燃料喷射阀10对角线上相对的汽缸壁3，而通过第三及第四喷射平面11c及11d的喷射孔22喷入的喷射束20则喷射在向着活塞6的方向上及由于喷射孔22的直径较小而在燃烧室2中经过较短的路程。
因此，可这样选择喷射孔22及喷射平面11的布置及特征，以使得燃烧室2被喷入的燃料大致完全地充满，而这时不会使汽缸壁3或活塞6过分地浸润。其结果是燃料消耗量减小；同时氮氧化物的排放量下降。
由于喷射孔22的布置、它们的直径以及各个喷射束20相互间的水平及垂直角度间距，喷射孔盘21使喷入的混合气雾25大致为喷射容积23的形状。因此所有喷射束20及喷射平面11的包络线24获得圆柱形状，该形状相应于燃烧室2的由活塞6所释放的区域的形状。
各个喷射孔22的直径数据对于内部喷射孔22a可为100μm，而外部喷射孔22b或第三及第四喷射平面11c及11d的喷射孔22的直径例如可为25μm。
图4表示根据本发明的燃料喷射系统1的一个燃料喷射阀10的喷射孔板21的第二实施例。与在图3中所示的喷射孔板21不同，该实施例的喷射孔板21仅具有三个喷射平面11a，11b及11c，其中每个喷射平面设有8个喷射孔22。这得到总数为24个的喷射孔22。因此在相应于图1的燃料喷射系统1的截面图中，具有用于充满喷射容积23的三个喷射平面11a，11b及11c。
在该实施例中喷射孔22也具有不同的直径，其中四个内部喷射孔22a具有大致100μm的直径，而第三平面11c的喷射孔及外喷射孔22b例如可具有50μm的直径。
在下面的表格中列出该第二实施例的喷射平面11及喷射束20彼此间的倾斜角度。
喷射平面  a
喷射束 -4 -3 -2 -1     1    2   3   4
αx -47° -35° -22° -8°     8°    22°   35°   47°
αy 10° 10° 10° 10°     10°    10°   10°   10°
喷射平面  b
喷射束 -4 -3 -2 -1     1    2   3   4
αx -47° -35° -22° -8°     8°    22°   35°   47°
αy 0° 0° 0° 0°     0°    0°   0°   0°
喷射平面  c
喷射束 -4 -3 -2 -1     1    2    3    4
αx -47° -35° -22° -8°     8°    22°    35°    47°
αy -10° -10° -10° -10°     -10°    -10°    -10°    -10°
喷射平面a也是最靠近火花塞7。
图5表示根据本发明的燃料喷射系统1的一个燃料喷射阀10的喷射孔板21的第三实施例。如同第一实施例，这里喷射孔板22设置在四个喷射平面11中。在该实施例中，每个喷射平面11的喷射孔22的数目仅为6。这得到在喷射孔板21上总数为24个的喷射孔22。内部喷射孔22a例如具有100μm的直径，而外喷射孔22b具有50μm的直径。这里第四喷射平面11d的喷射孔22也是最小的喷射孔。
在下面的表格中列出该第三实施例的喷射平面11及喷射束20彼此间的倾斜角度。
喷射平面  a
喷射束 -3 -2 -1   1   2   3
αx -44° -28° -10°   10°   28°   44°
αy 20° 20° 20°   20°   20°   20°
喷射平面  b
喷射束 -3 -2 -1   1   2   3
αx -44° -28° -10°   10°   28°   44°
αy 10° 10° 10°   10°   10°   10°
喷射平面  c
喷射束 -3 -2 -1   1   2   3
αx -44° -28° -10°   10°   28°   44°
αy 0° 0° 0°   0°   0°   0°
喷射平面  d
喷射束 -3 -2 -1   1   2   3
αx -44° -28° -10°   10°   28°   44°
αy -10° -10° -10°   -10°   -10°   -10°
在该实施例中喷射平面a也是最靠近火花塞7的。
本发明不被限制在所述的实施例上，及例如也可使用具有多些或少些喷射平面或多些或少些喷射孔及不同孔径的喷射孔板。

Claims (9)

1.用于内燃机的燃料喷射系统(1)，它具有一个燃料喷射阀(10)，后者具有一个设有一些喷射孔(22)的喷射孔板(21)，燃料通过它们被喷入燃烧室(2)，该燃烧室由一个汽缸壁(3)构成边界；还具有一个活塞(6)，它在汽缸壁(3)中被导行；及具有一个伸入到燃烧室(2)中的火花塞(7)，其中，设置在喷射孔板(21)上的喷射孔(22)的直径被这样分配，即，使得在一个确定时刻上喷入的燃料在燃烧室(2)的由活塞(6)及汽缸壁(3)构成边界的喷射容积(23)中尽可能均匀地分布，及这些喷射孔(22)以多行呈栅格状地设置在喷射孔板(21)上，其特征在于：喷射孔(22)这样呈栅格状地在燃料喷射阀(10)的喷射孔板(21)上设置及定向，使得燃料喷射阀(10)将燃料以至少两个喷射平面(11)喷射到燃烧室(2)中，这些喷射平面(11)彼此间隔一个角度(αy)，通过这些喷射孔(22)的定向形成的第一喷射平面(11)在燃烧室(2)中从该燃料喷射阀(10)起以该角度(αy)离开相邻的喷射平面(11)。
2.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于：这些喷射平面(11)具有恒定的角度间距(αy)。
3.根据权利要求2的燃料喷射系统，其特征在于：混合气雾(25)的包络线(24)的射束张角(αges)为50°与100°之间。
4.根据权利要求3的燃料喷射系统，其特征在于：不同喷射平面(11)的通过喷射孔(22)喷入燃烧室(2)的这些喷射束(20)具有从一个中间轴线(27)开始减小的角度间距(αx)。
5.根据权利要求4的燃料喷射系统，其特征在于：至少一个喷射平面(11)的边缘侧喷射孔(22b)的直径小于该喷射平面(11)上内侧的喷射孔(22a)的直径。
6.根据权利要求5的燃料喷射系统，其特征在于：至少一个喷射平面(11)的边缘侧喷射孔(22b)的直径大于另一喷射平面(11)的边缘侧喷射孔(22b)的直径。
7.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于：燃料喷射阀(10)相对一个与燃烧室(2)的纵轴线(26)垂直的平面(12)倾斜一定角度(β)。
8.根据权利要求7的燃料喷射系统，其特征在于：该角度(β)在35°与55°之间。
9.根据以上权利要求中任一项的燃料喷射系统，其特征在于：燃料喷射阀(10)的喷射孔板(21)被这样构型，以使得喷入的混合气雾(25)的包络线(24)大致为圆柱形。
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