CZ253795A3

CZ253795A3 - Internal combustion engine with fuel injection

Info

Publication number: CZ253795A3
Application number: CZ952537A
Authority: CZ
Inventors: Nicholas John Ellwood; Raymond John Hill
Original assignee: Orbital Eng Pty
Priority date: 1993-04-29
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 1996-01-17
Also published as: IN189486B; ATE174104T1; PH31185A; MY113599A; JPH08510306A; EP0701654A1; WO1994025742A1; KR960702051A; CN1047822C; CZ287337B6; EP0701654B1; BR9406326A; US5622155A; CA2159608C; CN1120361A; CA2159608A1; TW329457B; EP0701654A4; DE69415012D1

Description

Vynález se týká spalovacího motoru se vstřikováním paliva, zvláště motoru s přímým vstřikováním paliva, to je motoru, kde jednotlivě odměřené dávky paliva se vstřikují přímo do příslušných válcfl motoru. Vynález se zejména týká motoru, kde je palivo unášeno proudem plynu, zejména vzduchu.

Dosavadní stav techniky

Motory tohoto typu jsou známy a obvykle obsahují zásobník plynu používaný ve vstřikovacím procesu, kde se plyn udržuje pod odpovídajícím tlakem a postupně se přivádí do příslušných vstřikovačfl spalovacího motoru k uskutečňování procesu vstřikování. V některých patentových přihláškách, tvořících stav techniky, se u víceválcových motorů uvedeného typu používá přetlakové komory, přímo spojené s každou vstřikovací jednotkou a tvořící zdroj stlačeného plynu. Bylo navrženo využít stlačeného plynu z válce spalovacího motoru pro následné použití jako zdroje vysokého tlaku plynu pro uskutečnění vstřikování paliva do spalovací komory motoru. Ve dvou takových řešeních, obsažených v patentovém spisu US 2, 710,600 a v patentové přihlášce GB A 2 093 113, je vytvořena koaxiální palivová a vzduchová komora, s palivem dodávaným do palivové komory a plynem dodávaným ze spalovací komory do plynové komory. V této plynové komoře se plyn dále stlačuje pro uskutečnění převodu plynu do palivové komory a následně dodávání paliva unášeného proudem plynu do spalovací komory. Komplexnější systém získávání plynu o vysokém tlaku ze spalovací komory k použití k následnému vstřikování paliva je uveden v patentovém spisu US 4.781,164 tohoto přihlašovatele.

Λ.

Řešení padle tohoto patentu je poměrně komplexní a v každém případě zajištuje dodávku plynu získaného ze spalovací komory do externí komory nebo zásobníku, z nichž se následně dodává do vstřikovačů paliva. Dále v japonské patentové přihlášce 64-19170 je uveden motor s jednotlivými systémy dodávky paliva a stlačeného vzduchu nezávisle do spalovací komory motoru. Vzájemné uspořádání bodů pro dodávku vzduchu a paliva se provádí tak. že vzduch a palivo se mísí ve vstupu do spalovací komory. Je navrženo, že při vstřikování vzduchu do spalovací komory nezávisle na vstřikování paliva, časování začátku a konce dodávání vzduchu se může nezávisle měnit podle dodávky paliva. Výhodou tohoto nezávislého dodávání paliva a vzduchu do spalovací komory je, že vytváří neomezený výběr časování a délky dodávání vzduchu, takže se dosáhne příznivějšího účinku vzhledem k řízení spalovacího procesu.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vytvoření spalovacího motoru, mající vstřikovací zařízení paliva, obsahující dodávání stlačeného plynu, kde toto vstřikovací zařízení je tak konstruováno a uspořádáno, aby nedošlo k podstatnému zvětšení vnějších rozměrů spalovacího motoru, a které umožní dosažení účinného výkonu jak vlastního vstřikovacího zařízení, tak následně i spalovacího motoru. Spalovací motor se vstřikováním paliva obsahuje alespoň jednu spalovací komoru a alespoň jeden vstřikovač uspořádaný pro dodávání paliva do každé spalovací komory, kde každý vstřikovač obsahuje tryskovou komoru s volitelně otvfratelnou vstřikovací tryskou spojující tryskovou komoru se spalovací komorou, dávkovači jednotku paliva k dávkování paliva pro jeho dodávání z tryskové komory do spalovací komory a plynovou komoru,při léhájící k spalovací komoře a bočně uspořádanou vzhledem k tryskové komoře, se kterou je spojena pro dodávání plynu do tryskové komory, kde palivo je dodáváno z tryskové komory do spalovací komory, přičemž je unášeno plynem.

Ve výhodném provedení spalovacího motoru podle vynálezu je plynová komora nebo trysková komora umístěna v hlavě válce a při tomto umístění obou komor přiléhá plynová komora ke tryskové komoře. Normálně je plynová komora v přímém spojení s tryskovou komorou. V alternativním provedení může být plynová komora,umístěna na jiném místě ve stěně spalovací komory.

Při provozu uvedeného spalovacího motoru je vstřikovač paliva obvykle uspořádán tak, že během každém cyklu motoru je vstřikovací tryska otevřena po určitou dobu po skončení dodávky paliva z tryskové komory do spalovací komory. To umožňuje průchod plynu ze spalovací komory vstřikovací komorou ke zvýšení tlaku plynu v plynové komoře na hodnotu postačující k provedení dodávky paliva během příštího cyklu motoru. Vstřikovací tryska je zejména udržována otevřená po určitou dobu po vstříknutí paliva a průběžně při vstřikování paliva do spalovací komory k umožnění průchodu plynu do tryskové komory, k provedení uvedeného zvýšení tlaku plynu v plynové komoře.

U víceválcového motoru může být obvykle jedna plynová komora uspořádána ve spojení s tryskovou komorou, spojenou se spalovací komorou každého válce. Jedna plynová komora může být provedena jako^T rada jednotlivých propojených plynových komor, obvykle s jednou komorou pro každou spalovací komoru. V tomto uspořádání není nutné. aby každá vstřikovací tryska, která je spojená s každou spalovací komorou, byla jednotlivě udržována v otevřené poloze po skončení dodávky paliva do příslušné spalovací komory během prodloužené doby k provedení dodávky plynu k udržování požadovaného tlaku plynu. Plyn dodávaný z jedné nebo dvou spalovacích komor může stačit pro zajištění požadovaného množství a tlaku plynu v jednotlivých plynových komorách víceválcového motoru. Dále, když se použije jedné nebo několika spalovacích komor k dodávání plynu do plynových komor vfceválcového motoru, může být tato povinnost rozdělena mezi jednotlivé spalovací komory motoru ve zvoleném poradí. Mělo by se však poznamenat, že i když je dodávání plynu do všech plynových komor z jednoho nebo několika válců motoru obvyklé a přináší to úspory nákladů a energie, může se plyn alternativně dodávat z externího zdroje, včetně kompresoru poháněného motorem nebo nezávislého zdroje. ' ,

Bylo zjištěno, že celková výška nebo šířka spalovacího motoru, v závislosti na jeho uspořádání, se může zmenšit zabudováním plynové komory do hlavy válce nebo do stěny spalovací komory, těsně u vstřikovače paliva, ve srovnání se stavem techniky, kde vstřikovače a plynové komory jsou obvykle uspořádány zády k sobě nebo jsou umístěny axiálně vzhledem k tryskové komoře. Kromě toho, když je plynová komora podle vynálezu umístěna v hlavě válce-nebo jinak těsně u spalovací komory, má plyn, který je .v ní obsažen, obvykle vyšší teplotu, než u konstrukcí podle dosavadního stavu techniky.

Vyšší teplota plynu může přispívat k řízení usazenin v plynové komoře nebo v tryskové komoře a ke stálosti provozu motoru, zejména při běhu naprázdno. Zlepšená stálost provozu při běhu naprázdno se přičítá tomu, že zvýšené ulpívání částí paliva ve vstřikovači nebo v plynové komoře se redukuje jako důsledek vyšší teploty plynu v tryskové komoře a v plynové komoře a následného zvýšeného odpařování paliva. Navržené řešení také umožňuje snížení délky dráhy průchodu plynu z plynové komory do tryskové komory.

.Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, kde na obr.l •Je v příčném řezu znázorněna hlava válce se zabudovaným vstřlkovačem a plynovou komorou a na obr.2 Je v příčném řezu znázorněna podobná hlava válce v alternativním uspořádání.

Příklady provedení vynálezu

Hlava 1 válce spalovacího motoru, jak je znázorněna na obr.l, Je vhodná pro běžný dvoudobý motor. Hlava 1 v příčném řezu, znázorněná na obr.l, může být považována za hlavu válce víceválcového motoru nebo jednoválcového motoru. Do hlavy 1 je vyměnitelně zašroubována běžná zapalovací svíčka 5, ve vhodně umístěném závitovém otvoru 6, a prochází do spalovací komory 3. V otvoru 8 v hlavě 1 je umístěn dvoupalivový vstřikovač 7 známé konstrukce a prochází známým způsobem do spalovací komory 3- Hlava i dále obsahuje plynovou komoru 10, která Je tvořena dutinou 9, vytvarovanou částečně v hlavě 1 a částečně ve snfmatelném krytu li- Plynová komora 10 je spojena se vstřikovačem 7 kanálkem 12.

vstřikovací trysku 15, upevněnou v a talířový ventil 16, řízený solenoidem 18, jehož kotva 21 je upevněna ke dříku 22 talířového ventilu 16. Solenoid '18 se cyklicky zapíná známým způsobem pro otevírání a zavírání

Vstřikovač 7 obsahuje otvoru 8 v hlavě 1, tal ířového véntilu 16 k* dodávání......pal iva unášeného proudem vzduchu do spalovací komory 3. Dávkovači jednotka 14 paliva cyklicky dodává dávkované množství paliva do axiálního průchodu 23 v dříku 22 talířového ventilu 16. Palivo prochází bočními průchody 24 v dříku 22 do prstencovité dutiny 25. obklopující spodní část talířového ventilu 16, která je přímo spojená s horní stranou hlavy 27 talířového ventilu 16. Další Informace o vstřikovač! 7 paliva není nutno podávat, protože jde o známou konstrukci. uvedenou například v patentovém spisu US 4,934,329 tohoto přihlašovatele. Tryska 15 vstřikovače 7 má boční otvor 26 uspořádaný pro spojení kanálku 12 a prstencovité dutiny 25. obklopující spodní část talířového ventilu 16. 2 obr.1 je patrné, že plynová komora 10 v hlavě £ je stále volně spojená s prstencovitou dutinou 25 ve vstřikovači 7.

' Při provozu spalovacího motoru s použitím pásaného zařízení je zřejmé, že dodávání dávkovaného množství paliva z dávkovači jednotky 14 do axiálního průchodu 23 v dříku 22 představuje samostatnou operaci od otevření talířového ventilu 16 pro dodávku paliva unášeného proudem dávky plynu z plynové komory 10 vstřikovací tryskou 15 do spalovací komory 3 motoru. Za předpokladu, že ve výchozí poloze je. plynová komora 10 naplněna plynem předem získaným .ze spalovací komory 3 motoru, a neznázorněný píst příslušného neznázorněného válce pro příslušnou spalovací komoru 3 se pohybuje vzhůru v kompresním zdvihu motoru, a že dávkované množství paliva bylo dodáno dávkovači jednotkou 14 do axiálního průchodu 23 ve dříku* 22 talířového, ventilu .16 vstřikovače 7, potom při otevření talířového ventilu 16 v okamžiku kompresního zdvihu, když tlak ve válci je podstatně nižší než tlak plynu v plynové komoře £0. dávkované množství paliva se vstřikuje vstřikovací tryskou 15. do spalovací komory 3, unášeno z plynové komory 10 kanálkem vstřikovače 7, a tedy prstencovitou dutinou 25 a otevřenou vstřikovací tryskou £5- Po uplynutí relativně krátkého časovém intervalu se všechno dávkované množství paliva vstřikne vstřikovací tryskou 15 do spalovací komory 3 a pokračující zdvih pístu ve válci směrem vzhůru vytváří výsledný vrůst tlaku ve spalovací komoře 3. V tomto okamžiku se vstřikovací tryska 15 stále udržuje otevřená pro usnadnění proudem plynu, proudícího 12 a bočním otvorem 26 do následného opětného natlakovánf plynové komory 10. Tak se dosáhne stavu, kdy tlak ve spalovací komoře 3 je vyšší než tlak v plynové komoře 10 a nastane reverzace proudu plynu ze spalovací komory 3 otevřenou vstřikovací tryskou 15, bočním otvorem 26 a kanálkem 12 do plynové komory 10, namísto vypouštění plynu během předchozího dodávání paliva, a také pro zvýšení tlaku plynu v plynové komoře na hodnotu, která je podstatně vyšší než tlak ve spalovací komoře 3 v okamžiku počátečního otevření vstřikovací trysky 15, pro dosažení následného dodávání paliva do spalovací komory 3- Tryska 15 se potom uzavře a udržuje plyn v plynové komoře 10, která je připravena pro dodávku paliva do spalovací komory 3 během dalšího cyklu motoru: V konstrukčním provedení podle obr.l tvoří kryt 11 přístup do dutiny 9 k jejímu obrábění nebo jinému dokončování jejího vnitřního povrchu. Kryt 11 se může také používat v upraveném provedení k vytváření spojení mezí plynovou komorou 10 s jedním nebo několika válci víceválcového motoru, kde plyn se dodává z jakéhokoliv počtu válců nebo z externího zdroje. Kryt 11 může také vytvořit spojení jednotlivých plynových komor 10 víceválcového motoru s jedinou tlakovou komorou, ve které zdroj tlakového plynu mohou tvořit spalovací komora nebo spalovací komory motoru, kompresor poháněný motorem nebo externí zdroj. Může se použít i odlišného řešení, kde dutina 9 je vytvořena v hlavě 1 nebo ve stěně válce. Také tvar dutiny 9, znázorněný na obr.l, který se zužuje směrem ke kanálků 12 pódpórúje proud pallva, které může proudit do plynové komory 10 kanálkem 12, když osa plynové komory 10 je vertikální a kanálek 12 je umístěn níž, než plynová komora 10. Obecně polokulový tvar zbývající části dutiny 9 vytváří dále minimální plochu k objemovému poměru, a proto přispívá ke snižování možností ulpívání paliva.

Na obr.2 je znázorněna upravená verze vstřikovacího zařízení, v porovnání se zařízením na obr.l, kde základní rozdíly spočívají v umístění dávkovacího ústrojí. které dodává dávkované množství paliva do prstencovité dutiny 25 a v následných změnách konstrukce dvoupalivového vstrikovače 7. V provedení znázorněném na obr.2 se palivo dodává dávkovačím a prostřednictvím jehly bočním otvorem 26 do spodní části talířového je ventilová hlava 27 ústrojím 32 palivovým potrubím 30A 30B do ústí kanálku 12 a tedy prstencovité dutiny 25 kolem vnější ventilu 16. Je výhodné, že když v otevřené poloze, proudí plyn z plynové komory 10 kanálkem 12 a bočním otvorem 26, a tím unáší palivo do prstencovité dutiny 25 a dodává je otevřenou vstřikovací tryskou 15. Délka a směr jehly 30B se může měnit nebo nastavit pro dosažení její nejlepší ovládací polohy vzhledem k plynové komoře 10 a kanálku 12. Jehla 30B může také procházet kanálkem 12 a bočním otvorem 26 k přímému dodávání paliva do prstencovité dutiny 25. Jehla 30B může dále zasahovat do prstencovité dutiny 25 a může být na svém konci upravena tak,aby směrovala palivo k ventilové hlavě 27. Je třeba poznamenat, že ačkoliv vnější uspořádání horní části dříku 22 je stejné jako na obr.l, je vypuštěn axiální průchod 23 v dříku 22 a je vytvořen pevný dřík 22, jak je znázorněno na obr.2. V tomto provedení neprochází palivo dolQ středem dříku 22, ale dodává se přímo do prstencovité dutiny 25 bočním otvorem 26 prostřednictvím jehly 30BV konstrukčním provedení podle obr.2 se zkracuje délka dráhy proudu paliva od místa dávkování ke vstřikovací trysce 15, a tím se snižuje možnost ulpívání paliva a nepříznivý účinek na řízení skutečného množství dodaného paliva- Délka dráhy proudu plynu z plynové komory 10 se také zkracuje a solenoid 18 je vystaven kratší dobu horkým plynům proudícím do vstřikovače 7, což má za následek, že provozní teplota solenoidu je nižší, než u předchozí konstrukce. Tato úprava umožní obrácené nebo axiální uspořádání plynové komory 10 a vstřikovače 7. než jak bylo dříve popsáno- Odpor cívky solenoidu 18 vzrůstá se vzrůstající teplotou, která je samozřejmě nežádoucí, protože zvyšuje spotřebu proudu solenoidu 18.

Přestože nejsou znázorněny na obr.l a 2, mohou být na vnějším povrchu spodní části talířového ventilu 16 vytvořeny vhodné vodící výstupky, které jsou kluzně uloženy v přilehlém vnitřním soustředném povrchu vstřikovací trysky 15 pro udržování ventilové hlavy 27 v soustředné poloze s ventilovým sedlem vstřikovací trysky 15. Tato konstrukce le známá a je běžně používaná ve velkém rozsahu známých vstrikovačů. Jeden její příklad může být uveden ve spisu US 4,795.335 tohoto přihlašovatele.Palivo se může dopravit k jehle 30B jakýmkoliv známým dávkovačem paliva, ale s výhodou dávkovačem necitlivým k tlaku, jako je . objemové čerpadlo. Dávkovači ústrojí, zvláště vhodné pro toto prostředí je uvedeno v současně vyřizované mezinárodní přihlášce PCT/AU92/00561 tohoto přihlašovatele nebo v mezinárodní přihlášce VO 93/00502.

Popsaná konstrukční provedení, kde plynová komora 10 je zabudována ve hlavě 1, odstraňuje nutnost vytváření nezávislého zdroje stlačeného plynu pro dodávání paliva do motoru, jako je kompresor, a tím podstatně snižují celkové výrobní náklady vstřikovacího zařízení paliva. Dále bylo zjištěno, že zpětné proudění plynů o vysoké teplotě, ze spalovací komory 3 vstřikovací tryskou 15 vstřikovače 7 do plynové komory 10 udržuje vnitřek vstřikovací trysky 15 a plynové komory 10 v podstatě volný od usazenin částečně spáleného paliva a následně vede k účinnějšímu ovládání vstřikovače 7 během delší období. Vysoká teplota v plynové komoře 10 podporuje odpařování paliva a snižuje možnost ulpívání paliva na vnitřním povrchu vstřikovací trysky 15 a na povrchu talířového ventilu 16. Zabudování plynové komory 10 těsně u spalovací komory 3, jako v hlavě 1 válce nebo ve stěně spalovací komory 3, také zmenšuje celkové rozměry vstřikovacího zařízení. Výsledkem vysoké teploty ve stěnách plynové komory 10 je dále typické snížení tvorby usazenin na vnitřním povrchu plynové komory 10 a ve vstřikovací trysce 15

I když se do plynové komory 10 dodává plyn o vysokém tlaku kompresorem, uvedené výhody jsou stále zachovány, jako výsledek vysoké teploty stěn plynové komory 10

Je zřejmé, že i když Je hlava 1 válce znázorněná na výkrese určena pro dvoutaktní motor, je tento vynález rovněž použitelný pro čtyřtaktní motor. Také je zřejmé.že jako plynu se může používat vzduchu nebo jakéhokoliv jiného plynu, který může podporovat celkový proces spalování, tak jako vzduch. Palivo může být také ve stavu kapalné páry nebo plynu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROK?

1. Spalovací motor se vstřikováním paliva, obsahující alespoň jednu spalovací komoru (3), a alespoň jeden vstřikovat? <7 5 uspořádaný pro dodávání paliva do každé spalovací komory jí <35, kde každý vstřikovač (.7) obsahuje tryskovou komoru <255 s volitelně otvíratelnou vstřikovací tryskou <155 spojující tryskovou komoru <255 se spalovací komorou <35, dávkovači jednotku <145 paliva k dávkování paliva pro jeho dodávání z tryskové komory <255 do spalovací komory <35 a plynovou komoru <105. přiléhající ke spalovací komoře <35 a bočně uspořádanou vzhledem k tryskové komoře <255, se kterou je spojena pro dodávání plynu do tryskové komory <255, kde palivo je dodáváno z tryskové komory <255 do spalovací komory <35, přičemž je unášeno plynem.
2: Spalovací motor podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstřikovač <75 je zabudován ve stěně spalovací komory <35 a obsahuje vstřikovací trysku <155 uspořádanou k přímému vstřikování paliva do spalovací komory <35.
3. Spalovací motor podle nároku la2, vyznaču j íc í se tím, že plynová komora <105 je umístěná ' vé stěně.....

spalovací komory <35.
4. Spalovací motor podle nároku la2, vyznaču j íc í i

se t í m, že plynová komora <105 je umístěna v hlavě <15 válce motoru, přičemž vymezuje Část spalovací komory <35.
5. Spalovací motor podle nároků 1 až 4, vyznačuj ící set í m. že trysková komora <255 je umístěna v hlavě <15 válce motoru, přičemž vymezuje Část spalovací komory <35.
6- Spalovací motor podle nároků 1 až 5, vyznačuj íc í se tím, Že plynová komora CIO) je ve stálém spojení s tryskovou komorou (25) |
7- Spalovací motor podle nároků 1 až 6, vyznaču j íc í s e t í m, Že vstřikovač (7) je upraven pro udržování své vstřikovací trysky (15) v otevřené poloze po zvolenou dobu mezí postupnými dodávkami paliva do spalovací komory (3) k umožnění průtoku plynu do plynové komory CIO? ze spalovací ' komory (3) vstřikovací tryskou (15) a tryskovou komorou (25) . ... k. novému nastavení tlaku- ve spalovací komoře- (10) nadzvolenou hodnotu.
8. Spalovací motor podle nároku 7, vyznačující p ^!s e tím, že vstřikovač (7) je upraven pro udržování tryskové komory ¢25) ve spojení se spalovací komorou C3) po dobu postačující pro postupné dodávání paliva do spalovací komory (3) a pro průchod plynu do tryskové komory C25).
9. Spalovací motor podle nároků 1 až 8, vyznačuj íc í se tím, že dávkovači jednotka (14) paliva je upravena k dodávání paliva do tryskové komory C25) kanálkem (12) vedoucím do plynové komory ¢10).
10. Spalovací motor podle nároků 1 až 8, vyznačuj í c í se t í m, že dávkovači jednotka (14) paliva je upravena k dodávání paliva do plynové komory (10).
11. Spalovací motor podle nároků 1 až 9, vyznačuj í c í se tím, že dávkovači jednotka (14) paliva je, upravena k dodávání paliva do kanálku (12) spojujícího plynovou komoru (10) a tryskovou komoru (25).
12. Spalovací motor podle nároků 1 až 11, vyznaču j í cí se tím, že spalovací motor ie víceválcový motor, kde každý válec má příslušnou spalovací komoru (3).vstřikovač (7) a plynovou komoru (10), kde plynové komory (10) dvou nebo více válců jsou propojeny pro volný průchod plynu mezi nimi.
13- Spalovací motor podle nároku 12, vyznačující se tím, že vstřikovač (7) alespoň jednoho z válců, jejichž plynové komory (10) jsou propojeny, je upraven pro udržování jeho vstřikovací trysky (15) v otevřené poloze po zvolenou dobu mezi postupnými dodávkami paliva do spalovací komory (3) tohoto válce k umožnění průtoku plynu do jeho plynové komory (10) ze spalovací komory (3) vstřikovací tryskou (15) a tryskovou komorou (25) k novému nastavení tlaku v každé ze spojených spalovacích komor (10) nad zvolenou hodnotu.