HU181907B

HU181907B - Method for direct injecting the fuel at supercharged internal combustion engines

Info

Publication number: HU181907B
Application number: HU79MA3207A
Authority: HU
Inventors: Alfred Neitz
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1983-11-28
Also published as: IT7926029A0; JPS5549524A; IT1123742B; DE2842458C2; IN152752B; SE7908088L; DD146079A1; DE2842458A1; SE437399B; GB2033473B; AT380069B; FR2437504A1; FR2437504B1; GB2033473A; CH641874A5; JPS6033975B2; ATA626479A

Description

A találmány tárgya eljárás légsűrítéses belsőégésű motoroknál a tüzelőanyag közvetlen befecskendezésére, amelynél a beáramló égési levegőt a forgástest-alakú égéstér hossztengelye körül forgásba hozzák, és amelynél a tüzelőanyagot keresztmetszet-vezérlésű csapos fúvóka segítségével a légmozgás irányába a felső fordulatszám- és/vagy terheléstartományban részben az égéstérfalra filmszerűen hordják fel. A motor üresjáratában és az alsó fordulatszám- és/vagy terheléstartományban viszont a tüzelőanyagot az égési levegővel a lehető legjobban közvetlenül összekeverik. Ezáltal a tüzelőanyag befecskendezési nyomása és a tüzelőanyagsugár kilépő sebessége a fúvókafuratnál a motor teljes üzemtartományában állandó, illetve közel állandó értéken van tartva.The present invention relates to a method for direct injection of fuel in air-compressed internal combustion engines, wherein the incoming combustion air is rotated about the longitudinal axis of the rotary body and wherein the fuel is cross-sectional or upwardly rotated by a cross-sectional pin nozzle film on the combustion chamber wall. On the other hand, the fuel is blended as directly as possible with the combustion air at engine idle and low speed and / or load range. Thus, the fuel injection pressure and fuel jet outlet velocity at the nozzle bore are kept constant or close to constant throughout the engine operating range.

Ilyen eljárás már ismeretes a P 27 09 161.8 számú NSzKbeli szabadalmi bejelentésből. Eszerint a keverékelőkészítés és ezzel az égés a motor üresjáratában és az alsó fordulatszám- és terheléstartományban azzal javítható, hogy az ezekben a tartományokban befecskendezett tüzelőanyagot az égési levegővel közvetlenül jól összekeverik, mivel a filmsze- 20 rűen felhordott tüzelőanyag megfelelően gyors elpárolgásához szükséges hőmérsékletek és égéstérfal-hőmérsékletek még nem alakultak ki, ami viszont kedvezőtlenül hat a motor jellemző adataira és a kipufogógáz-minőségére.Such a process is already known from U.S. Patent Application No. P 27 09 161.8. Accordingly, blend preparation and thereby combustion at engine idle and low speed and load range can be improved by mixing fuel injected in these ranges directly with the combustion air because of the temperatures and combustion chamber temperatures required to evaporate the film-like fuel sufficiently rapidly. temperatures have not yet developed, which in turn adversely affects engine characteristics and exhaust quality.

A fenti hiányosságok kiküszöbölésére sok javaslat született, 25 amelyek azonban egyre további hiányosságokat hoztak magukkal. Vagy túl drága volt a berendezés, vagy túl komplikáltra sikerűit a szerkezeti kialakítás, vagy pedig a tüzelőanyagnak az égéstérfalra való felvitelével dolgozó motorok felső üzemtartományában meglévő előnyök részben elvesztek. 30Many suggestions have been made to remedy the above shortcomings, 25 which, however, have led to further shortcomings. Either the equipment was too expensive, or the structural design successes were too complicated, or the advantages over the upper operating range of the engines that applied fuel to the combustion chamber were partially lost. 30

A fent ismertetett megoldás egyszerű eszközökkel ugyan bizonyos továbbfejlesztést jelentett, azonban a gyakorlatban szerzett tapasztalatok szerint a tüzelőanyag porlasztási finomságát a motor alsó üzemtartományában kívánatos lenne 5 még tovább javítani.Although the solution described above represented some improvement by simple means, experience has shown that it would be desirable to further improve the atomization fineness of the fuel in the lower operating range of the engine.

A találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése.It is an object of the present invention to overcome the above shortcomings.

A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően a bevezetőben leírt eljárás egyszerű eszközökkel történő olyan 10 továbbfejlesztése, hogy a motor üresjáratában, valamint az alsó fordulatszám- és terheléstartományban a tüzelőanyag porlasztását és az égési levegővel való közvetlen keveredését érjük el, anélkül, hogy a motor üzemi adatai a felső üzemtartományban romlanának.Accordingly, the object of the present invention is to further develop by simple means the method described in the introduction, such as atomising the fuel and directly mixing the fuel with the combustion air in the idle and lower speed and load ranges, without in the upper plant range.

A kitűzött feladatot a találmány szerint azzal oldottuk meg, hogy a forgó égési levegő sebességét és a tüzelőanyag-sugár kilépősebességét egymással úgy hangoltuk össze, hogy azok a motor névleges fordulatszámánál a tüzelőanyag-sugár közelében azonosak, illetve közel azonosak, valamint csökkenő motor-fordulatszámnál — relatív sebesség kialakulása mellett — az égési levegő sebessége lényegesen csökkentet811, valamint a befecskendező fúvóka nyílásának átmérőjét — amelynek növelése a motor fordulatszámviszonyával nő — a motor fordulatszámviszonyától függően 5—100%-kal nagyobbra választottuk, mint az optimálisan megválasztott, állandó keresztmetszetű, egyfuratú befecskendezőfúvóka alkalmazásánál.The object of the present invention is solved by aligning the rotary combustion air velocity and the fuel jet outlet velocity so that they are identical at or near the fuel jet at rated engine speed, and at decreasing engine speed - with relative velocity, the combustion air velocity is significantly reduced811, and the diameter of the injection nozzle orifice, which increases with engine speed, is 5-100% larger, depending on engine speed, than the optimally selected single-hole .

Az égési levegő sebességének a tüzelőaúyag kilépősebességével való egyenlővé tétele, illetve közel egyenlővé tétele révén a motor névleges fordulatszámánál gyakorlatilag nem lép fel viszonylagos sebesség, úgyhogy a tüzelőanyag-sugár szétbomlását elősegítő semmiféle súrlódás nem jön létre. Ezért a tüzelőanyag és az égési levegő közötti—a befecskendező fúvóka nyílásának átmérőnövekedéséből származó — nagyobb érintkezési felület is közel hatástalan marad. Azok az előnyök, amelyek a tüzelőanyagnak az égéstérfalra való felvitelével dolgozó motorok felső üzemtartományában megvannak, így tehát teljesen megőrizhetők. Megemlítjük, hogy a befecskendő fúvóka nyílásátmérőjének növelése és ezzel a fúvókakeresztmetszet növelése — amely a sugárkeresztmetszet és ezzel a befecskendezési nyomás csökkenéséhez vezethet — a befecskendező fúvóka nyílásába merülő fojtócsappal ki van egyenlítve.By making the combustion air velocity equal to or almost equal to the fuel exit velocity, there is practically no relative speed at the rated engine speed, so that no friction that promotes the decay of the fuel jet is produced. Therefore, the larger contact area between the fuel and the combustion air, resulting from the increase in the diameter of the injection nozzle, remains nearly ineffective. The benefits of having the upper operating range of the fuel injection engines on the combustion wall are thus fully preserved. It is noted that increasing the diameter of the nozzle of the injection nozzle and thereby increasing the diameter of the nozzle, which may lead to a reduction in the radial cross-section and thereby the injection pressure, is compensated by a throttle submersible in the nozzle opening of the injection nozzle.

Üresjáratnál, valamint az alsó fordulatszám- és terheléstartományban tehát a befecskendezési nyomás és ezzel a tüzelőanyagnak a fúvókanyílásból való kilépősebességét állandó értéken tartjuk míg az égési levegő sebességét a motorfordulatszámmal az arányosan túli mértékben csökkentjük. Ez pedig azzal jár, hogy a tüzelőanyag és az égési levegő között relatív sebesség és ezzel súrlódás jön létre, ami a tüzelőanyag finomabb porlasztását eredményezi. Ez a porlasztás tovább javítható a tüzelőanyag-sugárnak és annak felületének a találmány szerinti növelésével.Thus, at idle and in the lower speed and load range, the injection pressure and thereby the fuel outlet from the nozzle are kept constant while the combustion air velocity is reduced in proportion to the engine speed. This results in a relative velocity and thus friction between the fuel and the combustion air, resulting in a finer atomization of the fuel. This atomization can be further improved by increasing the fuel beam and its surface according to the invention.

A fenti módon optimális viszonyokat hozhatunk létre, azaz a teljes üzemtartományon át jó keverékelőkészítést és ezáltal tökéletes égést érhetünk el, megfelelően jó kipufogógáz-minőség mellett.In this way, optimum conditions can be achieved, ie good blend preparation over the entire operating range and thus perfect combustion with good exhaust quality.

A találmány továbbfejlesztéseként javasoljuk, hogy legfeljebb 2,5-ös fordulatszámviszonyú motoroknál a befecskendező fúvóka nyílásának átmérőjét 5—50% közötti értékkel, a 2,5 feletti fordulatszámú motoroknál pedig a befecskendező fúvóka nyílásának átmérőjét 40—100% közötti értékkel nagyobbra kell választani, mint az optimálisan megválasztott fix egyfuratú befecskendező fúvókáknál.As a further development of the invention, it is recommended that the injection nozzle aperture diameter be selected from 5 to 50% for motors up to 2.5 rpm, and the injection nozzle aperture diameter from 40 to 100% for motors above 2.5 rpm. optimally selected fixed one-hole injection nozzles.

A találmányt az alábbiakban néhány gyakorlatból vett adat kapcsán ismertetjük részletesebben:The invention will now be described in more detail with reference to data taken from some practices:

A befecskendezés során a tüzelőanyag-sugár közepes sebessége mintegy lOOm/sec. Az égési levegő sebességét a tüzelőanyag-sugár közelében a névleges fordulatszámnál ugyancsak lOOm/sec-ra választottuk. így a motor felső üzemtartományában a tüzelőanyag és az égési levegő közötti viszonylagos lebesség gyakorlatilag nullával egyenlő. Természetesen a tüzelőanyag-sugár csúcsok változó sebessége miatt bizonyos eltérések lehetségesek, amelyek azonban elhanyagolhatók. Abban az esetben, ha a motor fordulatszámát csökkentjük, az égési levegő kerületi sebessége az arányoson túli mértékben csökken, azaz 4 fordulatszámviszonynál — tehát a fordulatszámnak 4000 f/perc-ről 1000 f/perc-re történő csökkentésénél — a tüzelőanyag és az égési levegő közötti sebességviszony közelítőleg 5,5. A tüzelőanyag befecskendezési nyomása és ezzel a befecskendezési sebesség ugyanis állandó marad. Ezáltal lOOOf/perces motorfor dulatszámnál az égési levegő sebessége mintegy 18m/sec és a tüzelőanyaghoz képesti viszonylagos sebesség pedig 82 m/sec.The average velocity of the fuel jet during injection is about 100m / sec. The combustion air velocity near the fuel jet at the rated speed was also selected at 100m / sec. Thus, in the upper engine operating range, the relative velocity between fuel and combustion air is practically zero. Of course, due to the varying velocity of the fuel jet peaks, some variations are possible, but these are negligible. In the event that the engine speed is reduced, the circumferential velocity of the combustion air is reduced in a proportional manner, i.e., at 4 RPMs, i.e. a reduction of the RPM from 4000 RPM to 1000 RPM, between the fuel and the combustion air. speed ratio is approximately 5.5. The fuel injection pressure and thus the injection rate remain constant. This results in a combustion air velocity of approximately 18m / sec and a relative velocity to fuel of 82 m / sec at 10,000 rpm.

Végül megemlítjük, hogy a találmány jellemzőinek ismeretében bármely átlagos képzettségű szakember a javasolt eljárást feltalálói tevékenység nélkül foganatosíthatja.Finally, it will be appreciated that, in view of the features of the invention, any one of ordinary skill in the art may carry out the proposed process without the need for any inventor.

Claims

Patent claims

1. A method for direct injection of fuel in a pneumatic internal combustion engine, wherein the incoming combustion air is rotated about a longitudinal axis of the rotation body and the fuel is transverse to the upper revolution and / or load region by means of a cross-sectional pivoting nozzle up, however, in the engine idle and in the lower engine speed and / or load range, it is mixed with the combustion air as directly as possible while maintaining the fuel injection pressure at the nozzle bore and thereby maintaining the fuel jet output constant or near constant throughout the engine operating range. , characterized in that the speed of the rotating combustion air and the exit velocity of the fuel jet are coordinated with each other such that they reach the rated engine speed however, with decreasing engine speeds, the relative velocity of the combustion air and the diameter of the nozzle orifice, which increases with the engine speed ratio, increase substantially by 5 to 100 rpm. % larger than optimally selected single-hole injection nozzles with constant cross section.

2. The method of claim 1, wherein the pin nozzle is formed by injecting fuel into the combustion chamber as a tube jet throughout the full or nearly entire operating range of the engine and maintaining the outer diameter of the jet nozzle at a constant value at the injection nozzle orifice. , but its inner diameter is reduced by the engine speed.

3. The method of claim 1 or 2, wherein, for motors of up to 2.5 rpm, the diameter of the injection nozzle orifice is selected from 5% to 50% larger than the optimally selected constant cross section, for single-hole injection nozzles.

4. The method of claim 1 or 2, wherein the speed of the injection nozzle is greater than 40-100% larger than that of the optimally selected one-hole injection nozzles of constant cross-section.