SE463983B - Foerfarande foer att dosera braensle till en foerbraenningsmotor - Google Patents

Description

465 983 2 Vid ansträngningarna för att reglera de skadliga komponenterna i avgaserna från motorer har man funnit, att reglering av bränslefördelningen i förbränningsrummet kan vara fördelaktigt. Ett föreslaget förfarande för att åstadkomma denna reglering är att anordna flödesinriktare i anslutning till cylinderns insugningsport för att där- igenom framkalla det önskade gasflödet i den cylinder, i vilken bränsle insprutas. Anordnandet av flödesinriktare i insugningsporten utgör naturligtvis ett hinder för luftflödet och är som en följd av detta till förfång för den volymetriska verkningsgraden. Dessutom ger flödesin- riktarna upphov till svårigheter och ytterligare kostnader vid framställningen.

Det har tidigare funnits förslag att driva för- bränningsmotorer med flera bränsletillförseltillfällen _ per cykel med det ändamålet att uppnå en grad av bränsle- skiktning i förbränningsrummets axiella riktning. Ett förslag återfinns i det amerikanska patentet nummer 3 154 059, vilket är inriktat på en fyrtaktsmotor, i vilken respektive insprutningsanordning är anordnad att tillföra doserade bränslekvantiteter till luftinsug- ningssystemet och direkt i förbränningsrummet. Vidare föreslås det att uppdela direktinsprutningen i förbrännings- rummet i två eller flera pulser. Emellertid kräver detta förslag även att en virvelrörelse framkallas i gassatsen i förbränningsrummet som ett huvudsakligt bidrag till bränsleskiktningen. Det flytande bränslet tillföres dess- utom som en enda fluid till förbränningsrummet av direkt- insprutningsanordningen, bränslet är ej inneslutet i en gas, och förlitar sig på ett resonanstillstànd i bränsle- ledningen för att åstadkomma bränslepulserna.

Ett annat förslag återfinns i det amerikanska patent- et 4 446 830 i vilket två åtskilda bränsleinsprutningar åstadkommes under varje cykel hos motorn, varvid den ena insprutningen sker nära början av insugningsslaget och den andra insprutningen sker strax före slutet av komp- ressionsslaget. Detta förslag är speciellt inriktat pà motorer, vilka arbetar med bränslen med högt latent 465 983 3 värmeinnehâll såsom metanol, varvid huvuddelen av detta insprutas vid början av insugningsslaget för att åstad- komma tillräcklig värme och tid för att förånga bränslet före antändning. Den andra insprutningen är för att åstadkomma en bränslerik blandning vid tändstiftet vid antändningsögonblicket.

Andra tidigare amerikanska patent, vilka är inriktade på flera bränsleinsprutningar per cykel hos motorn, är förut kända men anses ej vara direkt relevanta för föreliggande uppfinning, och de är 4 187 825, 4 022 165, 3 722 490, 3 216 407 och 3 439 655.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett förfarande för att tillföra bränsle till en motor med ett förbränningsrum, i vilket bränslet antändes och förbränns, innefattande stegen att införa en doserad bränslekvantitet i en gasvolym för att åstadkomma en bränsle/gasblandning och att tillföra bränsle/gasbland- ningen till motorn i tidsreglerat förhållande till motorns cykel.

Med detta ändamål för ögonen har det åstadkommits ett förfarande för att tillföra bränsle till en motor, innefattande steget att över åtminstone en del av motorns belastningsområde reglera införandet av bränsle i gasen i förhållande till tidsregleringen av tillförseln av bränsle/gasblandningen till motorn för att uppnå en bestämd bränslefördelning i förbränningsrummet vid an- tändning.

Företrädesvis innefattar den förutbestämda bränsle- fördelningen en bränslerik blandning i det parti av förbränningsrummet, där antändningen av satsen initieras.

Lämpligtvis är bränslefördelningen sådan, att förbrännings- satsen är rik på bränsle vid förbränningsrummets topp- locksände och bränsletätheten sjunker då avståndet till topplocket ökar. Denna fördelning kan betraktas som en axiell bränsleskiktning i förbränningsrummet.

Regleringen av hastigheten för införandet av bränslet i gasen, som överför bränslet till motorn före och/eller unde insläppningen av bränsle-gasblandningen i motorn, 463 983 4 kan användas för att erhålla den erfordrade bränsleför- delningen i motorns förbränningsrum. I ett annat utförande införes bränslet i ett styrande rum, laddat med luft, varvid det styrande rummet selektivt kan förbjudas med motorns insugningsgrenrör eller förbränningsrum. En del av den totala doserade bränslekvantiteten kan införas i det styrande rummet före upprättandet av en förbindelse mellan det styrande rummet och insugningsgrenröret eller förbränningsrummet, och återstoden av bränslet införes i det styrande rummet under en utvald del av den period, under vilken förbindelsen finns mellan det styrande rummet och förbränningsrummet eller insugningsgrenröret.

Den bränslekvantitet, som införs under respektive period, kan justeras för att uppnå den erfordrade bränsle- fördelningen i förbränningsrummet vid antändningstill- fället. Speciellt är införandet av bränslet i det styrande rummet efter bortförselns början från detta en lämplig reglersekvens för att åstadkomma en bränslerik blandning intill topplocket, där antändningen sker.

Ett alternativt sätt att reglera bränslëfördelningen i förbränningsrummet är att anpassa tryckskillnaden över den port, genom vilken bränsle-luftblandningen tillföres till förbränningsrummet eller grenröret och på detta sätt reglera hastigheten, och således inträngningsgraden, hos bränsle-gasblandningen.

Det skall förstås, att de båda ovan diskuterade specifika sätten för att reglera bränslefördelningen i förbränningsrummet kan kombineras för att uppnå den erfordrade bränslefördelningen.

Genom föreliggande uppfinning åstadkommes även ett förfarande för att inspruta bränsle i förbränninge- rummet eller i luftinsugningssystemet hos en förbrän- ningsmotor, innefattande stegen att införa en doserad bränslekvantitet i ett styrande rum, att selektivt för- binda det styrande rummet med förbränningsrummet eller med luftinsugníngssystemet i tidsreglerat förhållande till motorns cykel, att mata luft till det styrande rummet vid ett tryck överstigande trycket i förbrännings- 463 983 rummet eller i luftinsugningssystemet under denna för- bindelse, att inspruta en bränsle-luftblandning och att reglera hastigheten och/eller tiden för införing av bränslet i det styrande rummet i förhållande till perioden för förbindelse av det styrande rummet med förbränningsrummet eller insugningssystemet för att åstadkomma en förutbestämd bränslefördelning i förbrän- ningsrummet vid antändningstillfället.

Lämpligtvis är regleringen anordnad på så sätt, att bränslematningshastigheten under den senare delen av in- sprutningen i förbränningsrummet eller i luftinsugnings- systemet ökas. På detta sätt kan en bränslerik förbrän- ningsblandning anordnas intill tändningspunkten för att åstadkomma lätt antändning. Denna ökade bränslematnings- hastighet kan ske i motsats till en i huvudsak jämn bränslematningshastighet under hela den tidigare delen av bränsleinsprutningen. Alternativt kan en sänkning av bränslematningshastigheten ske under den tidigare delen av bränsleinsprutningen, följd av en ökning från den sänkta hastigheten vid den senare delen av bränslein- sprutningen. Företrädesvis understiger bränsle/gasför- hållandet i bränsle-gasblandningen under den senare delen av tillförseln till motorn ej förhållandet under resten av tillförseln.

Det skall förstås, att den totala bränslekvanti- teten som per cykel tillföres till motorn, bestäms i enlighet med motorns belastning och hastighet och före- liggande uppfinning föreslår ej något avsteg från denna bestämda kvantitet. Med föreliggande uppfinning regleras hastigheten för införandet av de bestämda bränslekvanti- teterna i motorns förbränningsrum för att erhålla den ändamålsenliga fördelningen av bränslet i förbrännings- rummet. Genom den ändamålsenliga bränslefördelningen kan bättre bränsleekonomi erhållas; emellertid ligger den huvudsakliga fördelen i minskningen av oönskade föroreningar i motorns avgaser.

I detta hänseende skall det förstås, att den opti- mala bränslefördelningen i förbränningsrummet kommer 463 983 6 att variera med motorns driftstillstånd. Speciellt är det mycket viktigt att erhålla en icke jämn bränsle- fördelning vid låga belastningar, där fördelningen skulle begränsas till att bilda en lätt antändbar blandning, företrädesvis rikare än en stökiometrisk blandning, vid tändningspunkten. Vid höga motorbelastningar är det viktigt att fördela bränslet jämnare över gassatsen i förbränningsrummet för att exponera bränslet för en till- räcklig mängd oxidationsmedel för att förbränna allt bränsle. Följaktligen kan regleringen av bränslefördel- ningen, för att åstadkomma en icke jämn bränslefördelning, ej åstadkommas över motorns hela belastningsområde, men åstadkommes företrädesvis över åtminstone det låga belast- ningsomràdet för motorns drift.

Låga och höga belastningar är relativa benämningar, som förstås generellt av fackmannen. Som en tumregel skall emellertid, beträffande moderna bilmotorer, med höga belastningar avses de som är större än 75 % av den uppnåbara maximala belastningen vid den speciella motorhastigheten, och med låga belastningar avses de som understiger 25 % av den maximala belastningen vid denna speciella hastighet.

Uppfinningen kommer att lättare förstås genom den följande beskrivningen av ett ändamålsenligt utförande av bränsleinsprutningsförfarandet och en anordning för att utföra förfarandet.

Figur l visar ett parti av en motor, som utnyttjar föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar en bränsleinsprutningsanordning, som utnyttjas i motorn som visas i figur l.

Figur 3 visar grafiskt insprutningsventilens lägen och fluidflödeshastigheterna i förhållande till motorns vevaxelvinkel, då bränsleinsprutningsanordningen arbetar på ett förut känt sätt.

Figur 4 visar insprutningsventillägena och fluid- flödeshastigheterna i förhållande till vevaxelvinkeln, då bränsleinsprutningsanordningen arbetar på ett sätt i enlighet med föreliggande uppfinning. 463 Ülßå 7 Figur 5 till 10 visar jämförbara driftsegenskaper hos föreliggande uppfinning i förhållande till teknikens ståndpunkt.

Det hänvisas nu till figur 1, där motorn 9 är en encylindrig tvàtaktsmotor av en i huvudsak konventionell konstruktion med en cylinder 10, ett vevhus 11 och en kolv 12, som rör sig fram och tillbaka i cylindern 10.

Kolven 12 är via vevstaken 13 hopkopplad med vevaxeln 14.

Vevhuset är försett med luftinsugningsportar 15, inne- fattande konventionella membranventiler 19, och tre överströmningskanaler 16 (endast en visas), som förbinder vevhuset med respektive överströmningsport, av vilka två betecknas med 17 och 18, varvid den tredje motsvarar 17 på den motsatta sidan om porten 18.

Var och en av överströmningsportarna är utformad i cylinderns 10 vägg med sina respektive övre kanter anord- nade i huvudsak i samma diametralplan i cylindern. En avgasport 20 är utformad i cylinderns vägg i huvudsak mittemot den centrala överströmningsporten 18. Avgasportens övre kant ligger något ovanför diametralplanet genom överströmningsportarnas övre kanter och kommer således att stänga senare i motorns cykel.

Det löstagbara topplocket 21 uppvisar en förbrëw- ningshålighet, i vilken tändstiftet 23 och bränslein- sprutningsmunstycket 24 inskjuter. Hàligheten 22 är i huvudsak symmetiskt anordnad med avseende på det axiella plan i cylindern, som sträcker sig genom överströmnings- portens 18 och avgasportens 20 centrum. Hàligheten 22 sträcker sig tvärs över cylindern från den cylindervägg, som ligger omedelbart över överströmningsporten 18 och en sträcka förbi cylinderns certrumlinje.

Insprutningsmunstycket 2 : anordnat vid hålig- tändstiftet 23 inskjuter i håligheten 22 vid den yta av håligheten, som ligger hetens 22 djupaste parti, med: längst bort från överströmningsporten 18. Följaktligen kommer luftsatsen, som inträder i cylindern, att strömma längs håligheten, förbi insprutningsmunstycket 24 och mot tändstiftet och på så sätt överföra bränslet från munstycket till tändstiftet. I 463 983 8 Ytterligare detaljer avseende hàlighetens 22 ut- formning och förbränningsprocessen som därigenom er- hålles, anges i den brittiska patentansökningen nummer 8612601 och den motsvarande amerikanska patentansökningen nummer 866427, inlämnad den 23 maj 1986, till vilka det härmed hänvisas.

Insprutningsmunstycket 24 är en integrerad del av bränsledoserings- och insprutningssystemet, i vilket bränslet inneslutes i luft och tillföres till motorns förbränningsrum genom den matade luftens tryck. En speciell utformning av en dylik bränsledoserings- och insprutningsenhet visas i figur 2 på ritningarna.

Bränsledoserings- och insprutningsenheten innefattar en lämplig, kommersiellt tillgänglig doseringsanordning 30, såsom en insprutningsanordning med en strypkropp av det automatiska slaget, som är ansluten till en bränsle- insprutningsanordnings hus 31 med ett kvarhàllande eller styrande rum 32 i detta. Bränsle suges från bränslebehâllaren av bränslepumpen 36 och tillföres via bränsletryckregu- latorn 37 och genom bränsleinloppsporten 33 till doserings- anordningen 30. Doseringsanordningen, som arbetar på ett känt sätt, doserar en bränslemängd till rummet 321 enlighet med motorns bränslebehov. överflödigt bränsle, som matats till doseringsanordningen, àterföres till bränslebehâllaren 35 via bränslereturporten 34. Bränsledoseringsanordningens speciella konstruktion är ej kritisk för föreliggande uppfinning och varje lämplig anordning kan användas.

Vid drift bibehålles det styrande rummet 32 vid ett valt tryck, som erhålles från luftkällan 38 via lufttrycks- regulatorn 39 till luftinsugningsporten 45 i huset 31. Till- förseln av bränsle till rummet 32 ástadkommes mot inverkan av lufttrycket i detta och följaktligen är tryckskillnaden mellan bränslet och luften relevant för tillförselhastig- heten för bränslet till rummet. Insprutningsventilen 43 manövreras för att medge att lufttrycket i rummet 32 avger bränslet via insprutningsmunstycket 42 in i motorns för- bränningsrum. Insprutningsventilen 43 är av tallriksventil- 463 983 9 konstruktion och öppnar inåt mot förbränningsrummet, d v s utåt från det styrande rummet 32.

Insprutningsventilen 43 är, via en ventilspindel 44 som sträcker sig genom rummet 32, hopkopplad med solenoi- dens 47 ankare 4l, som är anordnad inuti bränsleinsprut- ningsanordningens hus 31. Ventilen 43 är förspänd mot sitt slutna läge genom tallriksfjädern 40 och öppnas genom aktivering av solenoiden 47.

Ytterligare detaljer för driften av detta bränsle- insprutningssystem anges i den australiensiska patentan- sökningen nummer 32132/84 och i den motsvarande ameri- kanska patentansökningen nummer 740067, inlämnad den 2 april 1985, till vilka det härmed hänvisas.

Aktiveringen av solenoiden 47 sker i tidsreglerat förhållande till motorns cykel med en lämplig elektronisk processor 50. Processorn mottager en ingángssignal från hastighetssensorn 51, vilken signal är indikativ för motorns hastighet och även identifierar en referenspunkt i motorns cykel, med avseende på vilken driften kan tidsregleras i förhållande till motorns cykel. Proces- sorn 50 mottager även en signal från belastningssensorn 52, som är indikativ för luftströmmens hastighet i motorns luftinsugningssystem, vilken är direkt relaterad till motorns belastning. Processorn är programmerad att av luftströmmens hastighetssignal bestämma motorns belastning och således den erfordrade bränslekvantiteten som skall avges från doseringsanordningen 30 till rummet 32.

Processorn 50 är vidare programmerad att av motorns hastighets- och belastningstillstånd bestämma den er- fordrade tidsregleringen av bränsleinsprutningen in i förbränningsrummet. Lämpligtvis innefattar processorn flerpunktskartor, vilka anger den erfordrade insprutnings- tidsregleringen för ett intervall av motorbelastningar och -hastigheter, vilka har bestämts genom försök, som utförts för att erhålla de erfordrade motoreffekt- och avgasutsläppsnivåerna.

Processorn 50 ger korrekta signaler till bränsle- doseringsanordningens 30 manöveranordning 55 och till 463 985 bränsleinsprutningsanordningens manöveranordning 53, som reglerar aktiveringen av solenoiden 47 i enlighet med processorns order, för att åstadkomma doseringen av den erfordrade bränslemängden till rummet 32 och för att aktivera solenoiden 47 vid den erfordrade tid- punkten i motorns cykel för insprutning av bränsle i förbränningsrummet. Den allmänna konstruktionen av de belastnings- och hastighetscensorer, vilka är lämpliga för användning såsom ovan angivits, är väl kända inom industrin, vilket även de processorer är som utför de av processorn 50 erfordrade funktionerna.

Det skall förstås, att tidsregleringen av bränsle- ts antändning företrädesvis kommer att varieras, såväl som tidsregleringen av bränsleinsprutningen,.och denna kan även regleras med processorn 50. Principen för att variera tändningens tidsreglering med bränsleinsprutning- ens tidsreglering är väl känd och praktiserad inom området för motorer med bränsleinsprutning och kommer ej vidare att i detalj diskuteras här.

Såsom tidigare hänvisats till regleras luftmatnings- trycket till rummet 32 av lufttrycksregulatorn 39 och bränslematningens tryck till doseringsenheten 30 regleras med bränsletrycksregulatorn 37. Eftersom tryckskillnaden mellan dessa bränsle- och luftmatningar är relaterad till doseringsenhetens 30 doserande funktion är det önskvärt, att denna tryckskillnad bibehålles konstant.

Följaktligen föreslås det, att bränslematningstrycket regleras i förhållande till atmosfärstrycket, och att luftmatningstrycket regleras med avseende på bränsle- trycket för att därvid bibehålla den erfordrade tryck- skillnaden mellan bränsle- och luftmatningarna, oberoende av bränsletrycket.

En integrerad bränsle- och lufttrycksregulator, som kan reglera bränsle- och lufttrycken på det ovan före- slagna sättet, visas i den australiensiska patentansök- ningen nummer PHl560 och i den motsvarande internationella patentansökningen nummer PCT/AU86/00203, inlämnad den 18 juli 1986, Det hänvisas härmed till beskrivningen 463 983 ll i var och en av dessa ansökningar. Regulatorn, som visas i de åberopade patentansökningarna, innefattar en anordning för att variera bränslets reglerade tryck med avseende pà ett utvalt motordrifttillstând, och detta särdrag kan användas vid praktiserandet av föreliggande upp- finning. Det skall observeras att, eftersom lufttrycket regleras med avseende på bränsletrycket, varje förändring i det reglerade bränsletrycket ej kommer att påverka bränsle-lufttryckskillnaden och således bränsledoseringen.

En ökning av lufttrycket, som ett resultat av en ökning av bränsletrycket, kommer att öka den luftvolym, som tillföres tillsammans med bränslet till förbrännings- rummet, under ett bestämt tidsintervall. Vid höga motor- belastningar kan således den luftmängd, som är tillgänglig för att tillföra bränslet, ökas genom att öka lufttrycket under bibehållande av samma insprutningsperiod och utan nödvändig justering av bränsledoseringsfunktionen. En ökning av lufttrycket kommer även att öka bränslets in- trängningsgrad i motorns förbränningsrum, vilket är önskvärt vid höga motorbelastningar.

I den tidigare diskuterade bränsledoserings- och insprutningsutrustningen tillföres den totala, doserade bränslekvantiteten, såsom den av processorn 50 bestämts att vara erfordrad per cykel hos motorn för att möta motorns belastningsbehov, till rummet 32 innan ventilen 43 öppnar. Eöljaktligen inneslutes den doserade bränsle- kvantiteten i den i huvudsak stationära luftvolymen i rummet 32. Vid ventilens 43 öppnande förflyttas luften i rummet 32 och bränslet, inneslutet däri, via ventilen 43 in i håligheten 22 i motorns topplock. Eftersom den luftkvantitet, som tillföres genom ventilen 43 då denna är öppen, är större än den luftkvantitet, som från början fanns i rummet 32, kommer luften, som tillförts omedelbart efter öppnandet av ventilen, att vara rikare på bränsle än den senare tillförda luften.

Detta arbetssätt visas grafiskt i figur 3 på rit- ningarna, vilket är det förut kända arbetssättet. I figur 3 har utritats, i förhållande till den uppmätta 465 983 12 vevaxelvinkeln efter kolvens övre dödläge (ATDC), bränsle- tillförseln till rummet 32, kurvan 61, ventilens 43 läge, kurvan 62, och bränslets tillförselhastighet till förbränningsrummet 32, kurvan 63. Dessa kurvor gäller för den motor, som arbetar vid en bestämd hastig- het i det mellersta området av motorns hastighetsintervall.

Såsom framgår av kurvan 61 börjar doseringsanord- ningen 30 att införa bränsle i det styrande rummet 32 vid ungefär l5° efter det övre dödläget (ATDC) och slutar vid ungefär 70° efter det övre dödläget, varvid tillförsel- hastigheten är i huvudsak jämn under denna period. Kurvan 62 visar, att insprutningsventilen 33 börjar att öppna vid ungefär 250° efter det övre dödläget, är helt öppen vid ungefär 260° efter det övre dödläget, börjar att stänga vid ungefär 305° efter det övre dödläget och är helt stängd vid ungefär 320° efter det övre dödläget.

Bränsleflödeshastigheten genom insprutningsventilen 33 till förbränningsrummet stiger snabbt, såsom visas med kurvan 63, då insprutningsventilen öppnar, förblir i huvudsak stadig under cirka 20° vridningsvinkel för vevaxeln och minskar därefter progressivt då bränsle- kvantiteten i det styrande rummet 32 minskar tills i huvudsak endast luft återstår att föras till förbrännings- rummet. Det skall förstås, att det ovan beskrivna tids- reglerande förhållandet mellan bränsledosering och bränsle- insprutning kommer att resultera i att en relativt stor proportion av den doserade bränslekvantiteten tillförs tidigt under insprutningsperioden, vilket skulle tendera att leda till att en relativt bränslemager blandning tillförs vid slutet av insprutningsperioden.

Det skall vidare förstås, att det bränsle, som insprutats tidigt kommer att mer intränga i och/eller blandas i förbränningsrummet än det senare insprutade bränslet. Användningen av det förut kända insprutnings- sättet (som visas med figur 3) resulterar följaktligen i, då en låg bränslematningshastighet erfordras (vid låga motorbelastningar), en relativt mager blandning i 463 983 13 tändstiftets omedelbara närhet och således i dålig antänd- ningsbarhet. Detta förhållande bidrager till ökad mängd oförbränt bränsle i avgaserna, vilket i sin tur medför ökad bränsleförbrukning och utsläpp av kolväten (HC).

Ett arbetssätt för bränsleinsprutningsanordningen i enlighet med föreliggande uppfinning visas i figur 4 på samma sätt som i figur 3. Kurvan 71 visar bränsle- flödet från doseringsanordningen 30 till det styrande rummet 32. Kurvan 72 visar insprutningsventilens 43 läge och kurvan 73 visar bränsleflödets hastighet genom insprutningsventilen 43. Doseringsanordningen 30 inför bränsle i det styrande rummet från l5° till 40° efter det övre dödläget och åter i en andra doseringsperiod från 270° till 300° efter det övre dödläget. Insprutnings- ventilen 43 öppnar och stänger vid samma tidsreglering som för kurvan 6l i figur 3. Bränsleflödeshastigheten genom insprutningsventilen 43 ökar då insprutningsventilen först öppnar och börjar att sänkas då det tidigare doserade bränslet i det styrande rummet 32 används under perioden från l5° till 40° efter det övre dödläget. Vid 270° efter det övre dödläget börjar emellertid den andra doseringsperioden, då ytterligare bränsle inkommer i det styrande rummet 32 och ökar bränslets tillförsel- hastighet till motorn under den andra bränslematnings- perioden. Därefter sjunker åter bränslets tillförsel- hastighet eftersom bränslekvantiteten i det styrande rummet 32 är uttömd.

Omfördelningen av bränsleflödeshastigheterna, som àstadkommes med föreliggande uppfinning såsom visas i figur 4, åstadkommer således en väg för framställning av en rikare bränsle-luftblandning kring tändstiftets område än vad som annars har varit möjligt. Detta åstad- kommes utan någon ökning av den totala, doserade bränsle- kvantiteten per cykel och utan att genomföra två eller flera åtskilda bränsleinsprutningar under motorns ena cykel. Denna rikare blandning är anordnad högt uppe i förbränningsrummet i jämförelse med området intill 465 983 14 kolven och åstadkommer på så sätt en lätt antändnings- bar blandning vid tändstiftet och även en skiktning av bränslet i det cylindriska förbränningsrummets axel- riktning. Den skiktade formen hos bränslets fördelning åstadkommer förbättrade förbränningstillstånd, speciellt vid låga belastningar, med förbättrad bränsleekonomi och minskade avgasutsläpp, speciellt kolväten.

Tidsregleringskontrollen av bränslets införande i rummet 32 kan lätt åstadkommas genom lämplig program- mering av den elektriska processor, som reglerar bränsle- doseringsenheten 30. Den speciella doseringsenhet, som tidigare hänvisats till, uppvisar en solenoidmanövrerad doseringsventil, i likhet med ett stort antal bränsle- doseringsanordningar som f n används i bränsleinsprut- ningssystem. Då solenoiden aktiveras öppnar den ventilen för att tillåta bränsle att strömma in i rummet 32 och därigenom är det möjligt att tillföra bränslet till rummet 32 på det sätt, som visas i figur 4 eller genom någon på likartat sätt uppdelad tillförsel, genom att reglera solenoidens aktiveringsperiod och tidsreglerade förhållande till insprutningsventilens 43 manövrering.

Det skall förstås, att processorn 50 svarar på den signal, som indikerar motorns belastningstillstànd, för att bestämma den erfordrade, totala bränslekvantitet som skall matas till rummet 32 vid varje insprutnings- cykel. Därefter uppdelar processorn, för att utföra föreliggande uppfinning, den bestämda bränslekvantiteten i två komponenter, vilka representeras av "a" och "b" figur 4, och aktiverar doseringsanordningens 30 solenoid under respektive tidsperioder och vid den erfordrade tiden av motorns cykel. På detta sätt uppnås den förut- bestämda bränslefördelningen i cylindern. “ Processorn kan vara anordnad att uppdela den bestämda bränslekvantiteten i två eller flera komponenter i ett bestämt förhållande, oberoende av motorns belastning eller hastighet, eller kan vara anordnad att variera förhållandet som svar på motorns belastning och/eller 465 983 hastighet. I detta hänseende kan processorn vara anord- nad att endast uppdela bränslekvantiteten i komponen- ter då motorn arbetar inom ett utvalt belastnings- och/eller hastighetsområde, såsom det låga belastningsomràdet.

Processorn kan även samtidigt vara anordnad att variera tidsregleringen för tillförseln av bränslekvantitetens respektive komponenter, såväl med avseende på tidsinter- vallen mellan tillförseln av respektive komponent som deras tidsreglering med avseende på motorns cykel och/eller insprutningscykel.

I den tidigare diskussionen med avseende på figurerna 1 - 4 har föreliggande uppfinning varit i form av en reglering av bränslets direktinsprutning i motorns för- bränningsrum. Såsom angivits i den tidigare delen av denna beskrivning kan emellertid uppfinningen även till- lämpas vid bränsleinsprutning i en motors luftinsugnings- system. Detta är speciellt tillämpbart för motorer, som arbetar i fyrtaktscykler, och det skall observeras, att motsvarande förbättringar uppnåddes i en fyrtakts- motors drift genom tillämpning av föreliggande uppfin- ning för att tillföra bränslet i luftinsugningssystemet, tätt intill insugningsventilerna eller direkt in i för- bränningsrummet. G Vid tillämpning av uppfinningen för bränsleinsprut- ning in i luftinsugningssystemet kan bränsledoserings- och styrutrustníngen, som beskrivits med hänvisning till figur 2, användas för att dosera den erfordrade bränslekvantiteten i enlighet med motorns behov och styra bränsletillförselns tidsreglering och hastighet i insugningsgrenröret.

Det skall förstås, att genom korrekt programmering av processorn kan tidsregleringen av bränsletillförseln och bränsletillförselns hastighet till insugningsgrenröret vara anordnade för att uppnå den erfordrade bränsle- fördelningen i motorns förbränningsrum vid tändningstid- punkten. Åtminstone vid låga belastningstillstånd utgöres denna fördelning företrädesvis av en rikare bränslesats 463 983 ~ 16 nära tändpunkten (axiellt nära topplocket) i förhållande till resten av bränslesatsen (axiellt på avstånd från topplocket). En i axiell led skiktad bränslesats åstad- kommes således äter i cylindern.

Jämförande försök har utförts med användning av en cylinder hos en fyrcylindrig fyrtaktsmotor med en _ motorvolym av 1,6 liter och som är känd som "Kent"-motorn, tillverkad av Ford i Storbritannien.

I ett försök gjordes en jämförelse mellan direkt- insprutning av bränsle i cylindern med användning av en insprutningsanordning av det slag, som visas i figur 2, och en enda bränsleinsprutningsanordning, känd som en insprutningsanordning av märket L-JETRONIC (Varu- märke), tillverkad av Bosch GmbH.

Luft-bränsleförhâllandekartorna, som erhölls genom dessa försök, visas i figurerna 5 och 6. Figur 5 är den luft-bränsleförhâllandekarta, som erhölls genom att driva bränsleinsprutningsanordningen enligt figur 2 i enlighet med föreliggande uppfinning, och figur 6 är den karta, som erhölls vid användning av Bosch bränsle- insprutningssystem. Det framgår klart, att föreliggande uppfinning medger användningen av väsentligt högre luft- bränsleförhàllanden än vad Bosch bränsleinsprutningssystem gör vid de flesta belastningar och hastigheter, och speciellt vid låga och mellanliggande hastigheter.

Figur 7 visar den förbättrade förbränningsstabilitet, som uppnås med föreliggande uppfinning, i jämförelse med Bosch bränsleinsprutningssystem genom respektive kurvor_ för variationskoefficienten (COV) i procent för indi- kerade, effektiva medeltryck (IMEP) i cylindern i för- hållande till luft-bränsleförhållandet. Kurvan 81 visar stabiliteten hos den motor, som använder bränsleinsprut- ningsanordningen av det slag som visas i figur 2, och som arbetar i enlighet med föreliggande uppfinning, i jämförelse med kurvan 82, som erhölls med Bosch bränsle- insprutningssystem. Kurvan 83 visar stabiliteten hos den motor, som använder bränsleinsprutningsanordningen 463 Ülßš 17 enligt figur 2, men utan reglering av bränsletillförsel- tillfällena till det styrande rummet, såsom föreslagits genom föreliggande uppfinning.

Figur 8 visar motorns krav på bränslets oktantal hos var och en av bränsleinsprutningssystemen. Direkt- insprutningssystemet enligt figur 2 tillät motorn att gå på lägre oktantal, såsom visas med kurvan 91, än vad Bosch bränsleinsprutningssystem gjorde, såsom visas med kurvan 92. Möjligheten att påverka en motors känslig- het för oktantalet är, såsom anges i figur 8, speciellt märkbar vid motorns övergång från låga till höga belast- ningar.

I de ovan anförda testerna med avseende på figurerna - 8 åstadkoms bränsleinsprutningen av den bränsle- insprutningsanordning, som beskrivits med hänvisning till figur 2, med en fast insprutningsperiod av 15 ms.

Tidsregleringen av insprutningen under motorns cykel varierades emellertid för att uppnå optimala resultat.

Den faktiska variationen av den tidsreglerade insprut- ningen i förhållande till hastigheten visas i figurerna 9 och 10. I detta hänseende fann man, att variationen av insprutningens tidsreglering i förhållande till motorns cykel endast har marginell effekt på driften av Bosch bränsleinsprutningssystem och i de ovan angivna försöken varierades ej tidsregleringen av insprutningen, utan inställdes på det i huvudsak föredragna tidsreglerade förhållandet för motorns belastning och hastighetsområde vid försöket.

Det magra förbränningstillstánd, som kan uppnås med bränsleinsprutningssystemet enligt figur 2, i samband med att åstadkomma en låg bränsleförbrukning, åstadkommer en minskning av kväveoxider i avgaserna. Dessa försök visade, att med bränsleinsprutningssystemet enligt figur 2 var det möjligt att kalibrera processorn för att åstad- komma förbättrad bränsleekonomi och mindre utsläpp av kväveoxider utan att offra kolväteutsläppen.

Det finns väsentliga likheter i regleringseffekterna för bränsleströmmen vid fyrtaktsmotorer med avseende på skiktningen i axiell led av bränslesatsen vid utnytt- 463 983 18 jande av bränsleinsprutning i luftinsugningssystemet, såsom åstadkommes vid direktinsprutning in i förbrännings- rummet. Samma huvudsakliga doserings- och insprutnings- utrustning, som tidigare avhandlats för användning vid direktinsprutning, kan användas för insprutning i ett grenrör. Insprutningsmunstycket är anordnat i grenröret, tätt intill den insugningsport, som förbinder grenröret med förbränningsrummet. I en flercylindrig motor är ett separat insprutningsmunstycke anordnat för varje cylinder. Tidsregleringen av insprutningen är vald på så sätt, att bränslet tillföres till grenröret då insug- ningsporten är öppen så att bränslet omedelbart medföres till förbränningsrummet. Man har funnit att den bränsle- fördelning, som upprättats vid bränsletillförsel till luften i insugningsgrenröret i huvudsak bibehålles för att upprätta en skiktad bränslefördelning i förbrännings- rummet, under förutsättning att det ej förekommer någon extrem turbulens i förbränningsrummet. En ökning av bränslematningshastigheten till den luft, som inträder i förbränningsrummet strax innan insugningsporten stängs, kommer således att skärpa bränsleskiktningsgradienten i förbränningsrummet och således kan den magra förbrän- ningen utsträckas till högre luft-bränsleförhållanden utan någon förlust av förbränningsstabilitet.

Föreliggande uppfinning är tillämpbar vid förbrän- ningsmotorer för alla ändamål, men är speciellt använd- bar för att förbättra bränsleekonomin och regleringen av avgasutsläppen vid motorer för fordon, innefattande bilar, motorcyklar och båtar samt utombordsmotorer.

Claims (7)

10 15 20 25 30 463 983 19 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för att tillföra bränsle till en motor med ett förbränningsrum, i vilket bränslet antändes och förbränns, innefattande stegen att införa en doserad bränslekvantitet i en gasvolym för att åstadkomma en bränsle/gasblandning och att tillföra bränsle/gasbland- ningen till motorn i tidsreglerat förhållande till motorns cykel, k ä n n e t e c k n a t av steget att över åtminstone en del av motorns belastningsområde reglera införandet av bränsle i gasen i förhållande till tids- regleringen av tillförseln av bränsle/gasblandningen till motorn för att uppnå en bestämd bränslefördelning i förbränningsrummet vid antändning.

2. Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t av att en del av den doserade bränsle- kvantiteten införes i gasen före början av tillförseln av bränsle/gasblandningen och att den resterande delen av den doserade bränslekvantiteten införes till gasen vid tillförseln av bränsle/gasblandningen.

3. Förfarande för att tillföra bränsle ti11 en motor enligt patentkravet l eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av att regleringen är anordnad på sà sätt, att bränsle/gasförhállandet för bränsle/gasblandningen vid den senare delen av dess tillförsel till förbrännings- rummet ej understiger förhållandet under återstoden av tillförseln för motorns speciella cykel över denna del av belastningsområdet. n

4. Förfarande för att tillföra bränsle till en motor enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att den doserade bränslekvantiteten tillföres till ett styrande rum som innehåller gas för att bilda bränsle/gas- blandningen, varvid en första del av den doserade bränsle- kvantiteten tillföres till det styrande rummet före början av bränsle/gasblandningens tillförsel till motorn å46s 985 10 15 20 och att den resterande delen av den doserade bränsle- kvantiteten tillföres till det styrande rummet under tillförseln av bränsle/gasblandningen till motorn.

5. Förfarande för att tillföra bränsle till en motor enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att tillförseln av bränsle/gasblandningen till motorn åstadkommes genom att selektivt förbinda det styrande rummet med motorn och att bibehålla en matning av gas till rummet under denna förbindelse vid ett tryck, som är tillräckligt för att förflytta bränsle/gasblandningen från det styrande rummet till motorn.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 5, k ä n n e t e c k n a t av att regleringen av bränsle/gas- förhållandet för bränsle/gasblandningen åstadkommes över den låga belastningsdelen av motorns belastnings- omrâde.

7. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 6, k ä n n e t e c k n a t av att bränsle/gasblandningen tillförs direkt till motorns förbränningsrum.