SE520889C2 - Förfarande och anordning för bränsleinsprutning i en förbränningsmotor samt förbränningsmotor - Google Patents

Description

520 889 2 homogen blandning, speciellt vid användning av konventionellt dieselbränsle. Den använda tekniken har nämligen lätt resulterat i för stora droppar, vilka satt sig på förbränningsrummets väggar, medförande dålig bränsleekonorni och höga emissioner av oförbränt bränsle.

UPPFINNINGENS ÄN DAMÄL OCH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att undanröja problemen vid den kända tekniken och anvisa en enklare och mer ekonomisk och effektiv lösning.

Detta åstadkommes vid ett förfarande och en anordning av inledningsvis nänmt slag genom särdragen i de kännetecknande delarna av patentkravet 1 respektive 8.

Härigenom erhålls på ett enkelt och fördelaktigt sätt en homogen blandning av bränsle och luft, eftersom insprutningen av bränslet sker vid en fas då varma restgaser från tidigare förbränningscykel finns kvar i cylindern, vilket befrämjar förångningen av det insprutade bränslet. Under insugningstakten insugen (eller inmatad) luft tillåts effektivt blandas med det förångade eller åtminstone väsentligen förångade bränslet så att en homogen bränsle- luftblandning erhålls i hela förbränningsrummet. Efter insugningstakten sker kompressionen på sedvanligt sätt, varefter tändningen sker i området av den övre dödpunkten i kompressionstakten.

Motorn erhåller på detta sätt fördelar anknutna till homogen förbränning utan att åtgärder behövliga vid ATAC-motorer behöver vidtagas. T ex behöver ingen separat blandningskamrnare inrättas. Tvärtom kan motoms konventionella insprutningssystem utnyttjas med modifierad styrning av insprutningen. Därutöver erhålls effektivare homogenisering av bränsle-luftblandningen. lnsprutningsstyrningen kan ske genom motoms datorsystem och insprutningen kan fysiskt ombesörjas med i och för sig kända mekaniska, elektriska, pneumatiska eller hydrauliska organ, avsedda för 30 bränsleinsprutning vid förbränningsmotorer. 10 15 20 25 30 520 889 3 Enligt en fördelaktig utföringsforrn av uppfinningen insprutas hela mängden bränsle i cylindem i ornrådet av den övre dödpunkten för kolven i gasväxlingsstakten i de varma restavgasema, vilket medför att bränslet väl hinner blandas i cylindem innan det ska förbrännas.

Ytterligare egenskaper och fördelar med uppfinningen framgår av efterföljande beskrivningsexempel med hänvisning till bifogad ritning.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGEN Fig l visar i diagramform hur olika motorparametrar samverkar under en arbetscykel, såsom ventilkurvor för avgasventil respektive insugningsventil samt momentan volym som funktion av vevaxelrotation i grader, med angivande av position för bränsleinsprutning underst.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL De i Fig 1 visade kurvorna representerar hur olika parametrar samverkar vid en förbränningsmotor enligt uppfinningen. Förbränningsmotorn är en flercylindrig kolvmotor, som exempelvis utnyttjas som drivmotor i ett tyngre fordon, och som arbetar som en så kallad ATAC-motor där luft och bränsle förblandas och tänds genom kompressionständning. Eftersom samtliga cylindrar arbetar på likartat sätt visar figuren enbart förloppet vad som sker i en av cylindrama under en arbetscykel.

Figuren visar en ventilkurva l för avgasventilen och en ventilkurva 2 för insugningsventilen . Den horisontella axeln representerar tiden och är indelad i en fyrtaktsmotors vanliga takter, dvs arbetstakt 3, avgastakt 4, insugningstakt 5 och kompressionstakt 6, varvid avgastakten 4 och insugningstakten 5 tillsammans utgör gasväxlingstakten. Den horisontella axeln är graderad från 0 till 720 grader vilket motsvarar två hela varv för motoms vevaxel under en arbetscykel. 10 15 20 25 30 5 2 0 8 8 9 4 I diagrammet avser kurvan 7 momentan volym som funktion av tiden, varvid kurvans punkt 8 indikerar den övre dödpunkten (minsta volym i förbränningsrummet) för kolven i gasväxlingstakten, under det att punkten 9 indikerar den övre dödpunkten för kolven vid tändningsfasen. Med intervallet 10 indikeras tiden för insprutningen av bränslet under gasväxlingstakten, vilket enligt ovan således medför ovan nämnda fördelar. Bränslet insprutas således i slutet av avgastakten 4 och/eller under början av insugningstakten 5 när cylindern innehåller en hög andel av varma avgaser från föregående förbränning, vilket underlättar det insprutade bränslet att förångas. Med intervallet 11 indikeras tiden för en konventionell insprutning av bränsle vid övre dödpunkten för tändningstillfallet, vilket således ligger ca 360 grader senare. Som framgår av ventilkurvorna 1,2 föreligger i detta fall ett visst överlapp mellan avgasventilens stängning och insugningsventilens öppnande.

Detta kan variera från motor till motor och i vissa fall föreligger inget sådant överlapp.

Bränsleinsprutningen sker inte momentant utan sker under ett visst antal vevvinkelgrader, normalt maximalt cirka 20 vevvinkelgrader. Ett visst överlapp är även tolerabelt mellan den öppna avgasventilen och bränsleinsprutningen, dvs bränsleinsprutningen kan initieras innan avgasventilen har stängt utan att oförbränt bränsle utträder ur avgasventilen.

Tidpunkten för insprutningen av bränslet; styrs så att det tillförsäkras att bränslet insprutas så nära kolvens övre dödpunkt att inget bränsle riskerar att träffa cylinderfodret. Om bränsle skulle ha insprutats även under en del av insugningsfasen, där cylinderfodret är exponerat skulle detta försämra möjlighetema till förångningen av bränslet på grund av den uppträdande avkylningen. Insprutningen kan alltså i praktiken ske så länge sprayen av bränsledroppar inte når cylinderfodret och innan insugningsventilen öppnat för mycket.

En ytterligare aspekt på detta är att på cylinderfodret befintliga droppar sannolikt inte heller skulle delta i förbränningen, vilket skulle medföra oönskade emissioner av sot och dålig bränsleekonomi.

Emellertid sker förångningen under viss tid efter insprutningen, under åtminstone en del av insugningstakten, varvid det i beroende av applikationen och parametrarna kan förekomma åtminstone viss förångning så sent som i området av halva insugningsfasen. lnsprutningen bör ske så att sprayen av bränsledroppar riktas ner i ett i kolvtoppen befintligt hålrum, van/id även kolvens värme utnyttjas för att befrämja förångningen. 10 15 20 520 889 5 Kompressionen är anpassad till bränslet och i fallet dieselolja handlar det företrädesvis om ett kompressionsområde mellan cza 9-14: 1, medan andra kompressionsförhållanden är lämpligare i det fallet att andra bränslen utnyttjas.

Det på figuren redovisade utföringsexemplet avser en utföringsfonn av uppfinningen där hela mängden eller väsentligen allt bränsle insprutas vid övre dödpunkten i gasväxlingstakten under den tid som är markerad med 10. Det är i alternativa utföringsformer möjligt att enbart en del av bränslet insprutas vid den aktuella tidpunkten 10 medan resten av bränslet insprutas vid en senare tidpunkt. Lämpligen kan därvid en andra andel av bränslet insprutas i cylindem i området av den övre dödpunkten 9 för kolven vid avslutningen av kompressionstakten 6 under den mer konventionella tiden 11 för insprutning.

Slutligen ska nämnas att tändinitieringen vid en förbränningsmotor enligt uppfinningen måste styras noggrant. Detta kan göras t ex genom styrning av motorn inloppstryck, vilket i det fall det är fråga om en överladdad motor är detsamma som motorns laddtryck, och /eller genom styrning av temperaturen av inloppsluften.

Tändningen av bränsleblandningen ska ske genom kompressionständning på samma sätt som för en konventionell dieselmotor, och i detta hänseende kan motorn anses utgöra en dieselmotor.

Claims (16)

10 15 20 25 30 520 8891515 6 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för insprutning av bränsle i en cylinder till en förbränningsmotor av den typ där luft och bränsle förblandas och tänds genom kompressionständning, kännetecknat av att väsentligen allt bränsle insprutas i cylindern i området av den övre dödpunkten (8) för kolven i gasväxlingstakten (4,5).

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att hela mängden ( 10) av bränslet insprutas i cylindern i området av den övre dödpunkten (8) för kolven i gasväxlingstakten (4,5).

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att en andra andel (1 l) av bränslet insprutas i cylindern i området av den övre dödpunkten (9) för kolven vid avslutningen av kompressionstakten (6).

4. Förfarande enligt krav 2 eller 3, kännetecknat av att trycket i cylindern under tändningsfasen styrs genom styming av trycket hos inloppsluften.

5. Förfarande enligt krav 2 eller 3, kännetecknat av att trycket i cylindem under tändningsfasen styrs genom styrning av temperaturen av inloppsluften.

6. Förfarande enligt krav 2 eller 3 kännetecknat av att det i cylindern insprutade bränslet antänds genom kompressionständning.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att dieselolja används som bränsle och att kompressionen i cylindem under tändningsfasen bringas att vara inom intervallet cza 9:1 -l4:1.

8. Anordning för insprutning av bränsle i en cylinder till en förbränningsmotor av den typ där luft och bränsle förblandas och tänds genom kompressionständning” kännetecknad av att väsentligen allt bränsle är anordnat att insprutas i cylindem i området av den övre dödpunkten (8) för kolven i gasväxlingstakten (4,5). 10 15 20 25 30 520 sß91 “°1 7

9. Anordning enligt krav 8 kännetecknad av att hela mängden (10) av bränslet är anordnad att insprutas i cylindern i området av den övre dödpunkten (8) för kolven i gasväxlingstakten (4,5).

10. Anordning enligt krav 8, kännetecknad av att en andra andel (11) av bränslet är anordnad att insprutas i cylindern i området av den övre dödpunkten (9) för kolven vid avslutningen av kompressionstakten (6).

11. 1 1. Anordning enligt krav 9 eller 10, kännetecknad av att trycket i cylindern under tändningsfasen är styrt genom styming av trycket hos inloppsluften.

12. Anordning enligt krav 9 eller 10, kännetecknad av att trycket i cylindern under tändningsfasen är styrt genom styrning av temperaturen av inloppsluften.

13. Anordning enligt krav 9 eller 10 kännetecknad av att det i cylindern insprutade bränslet antänds genom kompressionständning.

14. Anordning enligt något av kraven 8 - 13, kännetecknad av att bränslet utgörs av dieselolja och att kompressionen i cylindern under tändningsfasen är bringad att vara inom intervallet c:a 9:1 - 14:1.

15. Anordning enligt något av kraven 8 - 14, kännetecknad av att bränsleinsprutningen sker medelst ett i cylindern befintligt insprutningsmunstycke som är inriktat att spruta bränslet in i ett hålrum i kolvens topp.

16. Förbränningsmotor innefattande åtminstone en anordning enligt något av kraven 8 - 15.