SE521731C2 - Förfarande för bränsleinsprutning i en förbränningsmotor samt förbränningsmotor - Google Patents

Description

l5 20 25 30 temperaturen i förbränningsrummet. Eftersom temperaturen i sin tur är höggradigt beroende av laddtryck och belastning, kommer därför gasmassans antändningstidpunkt att variera väsentligt. Detta innebär dålig verkningsgrad för motom och att den terrniska belastningen på motom blir stor om tändningstidpunkten ligger för tidigt, vilket tenderar att uppträda vid hög last. Är tändningstidpunkten däremot sen blir även i detta fall verkningsgraden dålig och dessutom förbränningen ofullständig, resulterande i höga emissioner av HC (kolväten), vilket tenderar att uppträda vid låg last. Ett ytterligare problem är att antändningstidpunkten inte är stabil. Som exempel antas att antändningstidpunkten i området över dödpunkten för arbetskolven. En infinitesimal ändring av antändningstidpunkten relativt tidigare tändningsförhållande till övre dödpunkten ger en infinitesimal ökning av motorns terrniska belastning, vilket kommer att ge nästa cykel högre temperatur o.s.v., vilket ytterligare driver iväg antändnings- tidpunkten mot än tidigare antändning i förhållande till den övre dödpunkten i ett eskalerande förlopp med skadliga konsekvenser.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att anvisa ett förfarande samt en förbränningsmotor, vid vilka nackdelarna med den kända tekniken elimineras eller åtminstone reduceras.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen genom ett förfarande för bränsleinsprutning av inledningsvis nämnt slag i enlighet med den kännetecknande delen av patentkravet 1 och genom att utforma förbränningsmotorn enligt särdragen i den kännetecknande delen av patentkravet 5.

Härigenom tillvaratas fördelarna vid förbränningsmotorer av det slag som tillämpar förbränning av en homogen, förblandad bränsle-luftblandning, men undviks nackdelarna vid sådana motorer. Genom att således en första mängd av bränslet som ska ingå i förbränningen införs redan under inloppsfasen för inloppsluften för etablerande av en homogen bränsle-luftblandning, och därutöver, såsom är vanligt vid dieselmotorer, den resterande andelen av bränslet som ska ingå i förbränningen direktinsprutas in i cylindern för sedvanlig initiering av förbränningen av denna andel, utnyttjas den första homogent 10 15 20 25 30 F: 1 1' (f) 521 blandade mängden som en förvärmare och tändningsinitiator för den sedan insprutade bränslemängden.

Principen med uppfinningen kan tillämpas vid alla dieselmotorer och i synnerhet vid drift med svårtända bränslen såsom etanol. Vid konventionella dieselmotorer med etanoldrift kan man i vissa driftfall köra motom på ren etanol, t ex vid hög last. Vid lägre last uppstår emellertid problem med drift med rent etanolbränsle, varför i bränslet måste inblandas en s. k. tändförbättrare, t ex en nitrerad förening eller t ex polyetylenglykol.

Tändförbättringstillsatser i bränslet innebär emellertid både ökade kostnader och i många fall negativ påverkan av motorerna. Det föreligger nämligen med dessa tillsatser risk för smörjoljepåverkan och risk för beläggningar i insprutningspumpar och kanaler, liksom problem med oljereningsutrustningen.

Genom uppfinningen kan dieseldrift med svårtända bränslen såsom etanol, möjliggöras utan tillsats av tändförbättrare, eftersom den första, homogent blandade bränsleandelen i praktiken kommer att fungera som en tändförbättrare och, enligt ovan, i praktiken även som en förvärmare, så att den andra, insprutade, andelen säkert antänds vid den önskade tidpunkten.

Genom att variera förhållandet mellan den första och andra andelen beroende på last kan motordriften optimeras. Som exempel kan nämnas att det vid normal köming på full last kan vara möjligt att klara sig med en ringa eller t. o. m. ingen första andel bränsle tillförd för att etablera en homogen bränsleblandning, under det att det vid lägre last är efter- strävansvärt att ha större mängd etablerad homogen bränsle-luftblandning. Eftersom den tidigare nämnda ATAC-förbränningen ger mycket låga NOx-emissioner kan det vara fördelaktigt att tillse att det tillförda bränslet vid tomgång och låg last uteslutande, respektive i stor utsträckning, utgörs av ”den första andelen” bränsle som är tillfört för att etablera en homogen bränsle-luftblandning. Denna mängd kan också med gott resultat i princip vara den mängd utgörande ”den första andelen”, som utnyttjas över hela driftintervallet. Uppfinningen är således inte inskränkt till att förbättra förhållandena för den normala förbränningen av direktinsprutat bränsle. 5 10 15 20 25 30 Det föredrages att den första andelen tillförs redan i inloppsröret för inloppsluften, eftersom detta arrangemang tillförsäkrar att den till cylindern tillförda bränsle- /luftblandningen fördelaktigt homogeniseras. Ytterligare fördelar nås med olika aspekter av uppfinningen och kommer att framgå av den följande detaljbeskrivningen.

Kortfattad ritningsbeskrivning Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 schematiskt visar en förbränningsmotor utrustad enligt uppfinningen, Fig 2 schematiskt visar ett styrsystem använt enligt uppfinningen, och Fig 3 visar ett diagram över cylindertrycket och insprutningsventilens rörelse som funktion av vevvinkeln för en förbränningsmotor enligt uppfinningen.

Beskrivning av utföringsexempel Den i flg l schematiskt visade förbränningsmotorn 1 är av dieseltyp och omfattar ett cylinderrum 2 samt en i cylindem rörlig kolv 3. In i cylinderrummet 2 mynnar en inloppskanal 4 samt utgår en utloppskanal 5, vilka på vanligt sätt är bestyckade med vederbörliga ventiler. Som vanligt är i topplocket insatt (minst) ett insprutningsmunstycke 6 för direktinsprutning av bränsle in i bränslerummet.

Enligt uppfinningen är därutöver ett andra bränslemunstycke 7 insatt i inloppskanalen 4 så att det genom detta munstycke tillförda bränslet under insugningsfasen ges möjlighet att etablera en homogen bränsle-luftblandning.

Styrsystemet i fig 2 omfattar en styrenhet 8, vilken tillförs signaler 9 avseende driftparametrar för motordriften, vilka kan avse varvtal, belastning, motortemperatur, gaspedalläge, av gassarnmansättning m. m. Styrenheten 8 är inrättad att styra en insprutningsventil 10 för att därigenom styra genom insprutningsmunstycket 6 insprutad bränslemängd. Styrenheten 8 är också inrättad att styra en andra bränsleventil 11, för att styra tillflödet av bränsle till det andra bränslemunstycket 7. Företrädesvis är styrenheten programmerad för att optimera förhållandet mellan de genom munstyckena 6 och 7 10 15 insprutade bränslemängdema samt också den totala mängden insprutad bränsle liksom eventuellt också tidpunkten för när respektive insprutning sker i förhållande till motoms vevvinkel.

Det i fig 3 visade diagrammet visar således cylindertrycket som funktion av vevvinkeln, varvid med AK indikeras cylindertrycket alstrat av själva kolvrörelsen. Kurvans A avvikelse från denna linje indikerar tryckökning beroende av bränsleförbränning. Vid punkten 12 sker den första avvikelsen från kurvan AK varvid AP; indikerar tryckökning på grund av förbränning av den första andelen bränsle insprutad genom munstycket 7.

Punkten 13 indikerar en avvikelse från denna kurva AF och illustrerar den punkten då även genom munstycket 6 insprutat bränsle deltar i förbränningen. Härigenom erhålls en resulterande tryckskillnad APz. Genom uppfinningen uppnås således en första tryckökning AP; på grund av förbränningen av den homogena bränsle-luftblandningen och en motsvarande temperaturökning i cylindernimmet, vilken temperaturökning medför en säker antändning även av konventionellt insprutat bränsle vid en acceptabel tidpunkt, och i princip kan sägas att tidpunkten för tändningen av detta bränsle flyttas till en tidigare tidpunkt. Vid t.ex. kallstart kan annars förbränningen ta sin början mycket långt efter övre dödpunkten. 20 Den undre kurvan i fig 3 har endast samband med vevvinkelskalan i figuren och indikerar 25 insprutningsventilens öppnande 14 samt dess stängning 15, varvid den andra andelen bränsle insprutas genom munstycket 6 under detta intervall.

Uppfinningen kan varieras inom ramen för kraven, och i synnerhet kan förhållandet mellan de olika andelarna, som antytts ovan, anpassas för olika drifttillstånd. Det är emellertid möjligt att köra med i princip fast ”första bränslemängd” över hela driftintervallet, varvid lämpligen denna mängd motsvarar ”tomgångsmängd”, vilket normalt motsvarar c:a 5 - 10 % av ”fullastmängden”. 3G Det även rnöjligt att arrangera insprutningsmunstyckenas placering och antal till dei förevarande motor rådande förhållandena. Munstycket 6 och den tillhörande bränslekretsen kan ha konventionell utfonnning och placering, under det att kretsen tillhörande munstycket 7 kan utgöras av en mycket enkel insprutningsanordning. l0 Ut to ...x 'l Lai De försök, som företagits med en motor arbetande enligt uppfinningen indikerar att N Ox- och partikelutsläppen blir lägre än vid konventionella dieselmotorer drivna på bränsle av etanol innehållande tändförbättrare. Man kan också förvänta sig viss reducerad bränsleförbrukning.

Det föredrages att den första andelen tillförs inloppsluften redan i inloppsledningen, såsom vid den beskrivna utföringsfonnen, eftersom detta tillförsäkrar homogeniseringen av blandningen. Den kan emellertid även tillföras direkt in i cylindern under inloppsfasen för inloppsluften. Med ett s. k. common rail ~ insprutningssystem för insprutare 6 är det möjligt att åstadkomma den homogena blandningen genom en extra insprutning vid den lämpliga tidpunkten. Spridarmunstycket 7 kan då utgå. I detta fall når man den fördelen att samma isprutningsmunstycke (-n) kan utnyttjas, låt vara att ett styrbart insprutningssystem måste utnyttjas. Det kan också tänkas att man utnyttjar två olika spridare i cylindem, en, som tillför den första andelen och en, som tillför den andra.

Claims (8)

l l 2 2 L» CD 0 5 0 5 Patentkrav

1. l. Förfarande för bränsleinsprutning i en fyrtakts förbränningsmotor av kolv-cylindertyp med kompressionständning (l), varvid en reglerad bränslemängd tillförs till förbränningsrummet (2) för varje arbetscykel, och där en första andel av nämnda reglerade bränslemängd tillförs under en inloppsfas och vilken bränsle-luftblandning komprimeras till självantändning, och att därefter en andra andel av nämnda reglerade bränslemängd tillförs (6) förbränningsrummet (2) och som antänds genom konventionell tändningsinitiering som underlättas av förbränningen av den första andelen av nämnda reglerade bränslemängden, samt att samma bränsle använd för den första andelen och den andra andelen av nämnda reglerade bränslemängd, kännetecknat av att den första andel av nämnda reglerade bränslemängd tillförs för att etablera en homogen bränsle- luftblandning i förbränningsrummet och att bränslet utgörs av etanol.

2. Förfarande enligt kravet 1, kännetecknat av att den första andelen av nämnda reglerade bränslemängd tillförs (7) till inloppsluften (4) före förbränningsrummet (2).

3. Förfarande enligt krav l eller 2, kännetecknat av att förhållandet mellan den första och den andra andelen regleras, utgående från driftparametrar (9) såsom varvtal, last, motortemperatur, gaspedalläge och/eller avgassammansättning.

4. Förfarande enligt kravet l, 2 eller 3, kännetecknat av att förhållandet mellan den första och den andra andelen hålles vid cza 1/20 - l/ 10.

5. Förbränningsmotor av kolv-cylindertyp med kompressionständning (l), omfattande organ för att tillföra en reglerad bränslemängd till förbränningsrummet för varje arbetscykel, varvid den omfattar första organ (7, ll) för att tillföra en första andel av nämnda reglerade bränslemängd under en inloppsfas för inloppsluft som kan komprimeras till självantändning, och andra organ (6, 10) för att tillföra en andra andel av ”nnda r^glerade bränslernärigd direkt in i förbränningsrummet (2) som insprutat bränsle vid tidpunkten för konventionell tändningsinitiering efter det att den första andelen av nämnda reglerade bränslemängd komprimerats till självantändning, samt att nämnda första och andra bränslemängder utgörs av samma bränsle kännetecknad av att det

6. .NJ ...x ~.__'v (bn __ S första organet (7, 11) är utformat att tillföra den första andel av närrmda reglerade bränslemängd för att etablera en homogen bränsle-luftblandning i förbränningsrummet och att bränslet utgörs av etanol. 5 6. Förbränningsmotor enligt kravet 5, kännetecknad av att den första andelen av nämnda reglerade bränslemängd är anordnad att tillföras inloppsluften (4) före förbränningsrummet (2).

7. Förbränningsmotor enligt krav 5 eller 6, kännetecknad av att nämnda första organ 10 inkluderar ett i en inloppskanal (4) till cylindern inrättat bränslemunstycke (7).

8. Förbränningsmotor enligt krav 5, 6 eller 7, kännetecknad av en styrenhet (8), vilken utgående från driftpararnetrar (9), är anordnad att reglera insprutningen. 15