SE522624C2 - Förfarande för att styra insprutningen av en fluid i en förbränningsmotor - Google Patents

Description

eaifu .30 super älva» 522 624 När kolven under arbetsstakten törflyttas mot den nedre dödpunkten minskar trycket och tem- peraturen i cylindern. Det har också visat sig att turbulensen eller omblandningen av gaser, bränsle och bildade sotpartiklar blir jämförelsevis låg i cylindem och speciellt i ett perifert område vid cylinderväggen under expansionen. Sammantaget leder detta till att oxidationen av bildade sotpartiklar minskar under expansionen, vilka ooxiderade sotpartiklar följer med förbränningsmotorns avgaser under utblàsningstakten.

Det har visat sig att ett stigande tryck under bränsleinsprutningen minskar såväl kväveoxid- j bildningen sem sotbildningen. Dem mmm med en en nog; mspmmingmyek hes bränslet, när insprutningsventilen öppnar, ger problem med ökad kväveoxidbildning, varför ett lågt öppningsuyck efterstävas. Däremot ger ett högt tryck vid slutet av insprutningenen eñekti- vare sotoxidering. Således erhålles fördelar med ett lågt insprutningstryck i början av insprut- ningsförloppet och högre insprutningstryck vid slutet av insprutningsförloppet.

Kvâveoxider bildas vid höga förbränningstemperatmer. För att sänka förbränningstemperatu- ren och därmed minska bildningen av kväveoxider kan avgaser åter-föras till törbrännings- » - rummet. Det finns dock tillstànd, t ex vid lcraftigt gaspådrag, då tillräcklig mängd avgaser inte _ hinner ätertöras till ñrbränningsrummet. Följ den blir att kväveoxidemissionerna ökar.

Genom dokumentet EP,A2,0 91 I Sl l är det förut känt att dela upp en bränsleinspruming med konstant trycki flera segment i syfte att erhålla låga emissioner med avseende pä-kväveoxider och sot.

Ett problem med traditionella bränslepumpar är att insprutningsuycket under insprutnings- förloppet är starkt beroende av motorns varvtal och mängden bränsle som skall insprutas un- der ett insprutningsßrlopp. En stor mängd insprutat bränsle och/eller ett högt varvtal hos motom medför att insprutningstrycket ökar under insprutningsiörloppet. Omvänt så medför en liten mängd insprutat bränsle och/eller ett lågt varvtal att insprutningstrycket minskar un- der insprutningsförloppet. Detta medför att en tryckökning under insprutningsförloppet inte kan uppnås när motom arbetar vid dellast och låg last samt vid driñsförhällanden med lågt varvtal, varför ovannämnda effekter för att minska kväveoxid- samt sotbildningen uteblir. »ru-n 11111 522 624 3 Ett första syfte med ñreliggande uppfinning år att styra bränsleinsprutningen hos en ßrbrän- ningsmotor, så att de ovan nämnda nackdelarna med känd teknik undanröj es och så att kväve- oxid- samt sotpartikelhalten i ßrbränningsmotorns avgaser blir så låg som möjligt.

Ett andra syfie med uppfinningen är att öka oxideringen av i cylindern bildade sotpartiklar, ßr att därigenom minska antalet sotpartíklar i förbränningsmotoms avgaser.

Ett tredje syñe med uppfinningen är att minska behovet av mängden återförda avgaser (EGR) för att erhålla en viss kväveoxidnivå.

Ett fjärde syfie med uppfinningen är att upprätthålla ett högt slutligt insprutningstryck av en i motorn insprutad fluid under alla drifisfall hos motorn.

Detta erhålles genom ett förfarande av i inledningen angivet slag där insprutningen av fluiden, strax efter insprutningsuppehållet, utförs så att det initiala insprutningstrycket ökas i ett inter- vall mer än 0 bar och upp till 2000 bar relativt ett insprutningstryck som rådde strax före in- sprutningsuppehållet och att insprutningsuppehållet utförs med en varaktighet motsvarande en vridningsvínkel av en hos motorn anordnad vevaxel i intervallet mer än 0° och upp till 30°, företrädesvis i intervallet l° - 20°.

Genom att utföra åtminstone ett insprutningsuppehåll kommer den efterföljande insprutningen att bringa bränsle, gas och sotpartiklar i områden där en turbulent eller omrörande rörelse av- stannat, att åter cirkulera och blandas, vilket möjliggör och påskyndar oxidationen av sotpar- tiklar. Genom att inspruta fluiden strax efter insprutningsuppehället, så att det insprut- ningstrycket ökas i ett intervall mer än 0 bar och upp till 2000 bar relativt ett insprutnings- tryck som rådde strax före det ßregående insprutningsuppehållet kommer de heta förbrän- ningsgasema i cylindern att omblandas och kylas, så att även kväveoxidbildningen minskar samtidigt som sotpartiklar oxideras. Speciellt goda resultat beu-äffande låg kväveoxidbildning och hög sotoxidering erhålles om ínsprutningsuppehållet utförs med en varaktighet motsva- rande en vridningsvinkel av en hos motorn anordnad vevaxel i intervallet mer än 0° och upp :in 30°, företrädesvis i intervallet 1° - 20°. svt;- nuts; nns»- 522 624 4 Vid en utföringsform av uppfinningen används en insprutningsventil, som är försedd med en insprutningsnål, utformad att samverka med åtminstone en i ett insprutningsmunstycke an- ordnad insprutningsöppning, vilken insprntningsnål styrs av ett av en högtryckspump alstrat fluidtryck, vilket fluidtryck i sin tur styrs av en i insprutningsventilen anordnad spillventil, som kan öppnas och sänka trycket i insprutningsventilen olika mycket beroende på vald var- aktighet på insprutningsuppehållet samt vald storlek på nästa initiala insprutningstryck. In- sprutningsnålen kan även öppnas och stängas genom ett styrarrangemang oberoende av det alstrade fluidtrycket.

Genom att göra uppehåll i insprutningen (m h a ovan nämnda styrarrangemang för insprut- ningsnålen) med en sådan insprutningsventil kan även drifisfallen, som medför en liten mängd insprutat bränsle och/eller ett lågt varvtal, erhålla den önskade tryckstegringen hos - fluiden under insprutningsförloppet. För att möjliggöra nämnda insprutningsuppehåll kan in- sprutningsnålen hos insprumingsventilen styras på sä sätt att insprutningsnålen stängs en eller flera gånger under insprutningsfórloppet. När insprutningsnàlen är stängd under-insprutnings- förloppet och ett insprutningsuppehåll äger rum, fortsätter högtryckspumpen att i snabb takt bygga upp fluidtrycket i insprutningsventilen. När insprutningsventilen åter öppnar efter in- sprutningsuppehållet kommer fluiden att insprutas i cylindern med ett förhöjt insprutnings- tryck, jämfört med om ett insprutningsuppehàll inte hade utförts.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare med hjälp av på bifogade figurer visade utföringsexempel, pà vilka, fig. l visar en schematisk vy av en förbränningsmotor, i vilken en insprutning av en fluid in- spmtas i en cylinder enligt uppfinningen, fig. 2 visar en schematisk vy av ñrbrânningsmotom enligt fig. 1, i vilken en insprutning utfö- res efier ett insprutningsuppehåll, fig. 3 visar insprutningstrycket, fluidflödet och lyflhöjden hos en insprutningsnål, som funk- tion av vridningsvinkeln av en hos motom anordnad vevaxel, fig. 4 visar fluidflödet som funktion av vridningsvinkeln av en hos motom anordnad vevaxel, fig. 5 visar sotpartikelhalten som ftmktion av kvâveoxidhalten i förbränningsmotorns avgaser, fig. 6 visar en schematisk vy av en insprutningsventil med tvångsstyrd insprutningsnål, Fig. 7 visar hur insprutningsnålen kan styras för att variera insprutningsuppehäll respektive öppningstryck ñr en insprutning »raps anus: lim; 522 624 och _ fig. 8 visar en schematisk vy av en förbränningsmotor, i vilken insprutning av en fluid kan utföras med olika konvinklar.

I fig. 1 visas en schematisk vy av en förbränningsmotor 1, i vilken en insprutning aven fluid, såsom dieselolja, utföres enligt uppfinningen. Motom l innefattar en i en cylinder 2, mellan en övre och nedre dödpunkt, fram och återgående kolv 3 och ett i cylindern 2 anordnat in- sprutningsmunstycke 4. En insugningskanal 5 med en tillhörande insugningsventil 6 sträcker sig till cylindem 2 och en avgaskanal 7 med en tillhörande avgasventil 8 sträcker sig från cy- lindem 2. En fördjupning 9_är utformad i kolvens 3 ovansida, vilken fördjupning 9 bildar ett förbrånningsrum. Kolven 3 enligt det i fig. 1 visade utföringsexemplet är förbunden med en vevaxel 10 via en vevstake 1 l. Det år dock möjligt att utforma motom l som en frikolvsmo- tor, varför vevstaken ll då elimineras.

Såsom framgår av fig. 1 befmner sig kolven 3 vid den övre dödpunkten når fluiden insprutas i cylindem 2. Dock kan kolven 3 befinna sig före eller efier dödpunkten när fluiden påbörjas att insprutas i cylindem 2. Företrâdesvis insprutas hela mängden fluid från den totala insprut- ningen med åtminstone ett insprutningsuppehåll U; direkt in i den i kolven 3 bildade fördjup- ningen 9. Detta innebär att fluidstrålar (sprayer) 16, 20 är riktade ungefär rakt på eller strax under kanten 12 i princip under hela det totala insprutningsförloppet. Med konvinkel ß menas den vinkel som bildas mellan de fluidstrålar 16, som sprutas ur insprutningsmunstycket 4 och cylinderns 2 centrumlinje 15. Konvinkeln ß måste också väljas så att fluiden under insprut- ningen huvudsakligen insprutas i kolvens 3 fördjupning 9, för att därmed undvika att fluid strömmar över ßrdjupningens kant 12 och når det perifera området 13 i cylindem 2. I figu- rerna 1 och 2 visas enbart att två fluidstrålar 16 kommer ut från inspmtningsmunstycket 4, men i praktiken anordnas ett flertal hål 17 i insprutningsmunstycket 4, så att en kon eller ett paraply bildas av de genom insprutningsmunstycket 4 insprutade fluidstrålarna 16. Samtidigt som fluiden insprutas i cylindem 2 blandas en del av fluiden med i cylindem 2 insugen gas, bestående av luft och eventuellt till cylindem 2 återförda avgaser, som komprimerats och dânned uppvärmts under kompressionen. Den del av fluiden, som blandats med gasen kom- mer att antändas och brinna på grund av den höga temperaturen i cylindem 2.

Om den del av fluiden, som blandats med den i cylindem 2 befintliga gasen, brinner med ett syreunderskott kan sotpartiklar komma att bildas under förbränningen. I detta sammanhang .aøtt -30 unna: vann; 522 624 defmieras ett lamdavärde hos fluid/gasblandningen. En annan benämning på lamdavårdet är luftöverskottskoeflicienten, vilken defmieras som verklig tillförd luftmängd delad med teore- tisk nödvändig lufimängd för fullständig förbränning. Om lambdavärdet är större än ett, är fluid/gasblandningen mager och om lambdavärdet är mindre än ett, är fluid/gasblandningen fet. Således sker en ofullständig förbränning av fluid/gasblandningen när denna år fet, varför sotpartiklar kan bildas. För att erhålla en så liten sotpartikelalstring som möjligt eftersträvas en blandning av fluid och gas med ett lambdavärde lika med eller större än ett. I en förbrän- ningsmotor där fluid insprutas direkt i cylindern och antänds av värmen, som utvecklas under kompressionen, såsom vid en dieselmotor, sker ofta en blandningsstyrd förbränning av flui- den, vilket innebär att fluiden under insprutningen huvudsakligen brinner i en bildad stökio- metrisk rand. I ett område invid den stökiometriska randen där fluid/gasblandningen år fet, kan sotpartiklar bildas under förbränningen.

För att skapa förutsättningar ñr en ökad turbulens och omblandning av syre och sotpartiklar i cylindern 2, görs enligt uppfinningen ett insprutningsuppehåll U; avfluiden når kolven 3 för- flyttats i riktning mot den nedre dödpunkten i cylindern 2. Ett sådant insprntningsuppehåll U1 visas i fig. 2 genom att ingen fluid insprutas i cylindern 2. Den under den första insprutningen insprutade fluiden 20 har i detta skede åtminstone delvis antänds av den utvecklade kompres- sionsvårmen i cylindern 2. Fluiden brinner således, vilket medför att trycket i cylindem 2 yt- terligare ökar, så att kolven 3 pressas nedåt i riktning mot den nedre dödpunkten.

I fig. 2 visas hur en insprutning av fluiden utförs strax efier ett första insprutningsuppehåll U1.

Förbränningen av den före insprutningsuppehållet U; insprutade fluiden 20 fortsätter, men med minskad intensitet på grund av minskad turbulens och omblandníng i cylindem 2. Den efier uppehållet insprutade fluiden 16 medför att fluid, gas och sotpartiklar i områden där en turbulent eller omrörande rörelse avstannat eller nämnbart minskat, att åter bringas att cirkule- ra och blandas eller att cirkulera och blandas i en större omfattning, vilket möjliggör och/eller påskyndar oxidationen av kvarstående sotpartiklar.

Företrädesvis väljs fluidens initiala insprutningstryck NOP; vid en förhållandevis låg nivå, så att kväveoxidbildningen blir låg. Ett alltför högt initialt insprutningstryck tillför alltför mycket omblandningsenergi så att förbränningen sker ßr snabbt under en allför lång tid och med allt- för mycket bränsle. Detta ger ökad förbränningstemperatur och därmed ökade kväveox- idemissioner. wfir» I canon rara: 522 624 Det har visat sig fördelaktigt om det initiala insprumingstrycket NOP; hos fluiden strax efter insprutningsuppehållet ökas i ett intervall mer än 0 bar och upp till 2000 bar relativt det in- sprumingstryck NCP; som rådde strax före insprutningsuppehållet. Det har också visat sig fördelaktigt om insprumingsuppehållet U; utförs med en varaktighet motsvarande en vrid- ningsvinkelo. av den hos motom 1 anordnade vevaxeln 10 i intervallet mer än 0° och upp till °, företrädesvis i intervallet l° - 20°.

Det totala insprutningsförloppet av fluiden, med ett eller flera insprutningsuppehåll Ui, utförs i ett intervall 40° före det övre dödläget till 60° efter det övre dödläget med avseende på vevax- elns 10 vridningsvinkel företrädesvis i intervallet 20° före det övre dödlåget till 409 efter det övre dödlåget. Fluidens insprutningstryck NOP, NCP (öppningstryck respektive stäng- ningstryck) styrs företrädesvis inom ett intervall, som år större ån kompressionstrycket i cy- lindem och upp till 3000 bar.

Om flera insprutningsuppehåll U; skall utföras efter varandra under ett insprutningsförlopp kommer fluiden att insprutas vid ett flertal tillfällen med en kort varaktighet vid respektive tillfälle. Detta medför att fluiden under mycket korta tidsßrlopp insprutas som en tryckstöt i cylindem 2. Samtidigt ökar det initiala insprutningstrycket NOP hos fluiden för varje delin- spmmingstillfälle. Den korta varaktigheten och det höga trycket resulterar i en stor impuls och hög omblandning. Genom att utforma kolven 3, fördjupningen 9, cylindern 2 och cylinderta- ket 14 på ett lämpligt vis, samt att utforma de hål 17 i insprutningsmunstycket 4 genom vilka fluiden ínsprutas, kan de områden med fet fluíd/gasblandning som uppkommer under och u efier den första insprutningen styras så att dessa områden kommer att påverkas av den efter det första insprutningsuppehållet Ui insprutade fluiden. Även det initiala insprutningstrycket NOP; vid den första fluidinsprutningen samt tidpunkten för den ñrsta insprutningens början är parametrar som påverkar nänmda ormådes placering i cylindem 2 vid tidpunkten ßr den eller de efterkommande insprutningarna.

I fig. 3 visas kurvor för insprutningstrycket Pgnj , fluidflödet ff, och lyfihöjden d., , hos en in- sprutningsnål, som fimktion av vridningsvinkeln o. av en hos motom anordnad vevaxel. En ßrsta insprutning påbörjas enligt det visade exemplet vid vevaxelvinkeln a; före den övre dödpunkten TDC. Fluidens tryck är då NOP; . Den ñrsta insprutningen pågår med varaktig- nvpan rann. :f-.n 522 624 8 heten DURI. Vid vevaxelvinkeln a; stänger insprutningsvenfilens nål, vilket framgår av kur- van du. Fluidens tryck vid detta tillfälle är NCP|. När insprutningsventilens nål är stängd sker ett insprutningsuppehåll UI, vilket fiamgår av flödeskurvan ff. Ingen fluid strömmar då från insprutningsventilen. Insprutningsuppehållet pågår under tidsförloppet Ul, varefier en andra insprutning av fluid påbörjas vid vevaxelvinkeln 0.3. Under insprutningsuppehållet U; fort- sätter fluidens tryck att byggas upp inne i insprutningsventilen, varefier insprutningsnålen därefler öppnas vid vevaxelvinkeln a; och fluiden har uppnått ett tryck NOP2, som är större än stängningstrycket NCP; vid vevaxelvinkeln 0.2. Vid vevaxelvinkeln 04 avslutas insprut- ningsiörloppet genom att insprutningsventilens insprutningsnål stänger. Förloppet i figur 3 minskas med fler inspmmingsuppenm.

Det i fig. 3 beskrivna insprutningsiörloppet kan åstadkommas med exempelvis en insprut- ningsventil av typen enhetsinjektor (unit injector), som skall beskrivas närmare i samband med figur 6 nedan.

I fig. 4 visas fluidflödet f som fimktion av vridningsvinkeln a av en hos motorn l anordnad vevaxel 10. Såsom framgår av kurvan i fig. 4 görs ett flertal insprumingsuppehåll Ui under insprutningstörloppet. På detta vis blir insprutningsförloppet fragmenterat. Efter varje in- sprutningsuppehåll U; är öppningstrycket NOPM större än det stängningsnyek NCP; som råd- de töre insprutningsuppehållet Ui. Det stigande insprutningstrycket gör att en ökad mängd fluid hinner sprutas in under en given tid för varje ny delinsprutning såsom visas i figur 4.

Såsom nämns i beskrivningsinledningen är det ett problem med traditionella bränslepumpar att insprutningstrycket under insprutningstörloppet är starkt beroende av motorns varvtal och mängden bränsle som skall insprutas under ett insprutningstörlopp. Genom att göra ett flertal uppehåll i insprutningen kan även driñsfallen som medßr en liten mängd insprutat bränsle och/eller ett lågt varvtal erhålla den önskade tryckstegringen hos fluiden under insprutnings- förloppet.

I fig. 5 visas sotpartikelhalten som ftmkfion av kväveoxidhalten i förbränningsmotoms l av- gaser. Den streckade kurvan avser sotpartikelhalten som fimktion av kväveoxidhalten hos en känd iörbränningsmotor och den heldragna kurvan avser sotpartikelhalten som fimktion av kväveoxidhalten hos en törbrânningsmotor i vilken fluidinsprutningen styrs med ett förfaran- de enligt föreliggande uppfmning. Det fiamgár av fig. 5 att sotpartikelhalten vid en given .25 »stan lans» 522 624 9 kväveoxidhalt hos motorns 1 avgaser blir betydligt lägre om fluidinsprutningen styrs genom ett förfarande enligt föreliggande uppfmning.

I ñg. 6 visas schematiskt en insprutningsventil 20 anordnad att inspruta en delvolym av det komprimerade bränslet i ett förbrånningsrum 21 i en förbränningsmotor 1. En högtryckspump i 22 luten till insprutningsventilen 20. Högtryckspumpen 22 innefattar en i ett cylinderparti 23 fram och återgáende plunge 24, som komprimerar fluiden genom anbringande av en lcrafi på plungen 24 medelst en kamaxel 25. Fluiden tillförs cylinderpartiet 23 från en tank 26.

Insprutningsventilen 20 innefattar en insprutningsnål 27, utformad att samverka med åtmin- stone en i insprutningsventilen 20 anordnad insprutningsöppning 17 i insprutningsmunstycket 4. Insprumingsnålen 27 är försedd med en från bränslet första och andra tryckupptagande yta 28, 29. Ett fjädrande element 30, såsom en nålfiåder, pressar insprutningsnålen 27 mot in- sprutningsöppningama 17. Om luafien från bränsletrycket, som verkar på den andra tryck- upptagande ytan 29 är större än summan av den krafi från bränsletrycket, som verkar pà den första tryckupptagande ytan 28 och kraften från det fiädrande elementet 30, kommer insprut-- ningsnàlen 27 att öppna, vilket leder till att bränsle insprutas i förbränningsrummet 21. In- sprutningsnàlen 27 påverkas av en till en styrenhet 32 kopplad spillventíl 3 1 .Vidare är till insprutningsnálen 27 anordnat ett arrangemang för tvängsstangning av insprutningsnàlen.

Detta arrangemang betecknas i figur 6 med figurhänvisning 35. Med arrangemanget 35 ges möjlighet att öppna och stänga insprutningsnålen 27 oberoende av trycket från plungen 24 och/eller nálfiådern 30, även vid tryck överstigande nalfiâdems normala öppnings- lstängningstryck. Vidare ska nämnas att det grundläggande insprutningsßrloppets form som fiagmenteras styrs av plungens 24 diameter, plungens 24 hastighetsförlopp (dvs hur kamax- el/vipparm 25 är utformade) och den totala effektiva hälarean samt även interna läckage från högtryckssida till lågtryckssidan i insprutningsventilen 20.

Figur 7 visar vilka fimktioner som erhålls med styrarrangemanget 35. I figur 7 visas tre olika insprutningsförlopp med varsitt trycktörlopp A, B och C, vilka alla har samma inspmmings- tryck NOP; men där insprutningsuppehållet mellan insprutningstrycket NCP; strax före in- sprumingsuppehållet (i figur 7 det enda) och initiala insprutningstzrycket NOP; strax efter insprutningsuppehållet är olika beroende på hur spillventilen 31 respektive insprutningsnålen 27 styrs. Observera att ett insprutningssystem har ett maximalt möjligt insprutníngstryck Pm.

Figur 7 illustrerar möjligheten att hålla insprutningsnålen 27 stängd tills ett visst förutbestämt :anus Ira.- 522 624 insprutningstryck byggts upp. 'I figur 7 är de ñrutbestämda trycknivåema NOP; och NOP; .

Insprutningsuppehållet kan varieras fiítt.

I insprutningsförloppet A (se figur 7) är spillventilen 31 (se figur 6) stängd hela tiden. När NOP; uppnåtts i cylindern 23 trycks insprutningsnålen 27 tillbaka och därmed sprutas fluid in i ñrbränningsrummet 21. Insprutningsnålen 27 tvångstängs med hjälp av styrarrangemanget vid trycket NCP; och uppbyggnaden av .insprutningstrycket till den förutbestämda tryckni- vån NOP; inväntas. Når trycknivån NOP; uppnåtts så öppnas insprutningsnålen och nästa sats fluid insprutas. Insprutningsuppehållet blir DUR A.

I insprutningsiörloppet B (se figur 7) upprepas tryclcförloppet i början vad gäller NOP;, NCP; ssn spillventilen 31 (ss inspmmingsßflspps: A). Bass NcP, nppnans öppnas pen stängs spillventilen 31 för att erhålla en partiell trycksänkning i systemet. Då spillventilen 31 stängts, så stängs insprutningsnålen 27 och uppbyggnaden av insprutningstrycket till den för- utbestämda trycknivån NOP; inväntas. När trycknivån NOP; uppnåtts så öppnas insprutnings- nålen 27 och nästa sats fluid insprutas. Insprutningsttppehållet blir DUR B.

I insprntningsiörloppet C (se figur 7) upprepas tryckförloppet i början vad gäller NOP|, NCP; A och spillventilen 31 (se insprutningsförloppet A). Då NCP; uppnåtts öppnas spillventilen 31 och trycket sänks till ett minimum varpå spillventilen 31 stängs. Samtidigt som spillventilen 31 stängs, så stängs insprutningsnålen 27 och hålls stängd tills nivån för det initiala insprut- ningstrycket NOP; uppnåtts. När trycknivån NOP; uppnåtts så öppnas insprutningsnålen 27 och nästa sats fluid inspmtas. Insprumingsuppehållet blir här DUR C. Även längre insprut- ningsuppehåll är tänkbara genom att spillventilen 31 hålls öppen under en längre tid under insprutningsuppehållet så att tryckuppbyggnadens början förskjuts framåt i tiden. Därigenom kan tidpunkten (timing) för när en viss insprutning ska ske styras. I figur 7 har insprutnings- trycket NOP; och NOP; valts till en viss nivå. Givetvis är det möjligt att välja andra nivåer på insprutningstrycken genom att hålla insprutningsnålen 27 stängd olika tidslängder och därige- nom uppnå olika tryckuppbyggnadskurvor. Det är också möjligt att inspruta fluiden med mer än ett insprutningsuppehåll såsom visas i exempelvis figur 4.

I fig. 8 visas en alternativ utformning av uppfinningen där två insprutningsmunstycken är an- ordnade i cylindern 2. Detta möjliggör att fluiden under en första och efterkommande insprut- »stav »annu ti... 522 624 ll ning kan insprutas med en första och andra konvinkel ßl , ß2, som är olika. Den första kon- vinkeln ßl, med vilken fluiden insprutas under den första insprumingen, väljs företrädesvis så som den tidigare beskrivna konvinkeln ß. Föreuädesvis väljs den andra konvinkeln BZ, med vilken fluiden insprutas under efterkommande insprutningar, så att områden med fet fluid/ gas- . blandning nås och omblandas av den fluid som insprutas under de eñerkommande insprut- ningarna.

En ytterligare möjlighet att variera konvinklarna ßr delinsprumingarna är att anordna ett enda insprutningsmunstycke med variabel spridargeometri för att skapa två olika vinklar ß. Detta är i sig känd teknik. ' Förfarandet för att styra fluidinsprutningen hos en ñrbränningsmotor 1 enligt föreliggande uppfinning kan tillämpas under motoms 1 alla drifiarter. Företrâdesvis styrs insprutningen, så att insprutníngsupphåll enbart görs när överdrivna sotrnångder uppkommer vid fluidens för- bränning i cylindern 2. Det år också möjligt att insprutningsuppehållen enbart utföres då det kan förväntas att luftunderskott kan uppkomma, såsom vid drift av motom 1 på hög höjd eller vid drifi av motom vid förhöjd omgivningstemperatur då luften är ttmn, det vill såga lufien har låg densitet, vilket innebär att den i cylindern insugna luflmängden innehåller mindrean- tal syremolekyler per insugen volymsenhet. Detta inträffar också under transienta förlopp, såsom vid gaspådrag. Om motom är försedd med en avgasdriven turbo kommer turbon att reagera långsamt vid gaspådrag, vilket leder till att ßrhållandevis lite lufi införs i cylindem 2, vilket medför att områden med fet fluid/gasblandning bildas i cylindem 2, så att sotbildningen ökar. Insprutningsuppehållen med efierkommande fluidinsprutningar, som utföres enligt före- liggande förfarande tillser då att en tillfi-edsställande oxidation av sotpartiklar uppkommer.

Detta skall förklaras närmare nedan. i Genom att återföra avgaser till cylindem 2, så kallad EGR (Exhaust Gas Recirculation) kan alstringen av kväveoxider (N Ox) minskas. Detta sker emellertid på bekostnad av att sotparti- kelalstringen ökar. Genom att kombinera avgasåterßring med insprutningsuppehåll enligt föreliggande ñrfarande kan sotpartikelhalten i de fiån motom avgivna avgaserna hållas under lagstadgade gränsvärden. Samtidigt minskas även behovet av mängden återförda avgaser ef- tersom det initiala insprutningstrycket hålls på en relativt sett-lägre nivå jämfört med det sista insprutningstrycket i insprutningen. Den lägre nivån på det initiala insprutningstrycket gör att unnar »sena a ere-r 522 624 12 en mindre mängd omblandningsenergi tillförs förbränningen, vilket sänker ñrbränningstem- peraturen och därmed också sänker bildningen av kväveoxider. Även p g a själva insprut- ningsuppehållet kan lokala effekter under förbränningen ge minskade kväveoxidemissioner.

Under vissa drifisfórhållande kan insprutning med ett eller flera inspmtningsuppehåll U; en- ligt uppfmníngen leda till ökad bränsleförbrukning. För att minimera denna eiïekt bör in- sprutningsuppehållen utföras optimalt, innehålla så lite fluid som möjligt samt förmå fluiden att brinna så snabbt som möjligt. Det har också visat sig att effekten av insprutningsuppehål- len bland annat styrs av cylindems och kolvens geometri. Ju högre insprutningstryck vid in- sprutningens början, efter ett insprutningsuppehåll, desto mindre bränsle behövs för att åstad- komma erforderlig omröming och ju högre insprumingsuyck vid insprutningens början, efier ett insprutníngsuppehåll, desto snabbare brinner den insprutade fluiden. Här måste dock enligt tidigare beshivet hänsyn tas till kvåveoxidbildningen.

Vidare är det möjligt att optimera motom enligt uppfinningen med hänsyn taget till olika be- lastningsfall. Exempelvis kan vanlig enkelinsprutning användas vid låg last och insprutning med åtminstone ett uppehåll vid hög last.

Ett sätt att öka verkningsgraden hos en motor utan att krafiigt öka alstringen av kväveoxider är att öka mängden återcirkulerade avgaser samtidigt som insprutningstidpunkten av fluiden tidigareläggs. Detta förfarande leder dock till höga sotpartikelhalter i avgasema. För att und- vika dessa höga sotpartikelhalter utförs insprutningsuppehåll av fluiden, ßr att på så sätt åstadkomma avgaser, men med en försumbar eller ingen ökad bränsleßrbrukning.

Dock leder stora mängder återcirkulerade avgaser till ökad komplexitet hos motom och tör- brânningsförfarandet. Dessutom kan en optimering av insprutningsuppehållen, i syfte att er- nalle ng bränsleförbrukning, leds nu nu dess seweknsnpende effekt minskar. man; kan de: vara ßrdelaktigt att enbart använda sig av insprutningsuppehåll i driftspunkter där bränsleför- brukningen är av underordnad betydelse.

Köming på hög höjd ger problem med rök på grund av den ttmnare lufien. Eftersom detta är ett sällan förekommande driftsfall kan man då tillåta sig att bekämpa hög sotpartikelhalt med en eller flera insprutningsuppehåll, som optimerats ßr maximal sotpartikelbekämpning. nina. al... 522 624 13 Transienter, då företrädesvis hastigt gaspådrag, ger också problem med höga halter av sotpar- tiklar i avgasema. Detta uppkommer av att turbon inte hinner höja överladdningen till hög- lastnivå momentant. Detta kan åtgà jârrrförelse lång tid innan en tillfredsställande nivå på överladdningen nåtts för det nya lastfallet. Under tiden arbetar motom med läge luñöverskott än önskat. För att inte lufiöverskottet ska bli alltför lågt begränsas lastderivatan av motorns styrsystem, så att turbon hinner uppnå önskat varvtal.

Insprutningsuppehåll Ui ger under gaspådrag ett flertal fördelar. Eftersom insprutningsuppe- hållen Ui med de efterföljande insprtrlningarna bidrar till ökad oxidering av sotpartiklar kan ett läge luftöverskott uppvågas. Därmed kan motorns styrsystem kompensera lasten till öns-A kad högre nivå snabbare. Resultatet blir en motor som svarar snabbare vid gaspådrag. Den läge verkningsgraden med insprutningsuppehåll U; i sitt gnmdutförande medför i sig att mer energi tillförs turbon, som därmed snabbare når önskat varvtal, vilket leder till att motorn 1 svarar snabbare vid gaspådrag.

Förfarandet enligt uppfinningen är tillämpbart på tvátaktsmotorer och fyrmktsmotorer samt på motorer som arbetar med ännu fler takter. Om motom är en fiikolvsmotor kan ovan nämnda vinklar relateras till en sträcka som kolven flyttas i cylindern eller till en motsvarande viss tidpunkt.

Ovan har enbart fluid, såsom dieselolja nämnts. Det år dock möjligt att använda andra bränn- och obrännbara fluider, såsom bensin och/eller vatten. Det är också tänkbart att en fluid i form av en gas kan införas genom insprutningsmunstycket 4.

Claims (12)

20 25 30 522 624 14 Patentkrav

1. l. Förfarande för att styra insprutningen av en fluid i en förbränningsmotor (1), som innefattar en i en cylinder (2), mellan en övre och nedre dödpunkt, fram och återgåen- de kolv (3) och ett i cylindem (2) anordnat insprutningsmunstycke (4), förfarandet in- nefattar stegen att en insprutning av en fluid med ett initialt insprutningstryck (N OPi) utföres i cylin- dern (2), vilken fluid antänds, så att trycket i cylindern (2) ökar och därmed bringar kolven (3) att förflyttas i riktning mot den nedre dödpunkten i cylindem (2), och att åtminstone ett insprutningsuppehåll (Ui) utförs under insprutningen av fluiden, kännetecknat av att insprutningen av fluiden, strax efter insprutningsuppehållet (Ui), utförs så att det initiala insprutningstrycket (N OPM) ökas i ett intervall mer än 0 bar och upp till 2000 bar relativt ett insprutningstryck (NCPi) som rådde strax före in- sprutningsuppehållet (Ui) och att insprutningsuppehållet (Ui) utförs med en varaktighet motsvarande en vridningsvinkel (oc) av en hos motom (1) anordnad vevaxel (10) i in- tervallet mer än O° och upp till 30°, företrädesvis i intervallet l° - 20°.

2. Förfarande enligt kravet l, kännetecknat av att det totala insprutningsförloppet av fluiden, med ett eller flera insprutningsuppehåll (Ui), utförs i ett intervall 40° före det övre dödläget till 60° efter det övre dödläget med avseende på vevaxelns (10) vrid- ningsvinkel (a), företrädesvis i intervallet 20° före det övre dödläget till 40° efter det övre dödläget.

3. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, kännetecknat av att fluidens insprutningstryck (NOPi , NCPi) styrs inom ett intervall, som är större än kompressionstrycket i cylin- dem (2) och upp till 3000 bar.

4. Förfarande enligt något av föregående lcrav, kännetecknat av att en insprutnings- ventil (20) är försedd med en insprutningsnål (27), utformad att samverka med åtrnin- 10 15 20 25 30 O I - . .- 522 624 f"f'='-.-'=.-*.=:."¥.=" 15 stone en i ett insprutningsmunstycke (4) anordnad insprutningsöppning (17), vilken insprutningsnål (27) styrs av ett av en högtryckspump (22) alstrat fluidtryck, vilket fluidtryck i sin tur påverkas av en i insprutningsventilen (20) anordnad spillventil (31), som öppnar och sänker trycket i instrutningsventilen (20) och där insprutningsnålen (27) även kan öppnas och stängas genom ett styrarrangemang (35) oberoende av det alstrade fluidtrycket.

5. Förfarande enligt kravet 4, kännetecknat av att insprutningsventilen (20) utformas som en enhetsinjektor.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att insprutningsup- pehåll (U, ) enbart utföres när överdrivna sotmängder uppkommer vid fluidens för- bränning i cylindern (2).

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att insprutningsuppe- håll (U, ) enbart införes när insugen luftmängd i motorn (1) innehåller ett jämförelse- vis litet antal syremolekyler per insugen volymsenhet, såsom vid drift av motorn (1) på hög höjd eller när omgivningstemperaturen är hög.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att insprutningsuppe- håll (Ui ) enbart utföres vid drift av motom (1) under transienta förlopp.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att fluiden, som tillfö- res cylindem (2) är bränsle, såsom dieselolja.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att kolven (3) på en ovansida är försedd med en fördjupning (9) till bildande av ett förbränningsrum och att fluiden insprutas i cylindem (2) i form av en kon, med en konvinkel (ß) i förhållande till cylinderns (2) centrumlinj e (15), så att fluiden efter insprutningsuppehållet (U, ) huvudsakligen kommer att träffa i kolvens (3) fördjupning (9). n - . . u. 522 624 16

11. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att före det första insprutningsuppehållet (U, ) insprutas fluiden i cylindern (2) i forrn av en kon, med en första konvinkel (Bl) i förhållande till cylindems (2) centrumlinje (15) och att efter- följande insprutningar av fluid i cylindern (2) utförs i form av en kon, med en andra konvinkel ([32) i förhållande till cylindems (2) centrumlinje (15).

12. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en mindre mängd återförda avgaser tillförs förbränningsmotorn (1) än vad som normalt behövs för att sänka mängden kväveoxidemissioner till en viss nivå.