SU1111691A3

SU1111691A3 - Способ впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорани с непосредственным впрыском,самовоспламенением и принудительным зажиганием

Info

Publication number: SU1111691A3
Application number: SU802933155A
Authority: SU
Inventors: НАЙТЦ Альфред; Пикель Ханс; Дъальфонсо Нунцио
Original assignee: М.А.Н.Машиненфабрик Аугсбург-Нюрнберг Аг (Фирма)
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1984-08-30
Also published as: HU181707B; IT1131303B; DD151486A1; SE8004395L; GB2051236A; IN153524B; GB2051236B; FR2458689A1; JPH0252115B2; CH650836A5; SE448759B; DE2923670A1; BR8003742A; US4499871A; JPS562458A; IT8022705A0; RO80197A; FR2458689B1

Abstract

1. СПОСОБ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКОМ, САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ И ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ, снабженный размещенной в днище поршн камерой сгорани , имеющей форму тела вращени , с преобладанием вихревого движени воздуха вокруг ее продольнойоси, у которого топливо впрыскиваетс через форсунку с сопловым отверстием измен ющегос поперечного сечени , которое запираетс подпружиненной иглой, причем топливо в области высоких частот вращени и/или нагрузок двигател подают преимущественно в виде пленки на стенку камеры сгорани , а на холостом ходе и в области низких частот вращени и/или нагрузок двигател происходит преимущественно непосредственное смещивание топлива с воздухом и при этом количество впрыскиваемого топлива регулируют в зависимости от нагрузки и частоты вращени , отличающийс тем, то, с-целью уменьщени токсичности выхлопных газов и облегчени запуска, раздел ют всю область рабочих режимов двигател от холостого хода до полной нагрузки на несколько (например, четыре) областей и измен ют проходное сечение соплового отверсти путем подн ти иглы впрыскивающего распылител в зависимости от частоты вращени и нагрузки двигател в отдельных област х, причем проходное сечение соплового- отверсти увеличивают с помощью характеристики пружин щего элемента или дополнительных средств регулировани медленнее в области низких частот вращени и/или нагрузок, чем в области высоких частот вращени и/или нагрузок . 2.Способ по п. 1, отличаюСО щ и и с тем, что величину максимального проходного сечени соплового отверсти в области низких нагрузок и частот вращени обеспечивают в пределах 3-15% проходного сечени в области номинальной нагрузки, а в области холостого хода - в iO раз меньще, чем области номинальной на ,грузки. 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л иО ) чающийс тем, что давление впрыска топлива на номинальном режиме обеспечивают в 2-3 раза больше давлени впрыска при минимальной частоте холостого хода двигател . . 4. Способ по пп. 1-3, о т л и чающийс тем, что обеспечивают количество топлива, впрыскнрземого на градус поворота коленчатого вала и литр рабочего объема. Б области холостого хода i±0,5 мм, а при номинальном режиме 2±1 мм. 5. Способ,по пп. 1-4, о т л ичающийс тем, что yroJT нача

Description

ла впрыска топлива при номинальной частоте вращени регулируют от номинальной нагрузки до холостого хода в пределах 20-50% от диапазона регулировани угла начала впрыска в функции частоты вращени , причем эти пределы«охран ют неизменными во всей области рабочих частот вращени от номинала до холостого хода.

6. Способ по пп. 1-5, отличающийс тем, что на посто нном скоростном режиме начало впрыска топлива в функции нагрузки начинают регулировать в пределах от 100 до 50% номинального количества впрыскиваемого топлива и регулируют вплоть до области холостого хода по зависимости, котора может иметь как линейный, так и нелинейный характер.

1

Изобретение относитс к области двигателестроени , а именно к способам впрыска топлива в двигатель с преобладанием вихревого движени воздуха в камере сгорани , имеющей форму тела вращени , и пленочным смесеобразованием при впрыске через форсунку с измен емой геометрией соплового отверсти .

Известен способ топлива в двигатель внутреннего сгорани с непосредственным впрыском, самовосплменением и принудительным зажиганием снабженный размещенной в днище порщн камерой сгорани , имеющей форму тела вращени , в которой преобладает вихревое движение воздуха вокру ее продольной оси; топливо впрыскиваетс через форсунку с отверстием измен ющегос поперечного сечени , которое запираетс подпружиненной иглой , причем топливо в области высоки частот вращени и/или нагрузок подают преимущественно в виде пленки на стенку камеры сгорани в то врем как при холостом ходе, а также в области низких частот вращени и/или нагрузок двигател происходит преимущественно непосредственное смешивание топлива с воздухом, при этом количество впрыскиваемого топлива регулируют в зависимости от нагрузки и частоты вращени С1.

Недостаток -известного способа впрыска топлива состоит в том, что он не обеспечивает одинакового эффекта во всей области скоростных и на .грузочных режимов по уменьшению токсичности выхлопных газой и облегчению запуска двигател вследствие

трудности согласовани характеристик топливоподачй с характеристиками работы двигател .

Цель изобретени - уменьшение токсичности выхлопных газов и облегчение запуска .двигател .

Цель достигаетс тем, что согласно способу впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорани с непосредственным впрыском, самовоспламенением и принудительньм зажиганием, снабженный размещенной в днище поршн камерой сгорани , имеющей форму тела

вращени , с преобладанием вихревого .движени воздуха вокруг ее продольной оси, у которого топливо впрыскиваетс через форсунку с сопловым отверстием измен ющегос проходного

сечени , которое запираетс подпружиненной иглой, причем топливо в области высоких частот вращени и/или нагрузок двигател подают преимущественно в виде пленки на стенку

камеры сгорани ,а на холостом ходе и в области низких частот вращени и/или нагрузок двигател происходит преимущественно непосредственное смешивание топлива с воздухом, при

этом количество впрыскиваемого топлива регулируют в зависимости от нагрузки и частоты вращени , раздел ют всю область рабочих режимов двигател от холостого хода до полной нагрузки на несколько (например, четыре) областей и измен ют проходное сечение соплового отверсти путем подн ти иглы опрыскивающего распылител в зависимости от частоты вращени и нагрузки двигател в отдельных

област х, причем проходно.е сечение соплового отверсти увеличивают с помощью характеристики пружин щего элемента или дополнительных средств увеличивают медленное в области жидких частот вращени и/или нагрузок. Величину максимального проходного сечени соплового отверсти в области низких нагрузок и частот вращени обеспечивают в пределах 3...15% проходного сечени в области номинальной нагрузки, а в области холостого хода в 10 раз меньще, чем в области номинальной нагрузки. Давление впрыска топлива на номинальном режиме обеспечивают в 2, . .3 раза больше давлени впрыска при минимальной частоте холостого хода двигател . Обеспечивают количество топлива, впрыскиваемого на градус поворота ко ленчатого вала и литр рабочего объема в области холостого хода 1±0,5 мм а при номинальном режиме 2±1 мм. Угол начала впрыска топлива при номинальной частоте вращений регулируют от номинальной нагрузки до холостого хода в пределах 20.,-50% от диа пазона регулировани угла начала впрыска в функции частоты вращени , причем эти пределы сохран ют неизмен ными во всей области рабочих частот вращени от номинальных до холостого хода. На посто нном скоростном режиме начало впрыска топлива в функции нагрузки начинают регулировать в преде лах 100-50% номинального количества впрыскиваемого топлива и регулируют вплоть до области холостого .хода по. зависимости, котора может иметь как линейный, так и нелинейный харак тер. На фиг. 1 представлен график области рабочих режимов двигател с разделением на отдельные области; на фиг. 2 - зависимость эффективного проходного сечени соплового отверсти форсунки от подъема иглы} на фиг. 3 - нижн часть форсунки, реализующей предложенный способ впрыска топлива} на фиг. 4-8 - различные варианты зависимости силы, действующей на иглу со стороны упругого элемента форсунки, от подъема иглы/ на фиг. 4сила , действующа на иглу, выполнена .в виде двух последовательных пружин , причем втора пружина встроена без преднат га, на фиг. 5 - то же, с преднат гом; на фиг. 6 - характеристика стальной пружины, действующей на иглу, возрастает до максимума на фиг. 7 - сила, действующа на иглу, оказываема пружиной и гидравлическим упругим элементом, на фиг. 8 то же, при открытии и закрытии иглы форсунки, на фиг. 9 - зависимость давлени впрыска топлива (Р) и подъема иглы форсунки (Н) от хода поршн (S ) двигател вблизи верхней мертвой точки (ОТ), на фиг. 10 диаграмма регулировки начала впрыска топлива ( S) от частоты вращени двигател (п ); на фиг. 11 - зависимость изменени начала впрыска топлива (х ) от количества впрыскиваемого топлива (а ). Способ впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорани осуществл етс следующим образом. Всю область рабочих режимов двигател (фиг. 1) от холостого хода (3) до полной нагрузки раздел ют на несколько (например, четыре) областей (фиг. 1) и измен ют проходное сечение (фиг. 2, величина jtt f ) соплового отверсти путем подн ти иглы (фиг. 2, величина Н) впрыскивающего распылител (фиг. 3) в зависимости от частоты вращени и нагрузки двигател в отдельных област х. Разделение на отдельные области производитс таким образом, чтобы двигатель мог работать при одном, наиболее употребительном способе смесеобразовани и способе смесеобразовани , соответствующем данной области режимов. Изображенный в качестве примера на фиг. 1 набор областей показывает , что оптимизируемый двигатель предполагаетс применить дл транспортных средств, осуществл ющих преимущественно перемещение в городе. Дл двигател , эксплуатирующегос преимущественно в области полной нагрузки , области 1-4 раздел ютс лини ми 5-7, смещаютс влево. Если к двигателю предъ вл ютс повышенные требовани в части несгоСевших углеводородов и синего дыма, то области I и 2 выбирают щире, чем области 3 и. 4. Эффективное проходное сечение соплового отверсти форсунки в зависимости от подъема иглы (фиг. 2) измен ют так, что в област х 1 и 2 при подъеме иглы форсунки до 30% максимального хода величина jm F составл ет 3...15% от ее максимальной величины (лини 8). Если зависимость IH) определ ема типом форсунки и размерами сопловых отверстий,, имеет другую, например спр мленную форму, то соответственно мен етс и положение линий 5-7 на фиг. 1, раздел ющих отдельные области.

Предложенный способ впрыска топлива реализуетс , например, с помощью известной штифтовой форсунки (фиг.З) В корпусе 9 форсунки 10 расположена игла 11, прилегающа по уплотнительной поверхности 12 к корпусу 9 форсунки . Дросселирующий штифт 13 иглы 11 входит с перекрытием 14 в сопловое отверстие 15, образу дроссельную щель 16. При полностью открытой игле 11 (положение, изображенное пунктиром на Фиг. 3), дроссельна щель отсутствует.

В области 1 дросселирующий штифт 13 еще остаетс в сопловом отверстии 15, его подъем составл ет приблизительно 50% перекрыти 14. В дроссельной щели 16 при впрыске обеспечиваетс высокое давление, что позвол ет получить хорошее распыливание топлива .

В области 2 нижний цилиндрический конец дросселирующего щтифта 13 дост гает конца перекрыти 14, но еще не выходит из соплового отверсти 15, чем обеспечиваетс хорошее распыливание топлива.

Область 3 охватывает путь дросселирующего штифта 13 от конца перекрыти 14 до положени максимального открыти соплового отверсти 15. Проходное сечение распылител при этом непрерывно увеличиваетс , поэто му топливна стру фокусируетс .

В области 4 дросселирующий штифт 13 находитс в течение большей части периода впрыска в максимально открытом положении, и стру топлива в преобладающей части попадает на стенки камеры сгорани . Максимальное проходное сечение соплового отверсти форсунки выбираетс в соответствии с продолжительностью и давлением впрыска, необходимыми дл режима максимальной мощности двигател .

Соответствие свойств открытого проходного сечени форсунки режиму работы двигател , т.е. положению дросселирующего штифта 13, может достигатьс с помощью пружины, удерживающей иглу 11 в закрытом положении. Посто нна

жесткость пружины вл етс в р де случаев уже недостаточной. Жесткость, возрастающа скачкообразно или непрерывно с увеличением подъема иглы, необходима , когда требуетс точное выдерживание положени иглы при малых подъемах иглы или должно затормаживатьс быстрое перемещение иглы после открыти клапана при низких частотах вращени и нагрузках. То же достигаетс благодар комбинации механической пружины с гидравлическим упругим элементом , сЪздающим дополнительную, пропорциональную давлению в трубопроводе силу, действующую на иглу форсунки. Изменение поперечного сечени соплового отверсти позвол ет производить впрыск от наименьшего до наибольшего количества топлива при относительно малом изменении давлени в отверстии 15 форсунки по сравнению с обычным впрыском с неизмен емой геометрией соплового отверсти .

Друга возможность установки необходимого подъема иглы в зависимости от режима работы двигател состоит в применении управл емого извне регулируемого элемента. В этом случае может производитьс впрыск при одинаковом давлении во всем поле характеристик двигател или даже устанавливатьс при низких частотах вращени и нагрузках двигател более высоким, чем при высоких частотах вращени и нагрузках.

Необходимое изменение проходного сечени соплового отверсти форсунки достигаетс , например, путем включени в р д двух пружин, обеспечивающих соответствующую характеристику изменени действующей на иглу силы (фиг. 4 и 3). При этом втора пружина используетс только после подъема иглы более 50% перекрыти 14 соплового отверсти 15 (см. пунктирные линии на фиг. 4 и 5). При этом втора пружина используетс только после подъема иглы более 50% перекрыти

14 соплового отверсти 15 (см. пунктирHbie линии на фиг. 4 и 5). Различие:

характеристик 17 (фиг. 4) и 18 (фиг. 5) заключаетс в том, что в первом случае (фиг. 4) втора пружина встроена без преднат га, а во втором случае (фиг. 5) с преднат гом. Возможен вариант нелинейной характеристики пружины с прогрессивно возрастающей жесткостью по мере увеличени подъема иглы (фиг. .6). 7П Большие возможности изменени характеристики упругого элемента дает комбинированна система нагружени иглы форсунки (фиг. 7 и 8). В этом случае зависимость силы, действующей на иглу, аналогична изменению давлени впрыска во врем открывани иглы и также зависит от частоты вращени и количества впрыскиваемого топлива. Сила, действующа на иглу, может иметь различные характеристики при открытии и закрытии иглы форсунки (фиг. 8), причем аналогично устройству с двум пружинами гидравлически элемент вступает в работу только после прохождени 50% перекрыти 14 (фиг. 3). Фактическое изменение давлени впрыска топлива и подъема иглы форсу ки (соответственно кривые 19 и 20 на фиг. 9) в зависимости от хода пор н двигател (21) вблизи верхней мертвой точки происходит согласно за данной программы работы форсунки в соответствии с выбранными област ми рабочих режимов двигател 1-4. На ординате 22 диаграммы на фиг.9 показан подъем иглы форсунки Н в про центах и соотношение давление впрыска к давлению открыти форсунки в процентах. Абсцисса 21 представл ет ход поршн вблизи верхней мертво точки ОТ в градусах угла поворота коленчатого вала. Кривые 19 показывают характеристику давлени впрыска а кривые 20 - характеристику подъема иглы форсунки. В области 1 подъем иглы оп ть соответствует примерно 50% перекрыти 14, а давление впрыска сравнительно велико. В областк 2 подъем иглы форсунки продолжаетс вплоть до конца перекрыти 14, ив области 4 игла форсунки полностью открыта. Здесь давление впрыска (19) повышаетс существенно меньше. Давление впрыска достигает значений, только в 2-3 раза более высоких, чем давление открыти иглы, значени эффективного проходного сечени сопла форсунки JJL F на холостом ходу и полной нагрузке отличаютс примерно на пор док (фиг. 2). Интенсивность впрыска 1iO,5 мм (градус коленчатого вала и литр рабочего объема на холостом ходу) и 2±1 мм (градус поворота коленчатого вала и литр при полной нагрузке и номинальном числе оборотов Форсунка с неизмен емой геометрией отверсти сопла, которое выбрано дл холостого хода, должна иметь при полной нагрузке и высокой частоте вращени давление впрыска, которое на пор док превышает давление открыти , чтобы длительность впрыска могла оставатьс доэольно короткой. Дл оптимизации рабочего процесса двигател целесообразно регулировать момент воспламенени не только в зависимости от частоты вращени , но и нагрузки. Более позднее начало впрыска топлива, обеспечиваемое форсункой с измен емым проходным сечением соплового отверсти в соответствии с предложенным способом, позвол ет уменьшить период задержки воспламенени и понизить шум в области частичных нагрузок и холостого хода, а также снизить максимальное давление сгорани , не ухудша удельного расхода топлива и не повыша концентрации окиси углерода в выхлопных газах. Угол начала впрыска топлива при номинальной частоте вращени регулируют от номинальной нагрузки до холостого хода в пределах 20...50% от диапазона регулировани угла начала впрыска в функции частоты вращени , причем эти пределы сохран ют неизменными во всей области рабочих частот вращени от номинала до холостого хода. На фиг. 10 изображена диаграмма, показывающа регулировку начала впрыска в зависимости от частоты вращени . На оси ординат 23 отложена регулировка начала впрыска S в процентах от максЕ мально возможной регулировки и на оси абсцисс 24 - число оборотов п в процентах от номинального . Пр ма 25 показывает регулировку , необходимую на кривой полной нагрузки, линии 26, 27 ограничивают область, в которой находитс крива начала впрыска при количестве впрысII ка ноль Со снижением нагрузки начало впрыска перемещаетс в указанном стрелкой 28 направлении. На посто нном скоростном режиме начало впрыска топлива в функции нагрузки начинают регулировать в пределах 100-50% номинального количества впрыскиваемого топлива и регулиру ют вплоть до области холостого хода по зависимости, котора может иметь ак линейный,так и нелинейный характер, На фиг. 11 изображена зависимость изменени начала впрыска топлива от его количества. 9 На ординате 29 показан угол установки ot в процентах от максимальной установки начала впрыска, регулируемой в занисимости от нагрузки при по сто нном числе оборотов. оС-10С/ полной нагрузки -jt. «.полной нагрузки где ei полной нагрузки - угол начал впрыска при полной нагрузке; oi-e угол при количестве впрыска п 0 of- угол начала впрыска топлива цт} данного количества впрыскиваемого топлива. Углы oi полной нагрузки ог и осо берут в градусах поворота коленчатого вала двигател . По абсциссе 30 отложены количества впрыскиваемого топлива в процентах от количества при полной нагрузке Qg полной нагрузки. Характеристика между регулировкой впрыска нуль ( полной нагрузки) и регулировкой впрыска 100% () вл етс , как показано линией 31, линейной. В отдельных случа х выгодно 9Jto прежде всего при больших количествах впрыска делать малую регулировку или даже не делать ее, а оставл ть начало вирьюка при ос полной нагрузки и производить регулировку только при меньших количествах впрыска, как-показано кривой 32. Характеристика регулировки может быть закончена уже при qe 0, до 50% с полной нагрузки , следовать, например, линии 33. Таким образом, возможные характеристики заключены между лини ми ЗА и 35. Лини ,--33 по сн ет предельный случай, когда начало впрыска остаетс посто нным до тех пор, пока количество впрыскиваемого топлива не достигнет 50% от его количества при полной нагрузке. Лини 34 представл ет предельный случай, когда регулировка в зависимости от нагрузки начинаетс сразу и заканчиваетс уже при количестве впрыскиваемого топлива, равном 50% от количества при полной нагрузке. Крива 35 показывает возможную нелинейную характеристику между предельными лини ми 31 и 35.

Jlf

100 4S

50

3 ,,«

V5

H

z

050JOO

(Риг. 2

(pui,

lpui.5

F.

H

max

Фи9. 7

-30ОТ 10 п.о.Т

lpui,9

Claims

1. СПОСОБ ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКОМ, САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕМ И ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ, снабженный размещенной в днище поршня камерой сгорания, имеющей форму тела вращения, с преобладанием вихревого движения воздуха вокруг ее продольной 'оси, у которого топливо впрыскивается через форсунку с сопловым отверстием изменяющегося поперечного сечения, которое запирается подпружиненной иглой, причем топливо в области высоких частот вращения и/или нагрузок двигателя подают преимущественно в виде пленки на стенку камеры сгорания, а на холостом ходе и в области низких частот вращения и/или нагрузок двигателя происходит преимущественно непосредственное смешивание топлива с воздухом и при этом количество впрыскиваемого топлива регулируют в зависимости от нагрузки и частоты вращения, отличающийся тем, «то, с-целью уменьшения токсичности выхлопных газов и облегчения запуска, разделяют всю область ра бочих режимов двигателя от холостого хода до полной нагрузки на несколько (например, четыре) областей и изменяют проходное сечение соплового отверстия путем поднятия иглы впрыскивающего распылителя в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя в отдельных областях, причем проходное сечение соплового- отверстия увеличивают с помощью характеристики пружинящего элемента или дополнительных средств регулирования медленнее в области низких частот . вращения и/или нагрузок, чем в области высоких частот вращения и/или нагрузок .

2. Способ по п. 1, о т л и ч а тощий с я тем, что величину максимального проходного сечения соплового отверстия в области низких нагрузок и частот вращения обеспечивают в пределах 3-15% проходного сечения в области номинальной нагрузки, а в области холостого хода - в ΐθ раз меньше, чем области номинальной на.грузки.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что давление впрыска топлива на номинальном режиме обеспечивают в 2-3 раза больше давления впрыска при минимальной частоте холостого хода двигателя.

4. Способ по пп. 1-3, о т ли- ча то щ и й с я тем, что обеспечивают количество топлива, впрыскиваемого на градус поворота коленчатого вала и литр рабочего объема. В области холостого хода 1±0,5 , а при номинальном режиме 2±1 мм^?.

5. Способ по пп. 1-4, о т л ичающийся тем, что угол нача

Г691111 “ ПЗ ла впрыска топлива при номинальной частоте вращения регулируют от номинальной нагрузки до холостого хода в пределах 20-50% от диапазона регулирования угла начала впрыска в функции частоты вращения, причем эти пределы сохраняют неизменными во всей области рабочих частот вращения от номинала до холостого хода.

6. Способ по пп. 1-5, о т л ич ающий с я тем, что на постоянном скоростном режиме начало впрыска топлива в функции нагрузки начинают регулировать в пределах от 100' до 50% номинального количества впрыскиваемого топлива и регулируют вплоть до области холостого хода по зависимости, которая может иметь как линейный, так и нелинейный характер.