TW491930B - Method for the injection of fuel - Google Patents

Description

491930 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明有關根據申請專利範圍第1項的前文之一種以 部份負載操作將燃料噴射入一柴油構造型往復活塞燃燒引 擎之一汽缸的燃燒室內之方法。 一種將燃料噴射入一汽缸的燃燒室內之方法係揭露於 EP 0 7 7 5 8 2 1號的說明書，此汽缸係屬於一種緩慢運轉的 柴油構造型二行程往復活塞燃燒引擎，利用兩至四個燃料 噴射嘴將燃料噴射入燃燒室內，其中噴射嘴係在整個負載 範圍連續操作。特別是在部份負載操作期間，只藉由一個 噴射嘴來噴射對於一次動力行程所決定的燃料量，並在下 個動力行程中將此燃料量噴射通過第二噴射嘴，所以在各 動力行程期間，所需要的燃料量係交替式噴射通過各噴射 嘴。 此噴射方法之缺點在於：特別是在部份負載操作中， 燃燒室中產生不完全燃燒’使得燃燒的排氣中具有高比例 的可見煙霧。 本發明之目的係在操作柴油構造型往復活塞燃燒引擎 時使其具有更有利的運轉表現。 藉由一種具有根據申請專利範圍第1項之特徵的方法 滿足此目的，依附的申請專利範圍第2至9項係有關進一步 的有利方法步驟。 特別藉由一種以部份負載操作將燃料噴射入一柴油構 造型往復活塞燃燒引擎之一汽缸的燃燒室之方法來滿足此 目的，其中至少有兩個噴射嘴與各燃燒室相聯結，其中燃 料交替噴射的方式可在至少兩個連續的任務循環期間使得 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I-----^-IΦΙ------I1T------攀 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4- 491930 A7 ____ B7 五、發明説明（2 ) 至少一個噴射嘴不噴射燃料，並隨後在至少兩個連續的任 務循環期間使得另一噴射嘴不噴射燃料。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此方法可在燃燒室中產生具有較高溫度的一區，一項 較佳方法中，以至少三分鐘的時間間隔藉由相同的一或多 個噴射嘴不對稱地噴射燃料，藉以長期在燃燒區中產生較 高的溫度。此方法的一項優點係在於：熱負載改變的次數 減少，而與EP 0 775 82 1號的說明書中所揭露對於材料疲 勞有益之情形不同。在燃燒區中及附近處的局部較高溫度 將導致可見煙霧減少，僅有一個噴射嘴之燃料噴射係具有 可藉由此噴射嘴暫時較長地噴射燃料之優點，故產生穩定 且可複製的噴射。噴射期間在各別噴射嘴之間的一連續改 變係具有較多次熱負載改變之缺點。 專家一般譬如可藉由EP 0 775 82 1號的說明書瞭解： 因爲譬如在熱區中會產生高溫腐蝕，燃燒室中不均勻的溫 度分佈係爲不良的情形。此外，專家亦瞭解：不均勻的溫 度分佈將在汽缸上及活塞上造成大的應力，而增大材料的 疲勞。專家因此試圖藉由專業知識盡量避免在燃燒室中產 生不均勻的溫度分佈。 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 然而，結果驚人地發現：藉由特別是在部份負載操作 期間僅具有一個噴射嘴打開之作用來提供下列優點： 一燃燒發生於相同位置，使得一個具有較高溫度的局 部較熱區形成於燃燒室中，這將導致更複雜的燃料燃燒， 因而在燃燒排氣中具有較低比例的可見煙霧。 一儘管具有不均勻的溫度分佈，因爲具有處於部份負 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 491930 A7 B7_____ 五、發明説明（3 ) 載之較低的整體溫度値，在活塞上並未出現嚴重的高溫腐 鈾。 一因爲藉由根據本發明之噴射方法，熱負載改變數係 減少而降低材料疲勞，譬如活塞、缸蓋及排出閥等燃燒室 組件的壽命時間將增大，而與各任務循環中的噴射嘴改變 呈相反關係。 各情形中，較佳經由單一的噴射嘴來噴射燃料。 部份負載操作將導致燃燒室中以及燃燒室組件上具有 較低的總溫度値，因此限制了不均勻溫度分佈所造成之燃 燒室組件的較高應力，所以在燃燒室組件上並未出現過度 或嚴重的應力。由於具有較低的總溫度値，亦避免經由局 部較高的燃燒室溫度而出現高溫腐蝕。 根據本發明之方法特別適合小於1 5 %全負載之極低的 部份負載操作，尤其是1 %至2 %全負載之部份負載。 根據本發明之方法可具有一種在部份負載操作中符合 環保的燃燒，並具有避免妨礙視覺之灰或黑色排氣煙霧之 重要優點，這對於船舶柴油引擎特別有利。 根據本發明之方法係適合靜態及動態二行程及四行程 柴油引擎的操作，特別分別適合具有大於1 5 0公厘的汽缸 內徑的四行程柴油引擎，或者適合具有大於300公厘直徑 的汽缸內徑的二行程柴油引擎。 譬如，三個或四個噴射嘴係與一燃燒室相聯結，可以 身爲負載的函數之下列操作模式來操作柴油引擎： 在全負載操作時’將燃料經由所有三個或四個噴射嘴 本紙張尺度適用巾關家辟（CNS ) Λ4規格（210X297公酱) ~ -6 - I ^-------^---1Τ------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 491930 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（4) 供應至燃燒室。 在25 %至1 5 %全負載之一第一部份負載操作時，燃料 經由兩個噴射嘴噴射入燃燒室內。 在小於1 5 %全負載之一第二部份負載操作時，燃料僅 經由三個或四個噴射嘴中的單個噴射嘴噴射入燃燒室內。 在切換至三種上述操作模式中的一者時，係以具有遲 滯性的切換功能有利地發生切換進入或切換脫離一噴射嘴 。因此，譬如，可在第一及第二部份負載範圍之間產生一 切換，所以從第一部份負載範圍開始，以1 2.5 %全負載的 部份負載來產生根據第二部份負載範圍的操作模式之一種 切換；並從第二部份負載範圍開始，以1 7.5 %全負載的部 份負載來產生根據第一部份負載範圍的操作模式之一種切 換。 發生從一種操作模式至另一種操作模式之切換時，譬 如亦使用一時間控制器，所以在譬如降低或超過預定臨界 値後20秒之一段特定時間之後，切換至另一操作模式。亦 可突然發生從一操作模式至其他操作模式之切換，藉以在 譬如5 %的較大負載變化後立即切換至另一操作模式。 參照一項示範性實施例描述本發明，圖中： 圖1爲一種二行程柴油引擎之示意圖； 圖2a爲具有一個主動噴射嘴之燃燒室的平面圖； 圖2b爲具有兩個主動噴射嘴之燃燒室的平面圖。 元件對照表 I I ^---"1T------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 491930 A7 B7 五、發明説明（5) 1 往 復 活塞燃燒引擎 2 曲 柄 軸 4 高 壓 泵 5 蓄 壓 器 6 管 線 7 壓 力 泵 8 蓄 壓 器 9 管 線 1 〇 活 塞 1 1 汽 缸 1 2 噴 射 嘴 1 2 a 噴 射 嘴 1 2 b 噴 射 嘴 1 2 c 噴 射 嘴 1 3 排 出 閥 1 4 a 燃 料 1 4 b 燃 料 I-----.--秦-I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局W工消費合作社印製 下文中的任務循環係代表往復活塞燃燒引擎操作期間 所發生的程序，其中包含：閥的致動、燃料噴射、燃燒、 燃氣的射出、以及其他作用。在二行程機具中，通常在一 次旋轉之後完成一任務循環，但四行程機具中則在兩次旋 轉之後完成此任務循環。 圖1顯示一種具有複數個汽缸1 1及活塞1 0之二行程柴 油引擎1，其中以電子方式控制曲柄軸2與燃料供應之間的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -8- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 491930 A7 B7 五、發明説明（6 ) 合作以及排出閥1 3的移動。以一高壓泵4經由管線6及蓄壓 器5將燃料供應至噴射嘴1 2，可藉由包含壓力泵7、管線9 及畜壓器8之一液壓系統使排出閥1 3移位，縱向驅氣式二 行程柴油引擎1具有配置於中心之一個排出閥1 3以及配置 於汽缸蓋周邊之複數個噴射嘴1 2。通常，此種二行程柴油 引擎1對於燃料具有兩到四個噴射嘴1 2。 圖2 a示意顯示在周邊等距設有三個噴射嘴1 2 a、1 2 b、 1 2c之汽缸1 1的燃燒室，此方法範例顯示各情形中具有單 一的主動噴射嘴1 2 a之一種部份負載操作。因此，在圖示 時間點，燃料1 4 a經由噴射嘴1 2 a噴射，且沒有燃料1 4 a經 由噴射嘴1 2 b及1 2 c噴射。在至少兩個連續任務循環期間， 燃料1 4 a僅經由噴射嘴1 2 a噴射，然後在至少兩連續任務循 環期間，燃料1 4 a僅經由噴射嘴1 2 b噴射，且然後在至少另 兩連續任務循環期間，僅經由噴射嘴1 2c噴射。一種特佳 方法中’在實質超過兩連續任務循環期間（譬如在1〇至30 分鐘期間）從單個噴射嘴1 2 a供應燃料。然後，在相同時間 的期間，僅經由噴射嘴1 2b供應燃料，然後僅經由噴射嘴 1 2c供應燃料。此方法在燃燒室中造成不均勻的溫度，因 此產生一種具有高溫的燃燒區，因此具有極少煙霧的燃燒 。燃料首先可經由噴射嘴1 2 a、然後經由噴射嘴1 2 b、然後 再經由噴射嘴1 2c噴射。亦可更動噴射嘴的順序，使其依 照噴射嘴1 2c、噴射嘴1 2b、噴射嘴1 2a之順序操作。 圖2 b顯示部份負載操作中之一種方法範例，其在各情 形中具有同時處於有效作用之兩個噴射嘴丨2a、1 2b。類似 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -------：—AWI----：--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9- 491930 A7 B7五、發明説明（7 ) 於根據圖2a的示範性實施例，在至少兩連續任務循環期間 ，燃料14a、14b同樣僅經由噴射嘴12a、12b供應，然後在 至少兩連續任務循環期間僅經由噴射嘴1 2b、1 2c供應，然 後經過噴射嘴12a、12a，連續重覆此方法，如圖2a所示， 特佳在5至60分鐘的期間噴射燃料14a，尤其在改變至另一 對噴射嘴1 2b、1 2c之前係經過相同的兩個噴射嘴1 2a、 12bi0至30分鐘。 圖2a及2b的兩方法範例僅顯示二行程或四行程柴油引 擎中可以不對稱狀噴射燃料14a、14b之許多可能方式中的 兩種範例，各情形中，每個汽缸1 1具有二至四個燃料噴射 嘴1 2，藉由僅打開既有噴射嘴的一部份來達成較長且較穩 定的噴射期間及燃燒室中之一暫時不均勻的溫度分佈，或 分別達成在部份負載操作期間具有較高溫度之一燃燒區。 處於1 %至1 5 %全負載之很低部份負載時，圖2 a的方法 特別有利，各情形中僅具有單一的主動噴射嘴12a、1 2b、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 嘴 射 噴 成射 達噴 了一 爲單 。 由 寸經室 尺載燒 的負燃 作份至 操部應 載低供 負以料 常地燃 正利量 以有少 可此較 有因將 具，2C 2C現 1 1 表 b b 射 2 12噴 1 a'的2a 2a利 1 有嘴 I------,——#1---------、玎------Φ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一S 一纽 I張 一紙 本 準 標 家 國 國. 一釐 公 7 9 2

Claims (1)

1. 491930 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種噴射燃料的方法，在部份負載作業下將燃料 (14a，14b)噴射入一柴油構造式往復活塞燃燒引擎（1)之汽缸 (1 1)的燃燒室.內，至少兩個噴射嘴（12a，12b，12c)與各燃燒 室相聯結，其特徵在於該燃料（1 4a，1 4b)係交替的噴射，使 得在至少兩個連續的任務循環期間，其中之至少一噴射嘴 (12a ’ 12b，12c)不噴射燃料；且隨後在至少兩個連續的任 務循環期間’使得該另一噴射嘴（12a，12b，12c)不噴射燃 料（1 4 a，1 4 b) 〇 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中燃料噴射通過 其中之兩個' 三個或四個噴射嘴係與各燃燒室相聯結。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該燃料藉由該相 同的噴射嘴連續噴射至少兩次；且隨後藉由另一噴射嘴連 續噴射至少兩次該燃料。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在各情形中由一 個該等噴射嘴交替式噴射該燃料；且其中在至少兩連續任 務循環期間藉由該相同的噴射嘴噴射該燃料。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中在至少三分鐘的 時間間隔中藉由該相同的噴射嘴噴射該燃料。 6·如申請專利範圍第4項之方法，其中在5至60分鐘、特 別是10至30分鐘的時間間隔中藉由該相同的噴射嘴噴射該 燃料。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該往復活塞燃燒 引擎以小於10%全負載之一部份負載而操作。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該往復活塞燃燒 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) '1T 491930 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 引擎係具有四行程或二行程柴油引擎的操作方式。 9.如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由單一或兩或 三個噴射嘴以一部份負載操作來噴射該燃料。 1 0. —種往復活塞燃燒引擎，其使用根據申請專利範圍 第1至9項中任一項之方法而操作。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)