TWI690654B - 柴油引擎之煤油預輔助噴射方法及裝置 - Google Patents

柴油引擎之煤油預輔助噴射方法及裝置 Download PDF

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一種柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，包含煤油輔助噴射步驟、柴油噴射步驟及燃燒步驟。煤油輔助噴射步驟係將煤油噴嘴單元中的煤油噴霧於進氣歧管閥門為開啟狀態時直接噴入燃燒室，煤油噴嘴單元與進氣歧管連接並鄰近進氣歧管閥門，且進氣歧管閥門為開啟狀態時，進氣歧管與燃燒室相通。柴油噴射步驟係於煤油輔助噴射步驟之後，將柴油噴霧噴入燃燒室。燃燒步驟係燃燒室中的柴油噴霧與煤油噴霧燃燒。藉此，有助於柴油引擎產生較高的扭力及較低的污染排放。

Description

柴油引擎之煤油預輔助噴射方法及裝置
本發明是有關於一種柴油引擎之噴射方法及其裝置，且特別是有關於一種柴油引擎之煤油預輔助噴射方法及其裝置。
柴油引擎一直以高熱效率及高扭力輸出的優異性被工業界廣泛採用，但也由於柴油引擎轉速較低、高污染排放(Emissions)、體積以及噪音較大，使得柴油引擎普及於小型車輛的程度一直遠低於汽油引擎，尤其在黑煙粒子(Particulate)的產生量上，柴油引擎往往大於汽油引擎。
再者，運輸載具廢氣排放所造成的污染問題近年來持續受到關注，這些污染物質所夾帶的致癌成份將進入人體，而導致呼吸系統的疾病。習知的柴油引擎在壓縮行程末了時將柴油噴入，燃燒室中之燃油及空氣混合不均勻，因缺乏足夠氧氣燃燒，易形成一氧化碳(CO)以及黑煙(Smoke)，且燃燒不完全的燃料也轉化為碳氫化合物(HC)排放至大氣中。另外，噴霧中央為油氣過濃(Fuel Rich)區 域，使燃燒室的某些區域產生非常高的燃燒溫形成氮氧化物。
綜上所述，柴油引擎之熱效率高且扭力輸出大，卻也同時產生不容忽視的汙染排放問題，因此如何維持柴油引擎於熱效率及扭力輸出的優勢，並減低其污染排放遂成為市場上的發展重點。
本發明提供一種柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，同時提供一種柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，藉由柴油噴霧噴入燃燒室之前，預先將煤油噴霧直接噴入燃燒室，有助於柴油引擎產生較高的扭力及較低的污染排放。
依據本發明提供一種柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，包含煤油輔助噴射步驟、柴油噴射步驟及燃燒步驟。煤油輔助噴射步驟係將煤油噴嘴單元中的煤油噴霧於進氣歧管閥門為開啟狀態時直接噴入燃燒室，煤油噴嘴單元與進氣歧管連接並鄰近進氣歧管閥門，且進氣歧管閥門為開啟狀態時，進氣歧管與燃燒室相通。柴油噴射步驟係於煤油輔助噴射步驟之後，將柴油噴霧噴入燃燒室。燃燒步驟係燃燒室中的柴油噴霧與煤油噴霧燃燒。藉此，有助增加柴油引擎的扭力。
根據前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，其中燃燒步驟可為燃燒室中的柴油噴霧與煤油噴霧壓燃，煤油噴嘴單元可為空氣輔助噴射噴嘴，煤油噴嘴單元包含入油 口、入氣口、入氣室、混氣室及噴嘴部。入油口供煤油噴霧進入煤油噴嘴單元。入氣口供空氣進入煤油噴嘴單元。空氣由入氣口直接進入入氣室。煤油噴霧由入油口直接進入混氣室，空氣通過入氣室於混氣室與煤油噴霧混合。噴嘴部連接混氣室，煤油噴霧與空氣由噴嘴部混合噴入燃燒室。
根據前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，其中煤油噴霧噴入燃燒室的位置可鄰近柴油噴嘴，柴油噴嘴連接燃燒室並供柴油噴霧噴入燃燒室。
根據前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，其中煤油噴霧的當量為KE，柴油噴霧的當量為DE，其可滿足下列條件：4%
Figure 107117410-A0101-12-0003-5
[KE/(KE+DE)]×100%
Figure 107117410-A0101-12-0003-6
10%。
根據前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，其中煤油噴霧可於燃燒室的進氣上死點前30度與進氣上死點前20度之間噴入燃燒室。
藉由前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，有助於柴油噴霧、煤油噴霧及空氣均質混和而壓燃。
依據本發明另提供一種柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，包含燃燒室、柴油噴嘴、進氣歧管、進氣歧管閥門及煤油噴嘴單元。柴油噴嘴連接燃燒室並供柴油噴霧噴入燃燒室。進氣歧管連接燃燒室並鄰近柴油噴嘴。當進氣歧管閥門為開啟狀態時，進氣歧管與燃燒室相通，當進氣歧管閥門為關閉狀態時，進氣歧管與燃燒室不相通。煤油噴嘴單元與進氣歧管連接且鄰近進氣歧管閥門，煤油噴嘴單元供煤油 噴霧於進氣歧管閥門為開啟狀態時直接噴入燃燒室。藉此，有助於柴油引擎產生較高的扭力及較低的污染排放。
根據前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，其中煤油噴霧噴入燃燒室的位置可鄰近柴油噴嘴，且於柴油噴霧噴入燃燒室之前，煤油噴嘴單元與進氣歧管閥門供煤油噴霧直接噴入燃燒室。
根據前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，其中煤油噴嘴單元可為空氣輔助噴射噴嘴，燃燒室可供柴油噴霧與煤油噴霧壓燃，煤油噴嘴單元包含入油口、入氣口、入氣室、混氣室及噴嘴部。入油口供煤油噴霧進入煤油噴嘴單元。入氣口供空氣進入煤油噴嘴單元。空氣由入氣口直接進入入氣室。煤油噴霧由入油口直接進入混氣室，空氣通過入氣室於混氣室與煤油噴霧混合。噴嘴部連接混氣室，煤油噴霧與空氣由噴嘴部混合噴入燃燒室。
根據前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，其中煤油噴霧的當量為KE，柴油噴霧的當量為DE，其可滿足下列條件：4%
Figure 107117410-A0101-12-0004-7
[KE/(KE+DE)]×100%
Figure 107117410-A0101-12-0004-8
10%。
根據前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，其中煤油噴霧可於燃燒室的進氣上死點前30度與進氣上死點前20度之間噴入燃燒室。
藉由前述的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，煤油噴霧可有效發揮其火焰燃燒促進劑的作用機制。
500‧‧‧柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置
520‧‧‧進氣歧管
540‧‧‧進氣歧管閥門
530‧‧‧煤油噴嘴單元
533‧‧‧入油口
534‧‧‧入氣口
536‧‧‧入氣室
537‧‧‧混氣室
539‧‧‧噴嘴部
550‧‧‧柴油噴嘴
560‧‧‧燃燒室
565‧‧‧活塞
568‧‧‧連桿
K1‧‧‧煤油噴霧
100‧‧‧柴油引擎之煤油預輔助噴射方法
110‧‧‧煤油輔助噴射步驟
120‧‧‧柴油噴射步驟
130‧‧‧燃燒步驟
第1圖繪示本發明第一實施例的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法的流程圖；第2圖繪示本發明第二實施例的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置的示意圖；第3圖繪示第二實施例中煤油噴嘴單元的立體圖；以及第4圖繪示第二實施例中煤油噴嘴單元的示意圖。
請參照第1圖，其繪示本發明第一實施例的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法100的流程圖。由第1圖可知，柴油引擎之煤油預輔助噴射方法100，包含煤油輔助噴射步驟110、柴油噴射步驟120及燃燒步驟130。
請參照第2圖，其繪示本發明第二實施例的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置500的示意圖。以第2圖中之柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置500輔助第1圖予以說明，本發明第一實施例的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法100應用於柴油引擎(未另標號)，其煤油輔助噴射步驟110係將煤油噴嘴單元530中的煤油噴霧K1於進氣歧管閥門540為開啟狀態時直接噴入燃燒室560，煤油噴嘴單元530與進氣歧管520連接或相通並鄰近進氣歧管閥門540，且進氣歧管閥門540為開啟狀態時，進氣歧管520與燃燒室560相通。柴油噴射步驟120係於煤油輔助噴射步驟110之後，將柴油噴霧(圖未揭示)噴入燃燒室560。燃燒步驟130係燃燒室560 中的柴油噴霧與煤油噴霧K1燃燒。藉此，由於煤油之於柴油較容易壓縮燃燒，因此於柴油噴霧噴入燃燒室560之前，預先將煤油噴霧K1直接噴入燃燒室560，可使整個柴油引擎之初始點火以及火焰擴散提早開始，從而增加柴油引擎的扭力。需要特別說明的是，第2圖繪示柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置500係於煤油輔助噴射步驟110中，因此並未揭示柴油噴霧。
請參照第3圖及第4圖，第3圖繪示第二實施例中煤油噴嘴單元530的立體圖，第4圖繪示第二實施例中煤油噴嘴單元530的示意圖。由第1圖至第4圖可知，燃燒步驟130可為燃燒室560中的柴油噴霧與煤油噴霧K1壓燃，煤油噴嘴單元530可為空氣輔助噴射噴嘴，即煤油噴嘴單元530可以是空氣輔助霧化煤油噴嘴。
煤油噴嘴單元530包含入油口533、入氣口534、入氣室(Inlet Plenum)536、混氣室537及噴嘴部(Nozzle portion)539。入油口533供煤油噴霧K1進入煤油噴嘴單元530。入氣口534供空氣進入煤油噴嘴單元530。空氣由入氣口534直接進入入氣室536。煤油噴霧K1由入油口533直接進入混氣室537，空氣通過入氣室536於混氣室537與煤油噴霧K1混合。噴嘴部539連接混氣室537，且噴嘴部539的開口(未另標號)朝向進氣歧管閥門540，因此當進氣歧管閥門540為開啟狀態時，煤油噴霧K1與空氣由噴嘴部539混合噴入燃燒室560。藉此，當煤油噴嘴單元530為空氣輔助噴射噴嘴時，將使得煤油的霧化更加順利，從而煤 油與柴油混合燃燒更均勻分佈，以有助提升柴油引擎馬力。具體而言，柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置500可更包含活塞565及連桿568，其中連桿568與活塞565連動。藉由活塞565的往復運動行程，燃燒室560可在不需要火星塞點火的情況下供柴油噴霧、煤油噴霧K1及空氣均質混和而壓燃，且混合的材料不以此為限。
再者，當煤油噴嘴單元530為空氣輔助噴射噴嘴時，柴油引擎之煤油預輔助噴射方法100運用煤油噴嘴單元530預噴煤油可使柴油引擎的扭力提升15%，油耗下降15%，碳氫化合物及一氧化碳的排放皆下降20%，黑煙的排放下降30%。較佳地，在柴油引擎的轉速、負載等皆達適當之條件時，可使柴油引擎的扭力提升30%，油耗下降30%，碳氫化合物及一氧化碳的排放皆下降30%，黑煙的排放下降40%。
由第2圖可知，煤油噴霧K1噴入燃燒室560的位置可鄰近柴油噴嘴550，柴油噴嘴550連接燃燒室560並供柴油噴霧噴入燃燒室560。藉此，有助於柴油噴霧、煤油噴霧K1及空氣的均質混合。具體而言，煤油噴霧K1由煤油噴嘴單元530噴出且通過進氣歧管520，如第2圖所示，此時進氣歧管閥門540為開啟狀態時，煤油噴霧K1通過進氣歧管閥門540而噴入燃燒室560，使煤油噴霧K1集中在柴油噴嘴550的下方。
煤油噴霧K1的當量為KE，柴油噴霧的當量為DE，其可滿足下列條件：4%
Figure 107117410-A0101-12-0007-9
[KE/(KE+DE)]×100%
Figure 107117410-A0101-12-0007-10
10%。藉此，煤油噴霧K1可有效發揮其火焰燃燒促進劑的作用機制。較佳地，其可滿足下列條件：4%
Figure 107117410-A0101-12-0008-11
[KE/(KE+DE)]×100%
Figure 107117410-A0101-12-0008-12
6%。
煤油噴霧K1可於燃燒室560的進氣上死點前30度與進氣上死點前20度之間噴入燃燒室560。藉此，有助於柴油引擎產生較高的扭力及較低的污染排放。
詳細來說，本發明第二實施例的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置500，由第2圖可知，柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置500，包含燃燒室560、柴油噴嘴550、進氣歧管520、進氣歧管閥門540及煤油噴嘴單元530。柴油噴嘴550連接燃燒室560並供柴油噴霧噴入燃燒室560。進氣歧管520連接燃燒室560並鄰近柴油噴嘴550。當進氣歧管閥門540為開啟狀態時，進氣歧管520與燃燒室560相通，當進氣歧管閥門540為關閉狀態時，進氣歧管520與燃燒室560不相通。煤油噴嘴單元530與進氣歧管520連接且鄰近進氣歧管閥門540，煤油噴嘴單元530供煤油噴霧K1於進氣歧管閥門540為開啟狀態時直接噴入燃燒室560。藉此，有助於柴油噴霧及煤油噴霧K1的均質混合。
依據本發明第二實施例的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置500，其煤油噴霧K1噴入燃燒室560的位置可鄰近柴油噴嘴550，且於柴油噴霧噴入燃燒室560之前，煤油噴嘴單元530與進氣歧管閥門540供煤油噴霧K1直接噴入燃燒室560。藉此，有助於整個柴油引擎之初始點火以及火焰擴散提早開始，從而增加柴油引擎的扭力。
由第2圖至第4圖可知，煤油噴嘴單元530可為空氣輔助噴射噴嘴，燃燒室560可供柴油噴霧與煤油噴霧K1壓燃，煤油噴嘴單元530包含入油口533、入氣口534、入氣室536、混氣室537及噴嘴部539。入油口533供煤油噴霧K1進入煤油噴嘴單元530。入氣口534供空氣進入煤油噴嘴單元530。空氣由入氣口534直接進入入氣室536。煤油噴霧K1由入油口533直接進入混氣室537，空氣通過入氣室536於混氣室537與煤油噴霧K1混合。噴嘴部539連接混氣室537，煤油噴霧K1與空氣由噴嘴部539混合噴入燃燒室560。藉此，當煤油噴嘴單元530為空氣輔助噴射噴嘴時，將使得煤油的霧化更加順利，從而煤油與柴油混合燃燒更均勻分佈，以有助提升柴油引擎馬力。
依據本發明第二實施例的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置500，其煤油噴霧K1的當量為KE，柴油噴霧的當量為DE，其可滿足下列條件：4%
Figure 107117410-A0101-12-0009-13
[KE/(KE+DE)]×100%
Figure 107117410-A0101-12-0009-14
10%。較佳地，其可滿足下列條件：4%
Figure 107117410-A0101-12-0009-15
[KE/(KE+DE)]×100%
Figure 107117410-A0101-12-0009-16
6%。再者，煤油噴霧K1可於燃燒室560的進氣上死點前30度與進氣上死點前20度之間噴入燃燒室560。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧柴油引擎之煤油預輔助噴射方法
110‧‧‧煤油輔助噴射步驟
120‧‧‧柴油噴射步驟
130‧‧‧燃燒步驟

Claims (8)

  1. 一種柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，包含：一煤油輔助噴射步驟，將一煤油噴嘴單元中的一煤油噴霧於一進氣歧管閥門為一開啟狀態時直接噴入一燃燒室，該煤油噴嘴單元與一進氣歧管連接並鄰近該進氣歧管閥門，且該進氣歧管閥門為該開啟狀態時，該進氣歧管與該燃燒室相通；一柴油噴射步驟，於該煤油輔助噴射步驟之後，將一柴油噴霧噴入該燃燒室；以及一燃燒步驟，該燃燒室中的該柴油噴霧與該煤油噴霧壓燃；其中該煤油噴嘴單元係一空氣輔助噴射噴嘴，該煤油噴嘴單元包含：一入油口，其供該煤油噴霧進入該煤油噴嘴單元；一入氣口，其供一空氣進入該煤油噴嘴單元；一入氣室，該空氣由該入氣口直接進入該入氣室；一混氣室，該煤油噴霧由該入油口直接進入該混氣室，該空氣通過該入氣室於該混氣室與該煤油噴霧混合；以及一噴嘴部，其連接該混氣室，該煤油噴霧與該空氣由該噴嘴部混合噴入該燃燒室。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，其中該煤油噴霧噴入該燃燒室的位置鄰近一柴油噴嘴，該柴油噴嘴連接該燃燒室並供該柴油噴霧噴入該燃燒室。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，其中該煤油噴霧的當量為KE，該柴油噴霧的當量為DE，其滿足下列條件：4%
    Figure 107117410-A0305-02-0014-1
    [KE/(KE+DE)]×100%
    Figure 107117410-A0305-02-0014-2
    10%。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的柴油引擎之煤油預輔助噴射方法，其中該煤油噴霧於該燃燒室的一進氣上死點前30度與該進氣上死點前20度之間噴入該燃燒室。
  5. 一種柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，包含：一燃燒室，其供一柴油噴霧與一煤油噴霧壓燃；一柴油噴嘴，其連接該燃燒室並供該柴油噴霧噴入該燃燒室；一進氣歧管，其連接該燃燒室並鄰近該柴油噴嘴；一進氣歧管閥門，當該進氣歧管閥門為一開啟狀態時，該進氣歧管與該燃燒室相通，當該進氣歧管閥門為一關閉狀態時，該進氣歧管與該燃燒室不相通；以及 一煤油噴嘴單元，其與該進氣歧管連接且鄰近該進氣歧管閥門，該煤油噴嘴單元供該煤油噴霧於該進氣歧管閥門為該開啟狀態時直接噴入該燃燒室，該煤油噴嘴單元係一空氣輔助噴射噴嘴，該煤油噴嘴單元包含：一入油口，其供該煤油噴霧進入該煤油噴嘴單元；一入氣口，其供一空氣進入該煤油噴嘴單元；一入氣室，該空氣由該入氣口直接進入該入氣室；一混氣室，該煤油噴霧由該入油口直接進入該混氣室，該空氣通過該入氣室於該混氣室與該煤油噴霧混合；以及一噴嘴部，其連接該混氣室，該煤油噴霧與該空氣由該噴嘴部混合噴入該燃燒室。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，其中該煤油噴霧噴入該燃燒室的位置鄰近該柴油噴嘴，且於該柴油噴霧噴入該燃燒室之前，該煤油噴嘴單元與該進氣歧管閥門供該煤油噴霧直接噴入該燃燒室。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，其中該煤油噴霧的當量為KE，該柴油噴霧的當量為DE，其滿足下列條件： 4%
    Figure 107117410-A0305-02-0016-3
    [KE/(KE+DE)]×100%
    Figure 107117410-A0305-02-0016-4
    10%。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的柴油引擎之煤油預輔助噴射裝置，其中該煤油噴霧於該燃燒室的一進氣上死點前30度與該進氣上死點前20度之間噴入該燃燒室。
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廖文彬,HCCI柴油引擎歧管煤油輔助噴射下之引擎性能與熱釋放分析研究,雲林科技大學機械工程學系碩士論文 ,上架日:2015/10/31 *

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