HU177228B - Method for direct fuel-injection - Google Patents

Abstract

In air-compressing, direct-injection piston internal combustion engines the action of partially applying the fuel in the form of a film to the combustion chamber wall and partially mixing it directly with the combustion air is already known, it being intended that the former should predominate in the upper speed and load range and the latter in the lower speed and load range. In known engines the distribution between wall application and direct air mixing is performed, for example, as a function of the temperature by adjusting the position of the injection jets and/or the fineness of their atomisation. By contrast, according to the invention a device is provided on the injection nozzle which keeps the fuel injection pressure on the nozzle bore constant or virtually constant over the entire engine operating range. The optimum jet characteristic is thereby maintained in all speed ranges. Wall application is largely avoided in the lower speed and load range because here the penetration capacity of the fuel jet is reduced owing to the shortening of the injection process.

Description

M. A. N. MaschinenfabrikM. A. N. Maschinenfabrik

Augsburg—Nürnberg Aktiengesellschaft, Nürnberg, Német Szövetségi KöztársaságAugsburg-Nuremberg Aktiengesellschaft, Nuremberg, Federal Republic of Germany

Eljárás tüzelőanyag közvetlen befecskendezéséreProcedure for Direct Fuel Injection

A találmány tárgya eljárás tüzelőanyag közvetlen befecskendezésére, dugattyúban, vagy hengerfejben kialakított forgástest-alakú égéstérrel ellátott belsőégésű motorokhoz, amelynél a beáramló égési levegőt ismert eszközökkel az égéstér-hossztengely körül forgásba hozzuk, a tüzelőanyagot a felső fordulatszám- és terheléstartományban az égéstérfalra filmszerűen visszük fel, ott elpárologtatjuk, onnan a forgó levegővel lassan, fokozatosan leválasztjuk, azzal keverjük, és végül elégetjük, míg üresjáratban, valamint a motor alsó fordulatszám- és terheléstarto- I mányában az égési levegővel a tüzelőanyagot a lehető legjobban, közvetlenül keverjük.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a process for direct injection of fuel into internal combustion engines having a rotary body formed by a piston or cylinder head, in which the inflow air is rotated by known means about the longitudinal axis there it is evaporated, from there it is slowly and gradually separated with the rotating air, stirred and finally burned, while at idle and at the lower engine speed and load range, the fuel is blended as directly as possible with the combustion air.

Tüzelőanyagnak az égéstérfalra való felvitelével dolgozó belsőégésű motoroknál régóta ismeretes, hogy az indítógyújtás megkezdéséhez már az égéstérbe befecskendezett 1 tüzelőanyag egy részét közvetlenül az égési levegővel kell keverni. Ilyen megoldást ismertet például a 865 683. számú NSZK-beli szabadalmi leírás. Ismeretes továbbá, hogy a motor teljes terhelésénél közvetlenül a levegővel keverendő tüzelőanyag részarányának legalább 2%-nak, de a teljes 2 befecskendezett mennyiségnek mindenképpen olyan nagynak kell lennie, hogy legalábbis semmiféle érzékelhető gyújtászaj ne lépjen fel. Ilyet ismertet például a 860. számú holland szabadalmi leírás.It has long been known in the case of internal combustion engines working on the application of fuel to the combustion chamber that part of the fuel 1 already injected into the combustion chamber must be directly mixed with the combustion air to start the ignition. Such a solution is described, for example, in U.S. Patent No. 865,683. It is also known that at least 2% of the fuel to be blended directly with air at full engine load, but the total amount injected 2 must be high enough to prevent at least any detectable ignition noise. This is described, for example, in Dutch Patent No. 860.

Az utóbbi évek során a kipufogógázokkal kapcst>latos 2 egyre szigorúbb előírások miatt, valamint a motor indítási viselkedésének javítása végett célszerűnek találták, ha üresjáratban, valamint az alsó fordulatszám- és terheléstartományban szükséges kisebb befecskendezési tüzelőanyagmennyiségeket közvetlenül az égési levegővel keverik 3 össze. Ezekben a tartományokban ugyanis a filmszerűen felvitt tüzelőanyag kielégítően gyors párolgásához az égéstérfal nem kellően meleg, aminek következtében tökéletlen égést kapnak. Ezzel szemben a felső fordulatszám- és ter5 heléstartományban a tüzelőanyagnak az égéstérfalra történő felvitele igen jól bevált.In recent years, due to increasingly stringent exhaust 2 specifications, and to improve engine starting behavior, it has been found advisable to mix the smaller amounts of injection fuel required at idle and low speed and load range directly with the combustion air 3. In these ranges, for the film-like fuel to evaporate sufficiently quickly, the combustion chamber wall is not hot enough, resulting in imperfect combustion. In contrast, the application of fuel to the combustion chamber in the upper engine speed range and ter5 range is very successful.

Ha azoktól a hatásoktól, amelyeket a levegőforgás az égéstérben a levegő elosztásra fejt ki. eltekintünk pl. az (1276938 számú francia szabadalmi leírás), akkor ilyen 0 irányú módosításhoz elsősorban a tüzelőanyagsugár helyzete és alakja a döntő. így egyebek között javasolták már, hogy a be fecskendezett tüzelőanyagot az égőtérfal hőmérsékletétől, vagy más értékektől függően két változó részre kell bontani, amelyek közül az egyik részt filmszerűen az 5 égőtérfalra viszik fel. a másik részt pedig közvetlenül a levegővel keverik. Ehhez megoldásként az 1 526 324 számú NSZK-beli szabadalmi leírásban a befecskendezési sugár helyzetének és vagy annak porlasztási finomságának változtatását javasolják. Λζ 1 252 968 számú NSZK-beli s/a0 badalmi leírás úgynevezett forgóporlasztót. és ezzel kapcsolatos más javaslatokat ismertet. Eszerint a tüzelőanyag égéstérfalra való felvitelének a közvetlen levegőelosztáshoz képesti kiegyensúlyozott viszonyához a motor valamennyi üzemi tartományában döntő jelentőségű adott su5 gárhossznál a befecskendezőfúvóka keresztmetszetének hatása mellett a tüzelőanyagsugár meghatározott kiömlési sebessége, illetve a meghatározott befecskendezési nyomás.If due to the effects of air circulation in the combustion chamber on the distribution of air. ignore eg. (French Patent No. 1276938), the position and shape of the fuel jet are crucial for such a 0-direction change. Thus, it has been suggested, among other things, that the injected fuel should be divided into two variable parts depending on the temperature of the combustion chamber wall or other values, one of which is applied filmically to the combustion chamber wall 5. the other part is mixed directly with air. Alternatively, it is proposed to change the position of the injection jet and / or its atomization fineness in U.S. Patent No. 1,526,324. S German Patent Specification No. 1,252,968, the so-called rotary atomizer. and other suggestions in this regard. Accordingly, for a given ratio of fuel application to the combustion chamber relative to direct air distribution, at each of the operating ranges of the engine, at a given su5 length, besides the cross-sectional effect of the nozzle, the specified fuel jet velocity and injection pressure are determined.

A találmánnyal célunk a bevezetőben leírt belsőégésű motornál a fentemlített felismerések figyelembevételével olyan eljárás létrehozása, amellyel a kipufogógázminőség, valamint a motor adatai elsősorban az alsó jelleggörbe tartományban javíthatók anélkül, hogy ezek az adatok a felső jelleggörbe tartományban romlanának.It is an object of the present invention to provide, in the light of the above findings, an internal combustion engine described above with a view to improving the exhaust gas quality and engine data primarily in the lower characteristic curve without impairing this data in the upper characteristic curve.

A kitűzött feladatot a bevezetésben leírt eljárásnál a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy a tüzelőanyag befecskendezési nyomását a fúvókafuratnál a motor teljes üzemtartományában állandó, vagy közel állandó értéken tartjuk.In accordance with the present invention, the object of the present invention is to maintain the fuel injection pressure at the nozzle bore at a constant or near constant value throughout the engine operating range.

Ezzel az intézkedéssel a motor teljes üzemtartományában jó keverékképzés, következésképpen jó égés érhető el, ami jó kipufogógáz minőséggel jár. Ezáltal minden fordulat-számtartományban megmarad az optimális sugárkarakterisztika. A befecskendezés csökkentett terhelésnél, vagy fordulatszámnál történő kényszerű lerövidítésével a tüzelőanyagsugár átütőereje csökken. Ez ahhoz vezet, hogy üresjáratnál & az alsó fordulatszám- és terheléstartományban— ahol a befecskendezett mennyiség ennek megfelelően csekély — az égéstérfalra való felvitelt teljesen elkerüljük.With this action, good blending is achieved throughout the engine operating range and consequently good combustion, which results in good exhaust quality. This maintains the optimum radius characteristic for each speed range. Forced reduction of injection at reduced load or RPM reduces fuel jet penetration. This results in complete avoidance of application to the combustion chamber at idle & low speed and load range - where the amount injected is correspondingly low.

Csupán a befecskendezőszerkezetnek a befecskendező adagolóelem változatlan befecskendezési rátára történő beállításával (mm’/forgattyúszög) — amely lényegében a dugattyús szivattyúátmérőjével és a bütyökpályával adott a szállítási tartományban —, valamint a változatlan befecskendezőfúvóka keresztmetszettel a fenti követelmények nem teljesíthetők. Ezáltal optimális sugárkarakterisztika mindig csak egy szűk, középső üzemtartományban érhető el.By simply adjusting the injection device to the constant injection rate of the injection dosing element (mm '/ crank angle), which is essentially given by the piston pump diameter and cam track in the delivery range, and by the constant injection nozzle cross-section, the above requirements are not met. Thus, optimum radiation characteristics are always achieved only in a narrow, middle operating range.

Állandó tüzelőanyagbefecskendezési nyomás szabályzására a találmány szerinti eljárásnál célszerű, ha a fúvókafuratnál a tüzelőanyag befecskendezési nyomásának állandó értéken tartásához a befecskendező szivattyú-elemtől a befecskendezőfúvókához a szükségesnél több tüzelőanyagot szállítunk és a tüzelőanyag-felesleget a fúvókafurat közelében kiképzett, az alsó fordulatszám- és terheléstartományban lezárható kiömlőnyíláson át a befecskendezőszivattyú-elemhez visszavezetjük.In order to control the constant fuel injection pressure in the process of the present invention, it is desirable to supply more fuel than necessary in the nozzle bore and the fuel surplus to maintain a constant fuel injection pressure at the nozzle bore. is returned to the injection pump element.

A szabályzás további lehetősége, hogy a tüzelőanyag befecskendezési nyomás állandó értéken tartásához a fúvókafuratná! csapos fúvókát alkalmazunk, amelynek fúvókafurat-keresztmetszetét a változó tülökettel, a folytócsap körülményekhez idomított alakjával, valamint furatával úgy változtatjuk, hogy kis tüzelőanyag befecskendezési mennyiségeknél a tüzelőanyagnak az égési levegővel való közvetlen keveredését tesszük lehetővé.Another option is to keep the fuel injection pressure constant by injecting the nozzle bore! using a pin nozzle whose nozzle bore cross-section is varied with the variable gauge, the shape of the spigot, and the bore so as to allow direct mixing of the fuel with the combustion air at low fuel injection rates.

A befecskendezési nyomás állandó értéken tartásának mindkét foganatosítási módja önmagában ismert eszközökkel történhet, éppen ezért itt ezeket részletesebben nem ismertetjük. Ezek egyébként egyenként, vagy közösen is alkalmazhatók.Both methods of keeping the injection pressure constant can be achieved by means known in the art and are therefore not described in further detail herein. Otherwise they can be used individually or together.

Végül a teljesség kedvéért megemlítjük, hogy az utolsóként említett szabályzásmódnál a fúvókatíí-löket vezérlése közvetlenül függ a tüzelőanyag befecskendezési nyomásától, továbbá közvetve függ a változó lökethatárolástól, amely viszont a befecskendezési nyomástól, vagy a fordu-Finally, for the sake of completeness, it is mentioned that in the last mode of control, the control of the nozzle stroke is directly dependent on the fuel injection pressure and indirectly on the variable stroke limiter, which, in turn, depends on the injection pressure or

Claims (2)

15 latszámtól és/vagy a motor terhelésétől függ.15 and / or motor load. Szabadalmi igénypontok:Patent claims: 20 1- Eljárás tüzelőanyag közvetlen befecskendezésére légsűrítés, dugattyúban vagy a hengerfejben kiképzett forgástest-alakú égéstérrel ellátott, belsőégésű motorokhoz, amelynél a beáramló égési levegőt az égéstér hossztengelye körül forgásba hozzuk, a tüzelőanyagot a felső fordulat25 szám- és terheléstartományban az égéstérfalra filmszerűen visszük fel, ott elpárologtatjuk, majd onnan a forgó levegővel lassan leválasztjuk, azzal keverjük és végül elégetjük, míg üresjáratban és a motor alsó fordulatszám- és terheléstartományában a tüzelőanyagot az égési levegővel közvetlenül keverjük, azzal jellemezve, hogy a tüzelőanyag befecskendezési nyomását közvetlenül a fúvókafuratnál a motor teljes üzemtartományán át állandó, vagy közel állandó értéken tartjuk.20 1- Method for Direct Fuel Injection for Internal Combustion Engines with Air-Piston, Cylinder or Cylinder Head Rotary Body Combustion, wherein the inlet combustion air is rotated about the longitudinal axis of the combustion chamber, the fuel in the upper revolution numerical range and the load range; evaporating there, then slowly separating it with the rotating air, mixing it and finally burning it, while at idle and at the lower engine speed and load range, the fuel is directly mixed with the combustion air, with the fuel injection pressure directly at the nozzle bore is kept constant or close to constant. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a fúvókafuratnál a tüzelőanyag befecskendezési nyomásának állandó értéken tartásához a befecskendezőszívattyú-elemtől a befecskendezőfúvókához a szükségesnél több tüzelőanyagot szállítunk, és a tüzelőanyagfelesleget a fúvókafurat közelében kialakított, az alsó fordulatszám- és terheléstartományban lezárható kiömlőnyíláson át a befecskendezőszivattyú-elemhez visszavezetjük.2. The method of claim 1, wherein at the nozzle bore, more fuel than necessary is delivered from the injection pump element to the injection nozzle to maintain a constant fuel injection pressure, and the excess fuel is provided in the nozzle bore, it is led back to the injection pump element through a sealable outlet.