專利名稱：在柴油發(fā)動機的汽缸中噴射燃料的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及權利要求1前序部分所述及的在柴油發(fā)動機的汽缸中噴射燃料的方法。本發(fā)明還涉及權利要求5和6的前序部分所述及的在柴油發(fā)動機的汽缸中噴射燃料的裝置。
EP-0586775A1公開了一種在柴油發(fā)動機中用于燃料噴射的方法以及一種布置。柴油發(fā)動機，以及上述的專利文獻所涉及的柴油發(fā)動機，在工作過程中產(chǎn)生大量的氮氧化合物(NOx)。
氮氧化合物產(chǎn)生的原因在于燃料溫度高，該高溫導致在燃燒空氣中含有的氮的一部分在燃燒過程中氧化成氮氧化合物(NOx)。產(chǎn)生氮氧化合物的另一個原因在于，柴油發(fā)動機，特別是大型柴油機在工作過程中具有大的轉速，這可促使氮氧化合物的形成，因為在實際工作過程中，有足夠的時間用于形成NOx。
本發(fā)明的目的是提供一種減少在柴油發(fā)動機中形成NOx的方法及裝置，以使在燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化合物(NOx)保持在較低的程度。
本發(fā)明的目的將由權利要求1的方法所限定的特征來實現(xiàn)。從屬權利要求2至3還涉及本發(fā)明的有益布置。本發(fā)明的目的還將由在權利要求5的噴嘴所限定的特征，以及由在權利要求4的噴嘴布置方法所限定的特征來實現(xiàn)。
在活塞式柴油發(fā)動機的汽缸的燃燒室內(nèi)噴射燃料的方法，當工作活塞在燃燒室內(nèi)向上運動時產(chǎn)生燃燒空氣旋流，并且從噴嘴中噴出的燃料束一部分與旋流方向相同，一部分與旋流方向相反，混合有燃燒空氣的煙氣擴散在與旋流方向相同噴出的燃料束中，該煙氣由與旋流方向相反方向噴出的燃燒后的燃料束產(chǎn)生。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，由于惰性煙氣的作用，燃燒時間延長，使得燃燒溫度降低。本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，煙氣為惰性熱氣，因此，混合有煙氣的燃料束的燃燒溫度下降。再一個優(yōu)點是，以反方向噴出的燃料束與燃燒空氣能產(chǎn)生非常好的混合，因此，燃料、空氣和煙氣能產(chǎn)生有益的混合。這種效果使燃燒溫度下降，并且形成較少的NOx。這樣的效果特別是在低速柴油發(fā)動機中出現(xiàn)，在這種發(fā)動機中，燃料在噴射后的燃燒時間是很短的。因此，在噴射和混合的整個時間內(nèi)，煙氣幾乎總是存在的。
眾所周知，迄今，本領域?qū)I(yè)人員從不要求與旋流方向相反的燃燒噴射，認為這樣的噴射會導致柴油發(fā)動機的效率降低。本發(fā)明的優(yōu)點在于，NOx的產(chǎn)生將大幅度降低，相反，發(fā)動機的效率幾乎沒有降低，或者是僅是非實質(zhì)性地變壞。
本發(fā)明方法的優(yōu)點還在于，NOx的產(chǎn)生取決于部分以與旋流方向相反方向噴出的燃料。與旋流方向相反方向噴出的燃料越多，NOx的形成將越少。因此，不同的噴嘴，將相應產(chǎn)生不同的NOx。
下面通過一些實施例來描述本發(fā)明，其中

圖1簡略表示一個帶有噴嘴的汽缸的縱剖面圖，該噴嘴于用實現(xiàn)本發(fā)明的方法；圖1a表示從燃燒室看的噴嘴裝置的視圖1b表示另一個從燃燒室看的噴嘴裝置的視圖；圖1c表示在燃燒室中燃料燃燒過程中的一個噴嘴的視圖；圖1d表示一個噴嘴的出口的視圖；圖2表示一個NOx的形成及效率簡圖，其是在旋流方向相反方向上噴射燃燒量的函數(shù)。
在圖1中，一個汽缸2表示一個未被詳細示出的多缸低速兩沖程柴油發(fā)動機，其中，一工作活塞8上下移動。工作活塞8與一個在汽缸2上設置的汽缸蓋2b一起限定了一個燃燒室1，利用噴嘴3，液態(tài)燃料，即柴油或重油從下面將要描述的方式進行噴射。在汽缸蓋2b的中心設置一個未被表示的排放閥，以便在工作活塞8向上移動開始時，產(chǎn)生一個縱向沖洗作用。在汽缸壁2上具有未被表示的進口，由這些進口燃燒空氣被噴射到燃燒室1內(nèi)，因此，各進口要如此安裝和對正，以便使被吸入的燃燒空氣產(chǎn)生旋轉，該旋轉是在燃燒室1內(nèi)形成的。
噴嘴3具有一個噴針17，該噴針17在閉合彈簧16的作用下壓向一支撐面16。在支撐面16之下預設一個盲孔，該盲孔與噴射孔12連通，該等噴射孔12與燃燒室1相通。在噴嘴殼體內(nèi)在支撐面16之上預設一個壓力室10，該壓力室10通過一壓力管道19與一噴射泵20連接，燃料通過管道21從一個未被示出的容器引出。當噴嘴18工作時，通過壓力室10的管道19引出的燃料的壓力是如此之大，以致使彈簧18的閉合壓力被克服，并且噴針17從支撐面16上抬起，因此，燃料通過各噴射孔12進入燃燒室1。在殼體上，一通道22與一噴嘴3相連，該通道22用于排出漏出的燃料。汽缸2具有一假想的軸向中線2a，該中線2a延伸通過汽缸蓋2b的中心。噴嘴3具有一個假想的處于噴嘴中心的軸向中線3a。
燃燒室1的視1a表示三個噴嘴3的布置，這三個噴嘴安裝在汽缸蓋2b上。從簡略表示的噴嘴的噴射孔12燃料以放射狀束6a、6b和6c的形式噴入燃燒室1，其表示從噴射孔12噴出的燃料的方向5a、5b和5c?，F(xiàn)以三個噴嘴3中的一個為例表示燃料的噴射。因此，由每一個噴嘴燃料被以有效的方式噴射，以致利用三個同樣的噴嘴，這三個噴嘴在燃燒室1內(nèi)以具有同樣效果的方式被設置，因此，對于每個噴嘴3都可獲得相似的放射狀束6a、6b和6c。
由于在汽缸2的壁上的進口角度的作用，噴入燃燒室1內(nèi)的燃燒空氣形成旋流。當工作活塞8向上運動時，燃燒空氣旋流4進一步加強，該旋流的方向在圖1a中用一箭頭表示。在燃燒室1內(nèi)的放射束6a、6b和6c通過旋流4的作用以常規(guī)的方式偏離燃料從噴射孔12射出的方向5a、5b、5c。
從圖1a中可同樣清楚地表示出與觀察方向垂直的汽缸2的延長中線2a，以及噴嘴3的中線3a。一垂直的通過中線2a和3a的延伸基線與形成一直線，該直線相應地與射出方向5a、5b和5c形成各自的夾角。射出方向5a為0度角，射出方向5b和5c分別具有夾角α1和α2，這些夾角在所示的附圖中在順時針方向增大。射出方向5b和5c以與旋流4相同方向延伸，相反，射出方向5a以與旋流4相垂直方向延伸。
在圖1b中，噴嘴3在燃燒室1內(nèi)以與圖1a相同的方式設置。在圖1b所示的噴嘴3每一個都具有附加噴孔12，其相應的射出方向5d、5e和5f分別以夾角α3、α4及α5方向延伸，因此，在該示圖中各相對于基線5的夾角在逆時針方向上增大。射出方向5d、5e和5f在圖中是與旋流4相反方向延伸。
圖1c表示一幅通過噴嘴3的斷面，燃料從各噴孔12噴入燃燒室1內(nèi)。射出的燃料束6a、6b和6c被燃燒，其由部分燃料和部分燃燒產(chǎn)物，如煙氣構成。由于旋流4的作用，放射束6a、6b和6c的形成將受到嚴重影響。與旋流相反噴出的燃料束6c形成煙氣，該煙氣進一步與吸入的空氣充分混合，并且煙氣在旋流4的作用下與放射束6a和6b混合，因此，在燃料6a和6b的混合及燃燒過程中僅有少量的氧。該煙氣使得燃燒時間變長，導致燃料束6a、6b中的燃燒溫度降低。此外，該煙氣吸收熱量，使在其中彌散有煙氣的燃料束的燃燒溫度進一步降低。由此形成的低溫燃料束導致少量的NOx的產(chǎn)生。當然，與旋流4同方向噴出的燃料束6b也受到與旋流4大體垂直方向噴出的燃料束6a的影響，在這種情況下，由燃料束6a產(chǎn)生的煙氣通過旋流4被送到燃料束6b，不過，這種作用是相當小的，因此，僅有相對少量的煙氣與新鮮燃燒空氣的混合體產(chǎn)生。
本發(fā)明的方法在于，至少一束從噴嘴3噴出的燃料束6b的方向與旋流4的方向相同，至少一束從噴嘴3噴出的燃料束6a、6c的方向與旋流4的方向相反，并且根據(jù)旋流4，由燃料束6a、6c燃燒產(chǎn)生的煙氣在旋流4的方向上被分別送到在該等燃料束后邊的燃料束6a和/或6b中，因此，該煙氣將影響在后面的燃料束6a和/或6b的燃燒過程。
為了實現(xiàn)上述的方法，噴嘴3可以各種可能的方式布置。特別是，在噴嘴3上的噴孔12可以各種可能的方式布置，以便達到所希望的效果，同樣，噴嘴3也可以各種可能的方式布置在汽缸蓋2b上，因此，部分燃料將以與旋流4相反方向噴出。圖1d表示在噴嘴3的壁3b上布置出口7a-7e的一個實施例，該實施例是多種可能的實施例之一。
壁3b是噴嘴3置于燃燒室1內(nèi)部的部分。該壁3b可以是圓筒形或者圓錐形。圖1d表示的是壁3b的外形展開圖?；€5構成夾角的零點，并且該基線通過出口7a。出口7b、7c、7h-e以相鄰10度的間隔布置，因此，夾角α在順時針方向上逐漸增加。出口7d、7e7f和79同樣以相鄰10度的間隔布置，夾角α在逆時針方向上也逐漸增加。在圖16中，射出方向5a相當于射出方向7a，射出方向5a在基線5方向上延伸。出口7b和7c相當于5b和5c，并相應對于基線5具有在順時針方向上的夾角α1和α2。出口7d、7e和7f相當于出口5d、5e和5f，并且相對于基線5在逆時針方向上具有夾角α3、α4和α5。放射束6a、6b和6c的形式及射出方向可能受到例如出口7a-7e的布置，噴孔12的方向以及截面，或者在噴嘴3內(nèi)所提供的燃料壓力的影響。因此，噴嘴3的實施方式可以有許多，它們都具有本發(fā)明的效果。
在一個有益的實施例中，在逆時針方向布置的出口7d、7e、7f和79，或者出口5d、5e和5f相對于基線5至少具有20度的夾角。在另一個有益的實施例中，出口7d、7e、8f和7d相對于基線5的夾角至少為20度，最大為100度。在又一個有益的實施例中，出口7d、7c、7f和7d的布置應使至少10％的從噴嘴3噴出的燃料通過這些出口7d、7e、7f和79以與旋流4相反方向噴出。
圖2表示在與旋流4方向相反方向噴出的燃料量與NOx產(chǎn)生，更確切地說與效率η之間的關系。隨著與旋流4方向相反方向噴出的燃料的增加，在燃燒過程中，NOx的形成減小。如在與旋流4相反方向上噴出的燃料達30％，NOx的減少值△NOx將大幅度下降，與此相反，效率η僅下降較小和值△η。
用一個可控制的手段影響在與旋流4相反方向噴出的燃料是有益的，以此控制所噴出的燃料，或者與一個傳感器，例如NOx傳感器以及一調(diào)整裝置相結合，使所噴出的燃料可被調(diào)整。這樣的可控制的手段，例如可設置在噴嘴3內(nèi)，該手段可以采用閥門，該閥門可部分地蓋住出口7d、7e、7f和7g，并與一個機械傳動裝置相連。該控制手段還可以如此設置，以使其成為機械方式設置，噴嘴在燃燒室內(nèi)的位置或布置可通過旋轉噴嘴來改變，以便在與旋流4相反方向噴出的可調(diào)節(jié)部分的燃料得以改變。
權利要求
1.在活塞式柴油發(fā)動機的汽缸(2)的燃燒室(1)內(nèi)噴射燃料的方法，其中，用于一個工作行程的全部燃料由噴嘴(3)噴出，并且在工作活塞(8)向上運動時，燃燒空氣的旋流(4)在燃燒室(1)內(nèi)形成，其特征在于—至少一束從噴嘴(3)噴出的燃料束(6b、6c)的方向與旋流(4)的方向相同；—至少一束從噴嘴(3)噴出的燃料束(6a、6c)的方向與旋流(4)的方向相垂直和/或相反；—由與旋流(4)的方向相垂直和/或相反的方向噴出的燃料束(6a、6b)在燃燒后產(chǎn)生的煙氣混入與旋流方向相同的燃料束(6b、6c)中。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，由汽缸(2)的中線(2a)和噴嘴(3)的中線(3a)構成一垂直基線(5)，并且以與旋流(4)的方向相反方向噴出的至少一束燃料束(6c)以至少20度角噴出，該角度是該燃料束的射出方向(5d、5e、5f)與基線(5)之間的夾角。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其特征在于，從噴嘴(3)噴出的燃料至少有10％通過至少一束與旋流(4)的方向相反的燃料束(6c)噴出。
4.根據(jù)權利要求1至3中的任意一項的方法，其特征在于，與旋流(4)的方向相反方向噴出的燃料束(6c)噴出的燃料量由一個控制裝置控制。
5.在活塞式柴油發(fā)動機的汽缸(2)的燃燒室(1)內(nèi)的噴嘴布置(3)，其特征在于—噴嘴(3)具有以一個通過汽缸(2)的中線(2a)和噴嘴(3)的中線(3a)的延伸基線(5)為準的多個出口(7a-7e)，其中，所說出口(7a-7e)中的至少一個出口具有用于噴射燃料的射出方向(5b、5c)，該出口方向相對于基線(5)在順時針方向上具有小于180度的一夾角(α1、α2)；并且—所說出口(7a-7e)中的至少一個出口具有用于噴射燃料的射出方向(5d、5e、5f)，該出口方向相對于基線(5)在逆時針方向上具有小于180度的一個夾角(α3、α4、α5)。
6.帶有出口(7a-7e)的噴嘴(3)，其特征在于，該噴嘴(3)具有一個在徑向上通過噴嘴(3)的中線(3a)的延伸基線(5)；各出口(7a-7e)中的至少一個出口具有燃料的射出方向(5b、5c)，該方向相對于基線(5)在順時針方向上具有一小于180度的夾角(α1，α2)；各出口(7a-7e)中的至少一個出口具有燃料的射出方向(5d、5e、5f)，該方向相對于基線(5)在逆時針方向上具有一小于180度的夾角(α3、α4、α5)。
7.根據(jù)權利要求6的噴嘴，其特征在于，各出口(7a-7e)是如此布置，以便至少10％的燃料通過出口(7d、7e、7f)以一個相對于基線(5)在逆時針方向上小于180度的夾角(α3、α4、α5)的射出方向(5d、5e、5f)噴出。
8.根據(jù)權利要求5至7中任意一項的噴嘴或噴嘴的布置，其特征在于，所說出口(7d、7e、7f)在逆時針方向上的夾角(α3、α4、α5)的角度范圍在20度和100度之間。
9.根據(jù)權利要求5至7中任意一項的噴嘴式噴嘴的布置，其特征在于，設置一個控制裝置，以便最少量的燃料能影響在相對旋流(4)的逆時針方向上燃燒束(6c)。
10.由權利要求1至4中任意一項方法驅(qū)動的、或者具有權利要求5、8或9的布置方法的、或者具有權利要求6至9中任意一項的噴嘴的柴油發(fā)動機。
全文摘要
在活塞式柴油發(fā)動機的汽缸的燃燒室內(nèi)噴射燃燒的方法，當工作活塞在燃燒室內(nèi)向上運動時產(chǎn)生燃燒空氣旋流，并且從噴嘴中噴出的燃料束一部分與旋流方向相同，一部分與旋流方向相反，由與旋流方向相反方向噴出的燃料束在燃燒后產(chǎn)生的煙氣混入與旋流方向相同的燃料束中，以減少NOx的形成。
文檔編號F02M61/18GK1130238SQ95119928
公開日1996年9月4日 申請日期1995年11月16日 優(yōu)先權日1994年11月17日
發(fā)明者M·許茨 申請人:新蘇舍柴油機有限公司