往复活塞内燃机的燃料喷射方法和设备

本发明涉及在至少设置两个喷嘴的情况下将燃油喷入狄赛尔式 低速二行程往复式活塞内燃机的气缸燃烧室中的的方法。本发明还涉 及根据本发明的方法所运转的设备。

柴油机的喷射燃料的方法可以从EP0586775中获知。其中，燃料 通过两个喷嘴在错开的时间喷入燃烧室，其中第一个喷嘴打开，稍后， 在第一个喷嘴仍然打开时第二喷嘴打开。喷嘴有由闭合弹簧保持关闭 的喷嘴针阀，同时闭合弹簧的尺寸设定得有不同的强度和/有不同的偏 置作用力。

该已知方法的缺点是在燃烧室中产生高的不均匀温度负荷和/或 烧蚀(侵蚀，磨蚀)。

本发明的目的是克服这些缺点。

该目的由权利要求1的特征而达到了。即在至少设置两个喷嘴的 情况下将燃油喷入狄赛尔式低速二行程往复式活塞内燃机的气缸燃烧 室中的方法，其特征在于，喷嘴按照不同的顺序打开。

从属权利要求2-5涉及本发明方法的其它有利的发展。本发明 的目的还由应用本发明的方法的设备而进一步达到了。

本发明的目的通过将燃料喷入狄赛尔式低速二行程往复式活塞 内燃机的气缸燃烧室，同时设置至少两个喷嘴和按照不同的顺序致动 喷嘴的方法而达到了。特别是对于局部负荷运转，为一个工作冲程所 提供的燃料量由一个喷嘴来喷射，而在连续的工作循环中，喷嘴的致 动顺序是不同的。

本发明的目的通过下列方法而进一步达到了，即将燃料喷入柴油 机气缸的燃烧室中，同时为一个工作冲程所提供的整个燃料量由至少 两个喷嘴来喷射，并且喷嘴在不同的时刻打开，并且喷嘴打开的顺序 在连续的工作循环中是不同的。在连续的喷射过程中，喷嘴的致动顺 序是变化的，使得在第一个喷射过程中一个喷嘴首先打开，而在随后 的喷射过程中，另外一个喷嘴首先打开。该喷射方法的优点是在燃烧 室特别是在缸盖处产生的热应力均匀。因此，分别在缸盖和活塞上受 到很高的热应力的区域，即所谓的‘热点’得以避免。因此在缸盖和 活塞上由烧蚀引起的金属损失可以被防止。另外，由于燃烧室中最高 温度降低，也使冷却要求降低。避免高的热应力区域的其它优点是诸 如缸盖，活塞和气缸插入表面等等燃烧室部分产生裂纹的可能较少。

两个甚至更多的喷嘴可以设置在柴油机气缸的的燃烧室中。这些 喷嘴以这样的方式由控制装置致动，使得它们在不同的时刻开始它们 的喷射过程，并且在连续的喷射过程中，喷嘴的致动顺序是变化的。

下面结合附图根据列举的实施例解释本发明，其中；

图1是两个喷嘴的喷射过程的布置图；

图2是根据附图1布置的缸盖的平面图；

图3是喷射过程的另外一个实施例；

图4a，4b示出致动两个喷嘴的方法；

图4c是致动三个喷嘴的另外一种方法；

图4d是在局部负荷运转期间致动两个喷嘴的另外一种方法。

图5是喷射装置的另外一个实施例；

图1所示是按照狄赛尔过程运转的未予以详细示出的低速二行程 往复式活塞内燃机的多个气缸中的的一个气缸44。工作活塞45被引 导在该气缸44内以便上下移动。工作活塞45和放置在气缸44上的缸 盖46一起限定一个燃烧室43，液体燃料由一个第一喷嘴1a和一个第 二喷嘴1b喷射入该燃烧室中。一个未予示出的排气阀放置在缸盖46 的中央，因此纵向扫气在工作活塞45开始向上移动时发生在气缸44 中。已知结构形式的第一喷嘴1a和第二喷嘴1b每个都有一个喷嘴针 阀7，该针阀借助闭合弹簧8的作用压在阀座部位1’处。在阀座部 位1’之下，一个盲孔设置在喷嘴壳体中，喷孔2从该盲孔开始通入 燃烧室43。一个压力室10布置在喷嘴壳体中位于阀座部位1’之上， 并且通过压力管路9a和9b与喷射装置40a和40b相连。在喷嘴1a和 1b的喷射阶段，通过压力管路9a和9b供至压力室10的燃油压力非常 之大，以至可以克服弹簧8的闭合作用力，并且喷嘴针阀7被抬离阀 座部位1’，使得燃油可以通过喷孔2进入燃烧室43。一个管路42 连接在喷嘴1a和1b的壳体上，用于输送泄漏的燃油。喷射装置40a 和40b以这样的方式进行工作，即喷射过程的开始和结束可以通过电 气控制线路41a和41b来控制。喷射装置40a和40b还可以以这样的 方式工作，即，所喷射的燃油量也可以通过电气控制线路46a和46b 来控制。两个喷射装置40a，40b每个都连接着一个供油管路47a和 47b。一个控制装置50通过电气控制线路41a和41b，还通过最终出 现的电气控制线路46a和46b控制着喷射装置40a和40b，从而使喷 嘴1a和1b的阀打开和关闭。该控制装置50通过一个电气信号线路50b 连接在一个传感器52上，而该传感器监测着往复式活塞内燃机的曲轴 53的转动角度。另外，控制装置50通过一个电气信号线路50a连接 着一个输入-输出装置51，通过该输入-输出装置51，可以确定控 制值和显示状态值。

附图2示出了喷嘴1a和1b放置在其上的缸盖46的平面图。燃料 沿着箭头A的方向从喷孔2中以射流的方式喷出。在空气流入和工作 活塞45的上行期间，在燃烧室43中产生燃烧空气的转动涡流(箭头 B)。在燃料燃烧期间，可以在缸盖46和活塞45的如46c所示的部位 出现高温区域。如果所有喷嘴一致地致动，该区域46c可以被加热到 较高的温度，并且由于该致动涡流的存在，最热的气体可以不断地进 入同一区域46c。

附图4a和4b示出了燃料按照本发明喷射入气缸44的燃烧室43 的过程，特别是燃料的质量流量m随曲轴转角w的变化情况。质量流 量m是分别指每一单位时间或每一单位转角的燃料量。在附图4a中， 喷嘴1a首先打开，而在一个较晚的时刻，或说是在一个较大的曲轴转 角处，喷嘴1b打开。两个喷嘴1a和1b的喷射过程同时受到干扰。附 图4b示出了另外一个喷射过程，为该过程，喷嘴1b首先打开，而在 一个较晚的时刻，喷嘴1a打开。控制装置50这样致动喷射装置40a 和40b因而致动喷嘴1a和1b，例如为了连续的喷射过程，喷嘴1a或 喷嘴1b交替地首先打开，然后，在一个较晚的时刻，另外一个喷嘴1a 或1b打开。致动喷嘴1a和1b的顺序的变化可以按照大量的可能性来 进行。因此，还可以，例如，在两个连续的喷射过程的每个过程中都 首先打开喷嘴1a，然后在两个随后的喷射过程中，都首先打开喷嘴 1b。

附图4示出了喷嘴致动的另外一种变化，在本例中，三个将燃料 喷入燃烧室43的喷嘴1a，1b和1c布置在缸盖46上。在所示的致动顺 序中，首先，喷嘴1a在曲轴转角0度打开，在一个较晚的时刻，即 在一个较大的曲轴转角处，喷嘴1b打开，而在一个更大的曲轴转角 处，喷嘴1c打开，所有三个喷嘴1a，1b，1c都在曲轴转角20度时 关闭。在附图4c的最下面的图中，示出了由所有三个喷嘴1a，1b，1c喷 入燃烧室43中的的燃料的总质量流量随曲轴转角变化的情况。

喷射装置40a，40b可以这样进行工作，使得喷射的燃料量也可 以被控制，因此，通过控制装置40，不仅喷嘴1a，1b，1c的打开和关闭 而且燃料的总质量流量也可以被控制和调节。

附图4d示出了一个在局部负荷下运转的喷射过程。在这里，在第 一个工作循环I中，仅仅喷嘴1a被致动，而在随后的一个第二工作循 环II中，仅仅喷嘴1b被致动。通过这个方法，可以在局部负荷运转 期间在缸盖和在活塞上获得均匀的热应力。

附图3示出了喷射装置以及喷嘴1a的另外一个列举的实施例。 喷嘴1a有一个喷嘴针阀7，一个活塞64连接在针阀上。一个弹簧65 将喷嘴针阀7压入闭合位置。通过管路61，喷射装置60供给进入压 力室10的压力下的燃油，在活塞64上产生压力，借此将喷嘴针阀7 提起，因而燃料可以在喷孔2处作为发射的射流A喷射出去。在所示 的列举的实施例中，喷嘴针阀7的提起局部地或全部地由压电致动器 66来防止。压电致动器66通过致动线路41a由控制装置50来致动。 压电致动器66特别是可以由脉冲宽度调制信号来致动，因此包括多个 压电层的该致动器可以非常精确地在高速下予以控制。喷嘴针阀7的 打开的起点，其提起速度以及喷嘴针阀7的冲程可以瞬时地，精确地， 准确地和迅速地予以控制。控制装置50包括用于通过压电元件66调 节瞬时致动以及通过喷嘴1a的燃料流量和因而受其影响的喷嘴针阀7 的位置的电子装置。

附图5示意性地并且局部以剖面示出了借助高压泵80和蓄油器 81供以燃料的一个喷射装置40a的列举的实施例。燃料的进口通道67 分支出来进入通至起着一个差动活塞作用的计量活塞70的后侧的通 道68，并且进入主通道69，通过主通道69，燃油再经过控制活塞100 的凹槽141被输送至进口通道部分123。当具有输入回路和返回回路 的控制用液压设备90的控制阀91以压力下的控制油来致动时，控制活 塞100的前面143则向下移动。该预控制阀从控制用电气设备50处接 收确保燃料喷射过程发生在正确的时刻和以正确的量喷射的其控制指 令。因此，例如，来自放置在曲轴3处的传感器52的转角信号将通过 电气连接线路50b传递给控制装置50。一个例如以电感原理工作的传 感器73监测着轴74的位置并且将有关计量活塞70的位置的信号输送 给控制用电气设备50。因此，可以确定和改变每个喷射过程所喷射燃 油的量。

当控制活塞100向下移动时，主通道69和进口通道部分123之间 的连接首先被打断，然后，输出通道124通过在控制活塞100处的凹 槽142与喷射通道9a相连，而通道9a通至柴油机的气缸44的喷嘴1a。 计量活塞70由通过通道68的燃油作用在计量活塞后侧72的压力来移 动。燃油被喷入燃烧室43。如果预控制阀91关闭而用于控制油的返 回通路打开，那么，控制活塞100将由作用在控制活塞100的前面144 的燃油压力和弹簧作用力来向上推动。至通道9a的燃油供给被切断， 因而喷射结束。在附图5中，仅仅示出了通入燃烧室43的第二喷嘴 1b。该喷嘴1b由另外一个与喷射设备40a相同但是未示出的喷射设 备40来供给燃料。

在控制活塞100处，对于在高压下的燃油例如在5个密封位置实 现了连续的密封。在最重要的密封位置，即与喷嘴1a相连接的位置， 是以一个座阀145来实现密封的，因此在各个喷射过程之间管路9a不 处于压力之下。座阀145在关闭位置完全被密封。通过该措施，可以 防止非受控的喷射。对于其它各个密封146，采用了控制活塞100的 精密配合，因而小量的燃油泄漏是容许的，并且可以通过返回通道127 返回到燃油箱。