专利名称：燃料喷射系统和喷射方法
技术水平本发明涉及到按照权利要求1所述种类的燃料喷射系统以及按照权利要求11所述种类的喷射方法。
在内部形成混合气的混合压缩、外源点火内燃机中，对于分层充气工作方式在火花塞范围内需要在可点燃范围内具有一定燃料—空气比的“混合雾”。为了这个目的，采用了具有向里或者向外打开并且产生锥形射束的喷嘴的燃料喷射阀。
例如，DE 198 04 463 A1公开了一种用于混合压缩、外源点火内燃机的燃料喷射系统，它设有至少一个将燃料喷入由活塞/缸配置构成的燃烧室中的燃料喷射阀，并且设有一个伸入燃烧室内的火花塞。在这里，燃料喷射阀设置了至少一排分布在燃料喷射阀喷嘴体圆周上的喷射孔。通过有目的地经过喷射孔喷射燃料，由于形成混合雾实现了射束导向的燃烧方法，在这里，至少一个油束对着火花塞方向，其它油束负责形成至少近似封闭的或者相关联的混合雾。
DE19642653C1公开了一种形成可点燃的燃料—空气混合物的方法。在由活塞限定的燃烧室中在从包围喷嘴口的阀座提升阀元件而打开喷嘴口时通过喷射器喷出燃料，而在直接喷射内燃机的缸中形成点燃的燃料—空气混合物。为了在内燃机的所有工作状态下，特别是在其分层充气运行下在整个特性曲线的每个运行点可以形成最佳油耗和排放的混合雾，要可变地调节其阀元件的开启行程和喷射时间。
从DE 38 08 635 C2中也知道了一种用来将燃料直接喷射到混合压缩式内燃机缸内的燃料喷射装置。燃料喷射装置在此包括了一个燃料喷射阀，它安装在缸壁内，与缸盖有一些间距，而且与排气孔相对，并且具有一个出口，在这里，喷射阀的射束轴线对准在缸盖内安置的火花塞周围区域。燃料喷射阀具有一个电磁操作的阀针，阀针带有用来产生喷射油束涡流的螺旋形涡旋槽。涡旋槽的总横截面面积至少比出口横截面面积小一半，在这里，燃料喷射阀配置在扫气孔上方，而且其射束轴线对准在缸盖中心设置的点火点。
采用上述文献公开的喷射系统多数实现了壁导向的燃烧方法。这种燃烧方法很强地取决于流入的空气运动，空气运动的任务是，将可点燃的燃料—空气混合气在分层充气运行的整个特性曲线范围内精确输送到火花塞电极范围。在采用壁导向燃烧方法时，燃料通过或多或少崎岖不平的燃烧室几何结构的支持在同时形成混合气情况下被送到火花塞。
在壁导向和空气导向燃烧方法中在怠速运转和低的部分负荷运转时，到火花塞的混合气输送仅仅很不完全地实现，在中等的部分负荷运转中，部分地仅以所使用的高压喷射阀或流体导送结构的无理地小的连续散射通过进气管实现。有缺陷的可重复性首先体现在过多地排放未燃烧的碳氢化合物，这是由个别燃烧中断导致的。这些特性导致了上述两种燃烧方法还具有其它严重的缺点由于燃料喷射阀和火花塞之间的距离大，较小的喷射量不再在稳定点火所需的混合气浓度上到达火花塞。发动机在怠速运转区域和低的部分负荷区域中不能不被扼制地运行。这意味着，在火花塞电极上的燃料—空气混合气太稀薄。由于吸入空气节流，与带进气管喷射的混合压缩、强迫点火内燃机相比，其耗油优点降低。
本发明优点相比而言，按照本发明的具有权利要求1所述特征的燃料喷射系统和按照本发明的具有权利要求11所述特征的方法的优点是，在火花塞区域内的混合气由于角形部分不是特别富油。
优点还有，火花塞较少熏黑，减小了温度突变负荷并且改善了在分层充气运行中在整个特性曲线中固定喷油时刻的点火角不灵敏性。喷油和点火(或者反过来)可以同时进行。
除此之外的优点是，由于喷油速度高，点火火花不会被吹灭，因为在射束中心的油滴速度最高并且在限定了火花塞区域的两个喷射油束的角平分线上精确地符合有关燃料—空气混合气质量和流动速度方面的要求。
除此之外还有一个优点，火花塞对安装深度的敏感性很小。
通过在权利要求2至10中介绍的措施可以有利地进一步构造在权利要求1中说明的燃料喷射系统。
喷射油束有利地通过许多喷射孔形成。在这里，喷射孔可以有利地设置在多个相互错开的排上。
附图在附图中简单示出了本发明的实施例并在下面的说明中进行了详细介绍。图中示出
图1为本发明燃料喷射系统一个实施例的轴向剖面图，图2为沿图1中II-II剖切本发明燃料喷射系统一个实施例的剖面图，图3为由本发明燃料喷射系统产生的一个第一油束图的示意图，图4A和4B为由本发明燃料喷射系统另一个实施例产生的第二油束图的示意图，图4C为用于产生油束图的喷射孔配置，图5A-C分别为具有和没有本发明用于火花塞的角形部分的燃料喷射系统的碳氢化合物和氮氧化物排放量以及燃料消耗率曲线图。
燃料喷射系统1包括了一个具有缸壁2的缸体，活塞3在缸壁上被导向。活塞3通过一个连杆4在缸壁2上上下运行。缸壁2在端侧被一个缸盖5封闭。缸壁2、活塞3和缸盖5围成一个燃烧室6。
在缸盖5中最好对中地配置了一个燃料喷射阀7。在侧向错开一些将一个火花塞8插入缸盖5的一个孔里。另外，具有至少一个进气门9和至少一个排气门10。图2中详细示出了燃料喷射阀7、火花塞8、进气门9和排气门10的配置。
在燃料喷射系统1处于工作状态时，通过燃料喷射阀7内的孔将锥形燃料射束喷入燃烧室6内。通过燃料和空气在燃烧室6内混合产生了混合雾11。混合雾11被火花塞8点燃。图3和4详细介绍了锥形射束的形状以及按照本发明的在火花塞8上的留空。
图2在一个剖视图中示出了沿着图1中用II-II标明的线剖切图1所示的本发明燃料喷射系统1实施例的一个剖面。燃料喷射阀7在中心安置在缸盖5的一个开口12中。火花塞8安置在由燃料喷射阀7和两个排气门10构成的三角形中。与这些排气门10对称地配置了两个进气门9。进气门和排气门9、10也可以在侧向上互换或者交叉配置。
图3示出了产生锥形射束的燃料喷射阀7的油束示意图。在示意出圆锥面13的圆的中心安置了一个燃料喷射阀7。因为燃料喷射阀7是作为多孔燃料喷射阀构成，所以向燃烧室6喷射多个喷射油束14。喷射油束14用朝外的箭头象征性示出。在本实施例中，涉及到了具有13个喷射孔16的燃料喷射阀7，因此它可以产生13个喷射油束14。各个喷射油束14彼此分别具有一个角距β，在本实施例中，这个角距是26°。喷射油束14a例外，它们在火花塞8左和右被射出。位于包围火花塞8的喷射油束14a之间的角形部分17的角α是30°至60°，在本实施例中是45°。在这里，火花塞8配置在角α的角平分线18上。通过这个配置达到了，火花塞8不直接被喷射油束14或者14a喷射上，通过此可以明显降低火花塞8的焦化或者延长火花塞8的使用寿命。
图4A和4B示出了燃料喷射系统1第二个实施例的油束图。
在这里，图4A以与图3相似的俯视图示出了油束图。燃料喷射阀7位于说明圆锥面13的圆的中心。在这种情况下，混合雾11由两个不同的圆锥面13a和13b产生。位于包围火花塞8的喷射油束14a之间的角形部分17的角α又大约为45°。位于两个在角形部分17之外的相邻喷射油束14之间的角β大约是20°，这些喷射油束14然而在本实施例中位于两个不同的面内。
图4B示出了两个圆锥面13a和13b，在本实施例中这两个面由总共17个喷射孔构成。在这里，内圆锥面13b的锥角为90°，而外圆锥面13a的锥角为110°。在这里，内圆锥面13b由8个喷射油束14构成，而外圆锥面13a由9个喷射油束构成。采用这种方式可以产生在很大程度上均匀的、没有稀薄桥(Magerbruecken)的混合雾11。
图4C示出了多孔燃料喷射阀7的喷油嘴体15。此外，展开示出了喷油嘴体15的喷射孔配置。为了创造45°角形部分17，在本实施例中只须将构成内圆锥面13b的、在第一环形排19b内的喷射孔16中的一个去掉。通过此，又产生了一个可以没有直接喷射到火花塞8上地使燃料喷射阀7工作的角形部分17。当然，也可以反过来在产生外圆锥面13a的第二环形排19a上的喷射孔16的配置中设置一个空位。
图5A-5C分别示出了具有和没有用于火花塞8的角形部分17的燃料喷射系统的碳氢化合物和氮氧化物排放量以及燃料消耗率曲线图。在这里，分别示出耗油量和废气排出值与以在曲轴上测量的曲轴转角为单位的点火角的关系。实线曲线示出了对没有用于火花塞的角形部分的燃料喷射系统的测量结果，用星号标明的虚线曲线示出了对具有用于火花塞的角形部分的燃料喷射系统的测量结果。
一般来说，从图5A-5C曲线图中可以看出射束导向的燃烧方法与点火角有高度的独立性。
图5A示出了当时燃料喷射系统的以体积为单位的碳氢化合物排放量与点火角的关系。与使用没有用于火花塞的角形部分的燃料喷射系统时的排放量相比，在使用具有用于火花塞的角形部分的燃料喷射系统时，碳氢化合物排放量明显下降，部分达到50％。
图5B示出了同样以体积为单位的氮氧化物排放量与点火角关系的相应曲线。在这里，氮氧化物的排放值对两种燃料喷射系统来说在点火角曲线上几乎相同。
图5C示出了以每千瓦小时克为单位的不同燃料喷射系统的燃料消耗率与点火角的关系。由于采用具有用于火花塞的角形部分的燃料喷射系统，这里也大大改善了耗油量值，减小耗油量部分达到了15％。
本发明不局限于所示出的实施例，特别是可用于具有或多或少喷射孔的多孔燃料喷射阀。同样，喷射油束可以配置在两个以上的喷射圆(排)上，以便通过此改善燃料—空气混合气的均匀性。
权利要求
1.用于内燃机的燃料喷射系统(1)，具有至少一个将燃料喷入由缸壁(2)围成的燃烧室(6)中的燃料喷射阀(7)，活塞(3)在缸壁上被导向；并且具有一个伸入到燃烧室(6)中的火花塞(8)，在这里，燃料喷射阀(7)是这样构型的，即，在燃烧室(6)中产生锥形喷射油束(13)，其特征为，锥形喷射油束(13)在火花塞(8)区域内具有一个角形部分(17)。
2.按照权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征为，火花塞(8)被设置在角形部分(17)的角平分线上(18)。
3.按照权利要求2所述的燃料喷射系统，其特征为，喷射锥体(13)的锥角在60°和150°之间。
4.按照权利要求1至3之一所述的燃料喷射系统，其特征为，燃料喷射阀(7)的喷油嘴体(15)至少具有一排(19)在圆周上配置的喷射孔(16)。
5.按照权利要求4所述的燃料喷射系统，其特征为，在至少一排(19)上在圆周上配置的、在角形部分(17)之外的喷射孔(16)相互具有在20°与30°之间的角距。
6.按照权利要求4或者5所述的燃料喷射系统，其特征为，在圆周上配置的、在一个朝向火花塞(8)的段内的喷射孔(16)相互间具有比其余的角度范围更大的间距。
7.按照权利要求6所述的燃料喷射系统，其特征为，用来形成角形部分(17)的喷射孔(16)的较大间距在30°与60°之间。
8.按照权利要求4至7之一所述的燃料喷射系统，其特征为，具有两排(19a，19b)在圆周上配置的喷射孔(16)。
9.按照权利要求8所述的燃料喷射系统，其特征为，两排(19a，19b)在圆周上配置的喷射孔(16)围绕着一个共同的中心点(20)相互间这样旋转，使第一排(19b)的喷射孔(16)配置在第二排(19a)的喷射孔(16)的角平分线上。
10.按照权利要求9所述的燃料喷射系统，其特征为，在圆周上配置的喷射孔(16)的相互间旋转的排(19a，19b)在火花塞(8)区域具有一个角形部分(17)
11.借助于燃料喷射阀(7)将燃料喷入内燃机燃烧室(6)中的方法，该燃烧室被一个缸壁(2)包围，活塞(3)在缸壁上被导行，在这里，火花塞(8)伸入到燃烧室(6)中并且通过燃料喷射阀(7)产生一个锥形喷射油束(13)，其特征为，锥形喷射油束(13)在火花塞(8)区域内具有一个角形部分(17)。
全文摘要
内燃机燃料喷射系统(1)包括了一个将燃料喷入由缸壁(2)围成的燃烧室(6)内的燃料喷射阀(7),活塞(3)在缸壁上被导行,还包括了一个伸入到燃烧室(6)中的火花塞(8),在这里,燃料喷射阀(7)是这样造型的,在燃烧室(6)中产生锥形喷射油束(13),锥形喷射油束(13)在火花塞(8)范围内具有一个角形部分(17)。
文档编号F02B23/10GK1380935SQ01801445
公开日2002年11月20日 申请日期2001年5月19日 优先权日2000年5月26日
发明者埃瓦尔德·齐格勒, 斯特凡·阿恩特, 格诺特·维费尔, 延斯·波尔曼 申请人:罗伯特·博施有限公司