直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法
2023-06-17 23:26:11
專利名稱：直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法
技術領域：
本發明涉及一種直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法，其屬於發動機燃油噴射、混合氣形成和燃燒領域。
背景技術：
應用稀薄燃燒策略的缸內直噴汽油機由於具有良好的燃油經濟性，瞬態響應性及較低的HC排放，因而成為目前發動機燃燒領域研究的熱點。由於這種發動機的混合氣比較稀薄，使得發動機在點燃的時候容易引起失火及燃燒不穩定等問題，造成了功率損失及排放物增加。
發明內容
為了保證可靠點火和提高火焰傳播的穩定性，並進一步擴大缸內直噴式汽油機的稀薄燃燒範圍，提高熱效率，降低排放，本發明提出了一種直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法，該燃油噴射方法在氣缸蓋上設置一個點火室，並將火花塞放置其中，點火室與主燃燒室由一個或數個小孔相連接；保證在不同的工況下噴射到點火室中的燃油量一定，使得在點火室內形成比較適於點燃的混合氣，其餘燃油直接噴射到主燃燒室。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法，由一個電控單元控制位於氣缸蓋上的多孔噴嘴噴油，多孔噴嘴有一條油束的中心線指向位於氣缸蓋上並裝有火花塞的點火室(4)的入口。所述的多孔噴嘴根據負荷工況採用至少一次噴射，每一工作循環噴出的燃油總量等於恆量噴射量和變量噴射量之和。
所述的多孔噴嘴採用一次衡量噴射方式向氣缸內噴油時，噴出的燃油總量等於恆量噴射量。
所述的恆量噴射量採用至少一次的噴射來完成，變量噴射量也採用至少一次的噴射來完成。
所述的多孔噴嘴採用二次噴射方式向氣缸內噴油時，採用一次恆量噴射和一次變量噴射。
所述的多孔噴嘴採用的恆量噴射在發動機的排氣閥關閉到進氣行程上止點後的40度曲柄轉角範圍內噴射或在進氣行程下止點前、後的20度曲柄轉角範圍內噴射。
所述的多孔噴嘴採用的變量噴射在發動機的進氣行程上止點後的60～140度曲柄轉角範圍內噴射或在壓縮行程上止點前的120～40度曲柄轉角範圍內噴射。
對於負閥重疊角的發動機，所述的多孔噴嘴採用的恆量噴射在發動機的排氣閥關閉到進氣閥開啟期間內噴射。
上述技術方案的指導思想是在從排氣閥關閉到壓縮上止點的一段時間內，將燃油分為若干次噴射，使得在缸內氣流運動比較弱時噴射的燃油能夠直接噴射到點火室內部，而在氣流運動比較強烈時噴射的燃油由於氣流的作用噴射不到點火室中。保證在氣流運動比較弱的時候的噴射量或噴射量的總和為一個恆定值，即可使點火室內部混合氣的空燃比保持恆定。由於點火室內的氣流運動較弱，在火花塞點火時刻易於形成穩定的火核。這樣就保證了發動機的著火穩定。在發動機的火焰傳播過程中，由於點火室與主燃燒室之間的流通面積較小，使得點火室內部的火焰以比較大的速度衝向主燃燒室，並以較大的火焰鋒面點燃主燃燒室內的混合氣，並加快其燃燒速度，使燃燒更趨近於等容放熱，提高燃燒效率。
本發明的有益效果是由於直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法採用了一次或一次以上的噴射方式向缸內噴油，每一工作循環噴出的燃油總量為缸內氣流弱時的恆量噴射量或再加上在缸內氣流強時的變量噴射量，保證了點火室內部的混合氣空燃比在比較容易點燃的範圍，這樣使得著火穩定可靠，火焰傳播快速穩定。點火室的存在使得主燃燒室的設計更加簡單，傳熱損失小。主燃燒室內的混合氣更加容易被引燃，有利於進一步擴大發動機的稀薄燃燒範圍及加快缸內燃燒速度，提高了發動機的燃燒效率。可靠的著火和穩定快速的火焰傳播可以使發動機平穩地運行於更低的怠速轉速，使得車輛在城市工況下運行時產生比較明顯的節油效果。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是負閥重疊期間噴射示意圖。
圖2是圖1所示的氣缸蓋布置示意圖。
圖3是在進氣終點附近噴射示意圖。
圖4是圖3所示的氣缸蓋布置示意圖。
圖5是在進氣過程中噴射示意圖。
圖6是圖5所示的氣缸蓋布置示意圖。
圖7是壓縮上止點前噴射示意圖。
圖8是圖7所示的氣缸蓋布置示意圖。
圖9、圖10、圖11是不同的點火室和噴油器位置布置示意圖。
圖中1、進氣閥，2、排氣閥，3、多孔噴嘴，4、點火室，5、恆量噴束，6、變量噴束，7、氣流，8、火花塞，9、活塞。
具體實施例方式
上述附圖所示的實施例中，在直噴式汽油機的氣缸蓋上設置了一個點火室4，並將火花塞8放置其中，噴油器選用多孔噴嘴3，其中的一個噴孔中心線指向點火室4的入口。結合發動機缸內的氣流運動，應用汽油電控噴射系統，在發動機的排氣閥2關閉到壓縮上止點期間進行一次或兩次以上噴射，通過選擇合適的噴射定時，在氣流比較弱的時候進行一次或一次以上噴射，每次噴射的一束油噴射到點火室內，其它油束進入主燃燒室；根據需要在氣流比較強烈的時候還可以進行一次或一次以上的噴射，因為氣流的作用，使得噴向點火室4的油束偏離點火室4的入口，這時所有油束都噴入主燃燒室。這樣就能夠實現點火室4內的混合氣濃度不隨工況的變化而變化，保證著火的穩定性。
在噴向點火室4的油束周圍的氣流運動比較弱時，或氣流運動對噴向點火室4的油束方向影響較小的時刻進行恆量噴射。如圖1、2所示採用負閥重疊角(在排氣行程上止點附近，排氣閥的關閉早於進氣閥的開啟)的發動機，在排氣閥2關閉到進氣閥1開啟期間內噴射。此時由於發動機的進氣閥1和排氣閥2都處於關閉狀態，因而缸內的氣流運動較弱，恆量噴束5就能進入點火室4中；又如圖3、4所示在進氣開始時刻噴射，一般指排氣閥關閉到進氣行程上止點後40度曲柄轉角範圍內；或進氣終了時刻噴射，一般指進氣行程下止點前、後20度曲柄轉角範圍內。在噴油孔到點火室4入口處局部範圍內氣流運動較弱，且此時缸內壓力較小，氣流運動對噴向點火室4的油束的方向不會造成較大的影響，恆量噴束5也能進入點火室4中。
在噴油孔到點火室4入口處局部範圍內氣流運動比較強烈時，或氣流運動對噴向點火室4的油束方向影響較大時進行變量噴射。如圖5、6所示在發動機的進氣行程上止點後的60～140度曲柄轉角範圍內噴射。此時由於進氣閥1附近氣流運動十分強烈，使得從噴油器噴射出來的油束產生軸向偏離，從而使變量噴束6不能進入點火室4；又如圖7、8所示在壓縮行程上止點前的120～40度曲柄轉角範圍內噴射，雖然此時發動機缸內渦流強度由於耗散作用有所降低，但是氣缸內壓力在增大，油束容易受到氣流7運動的影響，而使變量噴束6不能進入點火室4。
圖9、10、11示出了點火室4和噴油器的幾種布置方案，以便對不同的機型進行適當選配。
對於採用點火室燃燒系統的直噴式汽油機，其燃油噴射通常可採用下述幾種方法一、一次噴射法發動機怠速運轉時，採用恆量噴射。
二、二次噴射法其中一次為恆量噴射，一次為變量噴射，例如恆量噴射選擇在排氣閥關閉到進氣行程上止點後的25度曲柄轉角，變量噴射選擇在壓縮行程上止點前的90度曲柄轉角。
三、三次噴射法其中一次為恆量噴射，二次為變量噴射，例如恆量噴射選擇在排氣閥關閉到進氣行程上止點後的20度曲柄轉角噴射一次，變量噴射選擇在發動機進氣行程上止點後的90度曲柄轉角和在壓縮行程上止點前的60度曲柄轉角各噴射一次。或其中二次為恆量噴射，一次為變量噴射，例如恆量噴射選擇在排氣閥關閉到進氣行程上止點後的25度曲柄轉角和在進氣行程下止點後的15度曲柄轉角各噴射一次，變量噴射選擇在壓縮行程上止點前的80度曲柄轉角噴射一次。
四、四次噴射法其中一次為恆量噴射，三次為變量噴射。或其中三次為恆量噴射，一次為變量噴射。或其中二次為恆量噴射，二次為變量噴射。
五、N次噴射法其中N1次為恆量噴射，N2次為變量噴射，N＝N1+N2。
雖然在不同的工況下發動機的循環供油量不同，但是按照以上思想選擇合適的噴油定時和噴射量，即可實現點火室內部的空燃比在不同的發動機工況下保持穩定。
權利要求
1.一種直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法，由一個電控單元控制位於氣缸蓋上的多孔噴嘴(3)噴油，多孔噴嘴(3)有一條油束的中心線指向位於氣缸蓋上並裝有火花塞(8)的點火室(4)的入口；其特徵是所述的多孔噴嘴(3)根據負荷工況採用至少一次噴射，每一工作循環噴出的燃油總量等於恆量噴射量和變量噴射量之和。
2.據權利要求1所述的直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法；其特徵是所述的多孔噴嘴(3)採用一次衡量噴射方式向氣缸內噴油時，噴出的燃油總量等於恆量噴射量。
3.據權利要求1所述的直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法；其特徵是所述的恆量噴射量採用至少一次的噴射來完成，變量噴射量也採用至少一次的噴射來完成。
4.據權利要求3所述的直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法；其特徵是所述的多孔噴嘴(3)採用二次噴射方式向氣缸內噴油時，採用一次恆量噴射和一次變量噴射。
5.據權利要求2或3或4所述的直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法；其特徵是所述的多孔噴嘴(3)採用的恆量噴射在發動機的排氣閥關閉到進氣行程上止點後的40度曲柄轉角範圍內噴射或在進氣行程下止點前、後的20度曲柄轉角範圍內噴射。
6.據權利要求3或4所述的直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法；其特徵是所述的多孔噴嘴(3)採用的變量噴射在發動機的進氣行程上止點後的60～140度曲柄轉角範圍內噴射或在壓縮行程上止點前的120～40度曲柄轉角範圍內噴射。
7.據權利要求2或3或4所述的直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法；其特徵是對於負閥重疊角的發動機，所述的多孔噴嘴(3)採用的恆量噴射在發動機的排氣閥(2)關閉到進氣閥(1)開啟期間內噴射。
全文摘要
一種直噴式汽油機採用點火室燃燒系統的燃油噴射方法，其屬於發動機燃油噴射、混合氣形成和燃燒領域。由於該燃油噴射方法採用了一次或一次以上的噴射方式，循環噴油總量為缸內氣流弱時的恆量噴射量或再加上在缸內氣流強時的變量噴射量，保證了點火室內部的混合氣空燃比在比較容易點燃的範圍，這樣使得著火穩定可靠，火焰傳播快速穩定。點火室使得主燃燒室的設計簡單，傳熱損失小。主燃燒室內的混合氣更加容易被引燃，有利於進一步擴大發動機的稀薄燃燒範圍及加快缸內燃燒速度，提高發動機的燃燒效率。可靠的著火和穩定快速的火焰傳播可以使發動機平穩地運行於更低的怠速轉速，使得車輛在城市工況下運行時產生比較明顯的節油效果。
文檔編號F02M45/08GK101059111SQ20071001135
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月17日 優先權日2007年5月17日
發明者隆武強, 田江平, 付磊, 齊鯤鵬, 馮立巖, 冷先銀 申請人:大連理工大學