CN101825033A - 点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略 - Google Patents

Abstract

一种点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其属于发动机燃料喷射、混合气形成和燃烧领域。由于采用了两针阀的燃料喷嘴，容易控制主燃烧室和点火室的喷射量，保证了点火室内的混合气当量比在容易点燃的范围内，使得着火稳定可靠，火焰传播快速稳定。点火室使主燃烧室的设计只需考虑主燃烧室内的混合气分布，减少了对火花塞附近混合气浓度的考虑，简化了主燃烧室的设计，为组织更合理的燃烧奠定了基础。主燃烧室内的混合气更加容易被引燃，有利于进一步扩大发动机的稀薄燃烧范围及加快缸内燃烧速度，提高发动机的热效率。可靠的点火和稳定快速的火焰传播可以使发动机平稳地运行于更低的怠速，使车辆在城市工况下运行时产生比较明显的节油效果。

Description

点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略

技术领域

本发明涉及一种点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其属于发动机燃料喷射、混合气形成和燃烧领域。

背景技术

应用稀薄燃烧策略的缸内直喷汽油机，由于具有良好的燃料经济性，瞬态响应性，因而成为目前发动机燃烧领域的重要研究课题之一。由于这种发动机的混合气比较稀薄，使发动机存在点火困难及燃烧不稳定等问题，造成了功率损失及排放物增加。

发明内容

为了保证可靠点火和提高火焰传播的稳定性，并进一步扩大缸内直喷汽油机的稀薄燃烧范围，提高热效率，降低排放，本发明提出了一种点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，该燃料喷射策略在气缸盖上设置一个点火室，将火花塞放置其中，点火室与主燃烧室由一个或数个小孔相连接，燃料喷嘴具有内外两个针阀，运动是相互独立的；当燃料喷嘴设置在点火室外时，负责点火室的燃料供给的喷孔方向直接对准点火室出口，或指向点火室出口附近；负责主燃烧室的燃料供给喷孔对准主燃烧室。当燃料喷嘴设置在点火室内时，负责主燃烧室的燃料供给的喷孔方向直接对准点火室出口，让燃料喷入主燃烧室；负责点火室的燃料供给的喷孔方向远离点火室出口，让喷射的燃料留在点火室中。同时采用一次或一次以上的喷射，利用进气气流和压缩挤流的作用，保证点火室的混合气的浓度在各种工况下都在可点燃范围内。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，由电控单元控制位于气缸盖上的燃料喷嘴。所述燃料喷嘴包含一个针阀体、一个外针阀和一个内针阀，在针阀体中设有外针阀，在外针阀中设有内针阀，两针阀的运动是独立的，在针阀体上设有至少一个由外针阀控制的上喷孔，在针阀体上设有至少一个由内针阀控制的下喷孔；所述燃料喷嘴设置于点火室的内部或外部；所述燃料喷嘴根据工况要求采用至少一次喷射，每一工作循环喷射的燃料总量等于点火室浓度控制喷射量和主喷射量之和。

当所述燃料喷嘴设置于点火室的外部时，所述下喷孔方向直接对准位于气缸盖上装有火花塞的点火室的出口，或指向点火室的出口附近，向点火室提供燃料；所述上喷孔方向对准主燃烧室，向主燃烧室提供燃料；反之，可由所述下喷孔负责对主燃烧室的燃料供应，而所述上喷孔负责对点火室的燃料供应。

当燃料喷嘴设置于点火室的内部时，所述下喷孔方向直接对准点火室的出口，让燃料喷入到主燃烧室；而所述上喷孔方向对准点火室，向点火室提供燃料；反之，可由所述上喷孔负责对主燃烧室的燃料供应，而所述下喷孔负责对点火室的燃料供应。

所述燃料喷嘴采用一次喷射时，该次喷射为点火室浓度控制量喷射，或者当汽油机在高工况采用当量比浓度或接近当量比浓度工作时，这一次喷射是主喷射。

所述燃料喷嘴采用多于一次喷射时，点火室浓度控制量采用至少一次点火室浓度控制量喷射来完成，主喷射量也采用至少一次主喷射来完成。

所述点火室浓度控制量根据压入点火室内的混合气中燃料量进行调整，主喷射量根据工况要求确定，每一工作循环喷射的燃料总量为点火室浓度控制量和主喷射量之和。

当燃料喷嘴位于点火室外时，燃料喷嘴采用的点火室浓度控制量在压缩行程上止点前70度到0度的曲柄转角范围内喷射。

当燃料喷嘴位于点火室内时，燃料喷嘴采用的点火室浓度控制量可在排气阀关闭后到压缩行程上止点的曲柄转角范围内喷射。

所述燃料喷嘴采用的主喷射在发动机的进气行程或在压缩行程上止点前180度到70度曲柄转角范围内喷射。

本发明的有益效果是：由于点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略采用了具有内外两针阀的燃料喷嘴，使得主燃烧室和点火室的喷射量容易控制，保证了点火室内的混合气当量比在容易点燃的范围内，这样使得着火稳定可靠，火焰传播快速稳定。点火室使主燃烧室的设计只需考虑主燃烧室内的混合气分布，不要考虑火花塞附近混合气的浓度，降低了主燃烧室的设计复杂程度，为组织更合理的燃烧奠定了基础。主燃烧室内的混合气更加容易被引燃，有利于进一步扩大发动机的稀薄燃烧范围及加快缸内燃烧速度，提高发动机的热效率。可靠的点火和稳定快速的火焰传播可以使发动机平稳地运行于更低的怠速，使车辆在城市工况下运行时产生比较明显的节油效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是一种双针阀燃料喷嘴的结构示意图。

图2是燃料喷嘴的下喷孔向主燃烧室喷射的示意图。

图3是图2中的A-A视图。

图4是燃料喷嘴的上喷孔向点火室喷射的示意图。

图5是图4中的B-B视图。

图6是燃料喷嘴的上喷孔向主燃烧室喷射的示意图。

图7是图6中的C-C视图。

图8是燃料喷嘴的下喷孔向点火室出口喷射的示意图。

图9是图8中的D-D视图。

图中：1、进气阀，3a、针阀体，3b、外针阀，3c、上喷孔，3d、内针阀，3e、下喷孔，2、排气阀，3、燃料喷嘴，4、点火室，4a、出口，5、火花塞，6、气缸盖，7、主燃烧室，8、气缸套，9、活塞。

具体实施方式

图1示出了一种双针阀燃料喷嘴的结构。燃料喷嘴3包含一个针阀体3a、一个外针阀3b和一个内针阀3d，在针阀体3a中设有外针阀3b，在外针阀3b中设有内针阀3d，在针阀体3a上设有4个由外针阀3b控制的上喷孔3c，在针阀体3a上设有4个由内针阀3d控制的下喷孔3e。

图2、3、4、5示出了燃料喷嘴设置于点火室内部的示意图。当燃料喷嘴3设置在点火室4内时，负责主燃烧室7的燃料供给的下喷孔3e方向直接对准点火室4的出口4a，让燃料喷入主燃烧室7；负责点火室4的燃料供给的上喷孔3c方向远离点火室4的出口4a，让喷射燃料的燃料留在点火室4中。

图6、7、8、9示出了燃料喷嘴设置于点火室外部的示意图。当燃料喷嘴3设置在点火室4外时，负责点火室4的燃料供给的下喷孔3e方向直接对准点火室4的出口4a，或指向点火室4的出口4a附近；负责主燃烧室7的燃料供给的上喷孔3c对准主燃烧室4。

从排气阀2关闭到压缩行程上止点，一次或多次喷射燃料。当燃料喷嘴3位于点火室4外时，在压缩行程后期，缸内气流速度低，喷射的燃料不易发生偏向，能够喷射到点火室4的出口4a附近，接着通过压缩挤流把燃料挤入点火室4内，而在进气行程或压缩行程前期，气流速度较大，喷射的燃料由于气流的作用而远离点火室4的出口4a。当燃料喷嘴3位于点火室4内时，在进气行程或压缩行程前期，缸内背压小，喷向点火室4的出口4a的燃料能够快速进入主燃烧室7。而在压缩行程后期，主燃烧室7的气流被挤入点火室4，这时进行点火室浓度控制量的喷射，燃料在挤流的作用下，充分混合。这样既满足工况要求，又使点火室4内部混合气的浓度保持在容易点燃的范围之内。由于点火室4内的气流运动相对较弱，在火花塞5点火时易于形成稳定的火核，这样就保证了发动机的着火稳定。在发动机的火焰传播过程中，由于点火室4与主燃烧室7之间的流通面积较小，使点火室4内部的火焰以比较大的速度冲入主燃烧室7，以较大的火焰锋面点燃主燃烧室7内的混合气，加快其燃烧速度，使燃烧更趋近于等容放热，提高热效率。

结合发动机缸内的气流运动，应用汽油电控喷射系统，在发动机的排气阀2关闭到压缩上止点期间进行一次或一次以上喷射，通过选择合适的喷射定时，在气流比较弱时进行点火室浓度控制量喷射；根据工况需要在气流速度大时进行主喷射，因为气流的作用，使油束远离点火室4的出口4a。这样通过控制喷入点火室4的油量的多少，使点火室4内混合气的浓度不随工况的变化而变化，进而保证点火的稳定性。

在喷向点火室4的油束周围的气流运动比较弱时，或气流运动对喷向点火室4的油束方向影响较小时进行点火室浓度控制量喷射。一般压缩行程上止点前70度至0度曲柄转角范围从喷油孔到点火室4的出口4a处范围内气流运动较弱，对喷向点火室4的出口4a下方的油束方向不会造成较大影响，而此时，往点火室4的出口4a方向的挤流慢慢增强，将到点火室4的出口4a下方的喷雾挤入到点火室4中。

在喷油孔到点火室4出口4a处局部范围内气流运动比较强时，或气流运动对喷向点火室4的油束方向影响较大时进行主喷射。一般在发动机进气行程和压缩行程上止点前180度到70度曲柄转角范围内，由进气产生的缸内气流较强，而压缩挤流较弱。主喷射在进气行程进行时，由于进气阀附近的气流运动十分强烈，使得从喷油器喷出的油束产生偏离，从而使主喷射量喷束远离点火室4；当主喷射在压缩行程前期进行时，由于缸内挤流速度很小，主喷射量喷束也不能进入点火室4。当然，喷雾蒸发后形成的混合气，在压缩行程会进入点火室。

Claims (9)

1.一种点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，由电控单元控制位于气缸盖(6)上的燃料喷嘴(3)，其特征是：所述燃料喷嘴(3)包含一个针阀体(3a)、一个外针阀(3b)和一个内针阀(3d)，在针阀体(3a)中设有外针阀(3b)，在外针阀(3b)中设有内针阀(3d)，在针阀体(3a)上设有至少一个由外针阀(3b)控制的上喷孔(3c)，在针阀体(3a)上设有至少一个由内针阀(3d)控制的下喷孔(3e)；所述燃料喷嘴(3)设置于点火室(4)的内部或外部；所述燃料喷嘴(3)根据工况要求采用至少一次喷射，每一工作循环喷射的燃料总量等于点火室浓度控制量喷射的点火室浓度控制量和主喷射的主喷射量之和。

2.据权利要求1所述的点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其特征是：当所述燃料喷嘴(3)设置于点火室(4)的内部时，所述下喷孔(3e)方向直接对准点火室(4)的出口(4a)，让燃料喷入到主燃烧室(7)；而所述上喷孔(3c)方向对准点火室(4)，向点火室(4)提供燃料；反之，可由所述上喷孔(3c)负责对主燃烧室(7)的燃料供应，而所述下喷孔(3e)负责对点火室(4)的燃料供应。

3.据权利要求1所述的点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其特征是：当所述燃料喷嘴(3)设置于点火室(4)的外部时，所述下喷孔(3e)方向直接对准位于气缸盖(6)上装有火花塞(5)的点火室(4)的出口(4a)，或指向点火室(4)的出口(4a)附近，向点火室(4)提供燃料；所述上喷孔(3c)方向对准主燃烧室(7)，向主燃烧室(7)提供燃料；反之，可由所述下喷孔(3e)负责对主燃烧室(7)的燃料供应，而所述上喷孔(3c)负责对点火室(4)的燃料供应。

4.据权利要求1所述的点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其特征是：所述燃料喷嘴(3)采用一次喷射时，该次喷射为点火室浓度控制量喷射，或者当汽油机在高工况采用当量比浓度或接近当量比浓度工作时，这一次喷射是主喷射。

5.据权利要求1所述的点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其特征是：所述燃料喷嘴(3)采用多于一次喷射时，点火室浓度控制量采用至少一次点火室浓度控制量喷射来完成，主喷射量也采用至少一次主喷射来完成。

6.据权利要求1所述的点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其特征是：所述点火室浓度控制量根据压入点火室(4)内的混合气中燃料量进行调整，主喷射量根据工况要求确定，每一工作循环喷射的燃料总量为点火室浓度控制量和主喷射量之和。

7.据权利要求2所述的点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其特征是：所述燃料喷嘴(3)采用的点火室浓度控制量可在排气阀关闭后到压缩行程上止点的曲柄转角范围内喷射。

8.据权利要求3所述的点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其特征是：所述燃料喷嘴(3)采用的点火室浓度控制量在压缩行程上止点前70度到0度的曲柄转角范围内喷射。

9.据权利要求4所述的点火室式直喷汽油机的燃料喷射策略，其特征是：所述燃料喷嘴(3)采用的主喷射在发动机的进气行程或在压缩行程上止点前180度到70度曲柄转角范围内喷射。

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