CN103850847B - 集成电晕点火装置的柴油喷油器及喷油器系统和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集成电晕点火装置的柴油喷油器，应用于汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机中，其包括具有与高压油轨相连的进油口的柴油喷油器本体，在所述柴油喷油器本体底部的外周面上呈绝缘状设置有中心电极，所述中心电极位于柴油喷油器本体喷油孔的一端设置有至少一个点火尖端，在柴油喷油器本体位于中心电极上方的外周面上还呈绝缘状缠制有与所述中心电极电连接的线圈，所述线圈由设置于柴油喷油器本体上方的火花塞插件线束电连接引出。该柴油喷油器可合理利用缸盖燃烧室内部空间，不影响发动机气门及进排气气道的布置，且其点火容易，点火效率高，适用于汽油预混柴油压燃的双燃料发动机的运行方式。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机系统喷油器，尤其涉及一种集成电晕点火装置的柴油喷油器，应用于汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机中，本发明还涉及一种集成电晕点火装置的柴油喷油器系统，以及汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机的集成电晕点火装置的柴油喷油器系统的控制方法。
背景技术
为适应国内外汽车市场对汽车油耗和排放要求的不断提高，各汽车制造企业纷纷在双燃料发动机技术领域展开研发，以期结合汽油低排放性和柴油高燃油经济性的优点，设计出一种高效低排的发动机来满足各方面的需求。如本申请人在中国发明专利申请CN102678363A中公开的一种汽油预混、柴油引燃发动机及其控制方法，其结合预混压燃和均质压燃高效低排的特性，根据汽柴油两种燃料的特性，在保证较高热效率和低排放的基础上，提出了汽油在进气道喷射形成均质混合气，柴油缸内直喷引燃均质混合气的新型燃烧方式。此种燃烧方式结合了汽油机排放好和柴油机油耗低的双重特点，但其运行方式会造成缸内压缩比较低的问题，为适应低压缩比情况下的冷机启动，可采用低温冷启动时火花塞点燃汽油混合气的模式起动发动机，温度升高后采用柴油压燃汽油预混的方式。而在目前的发动机结构中均还是采用柴油喷油器和独立火花塞的单独布置形式，此种布置形式易因缸盖燃烧室内空间不足，而影响气门布置尺寸，进而会影响到发动机的进排气性能，且现有的火花塞基本都为采用电极电弧点火形式，点火需求能量较高，点火效率低，后期更换维护成本也高，并不适用于汽油预混柴油压燃的双燃料发动机。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种集成电晕点火装置的柴油喷油器，应用于汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机中，其可合理利用缸盖燃烧室内部空间，不影响发动机气门及进排气气道的布置，且其点火容易，点火效率高，适用于汽油预混柴油压燃的双燃料发动机的运行方式。
为实现上述目的，本发明的集成电晕点火装置的柴油喷油器包括具有与高压油轨相连的进油口的柴油喷油器本体，在柴油喷油器本体的底端设有喷油孔，在柴油喷油器本体内位于进油口与喷油孔之间还设有接受控制信号以使进油口所进柴油由喷油孔喷出的喷油机构，在所述柴油喷油器本体底部的外周面上呈绝缘状设置有中心电极，所述中心电极位于柴油喷油器本体喷油孔的一端设置有至少一个点火尖端，在柴油喷油器本体位于中心电极上方的外周面上还呈绝缘状缠制有与所述中心电极电连接的线圈，所述线圈由设置于柴油喷油器本体上方的火花塞插件线束电连接引出。
采用上述的技术方案，通过在柴油喷油器本体上呈绝缘状设置带有点火尖端的中心电极，以及和中心电极电连接的线圈，从而当双燃料发动机在低温冷起动时可由点火尖端的电晕放电来点燃气缸中的汽油混合气，而在气缸温度升高后可由柴油喷油器本体在气缸内活塞压缩行程运行到上止点时喷油，以通过柴油压燃的方式点燃汽油混合气，从而可实现双燃料发动机的正常起动及运行，可避免因双燃料发动机缸内压缩比低造成柴油压燃困难而影响发动机的起动。由于将点火装置集成设置在柴油喷油器本体上，使喷油器和点火火花塞集成为一体，便可避免在喷油器、火花塞单独布置情况下所带来的空间上的不便，可对缸盖燃烧室内部空间进行合理的利用，也不会对发动机气门及进排气气道的布置带来影响，能充分保证发动机的进排气性能；而点火装置采用电晕放电方式，可大大降低点火时对电压的要求，能有效实现对稀薄或低温汽油混合气的点火，具有节能和点火效率高的优点，非常适合于双燃料发动机低温下的冷起动状况，同时采用电晕点火方式也可有效规避常规火花塞点火时电极处电弧放电带来的电极腐蚀，从而也延长了点火火花塞的使用寿命，降低了使用维护成本。
作为对上述方式的限定，所述喷油机构包括设置于柴油喷油器本体内部的连通进油口与喷油孔的腔体，在进油口的下端设置有喷油器电磁阀，所述腔体包括位于喷油器电磁阀下方的柱塞腔、与喷油孔相连通的针阀腔，以及位于柱塞腔和针阀腔之间的针阀油腔，所述柱塞腔内呈偶件形式设置有柱塞，所述针阀腔内呈偶件形式设置有弹性顶置于针阀油腔中的针阀；还包括设于柴油喷油器本体内的连通进油口与针阀油腔的喷油器进油孔。
作为对上述方式的限定，在所述柴油喷油器本体的外层涂覆有绝缘层，所述线圈缠制于绝缘层上，在线圈的外侧设置有包覆于其上的外壳体，所述外壳体与线圈之间设置有绝缘材料，在线圈的上下两端还分别设置有端盖，所述外壳体固连于端盖上。通过涂覆绝缘层及设置绝缘材料以保证线圈与柴油喷油器本体及外壳体间的绝缘效果，进而保证线圈对中心电极的供电实现顺利点火。
作为对上述方式的限定，所述柴油喷油器本体的底部为可拆卸连接的带有喷油孔的喷油嘴，所述针阀腔设于喷油嘴中，所述中心电极呈绝缘状设置于喷油嘴的外周面上。设置可拆卸的喷油嘴，从而可在喷油嘴或点火尖端失效时进行单独更换，避免了喷油器整体更换带来的高成本。
作为对上述方式的限定，所述点火尖端与喷油孔所喷柴油油束间呈交叉分布。使点火尖端与喷油孔所喷油束交叉分布从而可避免油束喷到点火尖端上造成点火尖端的烧蚀、积碳，以保证点火尖端的使用寿命。
本发明涉及的集成电晕点火装置的柴油喷油器系统，应用于汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机中，其包括与高压油轨相连的集成电晕点火装置的柴油喷油器，控制所述集成电晕点火装置的柴油喷油器运行的ECU控制单元，还包括为所述集成电晕点火装置的柴油喷油器提供点火能量的供能机构，以及接收ECU控制单元的信号以控制所述供能机构与集成电晕点火装置的柴油喷油器间通断的控制电路；所述的集成电晕点火装置的柴油喷油器为上述的集成电晕点火装置的柴油喷油器，所述ECU控制单元电连接喷油器电磁阀，所述供能机构经由控制电路电连接火花塞插件线束。通过喷油器电磁阀和控制电路从而可根据发动机的运行状态由ECU控制单元按标定数据对柴油喷油器的运行状况进行控制，以满足双燃料发动机在低温冷起动和正常双燃料模式下对柴油喷油器的不同需求，可保证发动机的正常着车和运行。
作为对上述方式的限定，所述供能机构为电能存储变换装置。
本发明涉及的汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机系统的集成电晕点火装置的柴油喷油器系统的控制方法包括如下步骤：
a、发动机低温冷起动时，ECU控制单元控制喷油器电磁阀不工作，喷油孔不喷油，供能机构连通线圈使点火尖端放电以点燃汽油混合气；
b、发动机正常运行时，ECU控制单元控制集成电晕点火装置的柴油喷油器上的线圈不得电，并控制喷油机构喷油以使柴油压燃。
通过ECU控制单元根据发动机状态控制柴油喷油器喷油器电磁阀及控制电路的工作状况，从而可实现在发动机低温冷起动时利用点火尖端点燃汽油混合气以起动发动机，避免柴油因此时缸内压缩比较低而不易压燃的弊端，可保证发动机顺利着车，同时柴油喷油器的不喷油也可避免柴油的不完全燃烧而造成排放性降低；而在发动机进入正常运行时，由于缸内温度较高，柴油易于压燃，通过ECU控制单元控制柴油喷油器的定点喷油，以利用柴油压燃来引燃汽油混合气，从而可实现双燃料发动机低排放和高燃油经济性的优点。
综上所述，采用本发明的技术方案，可合理利用缸盖燃烧室内部空间，不影响发动机气门及进排气气道的布置，且其点火容易，点火效率高，适用于汽油预混柴油压燃的双燃料发动机的运行方式。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：
图1为本发明实施例一的柴油喷油器本体的结构示意图；
图2为图1中A部分的局部放大图；
图3为柴油喷油器的结构示意图；
图4为柴油喷油器的局部结构示意图；
图5为点火尖端与喷油孔油束的分布示意图；
图6为本发明实施例二的柴油喷油器系统连接示意图；
图中：1、柴油喷油器本体；2、进油口；3、喷油器电磁阀插件线束；4、火花塞插件线束；5、柱塞腔；6、喷油嘴；7、针阀腔；8、点火尖端；9、线圈；10、喷油器电磁阀；11、外壳体；12、绝缘材料；13、上端盖；14、下端盖；15、压块安装部；16、锥面；17、高压油轨；18、ECU控制单元；19、蓄电池；20、供能机构；21、控制电路；22、安装部；23、中心电极；24、中心电极绝缘材料；25、喷油嘴外壳体；26、油束；51、柱塞；52、喷油器进油孔；71、针阀；72、针阀油腔；73、针阀弹簧。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一种集成电晕点火装置的柴油喷油器，应用于汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机中，由图1至图4所示，其包括通过进油口2与图中未示出的高压油轨17相连的柴油喷油器本体1，在柴油喷油器本体1内位于进油口2的下方设置有喷油器电磁阀10，在喷油器电磁阀10的下方则是设置在柴油喷油器本体1内的柱塞腔5，喷油器电磁阀10的控制线连接于设在柴油喷油器本体1上部外周面上的喷油器电磁阀插件线束3上，以与外部的控制单元连接而控制柱塞51与针阀71之间的通断。本实施例中为了喷油器后续使用维护中的方便，将柴油喷油器本体1的底部设置为可拆卸形式的喷油嘴6。喷油嘴6内部设置针阀腔7。柱塞腔5设置在喷油器本体1中，喷油器本体1中也与柱塞腔5相平行的设置有喷油器进油孔52，在柴油喷油器本体1的下部还设置有与柱塞腔5和针阀腔7相贯通的针阀油腔72，喷油器进油孔52用于连通进油口2和针阀油腔72，针阀油腔72的内径要稍大于柱塞腔5。喷油嘴6的底部呈尖头状，在其上均布有多个与针阀油腔72相连通的图中未示出的喷油孔。在柱塞腔5内活动设有柱塞51，在喷油嘴6内的针阀腔7内活动设置有针阀71，针阀71的上部进入针阀油腔72中，并在针阀71的顶部设置针阀弹簧73，柱塞51与针阀71均为铁质且分别以偶件形式与柱塞腔5、针阀腔7相结合，用于实现可靠的密封。在需要喷油的时刻，喷油器电磁阀10通电，在电磁力的吸合作用下，经柱塞51传导磁力而吸引针阀71克服针阀弹簧73弹力上移，针阀油腔72与喷油嘴6底部的喷油孔导通，用于实现进入针阀油腔72中的柴油经针阀71外缘的油道从喷油孔处高压喷射出去。喷射完成后，喷油器电磁阀10断电，柱塞51与针阀71之间的电磁力消失，在针阀弹簧73弹力作用下，针阀71回位，断开针阀油腔72与喷油孔间通路，喷油动作完毕。当然除了设置可拆卸连接的喷油嘴6形式，柴油喷油器本体1也可为一体式结构。
在柴油喷油器本体1的中部位于柱塞腔5壳体的外周面上涂覆有图中未示出的绝缘层，在该绝缘层上则缠制有线圈9，线圈9的上下两端分别设置有上端盖13和下端盖14，本实施例中上端盖13和下端盖14为集成在柴油喷油器本体1的外周面上，在上端盖13和下端盖14上也涂覆有绝缘层，以实现与线圈9之间的绝缘，在柴油喷油器本体1上位于上端盖13的上方还设置有与喷油器电磁阀插件线束3相类似的火花塞插件线束4，线圈9的上端接口即电连接于火花塞插件线束4上。在线圈9的外侧为固定在上端盖13和下端盖14上的外壳体11，外壳体11用来保护线圈9，以及用于喷油器在发动机缸盖上的安装。在外壳体11与线圈9之间还填充有绝缘材料12，绝缘材料12可为陶瓷、涂料或其他化合物。本实施例中绝缘材料12的厚度至少需为2.5mm，线圈9可采用铜合金材料，其应具有750微亨以上的电感，而涂覆的绝缘层的厚度则不应少于0.5mm。而柴油喷油器可通过常规的压块紧固方式安装在缸盖上，在柴油喷油器头部可设置喷油器压块安装位置，缸盖相应部位设置螺栓孔，用于紧固喷油器压块紧固螺栓，实现喷油器的紧固安装。为保证喷油器安装于汽缸上时的密封性，在外壳11的下部设置有外径稍小的安装部22，在安装部22的上端处设置有锥面16，锥面16可与设置在缸盖上的锥形配合面配合以在压块紧固作用下实现良好的密封作用。
在喷油嘴6的外周面上也涂覆有绝缘层，绝缘层的外侧则设置有中心电极23，中心电极23可为绕喷油嘴6外周面的圆筒状，在中心电极23的外侧也设置有喷油嘴外壳体25，喷油嘴外壳体25用于对中心电极23的保护，在喷油嘴外壳体25和中心电极23之间则填充有中心电极绝缘材料24，中心电极绝缘材料24实现中心电极23和喷油嘴外壳体25之间的绝缘，以使中心电极23和喷油嘴外壳体25之间形成一电容器，而喷油嘴外壳体25位于喷油嘴6顶部部位也设置成六角头，以方便使用工具进行可靠的拆卸和装配。中心电极绝缘材料24的材质可与绝缘材料12相同，可为陶瓷、涂料或其他化合物。中心电极23的上端在喷油嘴6连接至柴油喷油器本体1上时可与线圈9的下端接口电连接，而中心电极23下端在喷油嘴6的尖头状端头凸出，并设置有数量至少为一个的点火尖端8。
本实施例中点火尖端8为均布在喷油嘴6尖头状端头处的多个，点火尖端8用于在线圈9得电所提供的脉冲电能下对其周围的燃烧室空间瞬间电晕放电，绝大部分的放电能量可被燃烧室内的汽油混合气吸收，并且在点火尖端8的周围空间里能产生60000K高温的等离子体，从而可实现汽油混合气的快速燃烧。而传统的电极电弧点火形式中只有不足半数的放电能量可传入汽油混合气中，而且放电所产生的等离子体的温度也要低很多，绝大部分的放电能量都被用于对电极的加热，所以采用点火尖端8的脉冲电晕放电点火相比于传统的电极电弧点火形式可有更高的点火效率。而且为防止喷油孔所喷出的柴油油束26正对点火尖端8而造成点火尖端8发生烧蚀、积碳等问题，本实施例中多个点火尖端8与喷油孔所喷油束26间还呈如图5中所示的交叉分布形式，同时由于喷油嘴6在柴油喷油器本体1上的可拆卸性，也使得在点火尖端8失效时可通过单独更换喷油嘴6即可，避免了喷油器整体更换的麻烦。
实施例二
本实施例涉及一种集成电晕点火装置的柴油喷油器系统，应用于汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机中，本集成电晕点火装置的柴油喷油器系统中的集成电晕点火装置的柴油喷油器具有如实施例一中所述的集成电晕点火装置的柴油喷油器的结构，如图6所示，柴油喷油器本体1的进油口2与高压油轨17相连，喷油器电磁阀插件线束3电连接于ECU控制单元18，火花塞插件线束4电连接于控制电路21，控制电路21经由供能机构20提供电能，供能机构20可为电能存储变换装置，其本身可存储电能及对其电压进行变换，当然供能机构20也可通过与其电连接的蓄电池19对控制电路21直接供能。控制电路21由与其连接的ECU控制单元18控制，以在点火时刻使供能机构20的电能提供给线圈9，并由线圈9和中心电极23所构成的LC电路产生高频脉冲电流以在点火尖端8处产生电晕放电。柴油喷油器可由安装在压块安装部15处的图中未示出的喷油器压块紧固安装于发动机缸盖上。
使用本集成电晕点火装置的柴油喷油器系统的双燃料发动机在双燃料发动机低温冷起动或怠速状态时使用汽油点火燃烧模式，此时柴油喷油器本体1上的喷油器电磁阀10未通电，柴油喷油功能未启动，在ECU控制单元18的控制下，可按照标定的点火时刻由点火尖端8的电晕放电对进入发动机汽缸燃烧室内的汽油混合气进行点燃，实现发动机的着车。而在发动机处于中高速状态时，可采用汽油预混柴油压燃的燃烧模式，此时在ECU控制单元18的控制下，点火尖端8不通电，柴油喷油器本体1按标定值将高压柴油由喷油孔喷入汽缸燃烧室中，并在活塞压缩行程实现柴油的压燃并引燃汽油混合气，以实现发动机的正常运行。
Claims (7)
1.一种集成电晕点火装置的柴油喷油器，应用于汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机中，其包括具有与高压油轨相连的进油口的柴油喷油器本体，在柴油喷油器本体的底端设有喷油孔，在柴油喷油器本体内位于进油口与喷油孔之间还设有接受控制信号以使进油口所进柴油由喷油孔喷出的喷油机构，其特征在于：在所述柴油喷油器本体底部的外周面上呈绝缘状设置有中心电极，所述中心电极位于柴油喷油器本体喷油孔的一端设置有至少一个点火尖端，在柴油喷油器本体位于中心电极上方的外周面上还呈绝缘状缠制有与所述中心电极电连接的线圈，所述线圈由设置于柴油喷油器本体上方的火花塞插件线束电连接引出；所述喷油机构包括设置于柴油喷油器本体内部的连通进油口与喷油孔的腔体，在进油口的下端设置有喷油器电磁阀，所述腔体包括位于喷油器电磁阀下方的柱塞腔、与喷油孔相连通的针阀腔，以及位于柱塞腔和针阀腔之间的针阀油腔，所述柱塞腔内呈偶件形式设置有柱塞，所述针阀腔内呈偶件形式设置有弹性顶置于针阀油腔中的针阀；还包括设于柴油喷油器本体内的连通进油口与针阀油腔的喷油器进油孔。
2.根据权利要求1 所述的集成电晕点火装置的柴油喷油器，其特征在于：在所述柴油喷油器本体的外层涂覆有绝缘层，所述线圈缠制于绝缘层上，在线圈的外侧设置有包覆于其上的外壳体，所述外壳体与线圈之间设置有绝缘材料，在线圈的上下两端还分别设置有端盖，所述外壳体固连于端盖上。
3.根据权利要求2所述的集成电晕点火装置的柴油喷油器，其特征在于：所述柴油喷油器本体的底部为可拆卸连接的带有喷油孔的喷油嘴，所述针阀腔设于喷油嘴中，所述中心电极呈绝缘状设置于喷油嘴的外周面上。
4.根据权利要求3 所述的集成电晕点火装置的柴油喷油器，其特征在于：所述点火尖端与喷油孔所喷柴油油束间呈交叉分布。
5. 一种集成电晕点火装置的柴油喷油器系统，应用于汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机中，其包括与高压油轨相连的集成电晕点火装置的柴油喷油器，控制所述集成电晕点火装置的柴油喷油器运行的ECU 控制单元，其特征在于：还包括为所述集成电晕点火装置的柴油喷油器提供点火能量的供能机构，以及接收ECU 控制单元的信号以控制所述供能机构与集成电晕点火装置的柴油喷油器间通断的控制电路；所述的集成电晕点火装置的柴油喷油器为上述权利要求1 至4 中任一项所述的集成电晕点火装置的柴油喷油器，所述ECU控制单元电连接喷油器电磁阀，所述供能机构经由控制电路电连接火花塞插件线束。
6. 根据权利要求5 所述的集成电晕点火装置的柴油喷油器系统，其特征在于：所述供能机构为电能存储变换装置。
7.一种汽油预混、柴油压燃的双燃料发动机系统的集成电晕点火装置的柴油喷油器系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
a、发动机低温冷起动时，ECU 控制单元控制喷油器电磁阀不工作，喷油孔不喷油，供能机构连通线圈使点火尖端放电以点燃汽油混合气；
b、发动机正常运行时，ECU 控制单元控制集成电晕点火装置的柴油喷油器上的线圈不得电，并控制喷油机构喷油以使柴油压燃。
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