CN104500301A - 直喷压燃发动机及其冷启动方法 - Google Patents

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王志
王步宇
帅石金
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Abstract

本发明涉及发动机领域，特别提供一种直喷压燃发动机及其冷启动方法。本发动机包括喷油嘴和燃烧室，所述喷油嘴设置在所述燃烧室的上部，所述喷油嘴的周向上设有多个喷油孔；还包括预热塞，所述预热塞设置在所述燃烧室的上部，并位于两个所述喷油孔的喷射方向之间。喷油嘴喷雾结束时此处的混合气浓度接近理论空燃比，随着喷雾运动和缸内气体流动，当量比浓度的混合气区域出现在预热塞顶端周围，在发动机冷启动的首个循环中，预热塞加热周围的混合气，提升气体温度实现着火；同时由于喷油油束不碰到预热塞，避免大负荷时碰壁油膜燃烧产生碳烟排放。

Description

直喷压燃发动机及其冷启动方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，特别提供一种直喷压燃发动机及其冷启动方法。
背景技术
汽油直喷压燃发动机是一种新型内燃机，该发动机采用汽油压燃，相比于传统柴油燃烧，汽油压燃模式得益于汽油燃料的较长滞燃期，能够在着火前油气得到充分混合，既实现高热效率，又能大幅减少NOx和碳烟排放。尽管该模式在中高负荷能够较为稳定的运行，但是小负荷燃烧稳定性差，尤其冷启动是汽油直喷压燃发动机产业化的一大技术瓶颈。在没有冷启动辅助措施时，由于缸内气体温度低，汽油难以压燃着火。
预热塞作为传统柴油机上常用的冷启动辅助装置，能够在发动机启动时通电放热，使气缸内空气温度升高，柴油喷射后容易着火，实现冷机启动。但由于汽油的自燃性差，采用传统预热塞与燃烧系统的匹配和控制方法不适用于新型的汽油直喷压燃发动机。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种能够使汽油直喷压燃发动机在冷启动时缸内气体温度升高，实现稳定着火，从而保证发动机正常工作的问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种直喷压燃发动机，包括喷油嘴和燃烧室，所述喷油嘴设置在所述燃烧室的上部，所述喷油嘴的周向上设有多个喷油孔；
还包括预热塞，所述预热塞设置在所述燃烧室的上部，并位于相邻两个所述喷油孔所喷射出的喷油油束之间。
优选的，所述喷油嘴的顶端偏向所述喷油嘴，并向下倾斜。
优选的，所述预热塞顶端距离所述喷油嘴顶端10到60mm。
优选的，所述预热塞为电热塞。
优选的，还包括排气再循环系统(EGR)以及预热塞启动控制器，所述预热塞启动控制器用于控制所述预热塞的开启和关闭。
一种基于上述直喷压燃发动机的冷启动方法，预热塞启动控制器在发动机冷启动的第一个循环中控制所述预热塞开启，并且在发动机的第一个循环结束后控制所述预热塞关闭。
(三)有益效果
本发明提供了一种直喷压燃发动机，包括喷油嘴和燃烧室，所述喷油嘴设置在所述燃烧室的上部，所述喷油嘴的周向上设有多个喷油孔；还包括预热塞，所述预热塞设置在所述燃烧室的上部，并位于两个所述喷油孔的喷射方向之间，喷油嘴喷雾结束时此处的混合气浓度接近理论空燃比，随着喷雾运动和缸内气体流动，当量比浓度的混合气区域出现在预热塞顶端周围，在发动机冷启动的首个循环中，预热塞加热周围的混合气，提升气体温度实现着火；同时由于喷油油束不碰到预热塞，避免大负荷时碰壁油膜燃烧产生碳烟排放。
附图说明
图1是本发明实施例一种直喷压燃发动机的侧视图；
图2是本发明实施例一种直喷压燃发动机的俯视图。
附图标记：
1、喷油嘴；2、燃烧室；3、预热塞；4、喷油油束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1和图2所示，本发明实施例一提供了一种直喷压燃发动机，包括喷油嘴1和燃烧室2，所述喷油嘴1设置在所述燃烧室2的上部，所述喷油嘴1的周向上设有多个喷油孔；还包括预热塞3，所述预热塞3设置在所述燃烧室2的上部，并位于相邻两个所述喷油孔所喷射出的喷油油束4之间，优选的预热塞3位于相邻两束喷油油束3之间的角平分线上。
所述预热塞的顶端偏向所述喷油嘴1，并向下倾斜，由于发动机的喷油嘴均为斜向下喷射，这样预热塞3的顶端靠近喷油孔，而喷油孔中喷射的油雾呈放射状，喷油油束4的初始端为细束，由此预热塞3的顶端能够通过近距离热辐射加热喷油油束4却不会触碰到喷油油束4；喷油油束4的远端较为分散，而预热塞3的底端连接部相对远离喷油油束4，在加热的同时避免与喷油油束4接触；应当说明的是，上述只描述了预热塞3的顶端和底端，而该预热塞3的整体均为依据上述原理相对于喷油油束设置，能够对喷油油束4形成良好的加热又不会触碰到喷油油束4。
并且预热塞3靠近喷油嘴1设置，优选距离喷油嘴1在10-60mm之间，喷油嘴1喷雾结束时此处的混合气浓度接近理论空燃比，容易燃烧。预热塞3和喷油嘴1之间距离过近难以避免油束碰到预热塞3，距离过远则混合气浓度过稀，难以着火。只有距离在此范围内，才能保证最佳预热效果。
在汽油直喷压燃发动机中，往往会在接近压缩上止点时进行一次喷油，喷油过程结束后，油束挥发并在缸内涡流以及活塞运动引起的气体流动的共同作用下和缸内气体混合，运动到预热塞3顶端周围。而预热塞3和喷油嘴1位置接近，保证预热塞3顶端周围混合气浓度不会过稀，保持当量比浓度。
在发动机冷启动的首个循环中，预热塞3加热周围的混合气，提升气体温度实现着火；同时由于喷油油束4不碰到预热塞3，避免在大负荷时，喷油油束4喷射到预热塞3上形成油膜而在燃烧时产生碳烟。
预热塞3可以是预热塞3为电热塞，直喷压燃发动机还包括排气再循环系统(EGR)以及预热塞启动控制器，预热塞启动控制器用于控制所述预热塞3的开启和关闭。在冷启动时，采用如下一种基于上述直喷压燃发动机的冷启动方法启动：预热塞启动控制器在发动机启动的第一个循环中控制所述预热塞3开启，并且在发动机第一个循环结束后控制所述预热塞3关闭，由此可以保持预热塞3的使用寿命。
其中，预热塞3具体可采用电热塞，预热塞启动控制器通过控制电热塞的电源通断来控制其启动。
在进入第二个循环关闭预热塞3后，采用内部EGR技术，缸内存留大量第一个循环燃完的高温废气，通过排气再循环管路，将部分高温废气注入到发动机中，使得下一个循环中缸内直喷的汽油在高温氛围中可靠自燃。
另外，在发动机启动时可根据曲轴转速传感器提供的发动机开始工作的信号，以及进气温度传感器信息来控制预热塞3的启动。当进气温度低于15摄氏度时，燃烧室2内混合气难以正常着火，发动机无法正常启动时，此时通过预热塞3在发动机的第一个循环加热。根据转速传感器的信号确定发动机进入第二个循环，预热塞3停止工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种直喷压燃发动机，包括喷油嘴(1)和燃烧室(2)，其特征在于，所述喷油嘴(1)设置在所述燃烧室(2)的上部，所述喷油嘴(1)的周向上设有多个喷油孔；
还包括预热塞(3)，所述预热塞(3)设置在所述燃烧室(2)的上部，并位于相邻两个所述喷油孔所喷射出的喷油油束(4)之间。
2.根据权利要求1所述的直喷压燃发动机，其特征在于，所述喷油嘴的顶端偏向所述喷油嘴(1)，并向下倾斜。
3.根据权利要求2所述的直喷压燃发动机，其特征在于，所述预热塞(3)的顶端距离所述喷油嘴(1)的顶端10-60mm之间。
4.根据权利要求1所述的直喷压燃发动机，其特征在于，所述预热塞(3)为电热塞。
5.根据权利要求1所述的直喷压燃发动机，其特征在于，还包括排气再循环系统以及预热塞启动控制器，所述预热塞启动控制器用于控制所述预热塞(3)的开启和关闭。
6.一种基于权利要求5所述的直喷压燃发动机的冷启动方法，其特征在于，预热塞启动控制器在发动机冷启动的第一个循环中控制所述预热塞(3)开启，并且在发动机的第一个循环结束后控制所述预热塞(3)关闭。
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