CN106368806A - 发动机、燃料喷射方法及汽车 - Google Patents

Abstract

一种发动机、燃料喷射方法及汽车，其中发动机包括气缸，以及与气缸连通的进气道；还包括：缸内直喷燃气喷射器，位于进气道外、且固设于气缸的缸盖上，缸内直喷燃气喷射器的喷射口伸入气缸内，用于向气缸内喷射燃气；气道喷油器，用于向进气道内喷射燃油，喷射的燃油通过进气道进入气缸内。缸内直喷燃气喷射器喷射的燃气不会占用进气道空间，可以保证进气量和燃气量，以获得较好的燃烧效率。

Description

发动机、燃料喷射方法及汽车

技术领域

本发明涉及车辆领域，具体涉及一种发动机、燃料喷射方法及汽车。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展，世界性石油资源短缺和环境污染等问题日益严重，迫使人们不断探寻能够替代石油作为汽车燃料的新能源。在将来，电能、太阳能以及氢能等有可能作为汽车燃料被普遍应用，但是依据当前的技术水平，在目前较长一段时间内，天然气、液化石油气等燃气类燃料将是最为现实和技术上比较成熟的替代燃料。

其中，天然气是世界上公认的优质燃料之一，它燃烧稳定、安全，即使有少量泄露也会很快升空挥发，而不会滞留形成可燃混合气，因此，近年来国内外都在大力发展采用压缩天然气作为燃料的压缩天然气汽车。压缩天然气汽车具有污染少、安全性高、抗爆震性能好、经济性好等特点，对于改善我国环境污染严重的现状，改善我国能源短缺的现状具有十分重要的战略意义和现实意义。

现有一种天然气发动机，其将用于喷射天然气的燃气喷射器安装在进气道内，喷射的天然气会占用进气道空间。尤其是当发动机处于大负荷工况运行时，需要的进气量较大，而由于天然气占用了进气道空间，将影响进气量，进而影响发动机的进气效率。

发明内容

本发明解决的问题是现有天然气发动机在喷射时天然气占用进气道，影响进气量，从而影响发动机的进气效率。

为解决上述问题，本发明提供一种发动机，包括气缸，以及与所述气缸连通的进气道；还包括：缸内直喷燃气喷射器，位于所述进气道外、且固设于所述气缸的缸盖上，所述缸内直喷燃气喷射器的喷射口伸入所述气缸内，用于向所述气缸内喷射燃气；气道喷油器，用于向所述进气道内喷射燃油，喷射的燃油通过所述进气道进入所述气缸内。

可选的，所述气缸外还设有与所述缸内直喷燃气喷射器连通的气轨，用于向所述缸内直喷燃气喷射器输送燃气。

可选的，所述气轨通过燃气管与燃气储气罐连通；所述燃气管中设有减压阀，用于降低进入所述燃气管中的燃气的气流压力。

可选的，所述减压阀与所述气轨之间还设有稳压腔，用于吸收燃气的气流波动，使得进入所述气轨的燃气压力保持稳定；所述燃气依次经过所述减压阀、所述稳压腔后进入所述气轨。

可选的，所述燃气管中还设有流量计，用于监测燃气的流量。

可选的，还包括进气管路，通过所述进气道与所述气缸连通；所述进气管路包括相互连接并连通的进气管和进气歧管，所述进气歧管与所述进气道连通；所述气道喷油器固设于所述进气歧管，所述气道喷油器的喷嘴伸入所述进气道。

可选的，所述进气管中沿进气方向依次设有空滤和节气门。

可选的，还包括与所述气道喷油器连通的油轨，所述油轨通过供油管与燃油箱连通，所述供油管中设有油泵，用于将燃油从所述燃油箱中抽向所述油轨。

可选的，还包括与所述气缸连通的排气管，所述排气管中沿排气方向依次设有尾气净化催化装置和消音器。

可选的，所述燃气为天然气或人工燃气。

本发明还提供一种用于上述任一项所述的发动机的燃料喷射方法，当所述发动机在不大于50％负荷的工况运行时：在进气冲程中、当曲轴转角处于压缩上止点前360度～300度之间时，控制所述缸内直喷燃气喷射器向所述气缸内喷射燃气，以在所述气缸内形成燃气混合气；在压缩冲程中、当曲轴转角处于压缩上止点前0度～60度之间时，控制所述气道喷油器向所述气缸内喷射燃油，以在所述气缸内形成上层以燃油为燃料、下层以燃气为燃料的混合气。

可选的，当所述发动机在大于50％负荷的工况运行时：在进气冲程中、当曲轴转角处于压缩上止点前360度～300度之间时，以及在压缩冲程中、曲轴转角处于压缩上止点前0度～60度之间时，分别控制所述缸内直喷燃气喷射器向所述气缸内喷射燃气，以在所述气缸内形成上层浓度较高、下层浓度较稀的燃气混合气。

可选的，当所述发动机在启动工况、怠速工况或加速工况、加载工况运行时：在进气冲程中、当曲轴转角处于压缩上止点前360度～300度之间时，以及在压缩冲程中、曲轴转角处于压缩上止点前0度～60度之间时，分别控制所述气道喷油器向所述气缸内喷射燃油，以在所述气缸内形成上层浓度较高、下层浓度较稀的燃油混合气。

本发明还提供一种汽车，其包括上述任一项所述的发动机。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

将缸内直喷燃气喷射器设于缸盖上，其喷射的燃气(如天然气等)不会占用进气道空间，例如在发动机大负荷(大于50％负荷)的工况运行时，需要的进气量和燃气量都较大，此时进气道和缸内直喷燃气喷射器互不影响，可以保证进气量和燃气量，以获得较好的燃烧效率。

发动机上还设有气道喷油器，用于喷射燃油，燃油可以作为辅助燃料，配合燃气用于发动机的不同运行工况，或者在燃气用尽时作为燃料，保证发动机的正常工作。

附图说明

图1是本发明实施例的发动机的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种发动机，参照图1，包括气缸10、与气缸10连通的进气道20，用于喷射燃气的缸内直喷燃气喷射器31，以及用于喷射燃油的气道喷油器41。缸内直喷燃气喷射器31位于进气道20外、且固设于气缸10的缸盖(图中未标注)上，燃气喷射器31的喷射口伸入气缸10内，用于向气缸10内喷射燃气。气道喷油器41用于向进气道20内喷射燃油，喷射的燃油通过进气道20进入气缸10内。此处所说的燃气，即气体燃料，可以是天然气、人工燃气等。燃油，即液体燃料，如汽油等。

本实施例中，将缸内直喷燃气喷射器设于缸盖上，其喷射的燃气(如天然气等)不会占用进气道空间，例如在发动机大负荷(发动机实际负荷大于发动机最大负荷的50％)的工况运行时，需要的进气量和燃气量都较大，此时进气道和缸内直喷燃气喷射器互不影响，可以保证进气量和燃气量，以保证燃烧效率，使得发动机在大负荷工况运行时能够提供足够的动力。燃油可以作为辅助燃料，配合燃气用于发动机的不同运行工况，或者在燃气用尽时作为燃料，保证发动机的正常工作。相对于燃气而言，燃油的膨胀率要小得多，因此，虽然气道喷油器41向进气道20内喷射燃油时，也会占用一定的进气道空间，但是相对于燃气而言，其占用的空间要小得多，几乎不会对进气道的进气量造成影响。

如图1，气缸10外还设有与缸内直喷燃气喷射器31连通的气轨32，用于向缸内直喷燃气喷射器31输送燃气。气轨32在一方面与缸内直喷燃气喷射器31固定连接并连通，在另一方面通过燃气管33与燃气储气罐34连通。

对于不同的发动机而言，缸内直喷燃气喷射器31的数量可以不同，一般来说，缸内直喷燃气喷射器31的数量与发动机中的气缸10数目匹配，每个气缸至少配备一个缸内直喷燃气喷射器31。本实施例中，发动机为四缸发动机，则缸内直喷燃气喷射器31的数量也可以为四个，分别对应四个气缸，如图1所示。

燃气储气罐34用于储存压缩燃气，当压缩燃气释放进入燃气管33时，压力非常高，为了避免给气轨32造成过大的压力，本实施例在燃气管33中设有减压阀35，用于降低进入燃气的气流压力。压缩燃气在流出燃气储气罐34后，先通过减压阀35，由减压阀35对高压燃气进行减压、燃后再流向气轨32。

当燃气经过减压阀35进行减压后，气流尚不稳定，仍存在波动，因此本实施例还设置有稳压腔36，用于吸收燃气的气流波动，使得进入气轨32的燃气压力保持稳定，燃气依次经过减压阀35、稳压腔36后进入气轨32。其中，稳压腔36可以设置在燃气管33中，也可以设置在燃气管33外并与燃气管33连通，只要使得从减压阀35中流出的燃气先进入稳压腔36后再进入气轨32即可。

本实施例中，燃气管33分为两根，分别是用于与气轨32连通的第一燃气管33a和与燃气储气罐34连通的第二燃气管33b，稳压腔36位于第一燃气管33a和第二燃气管33b之间且分别与第一燃气管33a、第二燃气管33b连通。燃气从减压阀35流出后，通过第二燃气管33b进入稳压腔36，经过稳压后再通过第一燃气管33a进入气轨32。在其他实施例中，稳压腔36也可以设置在气轨32和第一燃气管33a之间。

另外，燃气管33中还设有流量计37，用于监测燃气的流量。流量计37可以设于燃气管33中的任何一个位置，本实施例中将流量计37放置在减压阀35和稳压腔36之间。

继续参照图1，进气道20与进气管路连接，进气管路包括相互连接并连通的进气管21和进气歧管22，进气管21通过进气歧管22与进气道20、气缸10连通。进气管21中沿进气方向依次设有空滤23和节气门24。其中，空滤23用于清除空气中的微粒杂质，节气门24用于控制进气量。进气时，空气进入进气管21后、依次经过空滤23、节气门24后进气歧管22，然后进入进气道20，最后进入气缸10。

气道喷油器41固设于进气歧管22上，其喷嘴伸入进气道20内。同时，气道喷油器41与油轨42连通，油轨42用于向所述气道喷油器41输送燃油。油轨42通过供油管43与燃油箱44连通，供油管43中设有油泵45，用于将燃油从燃油箱44中抽向油轨42。其中，燃油箱44用于储存液体燃料，例如汽油等。

与缸内直喷燃气喷射器31的设置一样，气道喷油器41的数量也与气缸的数目匹配，每个气缸至少配备一个气道喷油器41。本实施例中，气道喷油器41为四个，分别对应四个气缸10。

如图1，本实施例的发动机还包括与气缸10连通的排气管50，排气管50中沿排气方向依次设有尾气净化催化装置51和消音器52。其中，尾气净化催化装置51用于对经由排气管50排出有害气体进行处理，例如使一氧化碳发生氧化反应变成二氧化碳等，从而消除尾气污染。消音器52用于消除排气管50中的空气动力性噪声，减小噪音污染。

本实施例还提供一种汽车，其包括上述任一项所述的发动机。

本发明实施例还提供一种用于上述任一种同时包括气道喷油器和缸内直喷燃气喷射器的发动机的燃料喷射方法，根据不同的发动机运行工况采用不同的喷射模式，具体如下：

(1)当发动机在不大于50％负荷的工况运行时，此时的运行工况称为小负荷工况：

进气冲程中，在进气冲程初期，也就是当曲轴转角处于压缩上止点前约360度～300度之间时，控制缸内直喷燃气喷射器31向气缸10内喷射燃气，以在气缸10内形成燃气混合气；

压缩冲程中，在压缩冲程末期，也就是当曲轴转角处于压缩上止点前约0度～60度之间时，控制气道喷油器41向气缸10内喷射燃油。通过两次喷射，以在气缸10内形成上层以燃油为燃料、下层以燃气为燃料的混合气。

当发动机小负荷运行时，发动机以燃气、燃油作为混合燃料，并分别控制发动机进行两次燃料喷射，第一次喷射燃气，第二次喷射燃油，最后在气缸10中形成上燃油、下燃气的混合气。由于燃油(例如汽油)比较容易点燃且燃烧速度较快，这样一方面可以利用燃油进行点燃来提高整个气缸内的混合气的燃烧速度，提高发动机动态响应性，另一方面利用燃气进行燃烧以提供动力，以减小排放污染。

(2)当发动机在大于50％负荷的工况运行时，此时的运行工况称为大负荷工况：

进气冲程中，在进气冲程初期，也就是当曲轴转角处于压缩上止点前约360度～300度之间时，控制缸内直喷燃气喷射器31向气缸10内第一次喷射燃气；

压缩冲程中，在压缩冲程末期，也就是当曲轴转角处于压缩上止点前约0度～60度之间时，控制缸内直喷燃气喷射器31向气缸10内第二次喷射燃气。通过两次喷射燃气，以在气缸10内形成上层浓度较高、下层浓度较稀的燃气混合气。

当发动机大负荷运行时，需要的燃料较多，产生的尾气也较多。此时，控制气道喷油器41不喷射燃油，发动机以燃气作为全部燃料，并分别控制发动机进行两次燃气喷射，最后在气缸10中形成上浓、下稀的燃气混合气，以利于混合气的燃烧。此时气缸10中的燃料全部为燃气，燃烧产物中的污染物较少。

(3)当发动机在启动工况(车辆刚点火完成、尚未挂挡时)、怠速工况(车辆空挡运行时)或加速工况(需要发动机增加输出转速的工况)、加载工况(需要发动机增加输出扭矩的工况)运行时：

进气冲程中，在进气冲程初期，也就是当曲轴转角处于压缩上止点前约360度～300度之间时，控制气道喷油器41向气缸10内第一次喷射燃油；

压缩冲程中，在压缩冲程末期，也就是当曲轴转角处于压缩上止点前约0度～60度之间时，控制气道喷油器41向气缸10内第二次喷射燃油。通过两次燃油喷射，最后在气缸10内形成上层浓度较高、下层浓度较稀的燃油混合气。

当发动机在启动工况、怠速工况或加速工况、加载工况运行时，需要的燃料较少，产生的尾气也较少，不管用燃气还是燃油作为燃料，所造成的排放污染均比较小。但是由于喷射的燃料较少，发动机的动态响应会受到影响，容易出现燃烧不及时或不稳定的问题。此时控制缸内直喷燃气喷射器31不喷射燃气，发动机以燃油作为全部燃料，并分别控制发动机进行两次燃油喷射，最后在气缸10中形成上浓、下稀的燃油混合气。相对于燃气而言，燃油(例如汽油)燃烧较快，可以较好地保证发动机的动态响应，并获得较好的燃烧稳定性，避免由于燃气不能及时燃烧而导致的发动机动态响应延迟和燃烧不稳定。

另外，当燃气储气罐34中没有燃气时，可以在所有工况采用气道喷油器41喷射燃油，采用燃油作为发动机的燃料，以保证车辆的正常行驶。

本发明的燃料喷射方法可以适用于多种发动机，例如自然吸气发动机和增压发动机。对于自然吸气发动机，发动机的负荷大小也可以根据进气歧管的压力来判断，例如当进气歧管的绝对压力大于70kpa时可以认为是大负荷，反之则为小负荷。对于增压发动机，负荷大小也可以根据进气歧管的压力来判断，例如当进气歧管的绝对压力大于100kpa时可以认为是大负荷，反之则为小负荷。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种发动机，包括气缸，以及与所述气缸连通的进气道；

其特征在于，还包括：

缸内直喷燃气喷射器，位于所述进气道外、且固设于所述气缸的缸盖上，所述缸内直喷燃气喷射器的喷射口伸入所述气缸内，用于向所述气缸内喷射燃气；

气道喷油器，用于向所述进气道内喷射燃油，喷射的燃油通过所述进气道进入所述气缸内。

2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述气缸外还设有与所述缸内直喷燃气喷射器连通的气轨，用于向所述缸内直喷燃气喷射器输送燃气。

3.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述气轨通过燃气管与燃气储气罐连通；

所述燃气管中设有减压阀，用于降低进入所述燃气管中的燃气的气流压力。

4.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述减压阀与所述气轨之间还设有稳压腔，用于吸收燃气的气流波动，使得进入所述气轨的燃气压力保持稳定；

所述燃气依次经过所述减压阀、所述稳压腔后进入所述气轨。

5.如权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述燃气管中还设有流量计，用于监测燃气的流量。

6.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括进气管路，通过所述进气道与所述气缸连通；

所述进气管路包括相互连接并连通的进气管和进气歧管，所述进气歧管与所述进气道连通；

所述气道喷油器固设于所述进气歧管，所述气道喷油器的喷嘴伸入所述进气道。

7.如权利要求6所述的发动机，其特征在于，所述进气管中沿进气方向依次设有空滤和节气门。

8.如权利要求6所述的发动机，其特征在于，还包括与所述气道喷油器连通的油轨，所述油轨通过供油管与燃油箱连通，所述供油管中设有油泵，用于将燃油从所述燃油箱中抽向所述油轨。

9.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，还包括与所述气缸连通的排气管，所述排气管中沿排气方向依次设有尾气净化催化装置和消音器。

10.如权利要求1-9任一项所述的发动机，其特征在于，所述燃气为天然气或人工燃气。

11.一种用于权利要求1-10任一项所述的发动机的燃料喷射方法，其特征在于，当所述发动机在不大于50％负荷的工况运行时：

在进气冲程中、当曲轴转角处于压缩上止点前360度～300度之间时，控制所述缸内直喷燃气喷射器向所述气缸内喷射燃气，以在所述气缸内形成燃气混合气；

在压缩冲程中、当曲轴转角处于压缩上止点前0度～60度之间时，控制所述气道喷油器向所述气缸内喷射燃油，以在所述气缸内形成上层以燃油为燃料、下层以燃气为燃料的混合气。

12.如权利要求11所述的燃料喷射方法，其特征在于，当所述发动机在大于50％负荷的工况运行时：

在进气冲程中、当曲轴转角处于压缩上止点前360度～300度之间时，以及在压缩冲程中、曲轴转角处于压缩上止点前0度～60度之间时，分别控制所述缸内直喷燃气喷射器向所述气缸内喷射燃气，以在所述气缸内形成上层浓度较高、下层浓度较稀的燃气混合气。

13.如权利要求11所述的燃料喷射方法，其特征在于，当所述发动机在启动工况、怠速工况或加速工况、加载工况运行时：

在进气冲程中、当曲轴转角处于压缩上止点前360度～300度之间时，以及在压缩冲程中、曲轴转角处于压缩上止点前0度～60度之间时，分别控制所述气道喷油器向所述气缸内喷射燃油，以在所述气缸内形成上层浓度较高、下层浓度较稀的燃油混合气。

14.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的发动机。