CN113250807B - 一种用于车辆的预燃室发动机系统及其控制方法和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于车辆的预燃室发动机系统及其控制方法和车辆,涉及车辆的发动机技术领域。预燃室发动机系统包括:汽缸,其内部设置主燃烧室,所述汽缸上开设贯通所述汽缸内外的取气道;夹气喷射点火系统,包括储气罐、喷油器和预燃烧室,所述储气罐与所述取气道和所述喷油器均连通,所述汽缸中的压缩气体通过所述取气道进入所述储气罐中,所述喷油器用于将所述储气罐中的压缩气体喷射进所述预燃烧室中。本发明提供的预燃室发动机系统无需额外添加空气加压设备即可解决发动机启动工况点火不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及车辆的发动机技术领域,特别是涉及一种用于车辆的预燃室发动机系统及其控制方法和车辆。
背景技术
追求高热效是今后汽油机的发展方向,特别是混动专用发动机。均质超稀薄燃烧、强湍流快速燃烧技术被公认为是提高汽油机热效率的有效途径,但是,传统的点火系统不能满足均质超稀薄混合气点火要求,可靠的新型点火系统迫在眉睫。预燃室内采用传统火花塞点火,成本低,技术成熟。其点火能量大,能有效点燃λ>2超稀薄混合气,适宜应用于均质超稀薄燃烧发动机,具有很广泛的应用前景。各个主机厂、咨询公司积极开发应用于超高效汽油发动机的预燃室点火系统;梅赛德斯奔驰先后在2014年将预燃室点火系统应用于F1赛车发动机,2015年应用于法拉利发动机。2016年应预燃室点火系统被应用于加拿大雷诺发动机。Mahle的预燃室点火系统有助于在汽油发动机中实现超稀燃,提高热效率并减少氮氧化物和颗粒物等污染物的排放。IAV在第39届国际维也纳发动机研讨会上展示了正在开发的预燃室点火系统,WLTC循环主动的预燃室点火系统能节油8%。
但是预燃室点火技术的应用也存在着很大的挑战,主要是因为在发动机冷启动时,预燃室内的油气雾化混合不好,造成启动工况点火不稳定。常用的解决方案是给预燃室点火系统添加空气辅助喷射,在冷启动时,喷入预燃室内的是已经混合好的燃油和空气的混合气,可以提升预燃室点火系统在冷启动工况的点火能力,满足发动机运行要求。添加空气辅助喷射系统的难点在于压缩空气的获取,通常喷入预燃室的压缩空气压力在5~6bar,因此需要额外增加空气泵等加压设备,造成系统复杂,成本增加。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是提供一种无需额外添加空气加压设备即可解决发动机启动工况点火不稳定的问题的预燃室发动机系统。
本发明第一方面的进一步的目的是提供一种可以有效提升发动机效率的预燃室发动机系统。
本发明第二方面的目的是提供一种用于预燃室发动机系统的控制方法。
本发明第三方面的目的是提供一种包括无需额外添加空气加压设备的预燃室发动机系统的车辆。
根据上述第一方面,本发明提供了一种用于车辆的预燃室发动机系统,包括:
汽缸,其内部设置主燃烧室,所述汽缸上开设贯通所述汽缸内外的取气道;
夹气喷射点火系统,包括储气罐、喷油器和预燃烧室,所述储气罐与所述取气道和所述喷油器均连通,所述汽缸中的压缩气体通过所述取气道进入所述储气罐中,所述喷油器用于将所述储气罐中的压缩气体喷射进所述预燃烧室中。
可选地,所述储气罐内设置压力传感器,所述压力传感器用于检测所述储气罐中压缩气体的气压,所述储气罐通过管道与所述取气道连通,所述管道上设置有开关阀,所述汽缸和所述开关阀配置成受控地根据所述压力传感器的压力信号进行工作。
可选地,当所述储气罐中的气压小于等于第一预设值时,所述汽缸配置成停止工作,所述开关阀配置成开启所述汽缸中的压缩气体流向所述储气罐并储存;
当所述气压大于等于第二预设值时,所述汽缸配置成重新开启,所述开关阀配置成关闭,所述压缩气体经所述喷油器喷入所述预燃烧室中。
可选地,所述开关阀为单向控制阀,所述单向控制阀配置成允许所述压缩气体从所述汽缸流向所述储气罐。
可选地,所述取气道设置于所述汽缸的汽缸盖处。
可选地,所述取气道位于所述发动机的主燃烧室的顶面。
可选地,所述取气道的横截面的直径为0.5-2mm中的任意一值。
可选地,所述第一预设值为5-15bar中的任意一值。
可选地,所述第一预设值为16-30bar中的任意一值。
根据上述第二方面,本发明还提供了一种预燃室发动机系统的控制方法,包括:
检测所述储气罐中的压缩气体的气压;
当所述气压小于等于第一预设值时,控制所述汽缸停止工作且所述汽缸中的压缩气体流向所述储气罐;
当所述气压大于等于第二预设值时,控制所述汽缸重新工作且所述汽缸中的压缩气体不再流向所述储气罐;
所述储气罐中的压缩气体经所述喷油器喷入所述预燃烧室中。
根据上述第三方面,本发明还提供了一种所述的预燃室发动机系统。
本发明提供的用于预燃室发动机系统包括汽缸和夹气喷射点火系统,汽缸上开设取气道,夹气喷射点火系统包括储气罐、喷油器和预燃烧室,夹气喷射点火系统通过取气道将汽缸中的压缩空气取出,从而提高喷入预燃烧室中的压缩气体的压力,解决预燃烧室中油气雾化混合不充分导致发动机启动工况点火不稳定的技术问题,利用发动机汽缸内的压缩气体实现预燃烧室点火夹气喷射的功能,无需额外增加空气加压装置,对发动机结构改变小,应用成本较低。
进一步地,当储气罐中的气压小于等于第一预设值时,汽缸配置成停止工作,开关阀配置成开启汽缸中的压缩气体流向储气罐并储存;当气压大于等于第二预设值时,汽缸配置成重新开启,开关阀配置成关闭,压缩气体经喷油器喷入预燃烧室中。在一个具体的实施例中,当储气罐中的气压小于第一预设值时,控制一个汽缸停缸,打开开关阀,使该汽缸中的压缩气体流入储气罐中,通过压力传感器实时检测储气罐中的气压,当气压大于等于第二预设值时,关闭开关阀,汽缸重新工作。如此,可以提升发动机的效率。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述,本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解,这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的预燃室发动机系统的结构示意图;
图2是根据本发明一个实施例的用于车辆的预燃室发动机系统的夹气喷射点火系统的结构示意图;
图3是根据本发明一个实施例的预燃室发动机系统的控制方法的流程框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的预燃室发动机系统的结构示意图。图2是根据本发明一个实施例的用于车辆的预燃室发动机系统的夹气喷射点火系统的结构示意图。如图1所示,其中箭头表示气体流向,本发明提供了一种用于车辆的预燃室发动机系统,包括:中冷器14、节气门15、压气机16、进气歧管12、排气歧管13、涡轮机17、排放后处理系统18。压气机16和涡轮机17构成普通涡轮增压器,带废气旁通阀。发动机正常的工作过程是汽缸11内主燃烧室112中燃烧后排出的废气推动涡轮机17排气端的涡轮叶轮使之旋转,由此便能带动与之相连的另一侧的压气机16叶轮也同时转动。压气机16叶轮把空气从进风口强制吸进,并经叶片的旋转压缩后,再进入管径越来越大的扩压通道流出,这些经压缩的空气被注入汽缸11内燃烧。增压系统中设有中冷器14,以此降低被压缩空气的温度、提高密度,防止发动机产生爆震。被冷却后的空气经进气歧管12进入汽缸11,参与燃烧做功。燃烧后的废气从排气歧管13排出,进入涡轮机17,再循环往复。汽缸11的内部设置主燃烧室112,汽缸11上开设贯通汽缸11内外的取气道111。夹气喷射点火系统20包括储气罐21、喷油器23和预燃烧室22,储气罐21与取气道111和喷油器23均连通,汽缸11中的压缩气体通过取气道111进入储气罐21中,喷油器23用于将储气罐21中的压缩气体喷射进预燃烧室22中。在发动机冷启动时,预燃烧室22内的油气雾化混合不充分,造成发动机启动工况点火工况不稳定,为了解决这一问题,如图2所示,本实施例提供的预燃室发动机系统还包括汽缸11和夹气喷射点火系统20,发动机汽缸11上开设取气道111,夹气喷射点火系统20包括储气罐21、喷油器23和预燃烧室22,夹气喷射点火系统20通过取气道111将汽缸11中的压缩空气取出,从而提高喷入预燃烧室22中的压缩气体的压力,解决预燃烧室22中油气雾化混合不充分导致发动机启动工况点火不稳定的技术问题,利用发动机汽缸11内的压缩气体实现预燃烧室22点火夹气喷射的功能,无需额外增加空气加压装置,对发动机结构改变小,应用成本较低。
在一个具体的实施例中,汽缸11的数量有多个,夹气喷射点火系统20包括一个储气罐21、多组喷油器23和多个预燃烧室22,多组喷油器23和多个预燃烧室22共用一个储气罐21,一个汽缸11对应设置一组喷油器23和一个预燃烧室22。当然,在其他实施例中,储气罐21的数量也可以为多个,例如一组喷油器23和一个预燃烧室22使用一个储气罐21。具体储气罐21的数量可以平衡车辆的需要和空间等多方面因素后设计。
在一个具体的实施例中,储气罐21内设置压力传感器24,压力传感器24用于检测储气罐21中压缩气体的气压,储气罐21通过管道与取气道111连通,管道上设置有开关阀25,汽缸11和开关阀25配置成受控地根据压力传感器24的压力信号进行工作。在该实施例中,从取气道111流出的压缩气体存储在储气罐21中,可以采用延时喷射,从而可以进一步保证喷入预燃烧室22中的压缩气体的压力。
在一个优选的实施例中,当储气罐21中的气压小于等于第一预设值时,汽缸11配置成停止工作,开关阀25配置成开启汽缸11中的压缩气体流向储气罐21并储存;当气压大于等于第二预设值时,汽缸11配置成重新开启,开关阀25配置成关闭,压缩气体经喷油器23喷入预燃烧室22中。在一个具体的实施例中,当储气罐21中的气压小于第一预设值时,控制一个汽缸11停缸,打开开关阀25,使该汽缸11中的压缩气体流入储气罐21中,通过压力传感器24实时检测储气罐21中的气压,当气压大于等于第二预设值时,关闭开关阀25,汽缸11重新工作。如此,可以提升发动机的效率。
在一个优选的实施例中,开关阀25为单向控制阀,单向控制阀配置成允许压缩气体从汽缸11流向储气罐21,该单向控制阀可以防止储气罐21中的压缩气体回流至汽缸11。
在一个具体的实施例中,取气道111设置于汽缸11的汽缸11盖处。
在一个具体的实施例中,取气道111位于发动机的主燃烧室112的顶面。
在一个具体的实施例中,取气道111的横截面的直径为0.5-2mm中的任意一值,优选地,取气道111横截面的直径为1mm。
在一个具体的实施例中,第一预设值为5-15bar中的任意一值,优选地,第一预设值为10bar。
在一个具体的实施例中,第一预设值为16-30bar中的任意一值,优选地,第二预设值为20bar。
在一个具体的实施例中,夹气喷射点火系统20经取气道111从发动机的其中一个汽缸11取点火喷油前的压缩空气。由单向控制阀控制压缩空气的流通,从汽缸11取出的压缩空气由储气罐21进行储存,并供给喷油器23。储气罐21设置有压力传感器24,当储气罐21内空气压力小于10bar,发动机控制器19控制汽缸11内不喷油,同时单向控制阀打开,储气罐21与汽缸11连通,汽缸11内被活塞压缩后的空气进入储气罐21;当储气罐21内压力大于20bar时,单向控制阀关闭,汽缸11正常喷油点火。储气罐21内的压缩空气供给给喷油器23,喷油器23内燃油和空气混合,喷入预燃烧室22内。
图3是根据本发明一个实施例的预燃室发动机系统的控制方法的流程框图。如图3所示,本发明还提供了一种上述任意一个实施例提供预燃室发动机系统的控制方法,其一般性地包括:
S10:检测储气罐21中的压缩气体的气压;
S20:判断气压是否小于等于第一预设值,若是进入步骤S30,否则返回S10;
S30:控制汽缸11停止工作且汽缸11中的压缩气体流向储气罐21;
S40:判断气压是否大于等于第二预设值,若是进入S50,否则返回S30;
S50:控制汽缸11重新工作且汽缸11中的压缩气体不再流向储气罐21;
S60:储气罐21中的压缩气体经喷油器23喷入预燃烧室22中。
本实施例提供的控制方法用于控制预燃室发动机系统,预燃室发动机系统在汽缸11上开设取气道111,取气道111与夹气喷射点火系统20连通,夹气喷射点火系统20通过取气道111将汽缸11中点火前的压缩气体取出,保证喷入预燃烧室22中的气体压力,利用发动机汽缸11内的压缩气体实现预燃烧室22点火夹气喷射的功能,无需额外增加空气加压装置。进一步地,从取气道111流出的压缩气体首先存储在储气罐21中,从而能够进一步提升发动机效率。
本发明还提供了一种车辆,包括上述任意一个实施例提供的预燃室发动机系统,该预燃室发动机系统包括夹气喷射点火系统20,用于将汽缸11中点火前的压缩气体取出后供给预燃烧室22,保证发动机启动工况点火稳定。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (11)
1.一种用于车辆的预燃室发动机系统,其特征在于,包括:
汽缸,其内部设置主燃烧室,所述汽缸上开设贯通所述汽缸内外的取气道;
夹气喷射点火系统,包括储气罐、喷油器和预燃烧室,所述储气罐与所述取气道和所述喷油器均连通,所述汽缸中的压缩气体通过所述取气道进入所述储气罐中,所述喷油器用于将所述储气罐中的压缩气体喷射进所述预燃烧室中。
2.根据权利要求1所述的预燃室发动机系统,其特征在于,所述储气罐内设置压力传感器,所述压力传感器用于检测所述储气罐中压缩气体的气压,所述储气罐通过管道与所述取气道连通,所述管道上设置有开关阀,所述汽缸和所述开关阀配置成受控地根据所述压力传感器的压力信号进行工作。
3.根据权利要求2所述的预燃室发动机系统,其特征在于,当所述储气罐中的气压小于等于第一预设值时,所述汽缸配置成停止工作,所述开关阀配置成开启,所述汽缸中的压缩气体流向所述储气罐并储存;
当所述气压大于等于第二预设值时,所述汽缸配置成重新开启,所述开关阀配置成关闭,所述压缩气体经所述喷油器喷入所述预燃烧室中。
4.根据权利要求2所述的预燃室发动机系统,其特征在于,所述开关阀为单向控制阀,所述单向控制阀配置成允许所述压缩气体从所述汽缸流向所述储气罐。
5.根据权利要求3所述的预燃室发动机系统,其特征在于,所述取气道设置于所述汽缸的汽缸盖处。
6.根据权利要求4所述的预燃室发动机系统,其特征在于,所述取气道位于发动机的主燃烧室的顶面。
7.根据权利要求5所述的预燃室发动机系统,其特征在于,所述取气道的横截面的直径为0.5-2mm中的任意一值。
8.根据权利要求7所述的预燃室发动机系统,其特征在于,所述第一预设值为5-15bar中的任意一值。
9.根据权利要求7所述的预燃室发动机系统,其特征在于,所述第二预设值为16-30bar中的任意一值。
10.一种权利要求1-9任一项所述的预燃室发动机系统的控制方法,其特征在于,包括:
检测所述储气罐中的压缩气体的气压;
当所述气压小于等于第一预设值时,控制所述汽缸停止工作且所述汽缸中的压缩气体流向所述储气罐;
当所述气压大于等于第二预设值时,控制所述汽缸重新工作且所述汽缸中的压缩气体不再流向所述储气罐;
所述储气罐中的压缩气体经所述喷油器喷入所述预燃烧室中。
11.一种车辆,其特征在于,包括权利要求1-9任意一项所述的预燃室发动机系统。
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