CN114320641B - 一种发动机燃烧系统、控制方法及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机领域，公开了一种发动机燃烧系统、控制方法及发动机。本发明提供的发动机燃烧系统、控制方法及发动机，在发动机工作过程中，根据总喷油持续期和预设喷油持续期的比较结果选择对应的主喷模式，以将燃油喷入相应的卷流凹坑内，实现对气缸室内新鲜空气的充分利用，提高油束的雾化效果，有利于在较低过量空气系数下实现燃油高效燃烧，提高燃烧效果，降低油耗。

Description

一种发动机燃烧系统、控制方法及发动机

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种发动机燃烧系统、控制方法及发动机。

背景技术

随着燃油价格的不断上涨，在车用动力系统的竞争中，用户越发关注发动机的节能降耗问题，如何改善发动机油耗是目前发动机的一个重点研发问题。

现有柴油机的主喷方式不能很好地利用燃烧室的形状对油束进行雾化混合，雾化混合效果差，燃烧效果较差，油耗较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机燃烧系统、控制方法及发动机，能够充分利用气缸室内的新鲜空气，提高油束的雾化效果以提高燃烧效果，降低油耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种发动机燃烧系统，包括：

气缸，所述气缸具有气缸室；

活塞，所述活塞的顶部设有与所述气缸室连通的燃烧室，所述燃烧室的内壁凸设有凸起，所述凸起靠近所述活塞中心轴线的一侧形成有卷流凹坑一，所述凸起远离所述活塞中心轴线的一侧形成有卷流凹坑二；

喷油器，用于向所述燃烧室内喷油；

控制组件，所述控制组件能够对总喷油持续期和预设喷油持续期比较大小，并根据比较结果确定所述喷油器的主喷模式，及控制喷油器以所确定的主喷模式向燃烧室内喷油，使燃油被喷入相应卷流凹坑的底部，并使所述喷油器的喷油总时长等于所述总喷油持续期。

本发明还提供了上述发动机燃烧系统的控制方法，包括以下步骤：

获取喷油量和轨压，根据喷油量和轨压获取总喷油持续期；

对总喷油持续期和预设喷油持续期进行比较大小，根据比较结果确定所述喷油器的主喷模式，控制喷油器以所确定的主喷模式向燃烧室内喷油，使燃油被喷入相应卷流凹坑的底部，并使所述喷油器的喷油总时长等于所述总喷油持续期。

作为上述的发动机燃烧系统的控制方法的一种可选技术方案，在比较结果为所述总喷油持续期小于预设喷油持续期时，对应的所述主喷模式为单主喷模式；

控制所述喷油器以所述单主喷模式向所述燃烧室内喷油时，使所述喷油器喷出的燃油被喷入所述卷流凹坑一的底部，并使所述喷油器的喷油总时长等于所述总喷油持续期。

作为上述的发动机燃烧系统的控制方法的一种可选技术方案，在比较结果为所述总喷油持续期不小于所述预设喷油持续期时，对应的主喷模式为双主喷模式；

控制所述喷油器以所述双主喷模式向所述燃烧室内喷油时，包括以下步骤：

先控制喷油器喷油使所述喷油器喷出的燃油被喷入所述卷流凹坑一的底部并持续第一喷油持续期，曲轴转过目标角度后再控制喷油器喷油使所述喷油器喷出的燃油被喷入所述卷流凹坑二的底部并持续第二喷油持续期；

所述第一喷油持续期与所述第二喷油持续期的和等于所述总喷油持续期。

作为上述的发动机燃烧系统的控制方法的一种可选技术方案，在总喷油持续期大于指定喷油持续期时，所述第一喷油持续期MI1=Δφ，所述第二喷油持续期MI2=MI-Δφ；

其中，MI表示总喷油持续期，Δφ表示预设喷油持续期，所述指定喷油持续期大于所述预设喷油持续期。

作为上述的发动机燃烧系统的控制方法的一种可选技术方案，在所述总喷油持续期不大于所述指定喷油持续期时，所述第一喷油持续期MI1=1/a×MI，所述第二喷油持续期MI2=（1-1/a）×MI；

其中，MI表示总喷油持续期，a为大于1的喷油持续期系数，所述指定喷油持续期大于所述预设喷油持续期。

作为上述的发动机燃烧系统的控制方法的一种可选技术方案，所述指定喷油持续期的获取包括以下步骤：

基于发动机转速、发动机扭矩和喷油持续期系数之间对应关系，获取与发动机转速和发动机扭矩对应的喷油持续期系数；

所述指定喷油持续期M=a×Δφ，a为大于1的喷油持续期系数，Δφ表示预设喷油持续期。

作为上述的发动机燃烧系统的控制方法的一种可选技术方案，所述目标角度为基于发动机转速、发动机扭矩和目标角度之间的映射关系，所获取的与发动机转速和发动机扭矩对应的目标角度。

作为上述的发动机燃烧系统的控制方法的一种可选技术方案，控制喷油器喷油使所述喷油器喷出的燃油被喷入所述卷流凹坑一的底部时，喷油起始时刻对应的曲轴转角为A，喷油结束时刻对应的曲轴转角为-A；

所述活塞处于上止点时，曲轴转角为0°。

本发明还提供了一种发动机，包括上述的发动机燃烧系统。

本发明的有益效果：本发明提供的发动机燃烧系统控制方法、发动机燃烧系统及发动机，在发动机工作过程中，根据总喷油持续期和预设喷油持续期的比较结果选择对应的主喷模式，以将燃油喷入相应的卷流凹坑内，实现对气缸室内新鲜空气的充分利用，提高油束的雾化效果，有利于在较低过量空气系数下实现燃油高效燃烧，提高燃烧效果，降低油耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的活塞的截面图；

图2是本发明实施例提供的发动机燃烧系统的简要流程图；

图3是本发明实施例提供的喷油器以单主喷模式向燃烧室内喷射油束时油束路线图；

图4是本发明实施例提供的喷油器以双主喷模式向燃烧室内喷射油束时油束路线图；

图5是本发明实施例提供的喷油器以双主喷模式向燃烧室内喷射油束时曲轴转角示意图；

图6是本发明实施例提供的发动机燃烧系统控制方法的一种详细流程图。

图中：

1、凸起；2、卷流凹坑一；3、卷流凹坑二；4、高温区域。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本实施例提供了一种发动机燃烧系统，包括活塞、气缸和喷油器，活塞滑动设于气缸的气缸室内，活塞的顶部设有与气缸室连通的燃烧室；活塞在曲轴等部件的驱动下，能够于气缸室内往复运动。需要说明的是，对于活塞发动机而言，通常意义上的燃烧室指的是活塞到达上止点时，活塞的顶部和气缸盖之间的空间。由于活塞位于上止点时，活塞的顶部与气缸盖之间的间距非常小，燃油的燃烧主要发生在活塞顶部的凹坑内，因此行业内人员也会把活塞顶部的凹坑称之为燃烧室。本实施例中的燃烧室即指活塞顶部的凹坑。

图1是燃烧室的截面图，参照图1所示，燃烧室的内壁凸设有凸起1，凸起1靠近活塞中心轴线的一侧形成有卷流凹坑一2，凸起1远离活塞中心轴线的一侧形成有卷流凹坑二3。

燃烧室的底部中心凸设有中心凸台，中心凸台为锥台。燃烧室由其轮廓线绕活塞的中心轴线旋转一周形成，该轮廓线包括依次相切连接的锥台的母线、第一圆弧、斜线和第二圆弧，其中，第一圆弧和斜线通过过渡圆弧相切，第二圆弧通过过渡圆弧与活塞的顶平面相切，第一圆弧和第二圆弧均内凹设置。

示例性地，锥台的母线与活塞的中心轴线之间的夹角为α/2，α的取值范围为130°-145°，第一圆弧的半径R1为4mm-5mm。锥台的母线和第一圆弧绕活塞的中心轴线旋转一周形成卷流凹坑一2，卷流凹坑一2的最大深度h1为6mm-8mm，卷流凹坑一2的开口直径为d1。

斜线与活塞的中心轴线之间的夹角为第二圆弧的半径为β/2，β的取值范围为120°-135°，第二圆弧的半径R2为6mm-8mm。第二圆弧和斜线绕活塞的中心轴线旋转一周形成卷流凹坑二3，卷流凹坑二3的最大深度h1为6mm-8mm，卷流凹坑二3的开口直径为d2，d1和d2的比值范围为48%-55%，d1与气缸室的直径的比值范围为38%-42%。

喷油器用于向燃烧室内喷油，本实施例提供的发动机燃烧系统还包括控制组件，控制组件用于对总喷油持续期和预设喷油持续期比较大小，并根据比较结果确定喷油器的主喷模式，及控制喷油器以所确定的主喷模式向燃烧室内喷油，使燃油被喷入相应卷流凹坑的底部，并使喷油器的喷油总时长等于总喷油持续期。

上述控制组件包括控制器和喷油阀，喷油阀设于供油泵和喷油器的连接管路上，喷油阀和控制器电连接，控制器可以通过控制喷油阀的启闭来实现喷油器喷油或停止喷油。

本实施例还提供了一种发动机燃烧系统控制方法，该发动机燃烧系统控制方法可通过上述发动机燃烧系统实施，以达到充分利用气缸室内的空气，降低油耗的目的。

如图2所示，该发动机燃烧系统控制方法包括以下步骤：

S1、获取喷油量和轨压，根据喷油量和轨压获取总喷油持续期；

S2、对总喷油持续期和预设喷油持续期进行比较大小，根据比较结果确定喷油器的主喷模式，控制喷油器以所确定的主喷模式向燃烧室内喷油，使燃油被喷入相应卷流凹坑的底部，并使喷油器的喷油总时长等于总喷油持续期。

如图3所示，试验发现，在比较结果为总喷油持续期小于预设喷油持续期时，采用单次主喷就能够保证油束充分地雾化混合。本实施例中，在比较结果为总喷油持续期小于预设喷油持续期，将对应的主喷模式记为单主喷模式；控制喷油器以单主喷模式向燃烧室内喷油时，使喷油器喷出的燃油被喷入卷流凹坑一2的底部，并使喷油器的喷油总时长等于总喷油持续期。被喷入卷流凹坑一2底部的燃油形成卷流，油束逐渐扩散至燃烧室内部，提高了燃烧室内的温度。

如图4所示，试验发现，在比较结果为总喷油持续期不小于预设喷油持续期时，采用单次主喷无法保证油束被充分地雾化混合。本实施例中，在比较结果为总喷油持续期不小于预设喷油持续期时，将对应的主喷模式记为双主喷模式。

控制喷油器以双主喷模式向燃烧室内喷油时，包括以下步骤：先控制喷油器喷油使喷油器喷出的燃油被喷入卷流凹坑一2的底部并持续第一喷油持续期，曲轴转过目标角度后再控制喷油器喷油使喷油器喷出的燃油被喷入卷流凹坑二3的底部并持续第二喷油持续期；第一喷油持续期与第二喷油持续期的和等于总喷油持续期。

被喷入卷流凹坑一2底部的燃油形成卷流，油束逐渐扩散至燃烧室内部，提高了燃烧室内的温度。在油束被喷入卷流凹坑二3的过程中，油束经过被喷入卷流凹坑一2底部的燃油燃烧产生的高温区域4后被喷入卷流凹坑二3的底部，利用双卷流的燃烧叠加效应，以有效促进被喷入卷流凹坑二3底部的油束雾化蒸发，实现了燃油在燃烧室内分区燃烧，充分利用燃烧室内的新鲜空气，有利于在较低过量空气系数下实现燃油高效燃烧。

控制喷油器以双主喷模式向燃烧室内喷油时，为了提高油束雾化效果，对第一喷油持续期和第二喷油持续期进行限定。具体地，在总喷油持续期大于指定喷油持续期时，第一喷油持续期MI1=Δφ，第二喷油持续期MI2=MI-Δφ；在总喷油持续期不大于指定喷油持续期时，第一喷油持续期MI1=1/a×MI，第二喷油持续期MI2=（1-1/a）×MI。其中，MI表示总喷油持续期；Δφ表示预设喷油持续期，指定喷油持续期大于预设喷油持续期；a为大于1的喷油持续期系数。

通过设置目标角度，可以实现油束被喷入卷流凹坑二3的过程中，油束经过被喷入卷流凹坑一2底部的燃油燃烧产生的高温区域4后被喷入卷流凹坑二3的底部。上述目标角度为基于发动机转速、发动机扭矩和目标角度之间的映射关系，所获取的与发动机转速和发动机扭矩对应的目标角度。

基于发动机转速、发动机扭矩进行多次重复试验对上述目标角度进行标定，以建立发动机转速、发动机扭矩和目标角度的映射关系，将该映射关系嵌入上述控制器中，控制喷油器以双主喷模式向燃烧室内喷油时，可以基于上述映射关系，查询与发动机转速和发动机扭矩对应的目标角度。通过选择合适的目标角度，可以实现油束被喷入卷流凹坑二3的过程中，油束经过被喷入卷流凹坑一2底部的燃油燃烧产生的高温区域4后被喷入卷流凹坑二3的底部，确保促进燃油雾化的效果最大化。

进一步地，上述指定喷油持续期M=a×Δφ，为了保证油耗最优，不同发动机转速和发动机扭矩不同，喷油持续期系数不同。具体地，基于发动机转速、发动机扭矩进行多次重复试验对上述喷油持续期系数进行标定，以建立发动机转速、发动机扭矩和喷油持续期系数的映射关系，将该映射关系嵌入上述控制器中，控制喷油器以双主喷模式向燃烧室内喷油时，可以基于上述映射关系，查询与发动机转速和发动机扭矩对应的喷油持续期系数，根据查询到的喷油持续期系数计算指定喷油持续期。

如图5所示，上述预设喷油持续期Δφ是根据燃烧室的形状及喷油器喷孔位置及喷雾锥角计算得到的。具体地，根据燃烧室的形状及喷油器喷孔位置及喷雾锥角计算以控制喷油器喷油使燃油被喷入卷流凹坑一2底部，喷油起始时刻对应的最小曲轴转角为φ1，喷油结束时刻对应的最大曲轴转角记为φ2。将控制喷油器喷油使燃油被喷入卷流凹坑一2底部时，喷油起始时刻对应的曲轴转角记为A1，A1≥φ1，喷油结束时刻对应的曲轴转角为A2，A2≤φ2。

根据燃烧室的形状及喷油器喷孔位置及喷雾锥角计算以控制喷油器喷油使燃油被喷入卷流凹坑二3底部时，喷油起始时刻对应的曲轴转角不小于φ3。控制喷油器喷油使燃油被喷入卷流凹坑二3底部时，将喷油起始时刻对应的曲轴转角记为B，B≥φ3＞φ2。

至于根据燃烧室的形状及喷油器喷孔位置及喷雾锥角如何计算以指定的主喷模式向燃烧室内喷油时，喷油起始时刻对应的曲轴转角以及喷油结束时刻对应的曲轴转角为本领域的现有技术，在此不再赘叙。

优选地，以单主喷模式向燃烧室内喷油时，喷油结束时刻对应的曲轴转角为-A1；活塞处于上止点时，曲轴转角为0°。

需要说明的是，本实施例所提的发动机燃烧系统控制方法均指的是曲轴转动一周即-180°-180°时的控制方法。

示例性地，图6示出了发动机燃烧系统控制方法的一种控制流程，图6所示的发动机燃烧系统控制方法包括以下步骤：

S10、发动机工作过程中，获取喷油量和轨压，根据喷油量和轨压获取总喷油持续期；

S20、判断总喷油持续期是否小于预设喷油持续期；若是，则执行S30，若否，则执行S40；

S30、控制喷油器以单主喷模式向燃烧室内喷油，并持续总喷油持续期；

S40、判断总喷油持续期是否大于指定喷油持续期，若是，则执行S50，若否，则执行S60；

S50、计算第一喷油持续期MI1和第二喷油持续期MI2，MI1=Δφ，MI2=MI-Δφ；之后执行S70；

S60、计算第一喷油持续期MI1和第二喷油持续期MI2，MI1=1/a×MI，MI2=（1-1/a）×MI；之后执行S70；

S70、先控制喷油器喷油使喷油器喷出的燃油被喷入卷流凹坑一2的底部并持续第一喷油持续期，曲轴转过目标角度后再控制喷油器喷油使喷油器喷出的燃油被喷入卷流凹坑二3的底部并持续第二喷油持续期。

本实施例还提供了一种发动机，包括上述的发动机燃烧系统。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

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“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

Claims (4)

1.一种发动机燃烧系统的控制方法，其特征在于，包括：

气缸，所述气缸具有气缸室；

活塞，所述活塞的顶部设有与所述气缸室连通的燃烧室，所述燃烧室的内壁凸设有凸起（1），所述凸起（1）靠近所述活塞中心轴线的一侧形成有卷流凹坑一（2），所述凸起（1）远离所述活塞中心轴线的一侧形成有卷流凹坑二（3）；

喷油器，用于向所述燃烧室内喷油；

控制组件，所述控制组件能够对总喷油持续期和预设喷油持续期比较大小，并根据比较结果确定所述喷油器的主喷模式，及控制喷油器以所确定的主喷模式向燃烧室内喷油，使燃油被喷入相应卷流凹坑的底部，并使所述喷油器的喷油总时长等于所述总喷油持续期；

所述发动机燃烧系统的控制方法包括以下步骤：

获取喷油量和轨压，根据喷油量和轨压获取总喷油持续期；

对总喷油持续期和预设喷油持续期进行比较大小，根据比较结果确定所述喷油器的主喷模式，控制喷油器以所确定的主喷模式向燃烧室内喷油，使燃油被喷入相应卷流凹坑的底部，并使所述喷油器的喷油总时长等于所述总喷油持续期；

在比较结果为所述总喷油持续期小于预设喷油持续期时，对应的所述主喷模式为单主喷模式；

控制所述喷油器以所述单主喷模式向所述燃烧室内喷油时，使所述喷油器喷出的燃油被喷入所述卷流凹坑一（2）的底部，并使所述喷油器的喷油总时长等于所述总喷油持续期；

在比较结果为所述总喷油持续期不小于所述预设喷油持续期时，对应的主喷模式为双主喷模式；

控制所述喷油器以所述双主喷模式向所述燃烧室内喷油时，包括以下步骤：

先控制喷油器喷油使所述喷油器喷出的燃油被喷入所述卷流凹坑一（2）的底部并持续第一喷油持续期，曲轴转过目标角度后再控制喷油器喷油使所述喷油器喷出的燃油被喷入所述卷流凹坑二（3）的底部并持续第二喷油持续期；

所述第一喷油持续期与所述第二喷油持续期的和等于所述总喷油持续期；

在总喷油持续期大于指定喷油持续期时，所述第一喷油持续期MI1=Δφ，所述第二喷油持续期MI2=MI-Δφ；

其中，MI表示总喷油持续期，Δφ表示预设喷油持续期，所述指定喷油持续期大于所述预设喷油持续期；

在所述总喷油持续期不大于指定喷油持续期时，所述第一喷油持续期MI1=1/a×MI，所述第二喷油持续期MI2=（1-1/a）×MI；

其中，a为大于1的喷油持续期系数，所述指定喷油持续期大于所述预设喷油持续期。

2.根据权利要求1所述的发动机燃烧系统的控制方法，其特征在于，所述指定喷油持续期的获取包括以下步骤：

基于发动机转速、发动机扭矩和喷油持续期系数之间对应关系，获取与发动机转速和发动机扭矩对应的喷油持续期系数；

所述指定喷油持续期M=a×Δφ，a为大于1的喷油持续期系数，Δφ表示预设喷油持续期。

3.根据权利要求1或2所述的发动机燃烧系统的控制方法，其特征在于，所述目标角度为基于发动机转速、发动机扭矩和目标角度之间的映射关系，所获取的与发动机转速和发动机扭矩对应的目标角度。

4.根据权利要求1或2所述的发动机燃烧系统的控制方法，其特征在于，控制喷油器喷油使所述喷油器喷出的燃油被喷入所述卷流凹坑一（2）的底部时，喷油起始时刻对应的曲轴转角为A，喷油结束时刻对应的曲轴转角为-A；

所述活塞处于上止点时，曲轴转角为0°。

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