CN206071733U - 一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统，包括：旋转编码器、喷油控制器模块、喷油驱动模块、喷油器、压力传感器以及监测设备，其中，旋转编码器的连接轴分别与喷油控制器模块和发动机的油泵轴相连；喷油控制器模块分别与喷油驱动模块和监测设备相连；喷油器分别与喷油驱动模块和发动机相连；压力传感器分别与发动机和监测设备相连，监测发动机的缸内压力；监测设备用于显示和输出喷油控制器模块发送的喷油信号和压力传感器监测的缸内压力值。本实用新型基于喷油电控系统，进行燃油喷射的控制，以解决现有技术中GDI发动机的射流燃烧系统采用的供油方式为传统的化油器供油，所解决的是均质稀燃，稀燃能力的提高受到限制的问题。

Description

一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统

技术领域

本实用新型涉及汽车动力技术领域，尤其涉及一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统。

背景技术

汽油直接喷射(Gasoline Direct Injection)发动机简称GDI发动机，是近年来国外内燃机研究与开发的热点，汽油机直喷技术的出现，使汽车发动机技术进入了一个崭新的时代，它在21世纪有取代传统的汽油机和柴油机的趋势，成为轿车最理想的动力装置。

目前，GDI发动机是将汽油直接喷入气缸，利用缸内气流和活塞表面的燃料雾化与空气形成混合气进行燃烧。GDI发动机具有很好的工作稳定性和负荷性能，同时低温起动性能得到了明显改善，能实现分层燃烧，燃油经济性大大提高，其油耗可达到涡轮增压直喷柴油机的水平，且省略了涡轮增压装置，省却了复杂的高压喷射系统。GDI发动机能用稀燃技术，空燃比可高达40∶1，甚至最高可达100∶1，使得功率和转矩均高于传统汽油机，油耗、噪声及二氧化碳的排放量都较低，GDI发动机工作的均匀性、瞬时反映性、起动性等均比传统汽油发动机有较大的改进。因此各国汽车生产企业都在大力开发这种技术先进、性能优异的GDI发动机。

但是，目前GDI发动机的射流燃烧系统采用的供油方式为传统的化油器供油，所采用的是均质稀燃，稀燃能力的提高受到限制。

实用新型内容

本实用新型提供了一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统，以解决现有技术中GDI发动机的射流燃烧系统采用的供油方式为传统的化油器供油，化油器采用均质稀燃，稀燃能力的提高受到限制的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统，包括：旋转编码器、喷油控制器模块、喷油驱动模块、喷油器、压力传感器以及监测设备，其中，

所述旋转编码器的连接轴分别与喷油控制器模块和发动机的油泵轴相连，用于产生脉冲信号；

所述喷油控制器模块分别与所述喷油驱动模块和所述监测设备相连，根据获取的喷油参数输出喷油信号至所述喷油驱动模块和所述监测设备；

所述喷油器分别与所述喷油驱动模块和发动机相连，所述喷油驱动模块根据所述喷油信号驱动所述喷油器向所述发动机输出喷油量；

所述压力传感器分别与所述发动机和所述监测设备相连，所述压力传感器监测所述发动机的缸内压力，并将缸内压力值发送至监测设备；

所述监测设备用于显示和输出所述喷油控制器模块发送的喷油信号和所述压力传感器监测的所述缸内压力值。

优选的，所述喷油控制器模块包括：喷油控制器、A/D模数转换器、电压转化电路、整形电路、输入电路和输出电路，其中，

所述喷油参数由所述输入电路输入，所述脉冲信号由所述整形电路进行整形并输入所述喷油控制器；

所述电压转化电路接收交流电，并将所述交流电进行转换；

所述A/D模数转换器分别与所述喷油控制器和所述输入电路连接，进行模块转换；

所述输出电路与所述喷油控制器相连，输出喷油输出信号至喷油驱动模块进行喷油器的驱动输出。

其中，所述电压转化电路为变压器电路。

其中，所述喷油器为高压旋流式喷油器。

其中，所述喷油驱动模块为电流驱动型喷油驱动模块。

优选的，所述监测设备包括上位机和下位机，其中，

所述上位机采集以及监测信号；

所述下位机采用数据采集卡采集稳态和瞬态信号。

由上述方案可知，与现有技术相比，本实用新型提供了一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统，包括：旋转编码器、喷油控制器模块、喷油驱动模块、喷油器、压力传感器以及监测设备，其中，旋转编码器的连接轴分别与喷油控制器模块和发动机的油泵轴相连；喷油控制器模块分别与喷油驱动模块和监测设备相连；喷油器分别与喷油驱动模块和发动机相连；压力传感器分别与发动机和监测设备相连；监测设备用于显示和输出喷油控制器模块发送的喷油信号和压力传感器监测的缸内压力值。本实用新型基于喷油电控系统，进行燃油喷射的控制，以解决现有技术中GDI发动机的射流燃烧系统采用的供油方式为传统的化油器供油，所解决的是均质稀燃，稀燃能力的提高受到限制的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例中喷油控制器模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

传统的汽油发动机是将汽油喷射到进气管中，与空气混合后再进入气缸内燃烧，而新型发动机是将汽油直接喷入气缸，利用缸内气流和活塞表面的燃料雾化与缸内空气形成混合气进行燃烧。

新型汽油机缸内直喷燃烧系统的开发基于射流燃烧系统，射流燃烧系统不仅在压缩过程中，同时也在燃烧过程中产生大量的微涡流。射流燃烧室具有很强的抗爆燃能力，可较大幅度地提高压缩比，同时其稀燃能力较强，能可靠地点燃的稀混合气。但由于射流燃烧系统采用的供油方式为传统的化油器供油，所实现的是均质稀燃，稀燃能力的提高受到限制。为了在性能上得到进一步的改善，必须从根本上改变燃油供给方式和混合气形成过程，从而求得新的突破。

新型汽油机缸内直喷燃烧系统将充分利用射流燃烧系统在产生强烈微涡流方面所具有的独特优点，实现快速燃烧同时配以专门开发的新型高压供油系统喷油压力在(5MPa一10MPa)，通过与缸内流场的匹配，实现分层燃烧以扩大稀燃范围。新型汽油机缸内直喷燃烧系统的燃烧模式采用混合燃烧模式，其工作区域划分为两个区域高负荷区和低负荷区。在高负荷区，新型汽油机缸内直喷燃烧系统在进气冲程中喷油，其燃烧过程与原射流燃烧室的燃烧过程相同，实现均质稀燃，但油束蒸发时会产生充量冷却效应，这有助于容积效率的提高，并且有助于进一步提高压缩比。在低负荷区，喷油在压缩冲程中进行，喷出的油束将与射流室中的两股气流相互作用，这将有助于燃油的雾化和加强微涡流的产生，通过对喷油方向与射流孔方向的恰当调整可使较浓的混合气流向火花塞处，形成分层，实现分层稀燃，从而获得较好的燃烧效果。

本实用新型提供的汽油机缸内直喷燃烧系统的缸内进行两次燃油喷射，其是将每次循环所需燃油分别在进气冲程和压缩冲程过程中喷入气缸，比单一进气冲程较早喷射或压缩冲程较晚喷射能更好地实现不同工况下对混合气的要求，可简化燃烧室设计，减低对气流运动的要求，且在工况过渡时能避免控制逻辑复杂的燃烧模式切换。

具体的，本汽油机缸内直喷燃烧系统的燃烧室活塞顶部设计为圆柱形凹坑，采用双侧置式结构布置喷油器和火花塞，通过精确计算，设计火花塞间隙与喷油嘴间距，避免火花塞沾湿和积碳问题。利用两次燃油喷射系统，通过对两次喷油时刻及喷油脉宽的精确控制，在气缸内形成均质或分层稀薄混合气，以实现缸内直喷汽油机在各工况下对混合气的要求。中小负荷工况下，通过调节第一次喷油时刻控制喷油器在进气冲程进行喷油实现均质稀燃，喷嘴优选采用高压旋流式喷嘴，其燃油雾化较好，并且喷入时间较长，油雾在缸内气流运动作用下能更好的蒸发混合，形成均质稀薄的混合气；压缩冲程进行第二次喷油，燃油主要集中在浅圆柱形活塞凹坑内，在进气涡流作用下，运动至火花塞间隙处，形成较浓混合气，实现分层稀薄燃烧。发动机在大负荷工况下时，通过增加第一次喷油量及减小第二次喷油量并调节喷油时刻，可在缸内形成较为均匀的混合气，实现均质燃烧。

请参阅附图1，图1为本实用新型实施例公开的一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统结构示意图。如图1所示，实用新型公开了一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统，具体该系统可以包括：旋转编码器1、喷油控制器模块ECU2、喷油驱动模块3、喷油器4、压力传感器5以及监测设备6，其中，旋转编码器1的连接轴分别与ECU2和发动机的油泵轴相连，用于产生脉冲信号；ECU2分别与喷油驱动模块3和监测设备6相连，根据获取的喷油参数输出喷油信号至喷油驱动模块3和监测设备6；喷油器4分别与喷油驱动模块3和发动机相连，喷油驱动模块3根据喷油信号驱动喷油器4向发动机输出喷向所述发送机的喷油量；压力传感器5分别与发动机和监测设备6相连，压力传感器5监测发动机的缸内压力，并将缸内压力值发送至监测设备6；监测设备6用于显示和输出喷油控制器模块3发送的喷油信号和压力传感器5监测的缸内压力值。

需要说明的是，旋转编码器的连接轴与油泵轴相连，可产生三路脉冲信号，其中一路为同步信号，即油泵轴旋转一周输出一个脉冲的同步信号，与上止点位置恒差一固定角度，记为同步信号与上止点偏差，用来作为上止点基准信号；另外两路均为转角信号，即油泵轴旋转一周输出720个脉冲的转角信号，用来确定曲轴转角位置。

喷油器及喷油驱动模块：喷油器采用高压旋流式喷油器，并采用了电流驱动型喷油驱动模块。

监测PC分上位机和下位机两部分，主要用来监测系统的正常运行，并采集发动机性能参数，下位机采用数据采集卡采集稳态和瞬态信号。在本系统中，其中五路稳态信号接口用来监测第一、二次喷油时刻、喷油脉宽以及同步信号至上止点偏差信号,瞬态信号接口采集喷油信号、缸压信号及其它需要采集的信号。上位机则实现对信号的采集以及监测。

请参阅附图2，图2为本实用新型实施例中喷油控制器模块的结构示意图。具体的，如图2所示，所述喷油控制器模块ECU2包括：喷油控制器CPU21、A/D模数转换器22、电压转化电路23、整形电路24、输入电路25和输出电路26，其中，喷油参数由输入电路25输入，脉冲信号由整形电路24进行整形并输入CPU21；电压转化电路23接收交流电，并将交流电进行转换；A/D模数转换器22分别与CPU21和输入电路25连接，进行模块转换；输出电路26与CPU21相连，输出喷油输出信号至喷油驱动模块进行喷油器的驱动输出。

具体的，喷油控制ECU为系统的主要设计元件，包括喷油控制器CPU21、A/D模数转换器22、电压转化电路23(两个变压器)、整形电路24、输入电路25及输出电路26，构成框图见图2。工作原理如下：输入电路25用于将给定的喷油时刻和喷油量转换成电压值，输出至A/D模数转换器22。A/D模数转换器22中的4路输入端用来接收第一次和第二次喷油时刻、喷油脉宽转换成的电压值，第5路输入端接收同步信号与上止点偏差。喷油控制器CPU21开启A/D模数转换器22，将模拟量(电压值)处理成数字信号输入，同时将同步信号和转角信号经整形电路处理为方波信号，在输入到喷油控制器CPU 21进行数据处理。喷油控制器CPU21采用SPC564A80微控制器，将输入的同步信号和转角信号与经处理给定输入量(喷油时刻和喷油脉宽)进行计算、比较，产生喷油信号并经输出电路转换成驱动模块所需信号驱动喷油器喷油。

综上所述，本实用新型提供了一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统，包括：旋转编码器、喷油控制器模块、喷油驱动模块、喷油器、压力传感器以及监测设备，其中，旋转编码器的连接轴分别与喷油控制器模块和发动机的油泵轴相连；喷油控制器模块分别与喷油驱动模块和监测设备相连；喷油器分别与喷油驱动模块和发动机相连；压力传感器分别与发动机和监测设备相连；监测设备用于显示和输出喷油控制器模块发送的喷油信号和压力传感器监测的缸内压力值。本实用新型基于喷油电控系统，进行燃油喷射的控制，以解决现有技术中GDI发动机的射流燃烧系统采用的供油方式为传统的化油器供油，所解决的是均质稀燃，稀燃能力的提高受到限制的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种新型汽油机缸内直喷燃烧系统，其特征在于，包括：旋转编码器、喷油控制器模块、喷油驱动模块、喷油器、压力传感器以及监测设备，其中，

所述旋转编码器的连接轴分别与所述喷油控制器模块和发动机的油泵轴相连，用于产生脉冲信号；

所述喷油控制器模块分别与所述喷油驱动模块和所述监测设备相连，根据获取的喷油参数输出喷油信号至所述喷油驱动模块和所述监测设备；

所述喷油器分别与所述喷油驱动模块和发动机相连，所述喷油驱动模块根据所述喷油信号驱动所述喷油器向所述发动机输出喷向所述发动机的喷油量；

所述压力传感器分别与所述发动机和所述监测设备相连，所述压力传感器监测所述发动机的缸内压力，并将缸内压力值发送至监测设备；

所述监测设备用于显示和输出所述喷油控制器模块发送的喷油信号和所述压力传感器监测的所述缸内压力值。

2.根据权利要求1所述的新型汽油机缸内直喷燃烧系统，其特征在于，所述喷油控制器模块包括：喷油控制器、A/D模数转换器、电压转化电路、整形电路、输入电路和输出电路，其中，

所述喷油参数由所述输入电路输入，所述脉冲信号由所述整形电路进行整形并输入所述喷油控制器；

所述电压转化电路接收交流电，并将所述交流电进行转换；

所述A/D模数转换器分别与所述喷油控制器和所述输入电路连接，进行模块转换；

所述输出电路与所述喷油控制器相连，输出喷油输出信号至喷油驱动模块进行喷油器的驱动输出。

3.根据权利要求2所述的新型汽油机缸内直喷燃烧系统，其特征在于，所述电压转化电路为变压器电路。

4.根据权利要求1所述的新型汽油机缸内直喷燃烧系统，其特征在于，所述喷油器为高压旋流式喷油器。

5.根据权利要求1所述的新型汽油机缸内直喷燃烧系统，其特征在于，所述喷油驱动模块为电流驱动型喷油驱动模块。

6.根据权利要求1所述的新型汽油机缸内直喷燃烧系统，其特征在于，所述监测设备包括上位机和下位机，其中，

所述上位机采集以及监测信号；

所述下位机采用数据采集卡采集稳态和瞬态信号。