用于缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法

摘要

一种用于缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法，其中缸内直喷燃烧系统的火花塞和喷油器均位于燃烧室顶部的中间区域；喷油器具有两个，对称设置于所述火花塞两侧；喷油器喷射的油束与火花塞之间不干涉，且两个喷油器喷射的油束之间不干涉；在发动机大负荷运行的工况下，进气冲程中，控制两个所述喷油器同时喷射；在发动机中小负荷运行的工况下，进气冲程中，控制两个所述喷油器轮流喷射或间歇轮流喷射。不同工况下，在保证喷射压力的同时，使得喷雾的流量系数可以调节，满足相应工况的要求。

权利要求

1.一种用于缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法，所述缸内直喷燃烧系统包括燃烧室，所述燃烧室顶部连接有火花塞和喷油器；其特征在于：所述火花塞和所述喷油器均位于燃烧室顶部的中间区域；

所述喷油器具有两个，对称设置于所述火花塞两侧；

所述喷油器喷射的油束与所述火花塞之间不干涉，且两个喷油器喷射的油束之间不干涉；

在发动机大负荷运行的工况下，进气冲程中，控制两个所述喷油器同时喷射；

在发动机中小负荷运行的工况下，进气冲程中，控制两个所述喷油器轮流喷射或间歇轮流喷射。

2.如权利要求1所述的燃油喷射方法，其特征在于，在发动机所有工况下，燃油燃烧的实际空燃比接近于理论空燃比。

3.如权利要求1所述的燃油喷射方法，其特征在于，所述喷油器伸入燃烧室内的长度为

5～10mm。

4.如权利要求3所述的燃油喷射方法，其特征在于，所述喷油器与所述燃烧室轴向方向的夹角为5～10度。

5.如权利要求1所述的燃油喷射方法，其特征在于，所述喷油器为多孔式喷油器。

6.如权利要求5所述的燃油喷射方法，其特征在于，所述喷油器的喷孔为6～7个，所述喷孔的直径为150～180μm。

7.如权利要求1所述的燃油喷射方法，其特征在于，所述缸内直喷燃烧系统还包括与所述燃烧室顶部连接的进气道和排气道；

所述进气道和所述排气道分别布置于所述燃烧室顶部的中间区域之外，所述进气道位于两个喷油器的一侧，所述排气道位于两个喷油器的另一侧。

8.如权利要求7所述的燃油喷射方法，其特征在于，所述进气道和所述排气道均有两条，且分别相对于所述火花塞对称布置。

说明书

用于缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆领域，具体涉及一种用于缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法。

背景技术

[0002] 发动机是汽车中的重要部件，其将某一种形式的能量转换为机械能输出向汽车提供动力。

[0003] 如图1-2所示，发动机包括气缸5，气缸5顶部具有气缸盖6，气缸5底部连接有曲轴8，活塞7连接于曲轴8顶部，活塞7随着曲轴8的转动在气缸5内作循环往复运动；活塞7顶面以上，气缸盖6底面以下所形成的空间称为燃烧室；气缸盖6上连接有进气道3、排气道4、喷油器1以及火花塞2，进气道3与排气道4分别于燃烧室连通，喷油器1与火花塞2的头部均伸入燃烧室。其中燃烧室以及连接于燃烧室的所有部件统称为燃烧系统。

[0004] 缸内直喷燃烧系统是燃烧系统的一种，在我国，受燃油品质及后处理技术的影响，缸内直喷燃烧系统在市场中占用的越来越大的比重。缸内直喷燃烧系统的布置方式主要有两种，第一种是将喷油器1布置于进气道3相对于排气道4的另一侧(即进气道3外侧)，采用侧向喷射，如图1所示；第二种是将喷油器1位于进气道3和排气道4之间、且布置于气缸盖6的中间区域，采用中心喷射，如图2所示。

[0005] 理想的状态下，当发动机在高转速大负荷工况下运行时，每循环喷入气缸内的燃油量较大，希望喷油器的流量系数能够尽量提高，以实现大量的燃油在进气过程中尽快地喷入气缸内，留有足够的蒸发混合时间，达到最佳的均匀混合燃烧的效果；当发动机在中小负荷工况下运行时，每循环喷入气缸内的燃油量非常少，混合时间比较充分，又希望喷油器的流量系数能够尽量减少，以适当延长燃油在进气过程中的喷射时间，提高喷油器的运行稳定性。

[0006] 因此，发动机(尤其是均匀混合缸内直喷发动机)在选择喷油器时，就存在上述的一组矛盾，从而无法实现理想的状态。为了解决上述问题，现有技术采用了折中的方法：选择流量系数居中的喷油器。但是这又会来带新的问题：在高转速大负荷工况下运行时，由于喷油器流量系数不够大，延长了燃油喷射时间，减少了喷雾的蒸发混合时间，一定程度上降低了缸内油气混合的均匀度，影响了燃烧的效果；当发动机在中小负荷工况下运行时，需要通过降低喷射压力来减少喷油器的流量系数、延长喷射时间，由于喷射压力的降低，喷雾粒子的平均粒径会显著增加，造成喷雾的雾化效果降低，一定程度上也降低了气缸内油气混合的均匀度，影响了燃烧和排放。

发明内容

[0007] 本发明提供一种缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法。它可以满足发动机在不同工况下对喷雾流量的需求，改善喷雾的雾化混合效果，提高气缸内油气混合的均匀度，从而实现更理想的燃烧、排放效果。

[0008] 为解决上述问题，本发明提供一种缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法，所述缸内直喷燃烧系统包括燃烧室，所述燃烧室顶部连接有火花塞和喷油器；

[0009] 所述火花塞和所述喷油器均位于燃烧室顶部的中间区域；

[0010] 所述喷油器具有两个，对称设置于所述火花塞两侧；

[0011] 所述喷油器喷射的油束与所述火花塞之间不干涉，且两个喷油器喷射的油束之间不干涉；

[0012] 在发动机大负荷运行的工况下，进气冲程中，控制两个所述喷油器同时喷射；

[0013] 在发动机中小负荷运行的工况下，进气冲程中，控制两个所述喷油器轮流喷射或间歇轮流喷射。

[0014] 可选的，在发动机所有工况下，燃油燃烧的实际空燃比接近于理论空燃比。

[0015] 可选的，所述喷油器伸入燃烧室内的长度为5～10mm。

[0016] 可选的，所述喷油器与所述燃烧室轴向方向的夹角为5～10度。

[0017] 可选的，所述喷油器为多孔式喷油器。

[0018] 可选的，所述喷油器的喷孔为6～7个，所述喷孔的直径为150～180μm。

[0019] 可选的，所述缸内直喷燃烧系统还包括与所述燃烧室顶部连接的进气道和排气道；

[0020] 所述进气道和所述排气道分别布置于所述燃烧室顶部的中间区域之外，所述进气道位于两个喷油器的一侧，所述排气道位于两个喷油器的另一侧。

[0021] 可选的，所述进气道和所述排气道均有两条，且分别相对于所述火花塞对称布置。

[0022] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

[0023] 相对于现有技术，本发明采用了两个喷油器对称布置在燃烧室顶部，没有破坏现有缸内直喷燃烧系统的特点。每个喷油器的流量系数可以选择现有单喷油器的65～70％，即选择两个小一点的喷油器。这样，在发动机大负荷的运行工况下，采用两个喷油器同时喷射的策略，可以提高整体的流量系数，缩短燃油喷射时间，增加喷雾的蒸发、混合时间，提高点火时缸内混合气的均匀度，有利于燃烧和排放；在发动机中小负荷的运行工况下，采用两个喷油器轮流喷射(每个喷油器喷一次，两喷油器交替使用)或间歇轮流喷射(每个喷油器喷多次，两喷油器交替使用)的策略，可以提高燃油喷射压力，提升喷雾雾化的质量，增加缸内混合气的均匀度，保证更好的燃烧、排放效果。另外，也增加喷油器工作过程的稳定性，延长喷油器的使用寿命。

附图说明

[0024] 图1是现有技术中一种缸内直喷燃烧系统的结构示意图；

[0025] 图2是现有技术中另一种缸内直喷燃烧系统的结构示意图；

[0026] 图3是本发明实施例燃油喷射方法的缸内直喷燃烧系统的结构示意图；

[0027] 图4是本发明实施例燃油喷射方法的缸内直喷燃烧系统的俯视示意图；

[0028] 图5是本发明实施例燃油喷射方法的缸内直喷燃烧系统中活塞主视方向的截面示意图。

具体实施方式

[0029] 如背景技术中所述，在发动机大负荷工况运行和中小负荷工况运行时，对喷油器流量系统的要求完全不同，而目前的缸内直喷系统无法同时满足上述两种要求，以致不能达到理想的状态，因此在缸内直喷燃烧系统的设计中，只能选择折中的模式：采用流量系数居中的喷油器。

[0030] 发动机在高转速大负荷工况下运行时，有可能要在一个循环中喷入缸内100～120mg燃油，而当采用流量系数居中的喷油器时，即使按照系统最大喷射压力150bar喷射，喷射过程也会持续150个曲轴转角(即曲轴转过150度)左右，那么，容易导致喷雾在气缸内的混合时间被缩短，引起油气混合不均匀和机油稀释量大的问题，而机油稀释量大又会导致早燃和超级爆震等一系列问题。

[0031] 发动机在中低转速小负荷工况下运行时，喷入缸内的燃油量有时候仅有10-20mg。如果按照系统最大喷射压力来喷射，喷油器喷射时间会很短，也就是喷油器中针阀的开启、关闭时间会很短暂，这样会引起喷油器流量不稳定，进而影响喷油器的性能。目前，为了防范这种情况，如背景技术中所述，在实际控制中一般采取降低喷射压力的办法，例如：由
150bar的喷射压力降为40-50bar。这样虽然延长了喷射时间，但是由于喷射压力降低，导致喷雾的粒径增大了几倍，相应地，喷雾的贯穿度变长，雾化和蒸发变差，最终导致燃油的燃烧稳定性降低。

[0032] 本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种用于缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法。

[0033] 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。

[0034] 本发明提供一种用于缸内直喷燃烧系统的燃油喷射方法，其中采用一种新的缸内直喷燃烧系统，参照图3-4，缸内直喷燃烧系统包括:

[0035] 主要由气缸120、气缸盖130和活塞110围成的燃烧室100，所述燃烧室100顶部连接有火花塞102和喷油器101；

[0036] 所述火花塞102和所述喷油器101均位于燃烧室100顶部气缸盖130的中间区域，这里的“中间区域”指的是围绕气缸盖130中心形成的具有一定范围的区域，即相对靠近气缸盖130中心的区域，并不是指绝对中心；

[0037] 所述喷油器101具有两个，对称设置于所述火花塞102两侧；

[0038] 所述喷油器101喷射的油束与所述火花塞102之间不干涉，且两个喷油器101喷射的油束之间不干涉。也就是说，喷油器101喷射的油束101a不能喷到火花塞102上，否则会影响火花塞102的点火性能，同时两个喷油器101喷射的油束101a之间不能出现交叉，如图3所示，否则会影响喷雾在气缸120内与空气的混合。

[0039] 为了避免上述干涉的情况，本实施例中设置所述喷油器101伸入燃烧室100内的长度为5～10mm。

[0040] 另外，所述喷油器101与所述燃烧室100轴向方向的夹角θ为5～10度。如果夹角过大，则两个喷油器101喷射的油束101a之间很有可能发生干涉。

[0041] 本实施例中，采用了两个喷油器对称布置在燃烧室顶部，不需要破坏现有缸内直喷燃烧系统的基本构造。

[0042] 在其他实施例中，两个所述喷油器101也可以不对称地设置于所述火花塞102两侧，只要满足喷油器101喷射的油束101a与火花塞102之间不干涉，以及两个喷油器101喷射的油束101a之间不干涉即可。

[0043] 另外，本实施例中，喷油器101应当与气缸盖130固定连接，可以通过分别形成于喷油器101和气缸盖130上的螺纹实现连接，或者以其他方式连接，以保证喷油器101与气缸盖130之间不会发生相互偏移。

[0044] 本实施例中，所述喷油器101为多孔式喷油器。具体的，所述喷油器101的喷孔为6～7个，所述喷孔的直径为150～180μm。多孔式喷油器相比较于现有技术中的喷油器而言，喷雾粒径小，受气缸内背压(即喷雾受到的与喷雾流动方向相反的压力)影响小，可以较好地控制喷雾的形态，并且具有响应速度快、稳定性高以及泄油量小的优点。

[0045] 喷油器101的型号可以根据发动机的排量来具体选择，例如对于排量2.0L的增压直喷发动机，若以现有技术一个喷油器的设置方式，需要选择100bar静态喷射压力下流量为920g/min的喷油器，在本实施例中则可以选择两个100bar静态喷射压力下流量为600～650g/min的喷油器，即选择两个流量系数小一点的喷油器101，这样在单个喷油器101喷射的情况下，喷雾的流量系数为现有技术的65～70％，而在两个喷油器101同时喷射的情况下，喷雾的总流量系数可以比现有技术提高30～40％；同时，喷射时分配到每个喷油器101喷孔的油量减少近40％，可以大大减小油束101a的贯穿度，降低机油的稀释量及其引起的早燃和超级爆震频率。

[0046] 由此可见，该燃烧系统可以通过控制同时进行喷射的喷油器101的数量来调节喷雾的流量系数。

[0047] 参照图3并结合图5，本实施例中，所述活塞110包括沿朝向所述燃烧室100顶部的方向依次布置并同轴连接的底部113、第一环形连接部111和第二环形连接部112；

[0048] 所述第一环形连接部111具有沿轴向方向的两端，所述第二环形连接部112具有沿径向的内周缘112a和外周缘112b；

[0049] 所述第一环形连接部111的一端与所述底部113的周向边缘113a连接，另一端与所述第二环形连接部112的内周缘112a连接；

[0050] 所述第二环形连接部112的外周缘112b所述燃烧室100的内壁密封接触。

[0051] 进一步地，所述第一环形连接部111与所述底部113连接的一端的内径小于另一端的内径。

[0052] 进一步地，所述第一环形连接部111凸向所述气缸120内壁。第一环形连接部111在轴向的横截面形状呈曲线形。

[0053] 由此可见，本实施例中，活塞110由底部113、第一环形连接部111和第二环形连接部112连接而成，底部113的底面与第一环形连接部111的内壁组合形成活塞110的浅盆型结构的顶面，如图4所示，使得燃烧室100的底面较平坦，因此喷雾在气缸120内形成滚流运动时受到的阻力较小，有利于喷雾和空气的均匀混合。

[0054] 本实施例中，参照图3-4，缸内直喷燃烧系统还包括与所述燃烧室100顶部连接的进气道103和排气道104；

[0055] 所述进气道103和所述排气道104分别布置于所述燃烧室100顶部气缸盖130的中间区域之外，所述进气道103位于两个喷油器101的一侧，所述排气道104位于两个喷油器101的另一侧。

[0056] 所述进气道103和所述排气道104均有两条，且分别相对于所述火花塞102对称布置。

[0057] 这里，采用双进气道和双排气道的四气门结构，如果发动机是是增压发动机，则应当适当地将进气道103的滚流比设置得大一些，例如可以为1.5～3，以有利于气缸110内气体的流动；如果发动机是自然吸气发动机，则进气道103的流量系数应当适当提高，例如可以为1～1.5，以保证大负荷运行时有足够的进气量；相应的，排气道104的流量系数应当相应提高，应大于0.7，以使得废气尽快地排出燃烧室100。

[0058] 上述布置的优点在于，在发动机大负荷运行的工况下，双进气道可以保证有足够的进气量，并且由于进气道103的滚流比较高，可以促使空气在气缸120内形成强烈的大尺度滚流运动，这种滚流运动一方面可以帮助气缸120内喷雾和空气的混合速度加快，另一方面，喷雾和空气形成的混合气在压缩冲程的上止点由于受到燃烧室100底面的阻挡作用会破碎形成小尺度的湍流，进而可以提高气缸120内的湍流强度(尤其在点火时气缸120内的2 2
湍流强度可达35m/s)。此时，受湍流影响，火花塞102点火后，火焰会有很好的传播速度，形成较好的燃烧效果。

[0059] 下面介绍本发明实施例中采用上述缸内直喷燃烧系统时的燃油喷射方法，其中，所述缸内直喷燃烧系统与发动机控制单元(图中未示出)电连接，并且设定最优负荷临界点，定义：当发动机负荷工况大于该负荷临界点时，为大负荷工况，当发动机负荷工况小于该负荷临界点时，为中小负荷工况，然后将上述定义输入到发动机控制单元中，用于界定喷射模式；

[0060] 该燃油喷射方法中：

[0061] 在发动机大负荷运行的工况下，在进气冲程中，控制两个所述喷油器101同时喷射；

[0062] 在发动机中小负荷运行的工况下，在进气冲程中，控制一个喷油器喷射，或者，控制两个所述喷油器101轮流喷射或间歇喷射。

[0063] 进一步地，所述燃烧系统还包括位于气缸内且连接于所述燃烧室100底部的曲轴(图中未示出)；

[0064] 控制所述喷油器101在上止点前曲轴转角为280～300度时开始喷射。

[0065] 进一步地，控制所述喷油器101在喷射压力为100bar时的流量系数为600～650g/min。

[0066] 需要注意的是，本实施例中，发动机采用均匀混合燃烧发动机，在所有工况下都采用均匀混合燃烧的模式，燃油燃烧的实际空燃比接近于理论空燃比。

[0067] 本实施例中，在发动机大负荷工况运行时采用两喷油器101同时喷射的工作模式，在提升喷雾的流量系数的同时可以大幅度缩短喷射时间，例如原来需要150个曲轴转角来完成喷射，现在仅需90个曲轴转角就可以完成，这样一来，在进气的过程中，喷射的燃油有更多的时间完成蒸发雾化并与空气混合，有利于提高火花塞102点火时气缸120内混合气的均匀性；

[0068] 在发动机中小工况运行时采用一个喷油器喷射的工作模式，或者，采用喷油器101轮流喷射(每个喷油器每次喷1次，两喷油器交替使用)或间歇喷射(每个喷油器喷多次，两喷油器交替使用)的工作模式，即同一时间只有一个喷油器101喷射，降低喷雾的流量系数；一方面，每个喷油器101的流量系数仅为现有技术中的65～70％，可以适当延长喷射时间，并可采用较大的喷射压力，提高喷油器101中针阀的工作稳定性；另一方面，喷油器101交替使用，可以降低喷油器101中针阀连续工作的时间，延长喷油器101的使用寿命。

[0069] 综上，上述燃油喷射方法既可以保证喷雾的质量，又能满足不同工况下不同的流量系数要求。

[0070] 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。