专利名称：缸内直喷汽油机及缸内直喷汽油机掺烧方法
技术领域：
本发明涉及发动机燃烧技术，尤其涉及一种缸内直喷汽油机及缸内直喷汽油机掺烧方法。
背景技术：
近年来,汽车工业技术水平迅速发展,人们对汽车的动力性、经济性、排放性、安全性等方面提出了更加严格的要求。而发动机作为汽车的动力来源，在很大程度上决定了车辆的动力性、经济性和排放性。汽油缸内直喷发动机，以其优秀的燃油经济性、动力性和排放性，得到越来越多的应用。与此同时，汽油缸内直喷发动机仍存在一定的技术难题，比如未燃碳氢排放物，分层燃烧时稀燃难于控制等。目前，缸内直喷汽油机的排放中一般都含有较多未燃碳氢化合物，这主要是由其燃油喷射方式决定的。由于缸内直喷汽油机在汽缸内喷油，混合效果肯定要比进气道喷射预混合方式差，这就造成了在火花塞附近的混合气较浓，而远离火花塞或接近缸壁的边缘区域混合气较稀，这些较稀的区域混合气不易燃烧，从而使排放中含有较多未燃碳氢排放物。尤其是采用分层燃烧方式的缸内直喷汽油机，由于采用了偏向稀燃的方式，边缘区域混合气更稀薄更不易燃烧。
发明内容
本发明提供一种缸内直喷汽油机，用以解决现有技术中的缺陷，通过对其构成的改进，所得到的缸内直喷汽油机燃烧充分，燃油利用率高，有效减少碳氢排放；提高缸内直喷汽油机缸内平均指示有效压力，增大发动机动力输出。—种缸内直喷汽油机,包括氢气喷入系统和设置有汽油喷嘴的汽缸，所述氢气喷入系统包括供氢单元、控制单元和至少一个氢气高压喷嘴，所述氢气高压喷嘴与供氢单元连接，所述控制单元与氢气高压喷嘴电联；所述氢气高压喷嘴设置在汽缸上远离汽油喷嘴的一侧。进一步地，所述供氢单元包括氢气存储设备，所述氢气存储设备为高压氢气瓶，用来在车上存储发动机用氢气。本发明还提供了一种缸内直喷汽油机掺烧方法，用以解决现有技术中的缺陷，可在提高燃油利用率和燃烧效率的同时降低排放。本发明提供的缸内直喷汽油机掺烧方法，向缸内直喷汽油机汽缸内远离汽油喷嘴处喷入氢气，采用氢气引燃汽缸内边缘区域的稀薄混合气，从而提高燃油利用率和燃烧效率，并有效降低排放。进一步地，所述缸内直喷汽油机掺烧方法适用于缸内直喷汽油机起动或运行状态。氢气具有燃烧速度快，可燃范围大的特点。进一步地，所述缸内直喷汽油机掺烧方法适用于缸内直喷汽油机均质混合燃烧或分层混合燃烧方式。
缸内直喷汽油机工作原理在缸内直喷汽油机工作时，根据工况和控制单元(ECU)设定工序的不同，汽油喷嘴在进气或压缩阶段喷油在汽缸内形成均质或分层混合气，在压缩阶段末期火花塞点火，同时控制单元(ECU)控制氢气高压喷嘴在汽缸上远离汽油喷嘴处喷入少量氢气，使氢气瞬时聚集在此区域不扩散到整个汽缸内，这样氢气就在汽油混合气的边缘区域引燃此处的稀薄混合气，使汽缸内的燃料混合气燃烧更充分，得到更高的动力性和燃油利用率，并有效减少排放中的碳氢化合物。
本发明提供的缸内直喷汽油机结构简单紧凑，缸内直喷汽油机掺烧方法科学合理，采用了向稀薄混合气区域喷少量氢气的方法，在特定时间向缸内喷入少量极易燃烧的氢气，氢气燃烧可同时引燃稀薄区域的汽油混合气，从而使燃烧更充分，燃油利用率更高，有效减少碳氢排放；同时，由于多了一部分氢气参与燃烧，可以提高缸内平均指不有效压力(发动机缸内燃烧产生的压力平均值，用来表征发动机产生的动力或者负荷，英文缩写IMEP)，增大发动机动力输出。实现发动机经济性、排放性和动力性俱佳的优点。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图I为本发明实施例一提供的缸内直喷汽油机的整体结构示意图；图2为本发明实施例一提供的缸内直喷汽油机的喷嘴部放大图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下I-汽油喷嘴 2-氢气高压喷嘴 3-汽缸4-火花塞 5-进气管6-排气管7-活塞
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。实施例一图I为本发明实施例一提供的缸内直喷汽油机的整体结构示意图；图2为本发明实施例一提供的缸内直喷汽油机的喷嘴部放大图。由图I和图2可见,本发明实施例一提供的缸内直喷汽油机,包括氢气喷入系统和设置有汽油喷嘴I的汽缸3，汽缸3上设置有进气管5和排气管6，汽缸3内还设置有用于点火的火花塞4和用于传导能量的活塞7 ;氢气喷入系统包括一个氢气高压喷嘴2、控制单元和供氢单元，供氢单元包括一高压氢气瓶，高压氢气瓶通过管路和减压阀与氢气高压喷嘴2连接，控制单元与氢气高压喷嘴2电联；氢气高压喷嘴2设置在汽缸3远离汽油喷嘴I的一侧。附图2中的虚线部分表示汽油喷嘴I喷出的油束轨迹，箭头方向表示气流方向。缸内直喷汽油机的工作原理在缸内直喷汽油机工作(起动或运行状态)时，根据工况和控制单元(ECU)设定工序的不同，汽油喷嘴可能在进气阶段喷油，也可能在压缩阶段喷油；根据策略定制和喷油量大小的不同，汽油在缸内可能形成均质混合气燃烧或分层混合气燃烧。在压缩阶段末期火花塞4点火，同时控制单元(ECU)控制氢气高压喷嘴2在汽缸3远离汽油喷嘴I处喷入少量氢气，使氢气瞬时聚集在此区域不扩散到整个汽缸3内，这样氢气就在汽油混合气的边缘区域引燃此处的稀薄混合气，使汽缸3内的燃料混合气燃烧更充分，并且出现多个着火点，燃料混合气燃烧更均匀充分，燃烧压力和温度更高，汽油燃烧后气体体积膨胀推动活塞7向外输出动能。本发明可提高燃油利用率，并减少排放中的碳氢化合物；同时，由于多了一部分氢气参与燃烧，可以提高缸内平均指不有效压力，增大发动机动力输出。实现发动机经济性、排放性和动力性俱佳的优点。缸内直喷汽油机起动时，汽油刚喷入汽缸雾化效果不好，汽油机需要喷入比运行时更多的油以形成油雾进行燃烧，所以起动时喷入适量的氢气会提高汽油的可燃性，减少起动时的喷油量以降低油耗，同时提高起动动力并且降低排放中的碳氢含量；运行时，由于缸内直喷汽油机的独特控制，在汽油喷嘴的远端会形成汽油的稀薄混合气，可燃性比较差，所以在远端喷入氢气后促使燃烧充分，提高发动机动力、降低碳氢排放，或者选择性的减少喷油量以降低油耗。实施例二本实施例与实施例一不同的是氢气高压喷嘴的个数为两个，分别设置在同一个汽缸上远离汽油喷嘴的一侧，两个氢气高压喷嘴均位于火花塞的点火范围内。通过在汽缸内多处设置氢气高压喷嘴，在汽缸内汽油燃烧时向混合气稀薄区域喷少量氢气，增加着火点，有效提高汽缸的工作效率，减少未燃碳氢化合物的排放。实施例三本实施例与实施例一不同的是氢气高压喷嘴的个数为四个，分别设置在4缸汽车发动机的4个汽缸上远离汽油喷嘴的一侧，即每个汽缸内均设置有一个氢气高压喷嘴。在汽缸内汽油燃烧时向混合气稀薄区域喷少量氢气，增加着火点，有效提高汽缸的工作效率，减少未燃碳氢化合物的排放。实施例四—种缸内直喷汽油机掺烧方法，向缸内直喷汽油机汽缸内远离汽油喷嘴处喷入氢气，采用氢气引燃直喷汽油机汽缸内边缘区域的稀薄混合气。本发明缸内直喷汽油机掺烧方法对采用均质混合燃烧和分层混合燃烧策略的直喷发动机都有效。由于是在汽缸内进行喷射，汽油的雾化效果和混合效果肯定会有不理想的情况，在汽缸内的边缘区域容易出现稀薄混合气，这部分混合气不易燃烧，会造成燃料利用率降低，燃烧效率降低，并且这部分未燃碳氢化合物会造成排放的恶化。本发明通过在燃烧时向此混合气稀薄区域喷少量氢气，引燃这部分稀薄混合气，从而提高燃油利用率和燃烧效率，并降低排放。本发明不局限于上述实施例所示的缸内直喷汽油机，只要采用了氢气引燃直喷汽油机汽缸内边缘区域稀薄混合气的燃烧方式的技术方案的汽油机均落在本发明的保护范围之内。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种缸内直喷汽油机，其特征在于，包括氢气喷入系统和设置有汽油喷嘴(I)的汽缸(3)，所述氢气喷入系统包括供氢单元、控制单元和至少一个氢气高压喷嘴(2)，所述氢气高压喷嘴(2)与供氢单元连接，所述控制单元与氢气高压喷嘴(2)电联；所述氢气高压喷嘴(2)设置在汽缸(3)上远离汽油喷嘴(I)的一侧。
2.根据权利要求I所述的缸内直喷汽油机，其特征在于，所述供氢单元包括氢气存储设备。
3.根据权利要求2所述的缸内直喷汽油机，其特征在于，所述氢气存储设备为高压氢气瓶。
4.一种缸内直喷汽油机掺烧方法，其特征在于，向缸内直喷汽油机汽缸内远离汽油喷嘴处喷入氢气，采用氢气引燃汽缸内边缘区域的稀薄混合气。
5.根据权利要求4所述的缸内直喷汽油机掺烧方法,其特征在于,适用于缸内直喷汽油机起动或运行状态。
6.根据权利要求4所述的缸内直喷汽油机掺烧方法,其特征在于适用于缸内直喷汽油机均质混合燃烧或分层混合燃烧方式。
全文摘要
本发明公开了一种缸内直喷汽油机及缸内直喷汽油机掺烧方法。缸内直喷汽油机，包括氢气喷入系统和设置有汽油喷嘴的汽缸，氢气喷入系统包括供氢单元、控制单元和至少一个氢气高压喷嘴，氢气高压喷嘴与供氢单元连接，控制单元与氢气高压喷嘴电联；氢气高压喷嘴设置在汽缸上远离汽油喷嘴的一侧。本发明提供的缸内直喷汽油机结构简单紧凑，缸内直喷汽油机掺烧方法科学合理，克服了现有技术的诸多缺点，实现了燃料燃烧充分，燃油利用率高，有效减少碳氢排放；同时提高缸内平均指示有效压力，增大发动机动力输出。实现发动机经济性、排放性和动力性俱佳的优点。
文档编号F02D19/08GK102619628SQ20111003346
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者孙宁, 李峰, 李昱, 甄顺田, 陈翰, 高景伯 申请人:北汽福田汽车股份有限公司