专利名称：直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法
技术领域：
本发明涉及一种直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法，其属于发动机燃油喷射、混合气形成和燃烧领域。
背景技术：
应用稀薄燃烧策略的缸内直喷汽油机由于具有良好的燃油经济性，瞬态响应性及较低的HC排放，因而成为目前发动机燃烧领域研究的热点。由于这种发动机的混合气比较稀薄，使得发动机在点燃的时候容易引起失火及燃烧不稳定等问题，造成了功率损失及排放物增加。
发明内容
为了保证可靠点火和提高火焰传播的稳定性，并进一步扩大缸内直喷式汽油机的稀薄燃烧范围，提高热效率，降低排放，本发明提出了一种直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法，该燃油喷射方法在气缸盖上设置一个点火室，并将火花塞放置其中，点火室与主燃烧室由一个或数个小孔相连接；保证在不同的工况下喷射到点火室中的燃油量一定，使得在点火室内形成比较适于点燃的混合气，其余燃油直接喷射到主燃烧室。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法，由一个电控单元控制位于气缸盖上的多孔喷嘴喷油，多孔喷嘴有一条油束的中心线指向位于气缸盖上并装有火花塞的点火室(4)的入口。所述的多孔喷嘴根据负荷工况采用至少一次喷射，每一工作循环喷出的燃油总量等于恒量喷射量和变量喷射量之和。
所述的多孔喷嘴采用一次衡量喷射方式向气缸内喷油时，喷出的燃油总量等于恒量喷射量。
所述的恒量喷射量采用至少一次的喷射来完成，变量喷射量也采用至少一次的喷射来完成。
所述的多孔喷嘴采用二次喷射方式向气缸内喷油时，采用一次恒量喷射和一次变量喷射。
所述的多孔喷嘴采用的恒量喷射在发动机的排气阀关闭到进气行程上止点后的40度曲柄转角范围内喷射或在进气行程下止点前、后的20度曲柄转角范围内喷射。
所述的多孔喷嘴采用的变量喷射在发动机的进气行程上止点后的60～140度曲柄转角范围内喷射或在压缩行程上止点前的120～40度曲柄转角范围内喷射。
对于负阀重叠角的发动机，所述的多孔喷嘴采用的恒量喷射在发动机的排气阀关闭到进气阀开启期间内喷射。
上述技术方案的指导思想是在从排气阀关闭到压缩上止点的一段时间内，将燃油分为若干次喷射，使得在缸内气流运动比较弱时喷射的燃油能够直接喷射到点火室内部，而在气流运动比较强烈时喷射的燃油由于气流的作用喷射不到点火室中。保证在气流运动比较弱的时候的喷射量或喷射量的总和为一个恒定值，即可使点火室内部混合气的空燃比保持恒定。由于点火室内的气流运动较弱，在火花塞点火时刻易于形成稳定的火核。这样就保证了发动机的着火稳定。在发动机的火焰传播过程中，由于点火室与主燃烧室之间的流通面积较小，使得点火室内部的火焰以比较大的速度冲向主燃烧室，并以较大的火焰锋面点燃主燃烧室内的混合气，并加快其燃烧速度，使燃烧更趋近于等容放热，提高燃烧效率。
本发明的有益效果是由于直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法采用了一次或一次以上的喷射方式向缸内喷油，每一工作循环喷出的燃油总量为缸内气流弱时的恒量喷射量或再加上在缸内气流强时的变量喷射量，保证了点火室内部的混合气空燃比在比较容易点燃的范围，这样使得着火稳定可靠，火焰传播快速稳定。点火室的存在使得主燃烧室的设计更加简单，传热损失小。主燃烧室内的混合气更加容易被引燃，有利于进一步扩大发动机的稀薄燃烧范围及加快缸内燃烧速度，提高了发动机的燃烧效率。可靠的着火和稳定快速的火焰传播可以使发动机平稳地运行于更低的怠速转速，使得车辆在城市工况下运行时产生比较明显的节油效果。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是负阀重叠期间喷射示意图。
图2是图1所示的气缸盖布置示意图。
图3是在进气终点附近喷射示意图。
图4是图3所示的气缸盖布置示意图。
图5是在进气过程中喷射示意图。
图6是图5所示的气缸盖布置示意图。
图7是压缩上止点前喷射示意图。
图8是图7所示的气缸盖布置示意图。
图9、图10、图11是不同的点火室和喷油器位置布置示意图。
图中1、进气阀，2、排气阀，3、多孔喷嘴，4、点火室，5、恒量喷束，6、变量喷束，7、气流，8、火花塞，9、活塞。
具体实施例方式
上述附图所示的实施例中，在直喷式汽油机的气缸盖上设置了一个点火室4，并将火花塞8放置其中，喷油器选用多孔喷嘴3，其中的一个喷孔中心线指向点火室4的入口。结合发动机缸内的气流运动，应用汽油电控喷射系统，在发动机的排气阀2关闭到压缩上止点期间进行一次或两次以上喷射，通过选择合适的喷射定时，在气流比较弱的时候进行一次或一次以上喷射，每次喷射的一束油喷射到点火室内，其它油束进入主燃烧室；根据需要在气流比较强烈的时候还可以进行一次或一次以上的喷射，因为气流的作用，使得喷向点火室4的油束偏离点火室4的入口，这时所有油束都喷入主燃烧室。这样就能够实现点火室4内的混合气浓度不随工况的变化而变化，保证着火的稳定性。
在喷向点火室4的油束周围的气流运动比较弱时，或气流运动对喷向点火室4的油束方向影响较小的时刻进行恒量喷射。如图1、2所示采用负阀重叠角(在排气行程上止点附近，排气阀的关闭早于进气阀的开启)的发动机，在排气阀2关闭到进气阀1开启期间内喷射。此时由于发动机的进气阀1和排气阀2都处于关闭状态，因而缸内的气流运动较弱，恒量喷束5就能进入点火室4中；又如图3、4所示在进气开始时刻喷射，一般指排气阀关闭到进气行程上止点后40度曲柄转角范围内；或进气终了时刻喷射，一般指进气行程下止点前、后20度曲柄转角范围内。在喷油孔到点火室4入口处局部范围内气流运动较弱，且此时缸内压力较小，气流运动对喷向点火室4的油束的方向不会造成较大的影响，恒量喷束5也能进入点火室4中。
在喷油孔到点火室4入口处局部范围内气流运动比较强烈时，或气流运动对喷向点火室4的油束方向影响较大时进行变量喷射。如图5、6所示在发动机的进气行程上止点后的60～140度曲柄转角范围内喷射。此时由于进气阀1附近气流运动十分强烈，使得从喷油器喷射出来的油束产生轴向偏离，从而使变量喷束6不能进入点火室4；又如图7、8所示在压缩行程上止点前的120～40度曲柄转角范围内喷射，虽然此时发动机缸内涡流强度由于耗散作用有所降低，但是气缸内压力在增大，油束容易受到气流7运动的影响，而使变量喷束6不能进入点火室4。
图9、10、11示出了点火室4和喷油器的几种布置方案，以便对不同的机型进行适当选配。
对于采用点火室燃烧系统的直喷式汽油机，其燃油喷射通常可采用下述几种方法一、一次喷射法发动机怠速运转时，采用恒量喷射。
二、二次喷射法其中一次为恒量喷射，一次为变量喷射，例如恒量喷射选择在排气阀关闭到进气行程上止点后的25度曲柄转角，变量喷射选择在压缩行程上止点前的90度曲柄转角。
三、三次喷射法其中一次为恒量喷射，二次为变量喷射，例如恒量喷射选择在排气阀关闭到进气行程上止点后的20度曲柄转角喷射一次，变量喷射选择在发动机进气行程上止点后的90度曲柄转角和在压缩行程上止点前的60度曲柄转角各喷射一次。或其中二次为恒量喷射，一次为变量喷射，例如恒量喷射选择在排气阀关闭到进气行程上止点后的25度曲柄转角和在进气行程下止点后的15度曲柄转角各喷射一次，变量喷射选择在压缩行程上止点前的80度曲柄转角喷射一次。
四、四次喷射法其中一次为恒量喷射，三次为变量喷射。或其中三次为恒量喷射，一次为变量喷射。或其中二次为恒量喷射，二次为变量喷射。
五、N次喷射法其中N1次为恒量喷射，N2次为变量喷射，N＝N1+N2。
虽然在不同的工况下发动机的循环供油量不同，但是按照以上思想选择合适的喷油定时和喷射量，即可实现点火室内部的空燃比在不同的发动机工况下保持稳定。
权利要求
1.一种直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法，由一个电控单元控制位于气缸盖上的多孔喷嘴(3)喷油，多孔喷嘴(3)有一条油束的中心线指向位于气缸盖上并装有火花塞(8)的点火室(4)的入口；其特征是所述的多孔喷嘴(3)根据负荷工况采用至少一次喷射，每一工作循环喷出的燃油总量等于恒量喷射量和变量喷射量之和。
2.据权利要求1所述的直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法；其特征是所述的多孔喷嘴(3)采用一次衡量喷射方式向气缸内喷油时，喷出的燃油总量等于恒量喷射量。
3.据权利要求1所述的直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法；其特征是所述的恒量喷射量采用至少一次的喷射来完成，变量喷射量也采用至少一次的喷射来完成。
4.据权利要求3所述的直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法；其特征是所述的多孔喷嘴(3)采用二次喷射方式向气缸内喷油时，采用一次恒量喷射和一次变量喷射。
5.据权利要求2或3或4所述的直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法；其特征是所述的多孔喷嘴(3)采用的恒量喷射在发动机的排气阀关闭到进气行程上止点后的40度曲柄转角范围内喷射或在进气行程下止点前、后的20度曲柄转角范围内喷射。
6.据权利要求3或4所述的直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法；其特征是所述的多孔喷嘴(3)采用的变量喷射在发动机的进气行程上止点后的60～140度曲柄转角范围内喷射或在压缩行程上止点前的120～40度曲柄转角范围内喷射。
7.据权利要求2或3或4所述的直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法；其特征是对于负阀重叠角的发动机，所述的多孔喷嘴(3)采用的恒量喷射在发动机的排气阀(2)关闭到进气阀(1)开启期间内喷射。
全文摘要
一种直喷式汽油机采用点火室燃烧系统的燃油喷射方法，其属于发动机燃油喷射、混合气形成和燃烧领域。由于该燃油喷射方法采用了一次或一次以上的喷射方式，循环喷油总量为缸内气流弱时的恒量喷射量或再加上在缸内气流强时的变量喷射量，保证了点火室内部的混合气空燃比在比较容易点燃的范围，这样使得着火稳定可靠，火焰传播快速稳定。点火室使得主燃烧室的设计简单，传热损失小。主燃烧室内的混合气更加容易被引燃，有利于进一步扩大发动机的稀薄燃烧范围及加快缸内燃烧速度，提高发动机的燃烧效率。可靠的着火和稳定快速的火焰传播可以使发动机平稳地运行于更低的怠速转速，使得车辆在城市工况下运行时产生比较明显的节油效果。
文档编号F02M45/08GK101059111SQ20071001135
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者隆武强, 田江平, 付磊, 齐鲲鹏, 冯立岩, 冷先银 申请人:大连理工大学