本发明涉及发动机燃油喷射控制技术领域，特别涉及催化器加热工况下的一种发动机系统及其燃油喷射方法。
背景技术：
三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过三元催化器时，其中的催化剂将增强一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物三种气体的反应活性，促使其进行一定的氧化还原化学反应，其中一氧化碳在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；碳氢化合物在高温下氧化成水和二氧化碳；氮氧化物还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。汽油机的排放法规日益严格，对气体排放物一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的限值越来越严。
在发动机冷机起动后，由于三元催化器还处于冷状态，对废气排放的转化效率很低，产生了大量的排放。为了满足更为严苛的排放法规，需要让三元催化器尽快达到工作温度，尽可能早的开始转化排放物，达到降低排放的目的。因此在现代汽油机的控制策略里，均采用了催化器加热的策略，即发动机冷机起动后，将点火角尽量推后，这样可以大幅度提高排气温度，以加速三元催化器加热过程，从而降低排放。当三元催化器达到目标温度后，以上的加热过程终止，切换到其他正常过程。以上的过程，我们称之为“催化器加热工况”。
催化器加热工况配合采用特殊的燃油喷射策略和点火提前角控制策略，在缸内直喷汽油机发动机中，缸内直接喷射被分为两次，第一次喷射在进气冲程中，喷入大部分燃油；第二次喷射被设定在很靠近压缩上止点的位置，喷入少量的燃油。第二次喷射可以增加燃烧室内混合气的紊流，同时，在火花塞附近形成较浓的混合气，使得燃烧更加稳定，从而可以使点火角更加推后。这样做可以使得排气温度升高，快速加热三元催化器，使其在更短的时间内达到工作温度，达到降低气体排放的目的。
在高压喷油器顶置的缸内直喷式燃油喷射系统中，此策略得到了很好应用，可以有效降低气体排放物。但是由于单一缸内喷射的局限性，该策略在第一喷射仍然采用缸内直喷，喷入大部分燃油。此时的发动机温度较低，缸内直喷的混合效果和混合时间有限，可能导致的第一喷射的燃油混合不理想，会导致后续的燃烧不充分，影响燃烧稳定性。同时混合的不均匀以及湿壁现象，会产生大量的颗粒排放物。
在高压喷油器侧置的缸内直喷式燃油喷射系统中，由于采用侧喷的方式喷油，第二次喷射的燃油需要通过缸内的气流运动和活塞顶部的特殊形状将这部分较浓的混合气输送到火花塞附近，这给燃烧室设计、缸内气流运动的配合，以及点火喷油时刻提出了很高的要求。如果三者配合出现了偏差，都不能达到期望的效果。同时，也要求三者在批产发动机中有较高的生产一致性，减少生产散差。而且一旦有扰动因素，均达不到稳定燃烧和退后点火角的目的。第二次喷射的起始点只能推迟到压缩上止点前曲轴转角150°附近，再推迟发动机就变得非常不稳定甚至熄火，点火角推迟也远远不能达到预期，催化器加热效果受到很大的限制。同时，由于混合不充分，燃烧不稳定，导致很高的颗粒排放，对满足颗粒排放相关的标准有很大的负面影响。
因此，需要设计一种催化器加热工况下，混合充分、燃烧稳定的喷油系统及策略。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种发动机系统及其燃油喷射方法，以解决现有的催化器加热工况下，喷油策略不当导致混合不充分，燃烧不稳定而使催化器加热效果不理想的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种发动机系统，所述发动机系统包括燃油喷射系统，燃烧室，进气歧管，进气门，活塞，其中：
所述燃油喷射系统包括第一喷油器及第二喷油器，进气上止点之前，第一喷油器在进气岐管内向进气门方向喷射燃油；第二喷油器在燃烧室内向活塞方向进行第二次喷射，喷射剩余的燃油；
所述燃烧室连接所述进气歧管，并由所述进气门隔开；
所述活塞位于所述燃烧室的下端。
可选的，在所述的发动机系统中，所述第一喷油器向所述进气门方向喷射一个完整工作循环中总喷油量50％～90％的燃油。
可选的，在所述的发动机系统中，所述第二喷油器向所述活塞方向喷射一个完整工作循环中总喷油量10％～50％的燃油。
可选的，在所述的发动机系统中，所述第二喷油器从燃烧室顶部喷射燃油。
可选的，在所述的发动机系统中，所述第二喷油器喷射发生在压缩上止点附近。
可选的，在所述的发动机系统中，所述第二喷油器从燃烧室侧上部喷射燃油。
可选的，在所述的发动机系统中，所述第二喷油器喷射发生在进气上止点之后。
本发明还提供一种燃油喷射方法，所述燃油喷射方法包括如下步骤：
第一次喷射：进气上止点之前，第一喷油器在进气岐管内向进气门方向喷射一个完整工作循环中总喷油量的部分燃油；
第二次喷射：第二喷油器在燃烧室内向活塞方向喷射一个完整工作循环中总喷油量的所述第一次喷射后剩余的燃油。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述第二喷油器从燃烧室顶部喷射燃油。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述第二次喷射发生在压缩上止点附近。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述第二次喷射的燃油量为一个完整工作循环中总喷油量5％～15％。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述第二喷油器从燃烧室侧上部喷射燃油。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述第二次喷射发生在进气上止点之后。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述第二次喷射的燃油量为一个完整工作循环中总喷油量20％～40％。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述第二次喷射的喷射次数一到两次。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述第二次喷射完成一段时间后进行点火。
可选的，在所述的燃油喷射方法中，所述燃油喷射方法用于催化器加热工况下。
在本发明提供的发动机系统及其燃油喷射方法中，所述发动机系统包括向进气岐管内喷射的第一喷油器及向燃烧室内喷射的第二喷油器，双喷油器的喷油可以灵活的相互配合，可使用更多种类的燃油喷射方法和策略，进气上止点之前，第一喷油器向进气岐管中喷射一个完整工作循环中总喷油量的大部分燃油；第一次喷射由进气岐管喷射取代了原来的燃烧室内直喷，可以混合气混合时间更长，混合更加充分，随后，第二喷油器在燃烧室内喷射一个完整工作循环中总喷油量的剩余燃油，保留了第二次喷射为燃烧室内喷射，在火花塞附近形成较浓的混合气分层，同时产生紊流，进一步提高了燃烧的稳定性。从而使点火角可以得到进一步推迟，进一步提高催化器加热的水平，进一步降低气体排放物和颗粒排放物。对比现有技术的喷油器顶置燃油喷射方法，采用这种新的混合燃油喷射方法，可以进一步改善第一次喷射后的混合气混合过程，进一步提升的该工况下发动机的燃烧稳定性，点火提前角得以进一步推后，三元催化器可以更快地速度起燃，气体排放物得到进一步降低。同时，由于第一次喷射后的混合气混合过程改善，减少了湿壁现象，该工况下颗粒排放物将得到显著降低，这对整车满足严苛的颗粒排放法规提供了良好的基础。对比现有技术的喷油器侧置燃油喷射方法，新燃油喷射方法大幅度提升的该工况下发动机的燃烧稳定性，点火提前角得以推后活塞曲轴转角15°以上，排气温度升高150℃以上，三元催化器得以更快地起燃，气体排放物可得到显著的降低。同时，使用新的燃油喷射方法，由于改善了燃烧，减少了湿壁现象，在该工况下颗粒排放物得到了大幅降低，颗粒排放物降低到原来的十分之一以下，这对整车满足严苛的颗粒排放法规提供了良好的基础。同时，该燃油喷射方法具有良好的鲁棒性。
附图说明
图1是现有的发动机系统结构示意图；
图2是现有的发动机系统结构示意图；
图3是现有的燃油喷射方法进程图；
图4是本发明第一实施例中发动机系统结构示意图；
图5是本发明第二实施例中发动机系统结构示意图；
图6是本发明第三实施例中燃油喷射方法进程图；
图7是本发明第四实施例中燃油喷射方法进程图；
图中所示：1-三元催化器；2-第一喷油器；3-火花塞；4-进气门；5-排气门；6-活塞；7-第二喷油器；8-进气歧管；9-排气管；10-燃烧室；11-进气上止点；12-进气下止点；13-压缩上止点；21-第一次燃烧室内喷射进程；22-第二次燃烧室内喷射进程；23-第一次进气歧管内喷射进程；30-点火进程；40-压缩冲程；50-做功冲程；60-排气冲程；70-进气冲程；100-单喷油式发动机系统；101-单喷油器；200-双喷油式发动机系统。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的燃油喷射系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种催化器加热工况下，混合充分、燃烧稳定的燃油喷射系统及策略，从而使点火角可以得到进一步推迟，进一步提高催化器加热的水平，进一步降低气体排放物和颗粒排放物。
为实现上述思想，本发明提供了一种发动机系统及其燃油喷射方法，发动机系统包括燃油喷射系统，燃烧室，进气岐管，进气门，活塞，燃油喷射系统包括第一喷油器及第二喷油器。燃油喷射方法包括如下步骤：第一次喷射：进气上止点之前，第一喷油器从进气岐管中向进气门方向喷射燃油；第二次喷射：第二喷油器从燃烧室内向活塞方向喷射剩余燃油。
<第一实施例>
如图4所示，图4是本发明第一实施例中发动机系统结构示意图。双喷油式发动机系统200包括燃油喷射系统，燃烧室10，进气歧管8，进气门4，活塞6，燃油喷射系统包括第一喷油器2及第二喷油器7，其中，第一喷油器2向发动机进气歧管8内喷射燃油，使燃油喷出后混合时间更长，与进气岐管内的空气充分混合，第二喷油器7向发动机燃烧室10内喷射燃油。燃烧室10连接进气岐管8，并由进气门4隔开，活塞6位于燃烧室10的下端。双喷油式发动机系统200还包括火花塞3、排气门5、排气管9。其中，三元催化器1位于排气管9中，发动机缸内10的燃烧气体会通过排气管9排出，经过三元催化器1时，将催化器1进行加热，催化器1将气体净化处理。本实施例中的燃油喷射系统由于双喷油系统，可以采取更灵活的燃油喷射策略和方法。
第一喷油器2为低压喷油器，第一喷油器的喷油压力范围为0.3～0.45兆帕。第一喷油器2向所述进气门4方向喷射大于一个完整工作循环中总喷油量绝大部分燃油，第二喷油器7向所述活塞6方向喷射一个完整工作循环中总喷油量的剩余的很小部分燃油。在本实施例中，第二喷油器7从燃烧室10顶部喷射，第一喷油器2喷射总油量的85％～95％，第二喷油器7喷射总油量的5％～15％。第一喷油器喷射发生在所述进气上止点之前，第一喷油器2向进气歧管8喷射取代了原来的燃烧室内直喷，可以与空气混合时间更长，混合更加充分。
第二喷油器7为高压喷油器，第二喷油器的最大喷油压力为15～35兆帕之间。图中所示，第二喷油器7从燃烧室10顶部喷射时，靠近火花塞3。第二喷油器7向所述活塞6方向喷射一个完整工作循环中总喷油量中第一喷油器2喷射后剩余的燃油，优选地为5％～15％。第二喷油器7喷射发生在活塞6压缩上止点附近并保留燃烧室内喷射，在火花塞3附近形成较浓的混合气分层，同时产生紊流，进一步提高了燃烧的稳定性，从而使点火角可以得到进一步推迟，进一步提高催化器加热的水平，进一步降低气体排放物和颗粒排放物。
<第二实施例>
如图5所示，图5是本发明第二实施例中发动机系统结构示意图。与第一实施例的区别在于：本实施例的第二喷油器7为侧置，从燃烧室10的侧上部喷射，并且第二喷油器7喷射发生在所述进气上止点之后。
当第二喷油器7从燃烧室10侧上部喷射时，第一喷油器2喷射总油量的50％～70％，第二喷油器7喷射总油量的30％～50％。
本实施例中的燃油喷射系统可以得到混合最为充分的混合气，会大大改善后续燃烧，提高燃烧稳定性，点火角可以获得较大的推迟，提高催化器加热水平。
<第三实施例>
如图6所示，图6是本发明第三实施例中燃油喷射方法进程图。
本实施例的燃油喷射方法，用于催化器加热工况下，包括如下步骤：第一次喷射：进气上止点之前，第一喷油器在进气岐管中向进气门方向喷射一个完整工作循环中总喷油量的大部分燃油；第二次喷射：第二喷油器在燃烧室内向活塞方向喷射一个完整工作循环中总喷油量的剩余燃油。
本实施例中，第二喷油器从燃烧室顶部喷射燃油，第二次喷射发生在活塞压缩上止点附近。第二次喷射完成一段时间后进行点火。第一次喷射的燃油量为一个完整工作循环中总喷油量85％～95％，第二次喷射的燃油量为一个完整工作循环中总喷油量5％～15％。第一喷油器为低压喷油器，喷油压力范围为0.3～0.45兆帕。第二喷油器为高压喷油器，最大喷油压力为15～35兆帕之间。
图中，发动机整个工作循环包括排气冲程60，进气冲程70，压缩冲程40和做功冲程50，其中有三个时间点，分别是进气上止点11、进气下止点12；压缩上止点13；其中，在压缩上止点13后，有一个点火进程时间点30。
其中，进气止点11和进气下止点12之间为进气冲程70，进气下止点12和压缩上止点13之间为压缩冲程40。
所述燃油喷射方法包括如下步骤：进气上止点11之前，第一喷油器2在进气岐管8中喷射一个完整工作循环中总喷油量的大部分燃油，即第一次进气岐管内喷射进程23；在进气上止点11前，第一次进气岐管内喷射进程23持续一段时间，并在进气上止点11前结束。本次喷射发生在进气岐管内。
然后，第二喷油器7从燃烧室内10顶部向活塞方向喷射一个完整工作循环中总喷油量的剩余燃油，优选为5％～15％，即第二次燃烧室内喷射进程22，发生在压缩上止点13附近。
最后，火花塞3点火，即点火进程30，点火发生在压缩上止点13后。
本实施例中，大部分燃油为一个完整工作循环中总喷油量的85％～95％。燃油喷射方法用于催化器1加热工况下。所述燃油与空气充分混合。
采用这种新的混合喷射策略，可以进一步改善第一次喷射后的混合气混合过程，进一步提升的该工况下发动机的燃烧稳定性，点火提前角得以进一步推后，三元催化器可以更快地速度起燃，气体排放物得到进一步降低。同时，由于第一次喷射的大部分燃油混合过程充分，第二喷射的燃油量很少，减少了湿壁现象，该工况下颗粒排放物将得到显著降低，这对整车满足严苛的颗粒排放法规提供了良好的基础。
<第四实施例>
如图7所示，图7是本发明第四实施例中燃油喷射方法进程图。与第三实施例的区别在于：本实施例的燃油喷射方法中，第二喷油器从燃烧室侧上部向活塞喷射，第二次喷射发生在进气上止点之后，并可以通过仿真软件进行计算得到优选的喷射时刻和喷射次数。优选地，第二次喷射的喷射次数一到两次。第一次喷射的燃油量为一个完整工作循环中总喷油量50％～70％。第二次喷射的燃油量为一个完整工作循环中总喷油量30％～50％。
所述步骤第二喷油器7在燃烧室10内喷射一个完整工作循环中总喷油量的剩余燃油，在第二喷油器7侧置时，发生在进气冲程中，即进气上止点11和进气下止点12之间。第二次喷射的喷射时刻和喷射次数进行优化。可以根据优化的结果，设计喷射次数和喷射时刻，优选的，发生一到两次。
对比现有技术的喷油器侧置喷射策略，新喷射策略大幅度提升的该工况下发动机的燃烧稳定性，点火提前角得以推后曲轴转角15°以上，排气温度升高150℃以上，三元催化器得以更快地起燃，气体排放物可得到显著的降低。同时，使用新的喷射策略，由于改善了燃烧，减少了湿壁现象，在该工况下颗粒排放物得到了大幅降低，颗粒排放物降低到原来的十分之一以下，这对整车满足严苛的颗粒排放法规提供了良好的基础。进一步的，由于该喷射策略促进混合气的均质燃烧，所以对燃烧室设计和缸内气流运动配合要求不高，对设计和制造的偏差要求也不高，对关键参数的变动干扰不敏感，所以该喷油策略具有良好的鲁棒性。
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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。