发动机夹气喷射系统的气体取气方法及装置

1.本发明涉及发动机燃料喷射技术领域，特别是涉及一种发动机夹气喷射系统的气体取气方法及装置。


背景技术：

2.电控燃油喷射技术、气门可变和增压技术给发动机新燃烧技术的开发提供了无限可能。燃油喷射技术是燃烧系统开发的关键，决定了发动机开发的技术路线和开发方案。
3.常规的汽油机都依赖火花塞点火，而柴油机一般采用压缩着火，由于在某些特殊领域的需求，二冲程柴油点燃技术变得越来越重要，而决定柴油能否被点燃的关键在于柴油喷雾的液滴的粒径分布。目前柴油机缸内直喷的喷射压力高达2200bar，但最小液滴粒径仍在25μm以上，而夹气喷射技术能够大幅提高雾化的效果，最小的液滴直径可以达到10μm以下，同时采用低压喷射，对供油系统的要求较低，是一项非常有前途的技术。
4.传统的夹气喷射技术采用的是将液体燃油通过电控喷油器喷入到电控气嘴上游的压缩空气内，当电控气嘴的气阀打开后，空气将先前喷入的燃油撕裂粉碎，燃油雾化成为小液滴与空气一起喷出。其中的喷油器负责计量燃油的质量，而电控气嘴负责液滴的雾化和燃油进入缸内的喷射时刻，夹气喷射技术将喷油质量的准确计量与提高雾化质量的要求相互分开，这样更便于实现。一般来讲，两个喷嘴的喷射策略是燃油最先开始喷，间隔一段时间后气嘴才开始打开，因此，气体的压力要比液体燃油的压力要稍低一些。以上可以看出，无论是液体燃油还是气体都需要一定压力，这与传统汽油机和柴油机不同，因此，如何建立夹气喷射系统的气体压力是一个核心的问题。通常，气体压力的建立的手段主要是通过一个独立的空气压缩机和动力传输需要的带轮、张紧器来实现，这套系统实现起来较为复杂。有些二冲程发动机由于结构紧凑的需要会采用下曲轴箱内压缩后的气体来实现，但下曲轴箱的压力较低，喷射后雾化的效果不是非常理想。
5.因此，如何获取夹气喷射系统需要的气体压力成为新的挑战，需要研究新的技术来解决该问题。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对上述技术问题，提供了一种用于获取夹气喷射系统需要的气体压力的发动机夹气喷射系统的气体取气方法及装置。
7.一种发动机夹气喷射系统的气体取气方法，所述方法包括：
8.设置用于充气蓄压的取气嘴、气轨与气囊，并使所述取气嘴伸入气缸内，且使所述气囊通过所述气轨连接各个气缸对应的气体喷嘴的入口；
9.监测气轨内气体压力，并在所述气体压力低于设定压力值时开启所述取气嘴，使所述气缸对所述气囊充气，且在所述气体压力达到预设最大值时关闭所述取气嘴。
10.进一步的，所述方法还包括：
11.在发动机的气缸中选择一个作为取气气缸，所述取气嘴伸入所述取气气缸内，各
个气缸的气体喷嘴均与所述气轨相连。
12.进一步的，当所述取气气缸对应的气体喷嘴作为取气嘴使用时，取气气缸的缸内活塞在压缩上止点前的高压时，所述气体喷嘴取气，在缸内活塞初始压缩的低压时，所述气体喷嘴喷射油气混合物。
13.进一步的，所述设定压力值的范围为5～10bar，压力波动允许的范围为
±ꢀ
1bar。
14.一种发动机夹气喷射系统的气体取气装置，所述装置包括取气嘴、气轨、气囊与压力传感器，所述取气嘴的出气口通过所述气轨连接所述气囊，所述气轨连接发动机各个气缸对应的气体喷嘴的入口，所述取气嘴的取气端伸入气缸内，所述压力传感器用于检测所述气轨内的气体压力。
15.进一步的，所述取气嘴有一个，安装在缸盖上，取气端伸入其中一个气缸内。
16.进一步的，所述取气嘴为各个气缸对应的气体喷嘴中的一个，在气缸的缸内活塞在上止点前的高压时通过所述气体喷嘴取气，在缸内活塞初始压缩的低压时通过所述气体喷嘴喷射油气混合物。
17.进一步的，所述装置还包括气轨体，所述气轨体具有所述气轨，所述气轨体压设在所述取气嘴与气体喷嘴上；所述压力传感器安装在所述气轨体上。
18.进一步的，所述的取气嘴为电控气嘴，响应时间不大于0.1ms，驱动电压与气体喷嘴一致；所述取气喷嘴为外开式，且采用电磁阀驱动，所述电磁阀的吸力不小于20n，取气启闭的时刻限定为压缩上止点前120
°
～30
°
范围内。
19.进一步的，所述气囊的体积为气轨容积的2～10倍。
20.上述发动机夹气喷射系统的气体取气方法及装置，发动机通过自身气缸内取气，气缸内收取气体的压力能够满足气体喷嘴的喷射需求。并且，取气嘴、气轨与气囊结构简单，根据气轨内气体压力值和允许的压力范围判断取气嘴的启闭时刻，以此补偿气轨内由于气体喷嘴喷射引起的压力降低。因此，该取气方法能够建立和补偿气轨内的设定压力，满足发动机夹气喷射的需要。
附图说明
21.图1为一个实施例的发动机夹气喷射系统的气体取气方法流程图；
22.图2为一个实施例的发动机夹气喷射系统的气体取气装置示意图；
23.图3为两缸二冲程发动机的发动机夹气喷射系统的气体取气装置示意图；
24.图4为缸内气体喷嘴喷射油气混合物和取气嘴取气对应的时序和缸内压力示意图；
25.图5为夹气喷射喷嘴与喷油器的装配示意图。
26.图中：210、取气嘴；220、气轨；230、气囊；240、压力传感器；250、气轨体；30、气缸；31、气体喷嘴；1、曲轴；2、第一连杆；3、第一活塞； 4、第一气缸；5、缸盖；6、第一火花塞；7、第一气体喷嘴；8、第一燃油喷嘴；14、第二燃油喷嘴；15、第二气体喷嘴；16、连接管；18、第二火花塞；19、第二气缸；20、第二活塞；21、第二连杆；22、气缸体缸套。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、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、完整地说明，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。
28.如图1所示，在一个实施例中，一种发动机夹气喷射系统的气体取气方法，包括以下步骤：
29.步骤s110，设置用于充气蓄压的取气嘴、气轨与气囊，并使取气嘴伸入气缸内，且使气囊通过气轨连接各个气缸对应的气体喷嘴的入口。在发动机的气缸活塞压缩冲程的末期，气缸内压力较大，此时的高压气体收集储存，可以作为气缸盖上气体喷嘴喷射时的高压气来源。高压气流通过取气嘴流经气轨进入气囊中，由于气轨与各个气缸对应的气体喷嘴的入口相连，当控制单元控制气体喷嘴打开时，高压气流携带液体燃油进入相应的气体喷嘴，并从气体喷嘴喷入气缸内。可以在发动机的气缸中仅仅选择一个作为取气气缸，取气嘴伸入该取气气缸内，在该取气气缸内完成取气，储存在气囊内，供与气轨连接的各个气缸的气体喷嘴使用。取气嘴在多缸发动机上使用时，只需要一个取气喷嘴就可以满足多缸气体喷嘴的需要。也可以在其中部分气缸内设置取气嘴，或者每个气缸内均设置取气嘴。
30.步骤s120，监测气轨内气体压力，并在气体压力低于设定压力值时开启取气嘴，使气缸对气囊充气，且在气体压力达到预设最大值时关闭取气嘴。气轨内设置压力传感器，该压力传感器用于监测气轨内气体压力，并将气体压力反馈给控制单元。当气轨内气体压力低于设定压力值时，进入充气过程，控制单元控制取气嘴打开，气缸内活塞压缩冲程时，对气轨与气囊进行充气蓄压；当压力传感器监测的气体压力达到预设最大值时，控制单元控制取气嘴关闭，气轨与气囊内存储有备用的高压气体。设定压力值的范围为5～10bar，压力波动允许的范围为
±
1bar。在气体喷嘴打开过程中，当气轨内气体压力高于设定压力值时，取气嘴保持关闭状态，等气体喷嘴喷射后气轨压力降低并低于压力设定值时再次打开。取气嘴由取气电磁阀控制启闭，启闭条件和取气时间由控制单元根据标定确定。
31.当发动机熄火后，气囊内气体尚存在一定压力，但为了迅速启动，取气电磁阀的开启时刻较早，取气时间相对较长，能够迅速充气至气体压力达到气体压力的预设最大值。可以将取气嘴与气体喷嘴合二为一，即一个气体喷嘴同时兼顾喷射和取气功能。当取气气缸对应的气体喷嘴作为取气嘴使用时，取气气缸的缸内活塞在压缩上止点前的高压时，气体喷嘴取气，在缸内活塞初始压缩的低压时，通过气体喷嘴喷射油气混合物。取气喷嘴为外开式，能自动密封燃烧时产生的高压。取气电磁阀的吸力不小于20n，满足缸内压力 20bar下能够顺利外开。取气嘴可以在多缸发动机上使用时，只需要一个取气喷嘴就可以满足多缸气体喷嘴的需要。取气嘴为电控喷嘴，以便于灵活开启和关闭，响应时间不大于0.1ms，取气嘴的驱动电压与气体喷嘴一致，以便于控制。
32.上述发动机夹气喷射系统的气体取气方法，发动机通过自身气缸内取气，气缸内收取气体的压力能够满足气体喷嘴的喷射需求。并且，取气嘴、气轨与气囊结构简单，控制单元根据气轨内气体压力值和允许的压力范围判断取气嘴的启闭时刻，以此补偿气轨内由于气体喷嘴喷射引起的压力降低。因此，该取气方法能够建立和补偿气轨内的设定压力，满足发动机夹气喷射的需要。
33.此外，还提供了一种发动机夹气喷射系统的气体取气装置，用于实现上述发动机夹气喷射系统的气体取气方法。
34.如图2所示，在一个实施例中，一种发动机夹气喷射系统的气体取气装置，该装置包括取气嘴210、气轨220、气囊230、压力传感器240与气轨体250，取气嘴210的出气口通过气轨220连接气230囊，气囊230的体积为气轨220 容积的2～10倍。气轨220连接发动机各个气缸30对应的气体喷嘴31的入口，取气嘴210与气体喷嘴31安装在缸盖上，取气嘴210的取气端和气体喷嘴31 的喷口伸入气缸30内。取气嘴210在多缸发动机上使用时，可以采用一个取气嘴210进行取气，并存储入气囊230，供该多缸发动机上的所有气体喷嘴 31使用。也可以在部分气缸30上设置取气嘴210，或者每个气缸30上均设有取气嘴210，当有多个取气嘴210时，各个取气嘴210的安装高度一致。
35.压力传感器240安装在气轨体250上，检测端伸入气轨220内，用于检测气轨220内的气体压力，并将气体压力值发送给控制单元，以便控制单元根据气体压力值控制取气嘴的启闭。气轨220设置于气轨体250内，气轨体 250压设在取气嘴210与气体喷嘴31上。取气嘴210可以单独设置，也可以通过气体喷嘴31取气。当气体喷嘴31作为取气嘴210使用时，活塞在压缩上止点前的高压时通过气体喷嘴31取气，在缸内活塞初始压缩的低压时通过气体喷嘴31喷射油气混合物。取气嘴210可以为各个气缸对应的气体喷嘴中的一个或者多个。通常，取气嘴210为电控气嘴，响应时间不大于0.1ms，驱动电压与气体喷嘴31一致。取气喷嘴为外开式，且采用电磁阀驱动，电磁阀的吸力不小于20n，取气启闭的时刻限定为压缩上止点前120
°
～30
°
范围内。
36.如图3所示，以两缸二冲程发动机的发动机夹气喷射系统的气体取气装置为例，曲轴1通过第一连杆2和第二连杆21分别带动第一活塞3和第二活塞20，两缸公用的缸盖5与发动机机体缸套22、第一活塞3和第二活塞20 表面分别形成第一气缸4和第二气缸19。缸盖5上布置的第一气体喷嘴7和第二气体喷嘴15被公用的气轨体250压紧在缸盖5上，第一燃油喷嘴8和第二燃油喷嘴14分别对应气缸安装在气轨体250上对应的孔内。第一燃油喷嘴 8的出口与第一气体喷嘴7的入口相通，第一气体喷嘴7伸入第一气缸4内部，第二燃油喷嘴14的出口与第二气体喷嘴15的入口相通，第二气体喷嘴15伸入第二气缸19内部。第一气体喷嘴7和第二气体喷嘴15的入口由气轨220 相连通，该气轨220与气囊230通过连接管16相连通。取气嘴210安装在缸盖5上，其安装高度与第一气体喷嘴7和第二气体喷嘴15高度一致，被气轨体250压紧在缸盖5上，取气嘴210连通第二气缸19和气轨220，气轨体250 上安装有压力传感器240来测量气轨220的压力，气缸盖5上分别布置有第一火花塞6和第二火花塞18。
37.以第二气缸19的工作过程来介绍该气体取气装置的气体取气方法。当第二活塞20上行关闭排气口以后，第二气缸19内的缸内气体进入压缩过程，该过程的缸内压力较低，非常适合夹气喷射系统直喷缸内，喷射时序如下：先将液体燃油从第二燃油喷嘴14喷入第二气体喷嘴15的入口，随后第二气体喷嘴15打开，由于此时气轨220内的压力高于第二气缸19内的压力，压差产生的高速气体流动将撕裂液体燃油而在第二气缸19内雾化成小液滴，此时由于气嘴打开，气轨220内的压力将有一定的下降。当第二活塞20上行到压缩过程的中后期时，缸内压力增大，如图4所示，当气轨220内压力传感器240低于设定值时，控制单元驱动取气嘴210的电磁阀打开取气口，气体从第二气缸19流经取气嘴210后进入气轨体250内部的气轨220和气囊230，此时气轨220和气囊230内的压力将升高，当该压力接近控制单元设定的压力的最大值时，关闭取气嘴210的取气口，此后第二活塞20继续上行压缩，在接近上止点时第二火花塞18点燃第二气缸19内的混合气，此时压力会继续上升如图4，当第二活塞
20刚越过上止点后由于活塞下行速度较慢而缸内燃烧较快，缸内压力仍处于上升阶段，直到第二活塞20下行引起的压力下降和缸内燃烧引起的压力上升达到平衡时出现缸内最大压力，此后随缸内气体的膨胀，第二活塞20继续下行做功，完成整个循环。
38.本发明在常规的夹气喷射系统上设置取气嘴210，为简化技术方案，可以设计一个取气嘴210来满足多缸机气轨气体压力的需求，本发明完全可以采用每一缸布置一个取气喷嘴。从本发明方案的推理来看，随着电控技术的发展，夹气喷射的一个取气嘴可实现取气和喷气这两种双向流动的功能，即合理设计后可以将取气喷嘴与气体喷嘴合二为一，即一个气体喷嘴同时兼顾喷射和取气功能，取气的方法为在上止点前的高压时从缸内取气，在缸内初始压缩的低压时喷射油气混合物。
39.本发明的取气装置结构简单，取气方法新颖容易实现，能有效解决现有技术存在的压气机组件结构复杂难于布置等问题，而且改善了由于夹气喷射发动机冷机启动时气体压力不足引起的启动困难问题。
40.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。