一種用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)及燃燒方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)及其燃燒方法。該燃燒系統(tǒng)包括控制單元、噴油器、活塞以及燃燒室，在燃燒室的上端設(shè)置有擠流面，在燃燒室軸線和燃燒室壁面之間設(shè)置有環(huán)形壁面，噴油器的噴孔軸線與燃燒室軸線之間存在夾角，并使得噴油器在活塞壓縮沖程上止點(diǎn)前噴射的燃料噴射在擠流面上，在上止點(diǎn)后噴射的燃料噴射在環(huán)形壁面的內(nèi)部。本發(fā)明所提供的燃燒系統(tǒng)及燃燒方法，通過在燃燒室內(nèi)設(shè)置環(huán)形壁面，可實(shí)現(xiàn)汽油兩段預(yù)混壓燃的分時(shí)分區(qū)燃燒，提高空氣利用率，增強(qiáng)燃料預(yù)混程度，實(shí)現(xiàn)直噴汽油機(jī)的高效、低排放。此外，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，制造成本低。
【專利說明】一種用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)及燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)及其燃燒方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)直噴柴油機(jī)燃燒室主要分為淺盆型、深坑型、擠流口型和球形，根據(jù)這些燃燒室又引申出一些多邊形燃燒室等異形燃燒室。也有研究者為了增強(qiáng)直噴燃料的霧化效果，在燃燒室內(nèi)設(shè)置凸起或尖端等，利用燃料碰撞凸起形成二次射流或卷流，加強(qiáng)油氣混合。現(xiàn)有的燃燒室均針對柴油燃料設(shè)計(jì)，也沒有專門為多次噴射策略進(jìn)行相應(yīng)的燃燒室匹配。
[0003]近年來，汽油壓燃模式得到廣泛研究。相比于傳統(tǒng)柴油燃燒，汽油壓燃能夠在得到高熱效率的同時(shí)，能夠大幅減少NOx和碳煙排放。在汽油壓燃模式中多段預(yù)混壓燃(MPCI)的燃燒方法效果尤為突出。但是由于傳統(tǒng)燃燒室無法將兩次噴射的燃料進(jìn)行分區(qū)，導(dǎo)致第二次噴油的預(yù)混效果較差，第一次噴油存在碰壁可能，無法滿足MPCI模式的要求，影響了MPCI模式效果的進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于較好的多段預(yù)混壓燃效果的直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)及其燃燒方法。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)，包括控制單元、噴油器、活塞以及燃燒室，在所述燃燒室的上端設(shè)置有擠流面，其特征在于，在所述燃燒室軸線和燃燒室壁面之間設(shè)置有環(huán)形壁面，所述噴油器的噴孔軸線與所述燃燒室軸線之間存在夾角，并使得所述噴油器在所述活塞壓縮沖程上止點(diǎn)前噴射的燃料噴射在所述擠流面上，在所述活塞壓縮沖程上止點(diǎn)后噴射的燃料噴射在所述環(huán)形壁面的內(nèi)部。
[0008]其中，按照權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述噴油器的噴孔軸線與所述燃燒室軸線之間的夾角為50?75°。
[0009]其中，所述噴油器的噴孔軸線與所述燃燒室軸線之間的夾角，使得所述噴油器在所述活塞壓縮沖程上止點(diǎn)前30?70°時(shí)噴射的燃料噴射在所述擠流面上。
[0010]其中，所述噴油器的噴孔軸線與所述燃燒室軸線之間的夾角，使得所述噴油器在所述活塞壓縮沖程上止點(diǎn)后O?10°時(shí)噴射的燃料噴射在所述環(huán)形壁面的內(nèi)部。
[0011]其中，所述環(huán)形壁面的厚度為I?2mm。
[0012]其中，所述擠流面為圓弧形。
[0013]其中，所述噴油器的噴孔數(shù)大于5。
[0014]本發(fā)明還提供了上述直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)的燃燒方法，其包括以下步驟:
[0015]S1:在壓縮沖程接近上止點(diǎn)時(shí)，控制單元控制噴油器進(jìn)行第一次燃料噴射，使所述燃料噴射在燃燒室的擠流面上，在所述燃燒室的環(huán)形壁面的外部區(qū)域和空氣混合后；
[0016]S2:所述燃料燃燒結(jié)束后，所述控制單元控制所述噴油器進(jìn)行第二次燃料噴射，使所述燃料噴射在所述環(huán)形壁面的內(nèi)部，并在所述燃燒室的環(huán)形壁面的內(nèi)部區(qū)域和空氣混合后燃燒。
[0017]其中，在所述步驟SI中，在所述上止點(diǎn)前30?70°進(jìn)行第一次燃料噴射。
[0018]其中，在所述步驟S2中，在所述上止點(diǎn)后O?10°進(jìn)行第二次燃料噴射。
[0019](三)有益效果
[0020]上述技術(shù)方案所提供的用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)及其燃燒方法，通過在燃燒室內(nèi)設(shè)置環(huán)形壁面，使得汽油壓燃模式中兩次噴油在燃燒室內(nèi)進(jìn)行預(yù)混分區(qū)，以實(shí)現(xiàn)汽油的兩段預(yù)混分區(qū)壓燃，提高空氣利用率，增強(qiáng)燃料預(yù)混程度，實(shí)現(xiàn)直噴汽油機(jī)的高效、低排放。此外，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，制造成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的一種用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)的示意圖；
[0022]圖2為圖1中的燃燒系統(tǒng)在第一次噴射燃料狀態(tài)下的示意圖；
[0023]圖3為圖1中的燃燒系統(tǒng)在第二次噴射燃料狀態(tài)下的示意圖。
[0024]其中:1-噴油器；2_燃燒室；3_活塞；4_第一圓??；5_環(huán)形壁面；6_第二圓??；7-擠流面。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0026]圖1所示為本發(fā)明的一種用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)該實(shí)施例，該燃燒系統(tǒng)包括控制單元(未示出)，活塞3以及位于燃燒室2，在燃燒室2的上端設(shè)置有擠流面7。優(yōu)選該擠流面7為圓弧形。在燃燒室軸線和燃燒室壁面之間設(shè)置有環(huán)形壁面5，優(yōu)選該環(huán)形壁面5的厚度為I?2mm。該環(huán)形壁面5將燃燒室2分成兩個(gè)區(qū)域:位于環(huán)形壁面5內(nèi)部的中央?yún)^(qū)域和位于環(huán)形壁面5外部的外圍區(qū)域。此外，該燃燒系統(tǒng)還包括位于燃燒室軸線上的噴油器I。噴油器I的噴孔軸線與燃燒室軸線之間存在一定的夾角，其具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)燃燒室2的尺寸而定，但需要保證在活塞壓縮沖程接近上止點(diǎn)時(shí)，典型地在上止點(diǎn)前30?70°，噴油器I噴出的燃料應(yīng)噴射到擠流面7上，而在活塞壓縮沖程上止點(diǎn)后，典型地在上止點(diǎn)后O?10°，噴油器I噴出的燃料應(yīng)噴射到燃燒室2的中央?yún)^(qū)域內(nèi)。優(yōu)選噴油器I的噴孔軸線與燃燒室軸線之間的夾角為50?75°。
[0027]本發(fā)明所提供的燃燒系統(tǒng)通過在燃燒室2內(nèi)設(shè)置環(huán)形壁面5，使燃燒室2分成中央?yún)^(qū)域和外圍區(qū)域，然后由控制單元控制噴油器I的噴油時(shí)刻，使得噴油器I第一次噴射出的燃料碰撞擠流面7，然后在燃燒室2的外圍區(qū)域上方和外圍區(qū)域內(nèi)和空氣混合進(jìn)行完全燃燒放熱；在活塞壓縮沖程上止點(diǎn)后時(shí)，燃料燃燒結(jié)束，由控制單元控制噴油器I進(jìn)行第二次燃料噴射，使燃料噴射在燃燒室2的中央?yún)^(qū)域進(jìn)行燃燒，這樣保證燃料和空氣分區(qū)混合、分區(qū)燃燒，以充分利用空氣，讓兩次噴射的燃料更加充分預(yù)混，提高熱效率。此外，分區(qū)燃燒降低了燃燒溫度，減少NOx的排放，并提高了預(yù)混程度，使燃燒更加完全，碳煙排放下降。
[0028]為了提高活塞使用的耐久度，優(yōu)選環(huán)形壁面5與燃燒室2的底部圓弧形連接，即在中央?yún)^(qū)域，環(huán)形壁面5與燃燒室2的底部的連接處設(shè)置有第一圓弧4，在外圍區(qū)域，環(huán)形壁面5與燃燒室2的底部的連接處設(shè)置有第二圓弧6。
[0029]優(yōu)選地，噴油器I的噴孔數(shù)大于5，以提高燃料和空氣的預(yù)混程度。而
[0030]本發(fā)明還提供了一種直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)的燃燒方法，該方法包括以下步驟:
[0031]S1:在活塞壓縮沖程接近上止點(diǎn)時(shí)，控制單元控制噴油器I進(jìn)行第一次燃料噴射，使燃料噴射在燃燒室2的擠流面7上。優(yōu)選在上止點(diǎn)前30?70°進(jìn)行第一次燃料噴射。此時(shí)，燃料貫穿距較長，燃料碰撞擠流面7后分成兩部分:一部分反彈后在燃燒室2的外圍區(qū)域的上部和空氣混合，另一部分沿燃燒室壁面流下，在燃燒室2的外圍區(qū)域內(nèi)和空氣混合。這兩部分燃料在上止點(diǎn)前后完全燃燒放熱。
[0032]S2:在活塞壓縮沖程上止點(diǎn)后時(shí)，燃料燃燒結(jié)束，控制單元控制噴油器I進(jìn)行第二次燃料噴射，使燃料噴射在環(huán)形壁面5內(nèi)部，即燃燒室2的中央?yún)^(qū)域內(nèi)。優(yōu)選在上止點(diǎn)后O?10°進(jìn)行第二次燃料噴射。此時(shí)，由于活塞距缸蓋較近，同時(shí)由于缸內(nèi)高溫高壓，燃料貫穿距較短，燃料進(jìn)入燃燒室的中央?yún)^(qū)域，并和空氣混合后開始燃燒。
[0033]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種用于直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃的燃燒系統(tǒng)，包括控制單元、噴油器、活塞以及燃燒室，在所述燃燒室的上端設(shè)置有擠流面，其特征在于，在所述燃燒室軸線和燃燒室壁面之間設(shè)置有環(huán)形壁面，所述噴油器的噴孔軸線與所述燃燒室軸線之間存在夾角，并使得所述噴油器在所述活塞壓縮沖程上止點(diǎn)前噴射的燃料噴射在所述擠流面上，在所述活塞壓縮沖程上止點(diǎn)后噴射的燃料噴射在所述環(huán)形壁面的內(nèi)部。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述噴油器的噴孔軸線與所述燃燒室軸線之間的夾角為50?75°。
3.按照權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述噴油器的噴孔軸線與所述燃燒室軸線之間的夾角，使得所述噴油器在所述活塞壓縮沖程上止點(diǎn)前30?70°時(shí)噴射的燃料噴射在所述擠流面上。
4.按照權(quán)利要求2所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述噴油器的噴孔軸線與所述燃燒室軸線之間的夾角，使得所述噴油器在所述活塞壓縮沖程上止點(diǎn)后0?10°時(shí)噴射的燃料噴射在所述環(huán)形壁面的內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形壁面的厚度為I?2mm。
6.按照權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述擠流面為圓弧形。
7.按照權(quán)利要求1所述的燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述噴油器的噴孔數(shù)大于5。
8.—種權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的直噴汽油機(jī)兩段預(yù)混壓燃燃燒系統(tǒng)的燃燒方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: S1:在壓縮沖程接近上止點(diǎn)吋，控制單元控制噴油器進(jìn)行第一次燃料噴射，使所述燃料噴射在燃燒室的擠流面上，在所述燃燒室的環(huán)形壁面的外部區(qū)域和空氣混合后燃燒； S2:所述燃料燃燒結(jié)束后，所述控制單元控制所述噴油器進(jìn)行第二次燃料噴射，使所述燃料噴射在所述環(huán)形壁面的內(nèi)部，并在所述燃燒室的環(huán)形壁面的內(nèi)部區(qū)域和空氣混合后燃Jyti o
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒方法，其特征在于，在所述步驟SI中，在所述上止點(diǎn)前30?70°進(jìn)行第一次燃料噴射。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃燒方法，其特征在于，在所述步驟S2中，在所述上止點(diǎn)后0?10°進(jìn)行第二次燃料噴射。
【文檔編號】F02B23/08GK103590889SQ201310528920
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】楊洪強(qiáng), 王步宇, 帥石金, 王志, 何鑫, 徐宏明, 王建昕 申請人:清華大學(xué)