專利名稱：采用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)的直噴式發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)的直噴式發(fā)動機(jī)，其屬于發(fā)動機(jī)燃料噴射、 混合氣形成和燃燒領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
應(yīng)用稀薄燃燒策略的缸內(nèi)直噴火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)(如直噴汽油機(jī)和直噴天然
氣發(fā)動機(jī)等)由于具有良好的燃料經(jīng)濟(jì)性，瞬態(tài)響應(yīng)性及冷啟動時的HC排放， 因而成為目前發(fā)動機(jī)燃燒領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是，由于采用較大的空燃比,也帶 來了發(fā)動機(jī)的著火穩(wěn)定性變差，火焰?zhèn)鞑p慢，運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定等問題。為解決以 上問題，需要在點(diǎn)火時刻在火花塞周圍形成易于點(diǎn)燃的適當(dāng)濃度的混合氣，同 時在燃燒室其它區(qū)域形成稀薄混合氣，即所謂的分層燃燒技術(shù)。然而目前已有 的燃燒系統(tǒng)很難保證在不同的工況下都能形成穩(wěn)定的分層混合氣。

發(fā)明內(nèi)容
為了保證可靠點(diǎn)火和提高火焰?zhèn)鞑サ姆€(wěn)定性，并進(jìn)一步擴(kuò)大直噴點(diǎn)燃式發(fā) 動機(jī)的稀薄燃燒范圍，提高熱效率，降低排放，本發(fā)明提出了一種采用點(diǎn)火室 燃燒系統(tǒng)的直噴式發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)將火花塞和燃料噴嘴置于在氣缸蓋上一個 點(diǎn)火室中。根據(jù)在不同的曲軸轉(zhuǎn)角下，缸內(nèi)的氣流運(yùn)動和缸內(nèi)壓力不同對噴霧 形狀有較大影響的原理，選擇在適合的時刻進(jìn)行燃料噴射，來保證穩(wěn)定可靠的 點(diǎn)火和火焰?zhèn)鞑?，以期進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)動機(jī)的稀薄燃燒范圍及加快缸內(nèi)燃燒速度， 提高發(fā)動機(jī)的熱效率?？煽康狞c(diǎn)火和穩(wěn)定快速的火焰?zhèn)鞑タ梢允拱l(fā)動機(jī)平穩(wěn)地 運(yùn)行于更低的怠速轉(zhuǎn)速，使車輛在城市工況下運(yùn)行時產(chǎn)生比較明顯的節(jié)能效果。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種采用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)的直 噴式火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，在氣缸蓋中設(shè)有一個裝有火花塞的點(diǎn)火室， 一個安裝于
點(diǎn)火室內(nèi)的燃料噴嘴的噴射方向指向點(diǎn)火室與主燃燒室相連接的通道口；燃料
噴嘴在每一工作循環(huán)的燃料總噴射量等于點(diǎn)火室濃度控制量和主噴射量之和， 當(dāng)燃料噴嘴采用一次噴射時，該次噴射為點(diǎn)火室濃度控制量噴射，當(dāng)燃料噴嘴 采用多于一次噴射燃料時，點(diǎn)火室濃度控制量采用一次噴射來完成，主噴射量
采用至少一次噴射來完成；燃料噴嘴噴射的是易于被火花塞點(diǎn)燃的液體燃料或
氣體燃料。
所述點(diǎn)火室濃度控制量由燃料噴嘴在發(fā)動機(jī)壓縮沖程的后期噴射。對于四沖 程發(fā)動機(jī)，所述主噴射量由燃料噴嘴在發(fā)動機(jī)排氣閥關(guān)閉后的進(jìn)氣沖程或壓縮 沖程的前期噴射。對于二沖程發(fā)動機(jī)，所述主噴射量由燃料噴嘴在發(fā)動機(jī)壓縮 沖程的前期噴射。
上述技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是缸內(nèi)壓力和缸內(nèi)氣流運(yùn)動對噴霧的形狀和貫穿 距有著直接的影響。在缸內(nèi)壓力比較低的時候(對于一般四沖程發(fā)動機(jī)來說， 在排氣閥關(guān)閉后的進(jìn)氣沖程以及壓縮沖程初期；對于一般二沖程發(fā)動機(jī)來說，
掃氣過程后期或完成后和壓縮過程初期)，噴霧會擁有較長的貫穿距。在缸內(nèi)壓 力較高，并有強(qiáng)烈的擠流(和點(diǎn)火室與主室的容積比有關(guān))沖向點(diǎn)火室的時候 (壓縮沖程的末期)，噴霧會擁有比較短的貫穿距?；谝陨鲜聦?shí)，在氣缸蓋上 設(shè)置一個點(diǎn)火室，將火花塞和燃料噴嘴放置于其中，點(diǎn)火室與主燃燒室由一通
道相連接；采用燃料噴嘴(多孔噴嘴或旋流噴嘴)進(jìn)行一次或多次噴射。根據(jù)
各次噴射的作用不同，將其分為點(diǎn)火室濃度控制量噴射和主噴射。點(diǎn)火室濃度
控制量噴射每循環(huán)只進(jìn)行一次，主噴射可根據(jù)需要進(jìn)行一次或多次，怠速工況
可不進(jìn)行主噴射。主噴射量根據(jù)工況變化，其作用是滿足工況負(fù)荷要求；點(diǎn)火
室濃度控制量根據(jù)壓入點(diǎn)火室內(nèi)混合氣中燃料量確定，保證在不同的工況下噴
射到點(diǎn)火室中的燃料能夠在壓入點(diǎn)火室的混合氣中擴(kuò)散霧化形成適宜點(diǎn)燃的混
合氣。點(diǎn)火室內(nèi)混合氣被火花塞點(diǎn)燃后，以較高的速度噴入主燃燒室，對主燃
燒室內(nèi)混合氣具有一定的擾動作用，有利于火焰的擴(kuò)散和加速燃燒速度，進(jìn)而 提高熱效率。
從排氣閥關(guān)閉到壓縮沖程上止點(diǎn)，將燃料分為若干次噴射，在缸內(nèi)壓力低， 點(diǎn)火室通道處氣流比較弱時進(jìn)行主噴射，由于氣流對噴霧影響小，燃料進(jìn)入主
燃燒室；在缸內(nèi)壓力大，點(diǎn)火室通道處氣流比較強(qiáng)時進(jìn)行點(diǎn)火室濃度控制量噴
射，由于氣流對噴霧影響大，并且通道處擠流方向和噴射方向相反，燃料不能 噴出點(diǎn)火室。通過優(yōu)化主噴射量、濃度控制量、主噴射時刻、濃度控制量噴射 時刻等參數(shù)來滿足工況要求，又使點(diǎn)火室內(nèi)部混合氣的濃度保持在容易點(diǎn)燃的 范圍之內(nèi)。由于點(diǎn)火室內(nèi)混合氣濃度處于容易點(diǎn)燃的范圍，在火花塞點(diǎn)火時易 于形成穩(wěn)定的火核，這樣就保證了發(fā)動機(jī)可靠著火。在發(fā)動機(jī)的火焰?zhèn)鞑ミ^程 中，由于點(diǎn)火室與主燃燒室之間的流通面積較小，使點(diǎn)火室內(nèi)部的火焰以比較 大的速度沖入主燃燒室，以較大的火焰鋒面點(diǎn)燃主燃燒室內(nèi)的混合氣，加快其 燃燒速度，使燃燒更趨近于等容放熱，提高了熱效率。
本發(fā)明的有益效果是由于這種直噴式發(fā)動機(jī)采用了一次或一次以上的燃 料噴射方式，每一工作循環(huán)噴射燃料的總量為點(diǎn)火室濃度控制量或再加上一次 或數(shù)次主噴射量，以保證點(diǎn)火室內(nèi)的混合氣空燃比在容易點(diǎn)燃的范圍內(nèi)，這樣 使得著火穩(wěn)定可靠，火焰?zhèn)鞑タ焖俜€(wěn)定。利用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)及與其相配合的 燃料噴射方法，使得主燃燒室的設(shè)計(jì)只需考慮主燃燒室內(nèi)的混合氣分布，減少 了對火花塞附近混合氣濃度的考慮，降低了主燃燒室的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，為組織 更合理的燃燒奠定了基礎(chǔ)。點(diǎn)火室內(nèi)混合氣被點(diǎn)燃后，以較高的速度噴入主燃 燒室，其擾動作用有利于燃燒的快速擴(kuò)散，有利于進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)動機(jī)的稀薄燃 燒范圍及加快缸內(nèi)燃燒速度，提高發(fā)動機(jī)的熱效率?？煽康狞c(diǎn)火和穩(wěn)定快速的 火焰?zhèn)鞑タ梢允拱l(fā)動機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行于更低的怠速轉(zhuǎn)速，使車輛在城市工況下運(yùn) 行時產(chǎn)生比較明顯的節(jié)能效果。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是進(jìn)氣沖程后期主噴射示意圖。
圖3是壓縮沖程初期主噴射示意圖。
圖4是壓縮沖程后期點(diǎn)火室濃度控制量噴射示意圖。
圖中1、點(diǎn)火室，2、燃料噴嘴，3、火花塞，4、主燃燒室，5、活塞，6、
主噴束，7、點(diǎn)火室濃度控制量噴束，8、氣流。
具體實(shí)施例方式
圖1所示，在直噴點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋上設(shè)置了一個點(diǎn)火室l，將火花塞 3和燃料噴嘴(多孔噴嘴或旋流噴嘴)2放置其中，噴射方向指向點(diǎn)火室l的通 道口。結(jié)合發(fā)動機(jī)缸內(nèi)的氣流運(yùn)動，在發(fā)動機(jī)的排氣閥關(guān)閉到壓縮上止點(diǎn)期間 進(jìn)行一次或一次以上噴射，通過選擇合適的噴射定時，在缸內(nèi)壓力大，點(diǎn)火室 通道處氣流比較強(qiáng)時進(jìn)行一次點(diǎn)火室濃度控制量噴射，在氣流的作用下使燃料 停留在點(diǎn)火室內(nèi)，而不進(jìn)入主燃燒室。在缸內(nèi)壓力小，點(diǎn)火室通道處氣流比較 弱時進(jìn)行一次或多次主噴射，由于氣流對噴束的作用小，使得燃料直接進(jìn)入主 燃燒室。這樣通過控制噴入點(diǎn)火室的燃料量的多少，使點(diǎn)火室內(nèi)混合氣的濃度 不隨工況的變化而變化，進(jìn)而保證點(diǎn)火的穩(wěn)定性。
在缸內(nèi)壓力較低，噴孔到點(diǎn)火室l通道處氣流比較弱時進(jìn)行主噴射， 一般 在發(fā)動機(jī)排氣閥關(guān)閉后的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程前期。如圖2所示，發(fā)動機(jī)處于 進(jìn)氣沖程時，因?yàn)楦變?nèi)壓力低、密度小，且點(diǎn)火室通道處的速度低，所以點(diǎn)火 室通道處及點(diǎn)火室內(nèi)部的氣流較弱，此時進(jìn)行主噴射的主噴束6受氣流作用小， 直接噴入主燃燒室。同理，在壓縮初期，主噴射的主噴6也可直接噴入主燃燒 室，如圖3所示。
在缸內(nèi)壓力大，點(diǎn)火室通道處氣流比較強(qiáng)時，進(jìn)行點(diǎn)火室濃度控制量噴射， 一般在發(fā)動機(jī)壓縮沖程末期進(jìn)行。如圖4所示在壓縮沖程后期，因?yàn)楦變?nèi)壓 力高、密度大，且點(diǎn)火室通道處及點(diǎn)火室內(nèi)部的氣流(擠流)速度高，所以氣 流強(qiáng)度較大，此時噴射的點(diǎn)火室濃度控制量噴束7受氣流8作用，不能噴入主 燃燒室，而噴入點(diǎn)火室，且受強(qiáng)擠流的作用，迅速擴(kuò)散至整個點(diǎn)火室。
根據(jù)不同工況要求，可以靈活組織燃料噴射。具體采用的噴射方式，可以 是一次點(diǎn)火室濃度控制量噴射，也可以是一次點(diǎn)火室濃度控制量噴射和至少一 次主噴射。
圖1至圖4是以四沖程點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)為例，對于不同氣閥數(shù)及二沖程發(fā)動 機(jī)，上述燃料噴射方法同樣適用，只是需要在缸頭處把點(diǎn)火室、火花塞、燃料
噴嘴做適當(dāng)布置。
上述發(fā)動機(jī)適于燃用多種燃料，包括液體燃料(如汽油、乙醇)和氣體燃 料(如壓縮或液化天然氣、液化石油氣)。對于不同燃料，只需根據(jù)燃料本身的 理化特性，對噴射方法作適當(dāng)調(diào)整即可。
權(quán)利要求
1、一種采用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)的直噴式發(fā)動機(jī)，其特征是在氣缸蓋中設(shè)有一個裝有火花塞(3)的點(diǎn)火室(1)，一個安裝于點(diǎn)火室(1)內(nèi)的燃料噴嘴(2)的噴射方向指向點(diǎn)火室(1)與主燃燒室(4)相連接的通道口；燃料噴嘴(2)在每一工作循環(huán)的燃料總噴射量等于點(diǎn)火室濃度控制量和主噴射量之和，當(dāng)燃料噴嘴(2)采用一次噴射時，該次噴射為點(diǎn)火室濃度控制量噴射(7)，當(dāng)燃料噴嘴(2)采用多于一次噴射燃料時，點(diǎn)火室濃度控制量(7)采用一次噴射來完成，主噴射量(6)采用至少一次噴射來完成；燃料噴嘴(2)噴射的是易于被火花塞(3)點(diǎn)燃的液體燃料或氣體燃料。
2、 據(jù)權(quán)利要求1所述的采用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)的直噴式發(fā)動機(jī)，其特征是所述點(diǎn)火室濃度控制量由燃料噴嘴(2)在發(fā)動機(jī)壓縮沖程的后期噴射。
3、 據(jù)權(quán)利要求l所述的采用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)的直噴式發(fā)動機(jī)，其特征是對于四沖程發(fā)動機(jī)，所述主噴射量(6)由燃料噴嘴(2)在發(fā)動機(jī)排氣閥關(guān)閉后 的進(jìn)氣沖程或壓縮沖程的前期噴射。
4、 據(jù)權(quán)利要求l所述的采用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)的直噴式發(fā)動機(jī)，其特征是對于二沖程發(fā)動機(jī)，所述主噴射量由燃料噴嘴(2)在發(fā)動機(jī)壓縮沖程的前期噴射。
全文摘要
一種采用點(diǎn)火室燃燒系統(tǒng)的直噴式發(fā)動機(jī)，其屬于發(fā)動機(jī)燃料噴射和燃燒領(lǐng)域。該發(fā)動機(jī)在氣缸蓋中設(shè)有一個裝有火花塞的點(diǎn)火室，一個安裝于點(diǎn)火室內(nèi)的燃料噴嘴的噴射方向指向點(diǎn)火室與主燃燒室相連接的通道口；燃料噴嘴在每一工作循環(huán)的燃料總噴射量等于點(diǎn)火室濃度控制量和主噴射量之和。燃料噴嘴在每一工作循環(huán)內(nèi)，根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況，在合適的時刻進(jìn)行一次或一次以上噴射，以形成易于火花塞點(diǎn)燃和適于火焰?zhèn)鞑サ幕旌蠚?。噴入到主燃燒室?nèi)的火焰的擾動作用有利于燃燒的快速擴(kuò)散，以加快缸內(nèi)燃燒速度，提高發(fā)動機(jī)的熱效率?？煽康狞c(diǎn)火和穩(wěn)定快速的火焰?zhèn)鞑タ梢允拱l(fā)動機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行于更低的怠速轉(zhuǎn)速，使車輛在城市工況下運(yùn)行時產(chǎn)生比較明顯的節(jié)能效果。
文檔編號F02B23/10GK101387219SQ20081022829
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者磊 付, 馮立巖, 冷先銀, 夏美艷, 杜寶國, 田江平, 隆武強(qiáng), 齊鯤鵬 申請人:大連理工大學(xué)