專利名稱：缸內(nèi)直噴汽油機及缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機燃燒技術(shù)，尤其涉及一種缸內(nèi)直噴汽油機及缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法。
背景技術(shù)：
近年來,汽車工業(yè)技術(shù)水平迅速發(fā)展,人們對汽車的動力性、經(jīng)濟性、排放性、安全性等方面提出了更加嚴(yán)格的要求。而發(fā)動機作為汽車的動力來源，在很大程度上決定了車輛的動力性、經(jīng)濟性和排放性。汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動機，以其優(yōu)秀的燃油經(jīng)濟性、動力性和排放性，得到越來越多的應(yīng)用。與此同時，汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動機仍存在一定的技術(shù)難題，比如未燃碳氫排放物，分層燃燒時稀燃難于控制等。目前，缸內(nèi)直噴汽油機的排放中一般都含有較多未燃碳氫化合物，這主要是由其燃油噴射方式?jīng)Q定的。由于缸內(nèi)直噴汽油機在汽缸內(nèi)噴油，混合效果肯定要比進氣道噴射預(yù)混合方式差，這就造成了在火花塞附近的混合氣較濃，而遠離火花塞或接近缸壁的邊緣區(qū)域混合氣較稀，這些較稀的區(qū)域混合氣不易燃燒，從而使排放中含有較多未燃碳氫排放物。尤其是采用分層燃燒方式的缸內(nèi)直噴汽油機，由于采用了偏向稀燃的方式，邊緣區(qū)域混合氣更稀薄更不易燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種缸內(nèi)直噴汽油機，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，通過對其構(gòu)成的改進，所得到的缸內(nèi)直噴汽油機燃燒充分，燃油利用率高，有效減少碳氫排放；提高缸內(nèi)直噴汽油機缸內(nèi)平均指示有效壓力，增大發(fā)動機動力輸出。—種缸內(nèi)直噴汽油機,包括氫氣噴入系統(tǒng)和設(shè)置有汽油噴嘴的汽缸，所述氫氣噴入系統(tǒng)包括供氫單元、控制單元和至少一個氫氣高壓噴嘴，所述氫氣高壓噴嘴與供氫單元連接，所述控制單元與氫氣高壓噴嘴電聯(lián)；所述氫氣高壓噴嘴設(shè)置在汽缸上遠離汽油噴嘴的一側(cè)。進一步地，所述供氫單元包括氫氣存儲設(shè)備，所述氫氣存儲設(shè)備為高壓氫氣瓶，用來在車上存儲發(fā)動機用氫氣。本發(fā)明還提供了一種缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，可在提高燃油利用率和燃燒效率的同時降低排放。本發(fā)明提供的缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法，向缸內(nèi)直噴汽油機汽缸內(nèi)遠離汽油噴嘴處噴入氫氣，采用氫氣引燃汽缸內(nèi)邊緣區(qū)域的稀薄混合氣，從而提高燃油利用率和燃燒效率，并有效降低排放。進一步地，所述缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法適用于缸內(nèi)直噴汽油機起動或運行狀態(tài)。氫氣具有燃燒速度快，可燃范圍大的特點。進一步地，所述缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法適用于缸內(nèi)直噴汽油機均質(zhì)混合燃燒或分層混合燃燒方式。
缸內(nèi)直噴汽油機工作原理在缸內(nèi)直噴汽油機工作時，根據(jù)工況和控制單元(ECU)設(shè)定工序的不同，汽油噴嘴在進氣或壓縮階段噴油在汽缸內(nèi)形成均質(zhì)或分層混合氣，在壓縮階段末期火花塞點火，同時控制單元(ECU)控制氫氣高壓噴嘴在汽缸上遠離汽油噴嘴處噴入少量氫氣，使氫氣瞬時聚集在此區(qū)域不擴散到整個汽缸內(nèi)，這樣氫氣就在汽油混合氣的邊緣區(qū)域引燃此處的稀薄混合氣，使汽缸內(nèi)的燃料混合氣燃燒更充分，得到更高的動力性和燃油利用率，并有效減少排放中的碳氫化合物。
本發(fā)明提供的缸內(nèi)直噴汽油機結(jié)構(gòu)簡單緊湊，缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法科學(xué)合理，采用了向稀薄混合氣區(qū)域噴少量氫氣的方法，在特定時間向缸內(nèi)噴入少量極易燃燒的氫氣，氫氣燃燒可同時引燃稀薄區(qū)域的汽油混合氣，從而使燃燒更充分，燃油利用率更高，有效減少碳氫排放；同時，由于多了一部分氫氣參與燃燒，可以提高缸內(nèi)平均指不有效壓力(發(fā)動機缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的壓力平均值，用來表征發(fā)動機產(chǎn)生的動力或者負荷，英文縮寫IMEP)，增大發(fā)動機動力輸出。實現(xiàn)發(fā)動機經(jīng)濟性、排放性和動力性俱佳的優(yōu)點。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖I為本發(fā)明實施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機的噴嘴部放大圖。結(jié)合附圖，本發(fā)明實施例中附圖標(biāo)記如下I-汽油噴嘴 2-氫氣高壓噴嘴 3-汽缸4-火花塞 5-進氣管6-排氣管7-活塞
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例一圖I為本發(fā)明實施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機的噴嘴部放大圖。由圖I和圖2可見,本發(fā)明實施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機,包括氫氣噴入系統(tǒng)和設(shè)置有汽油噴嘴I的汽缸3，汽缸3上設(shè)置有進氣管5和排氣管6，汽缸3內(nèi)還設(shè)置有用于點火的火花塞4和用于傳導(dǎo)能量的活塞7 ;氫氣噴入系統(tǒng)包括一個氫氣高壓噴嘴2、控制單元和供氫單元，供氫單元包括一高壓氫氣瓶，高壓氫氣瓶通過管路和減壓閥與氫氣高壓噴嘴2連接，控制單元與氫氣高壓噴嘴2電聯(lián)；氫氣高壓噴嘴2設(shè)置在汽缸3遠離汽油噴嘴I的一側(cè)。附圖2中的虛線部分表示汽油噴嘴I噴出的油束軌跡，箭頭方向表示氣流方向。缸內(nèi)直噴汽油機的工作原理在缸內(nèi)直噴汽油機工作(起動或運行狀態(tài))時，根據(jù)工況和控制單元(ECU)設(shè)定工序的不同，汽油噴嘴可能在進氣階段噴油，也可能在壓縮階段噴油；根據(jù)策略定制和噴油量大小的不同，汽油在缸內(nèi)可能形成均質(zhì)混合氣燃燒或分層混合氣燃燒。在壓縮階段末期火花塞4點火，同時控制單元(ECU)控制氫氣高壓噴嘴2在汽缸3遠離汽油噴嘴I處噴入少量氫氣，使氫氣瞬時聚集在此區(qū)域不擴散到整個汽缸3內(nèi)，這樣氫氣就在汽油混合氣的邊緣區(qū)域引燃此處的稀薄混合氣，使汽缸3內(nèi)的燃料混合氣燃燒更充分，并且出現(xiàn)多個著火點，燃料混合氣燃燒更均勻充分，燃燒壓力和溫度更高，汽油燃燒后氣體體積膨脹推動活塞7向外輸出動能。本發(fā)明可提高燃油利用率，并減少排放中的碳氫化合物；同時，由于多了一部分氫氣參與燃燒，可以提高缸內(nèi)平均指不有效壓力，增大發(fā)動機動力輸出。實現(xiàn)發(fā)動機經(jīng)濟性、排放性和動力性俱佳的優(yōu)點。缸內(nèi)直噴汽油機起動時，汽油剛噴入汽缸霧化效果不好，汽油機需要噴入比運行時更多的油以形成油霧進行燃燒，所以起動時噴入適量的氫氣會提高汽油的可燃性，減少起動時的噴油量以降低油耗，同時提高起動動力并且降低排放中的碳氫含量；運行時，由于缸內(nèi)直噴汽油機的獨特控制，在汽油噴嘴的遠端會形成汽油的稀薄混合氣，可燃性比較差，所以在遠端噴入氫氣后促使燃燒充分，提高發(fā)動機動力、降低碳氫排放，或者選擇性的減少噴油量以降低油耗。實施例二本實施例與實施例一不同的是氫氣高壓噴嘴的個數(shù)為兩個，分別設(shè)置在同一個汽缸上遠離汽油噴嘴的一側(cè)，兩個氫氣高壓噴嘴均位于火花塞的點火范圍內(nèi)。通過在汽缸內(nèi)多處設(shè)置氫氣高壓噴嘴，在汽缸內(nèi)汽油燃燒時向混合氣稀薄區(qū)域噴少量氫氣，增加著火點，有效提高汽缸的工作效率，減少未燃碳氫化合物的排放。實施例三本實施例與實施例一不同的是氫氣高壓噴嘴的個數(shù)為四個，分別設(shè)置在4缸汽車發(fā)動機的4個汽缸上遠離汽油噴嘴的一側(cè)，即每個汽缸內(nèi)均設(shè)置有一個氫氣高壓噴嘴。在汽缸內(nèi)汽油燃燒時向混合氣稀薄區(qū)域噴少量氫氣，增加著火點，有效提高汽缸的工作效率，減少未燃碳氫化合物的排放。實施例四—種缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法，向缸內(nèi)直噴汽油機汽缸內(nèi)遠離汽油噴嘴處噴入氫氣，采用氫氣引燃直噴汽油機汽缸內(nèi)邊緣區(qū)域的稀薄混合氣。本發(fā)明缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法對采用均質(zhì)混合燃燒和分層混合燃燒策略的直噴發(fā)動機都有效。由于是在汽缸內(nèi)進行噴射，汽油的霧化效果和混合效果肯定會有不理想的情況，在汽缸內(nèi)的邊緣區(qū)域容易出現(xiàn)稀薄混合氣，這部分混合氣不易燃燒，會造成燃料利用率降低，燃燒效率降低，并且這部分未燃碳氫化合物會造成排放的惡化。本發(fā)明通過在燃燒時向此混合氣稀薄區(qū)域噴少量氫氣，引燃這部分稀薄混合氣，從而提高燃油利用率和燃燒效率，并降低排放。本發(fā)明不局限于上述實施例所示的缸內(nèi)直噴汽油機，只要采用了氫氣引燃直噴汽油機汽缸內(nèi)邊緣區(qū)域稀薄混合氣的燃燒方式的技術(shù)方案的汽油機均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種缸內(nèi)直噴汽油機，其特征在于，包括氫氣噴入系統(tǒng)和設(shè)置有汽油噴嘴(I)的汽缸(3)，所述氫氣噴入系統(tǒng)包括供氫單元、控制單元和至少一個氫氣高壓噴嘴(2)，所述氫氣高壓噴嘴(2)與供氫單元連接，所述控制單元與氫氣高壓噴嘴(2)電聯(lián)；所述氫氣高壓噴嘴(2)設(shè)置在汽缸(3)上遠離汽油噴嘴(I)的一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的缸內(nèi)直噴汽油機，其特征在于，所述供氫單元包括氫氣存儲設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的缸內(nèi)直噴汽油機，其特征在于，所述氫氣存儲設(shè)備為高壓氫氣瓶。
4.一種缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法，其特征在于，向缸內(nèi)直噴汽油機汽缸內(nèi)遠離汽油噴嘴處噴入氫氣，采用氫氣引燃汽缸內(nèi)邊緣區(qū)域的稀薄混合氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法,其特征在于,適用于缸內(nèi)直噴汽油機起動或運行狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法,其特征在于適用于缸內(nèi)直噴汽油機均質(zhì)混合燃燒或分層混合燃燒方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種缸內(nèi)直噴汽油機及缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法。缸內(nèi)直噴汽油機，包括氫氣噴入系統(tǒng)和設(shè)置有汽油噴嘴的汽缸，氫氣噴入系統(tǒng)包括供氫單元、控制單元和至少一個氫氣高壓噴嘴，氫氣高壓噴嘴與供氫單元連接，控制單元與氫氣高壓噴嘴電聯(lián)；氫氣高壓噴嘴設(shè)置在汽缸上遠離汽油噴嘴的一側(cè)。本發(fā)明提供的缸內(nèi)直噴汽油機結(jié)構(gòu)簡單緊湊，缸內(nèi)直噴汽油機摻燒方法科學(xué)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺點，實現(xiàn)了燃料燃燒充分，燃油利用率高，有效減少碳氫排放；同時提高缸內(nèi)平均指示有效壓力，增大發(fā)動機動力輸出。實現(xiàn)發(fā)動機經(jīng)濟性、排放性和動力性俱佳的優(yōu)點。
文檔編號F02D19/08GK102619628SQ20111003346
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者孫寧, 李峰, 李昱, 甄順田, 陳翰, 高景伯 申請人:北汽福田汽車股份有限公司