專利名稱：缸內(nèi)直噴汽油機(jī)及缸內(nèi)直噴汽油機(jī)摻燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)，尤其涉及一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)及缸內(nèi)直噴汽油機(jī)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(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)作為汽車的動(dòng)力來源，在很大程度上決定了車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，以其優(yōu)秀的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性，得到越來越多的應(yīng)用。與此同時(shí)，汽油缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)仍存在一定的技術(shù)難題，比如未燃碳?xì)渑欧盼?，分層燃燒時(shí)稀燃難于控制等。目前，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的排放中一般都含有較多未燃碳?xì)浠衔?，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(jī)在汽缸內(nèi)噴油，混合效果肯定要比進(jìn)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(yuǎn)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?xì)渑欧盼铩Ｓ绕涫遣捎梅謱尤紵绞降母變?nèi)直噴汽油機(jī)，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(jī)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，通過對(duì)其構(gòu)成的改進(jìn)，所得到的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃燒充分，燃油利用率高，有效減少碳?xì)渑欧?；提高缸?nèi)直噴汽油機(jī)缸內(nèi)平均指示有效壓力，增大發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出。—種缸內(nèi)直噴汽油機(jī),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(gè)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(yuǎn)離汽油噴嘴的一側(cè)。進(jìn)一步地，所述供氫單元包括氫氣存儲(chǔ)設(shè)備，所述氫氣存儲(chǔ)設(shè)備為高壓氫氣瓶，用來在車上存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)用氫氣。本發(fā)明還提供了一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)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(shí)降低排放。本發(fā)明提供的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)摻燒方法，向缸內(nèi)直噴汽油機(jī)汽缸內(nèi)遠(yuǎn)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(jìn)一步地，所述缸內(nèi)直噴汽油機(jī)摻燒方法適用于缸內(nèi)直噴汽油機(jī)起動(dòng)或運(yùn)行狀態(tài)。氫氣具有燃燒速度快，可燃范圍大的特點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述缸內(nèi)直噴汽油機(jī)摻燒方法適用于缸內(nèi)直噴汽油機(jī)均質(zhì)混合燃燒或分層混合燃燒方式。
缸內(nèi)直噴汽油機(jī)工作原理在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)工作時(shí)，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(jìn)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(diǎn)火，同時(shí)控制單元(ECU)控制氫氣高壓噴嘴在汽缸上遠(yuǎn)離汽油噴嘴處噴入少量氫氣，使氫氣瞬時(shí)聚集在此區(qū)域不擴(kuò)散到整個(gè)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(dòng)力性和燃油利用率，并有效減少排放中的碳?xì)浠衔铩?
本發(fā)明提供的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)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(shí)間向缸內(nèi)噴入少量極易燃燒的氫氣，氫氣燃燒可同時(shí)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?xì)渑欧?；同時(shí)，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(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的壓力平均值，用來表征發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力或者負(fù)荷，英文縮寫IMEP)，增大發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出。實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、排放性和動(dòng)力性俱佳的優(yōu)點(diǎn)。


附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中圖I為本發(fā)明實(shí)施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的噴嘴部放大圖。結(jié)合附圖，本發(fā)明實(shí)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(jìn)氣管6-排氣管7-活塞
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一圖I為本發(fā)明實(shí)施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的噴嘴部放大圖。由圖I和圖2可見,本發(fā)明實(shí)施例一提供的缸內(nèi)直噴汽油機(jī),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(jìn)氣管5和排氣管6，汽缸3內(nèi)還設(shè)置有用于點(diǎn)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(gè)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(yuǎn)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(jī)的工作原理在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)工作(起動(dòng)或運(yùn)行狀態(tài))時(shí)，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(jìn)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(diǎn)火，同時(shí)控制單元(ECU)控制氫氣高壓噴嘴2在汽缸3遠(yuǎn)離汽油噴嘴I處噴入少量氫氣，使氫氣瞬時(shí)聚集在此區(qū)域不擴(kuò)散到整個(gè)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(gè)著火點(diǎn)，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(dòng)活塞7向外輸出動(dòng)能。本發(fā)明可提高燃油利用率，并減少排放中的碳?xì)浠衔?；同時(shí)，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(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出。實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、排放性和動(dòng)力性俱佳的優(yōu)點(diǎn)。缸內(nèi)直噴汽油機(jī)起動(dòng)時(shí)，汽油剛噴入汽缸霧化效果不好，汽油機(jī)需要噴入比運(yùn)行時(shí)更多的油以形成油霧進(jìn)行燃燒，所以起動(dòng)時(shí)噴入適量的氫氣會(huì)提高汽油的可燃性，減少起動(dòng)時(shí)的噴油量以降低油耗，同時(shí)提高起動(dòng)動(dòng)力并且降低排放中的碳?xì)浜?；運(yùn)行時(shí)，由于缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的獨(dú)特控制，在汽油噴嘴的遠(yuǎn)端會(huì)形成汽油的稀薄混合氣，可燃性比較差，所以在遠(yuǎn)端噴入氫氣后促使燃燒充分，提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力、降低碳?xì)渑欧牛蛘哌x擇性的減少噴油量以降低油耗。實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是氫氣高壓噴嘴的個(gè)數(shù)為兩個(gè)，分別設(shè)置在同一個(gè)汽缸上遠(yuǎn)離汽油噴嘴的一側(cè)，兩個(gè)氫氣高壓噴嘴均位于火花塞的點(diǎn)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(shí)向混合氣稀薄區(qū)域噴少量氫氣，增加著火點(diǎn)，有效提高汽缸的工作效率，減少未燃碳?xì)浠衔锏呐欧拧?shí)施例三本實(shí)施例與實(shí)施例一不同的是氫氣高壓噴嘴的個(gè)數(shù)為四個(gè)，分別設(shè)置在4缸汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的4個(gè)汽缸上遠(yuǎn)離汽油噴嘴的一側(cè)，即每個(gè)汽缸內(nèi)均設(shè)置有一個(gè)氫氣高壓噴嘴。在汽缸內(nèi)汽油燃燒時(shí)向混合氣稀薄區(qū)域噴少量氫氣，增加著火點(diǎn)，有效提高汽缸的工作效率，減少未燃碳?xì)浠衔锏呐欧?。?shí)施例四—種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)摻燒方法，向缸內(nèi)直噴汽油機(jī)汽缸內(nèi)遠(yuǎn)離汽油噴嘴處噴入氫氣，采用氫氣引燃直噴汽油機(jī)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(jī)摻燒方法對(duì)采用均質(zhì)混合燃燒和分層混合燃燒策略的直噴發(fā)動(dòng)機(jī)都有效。由于是在汽缸內(nèi)進(jìn)行噴射，汽油的霧化效果和混合效果肯定會(huì)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(huì)造成燃料利用率降低，燃燒效率降低，并且這部分未燃碳?xì)浠衔飼?huì)造成排放的惡化。本發(fā)明通過在燃燒時(shí)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(shí)施例所示的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)，只要采用了氫氣引燃直噴汽油機(jī)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(jī)均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。 最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)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(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)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(shí)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(jī)，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(gè)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(yuǎn)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(jī)，其特征在于，所述供氫單元包括氫氣存儲(chǔ)設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)，其特征在于，所述氫氣存儲(chǔ)設(shè)備為高壓氫氣瓶。
4.一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)摻燒方法，其特征在于，向缸內(nèi)直噴汽油機(jī)汽缸內(nèi)遠(yuǎn)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(jī)摻燒方法,其特征在于,適用于缸內(nèi)直噴汽油機(jī)起動(dòng)或運(yùn)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(jī)摻燒方法,其特征在于適用于缸內(nèi)直噴汽油機(jī)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(jī)及缸內(nèi)直噴汽油機(jī)摻燒方法。缸內(nèi)直噴汽油機(jī)，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(gè)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(yuǎn)離汽油噴嘴的一側(cè)。本發(fā)明提供的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)摻燒方法科學(xué)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了燃料燃燒充分，燃油利用率高，有效減少碳?xì)渑欧?；同時(shí)提高缸內(nèi)平均指示有效壓力，增大發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出。實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、排放性和動(dòng)力性俱佳的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02D19/08GK102619628SQ20111003346
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北汽福田汽車股份有限公司