一种用于直喷汽油机两段预混压燃的燃烧系统及燃烧方法

摘要

本发明属于发动机领域，尤其涉及一种用于直喷汽油机两段预混压燃的燃烧系统及其燃烧方法。该燃烧系统包括控制单元、喷油器、活塞以及燃烧室，在燃烧室的上端设置有挤流面，在燃烧室轴线和燃烧室壁面之间设置有环形壁面，喷油器的喷孔轴线与燃烧室轴线之间存在夹角，并使得喷油器在活塞压缩冲程上止点前喷射的燃料喷射在挤流面上，在上止点后喷射的燃料喷射在环形壁面的内部。本发明所提供的燃烧系统及燃烧方法，通过在燃烧室内设置环形壁面，可实现汽油两段预混压燃的分时分区燃烧，提高空气利用率，增强燃料预混程度，实现直喷汽油机的高效、低排放。此外，该装置结构简单，使用方便，制造成本低。

说明书

技术领域

本发明属于发动机领域，尤其涉及一种用于直喷汽油机两段预混 压燃的燃烧系统及其燃烧方法。

背景技术

传统直喷柴油机燃烧室主要分为浅盆型、深坑型、挤流口型和球 形，根据这些燃烧室又引申出一些多边形燃烧室等异形燃烧室。也有 研究者为了增强直喷燃料的雾化效果，在燃烧室内设置凸起或尖端等， 利用燃料碰撞凸起形成二次射流或卷流，加强油气混合。现有的燃烧 室均针对柴油燃料设计，也没有专门为多次喷射策略进行相应的燃烧 室匹配。

近年来，汽油压燃模式得到广泛研究。相比于传统柴油燃烧，汽 油压燃能够在得到高热效率的同时，能够大幅减少NO_x和碳烟排放。 在汽油压燃模式中多段预混压燃（MPCI）的燃烧方法效果尤为突出。 但是由于传统燃烧室无法将两次喷射的燃料进行分区，导致第二次喷 油的预混效果较差，第一次喷油存在碰壁可能，无法满足MPCI模式 的要求，影响了MPCI模式效果的进一步提高。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种用于较好的多段预混压燃效果的直喷汽 油机两段预混压燃的燃烧系统及其燃烧方法。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于直喷汽油机两段预混 压燃的燃烧系统，包括控制单元、喷油器、活塞以及燃烧室，在所述 燃烧室的上端设置有挤流面，其特征在于，在所述燃烧室轴线和燃烧 室壁面之间设置有环形壁面，所述喷油器的喷孔轴线与所述燃烧室轴 线之间存在夹角，并使得所述喷油器在所述活塞压缩冲程上止点前喷 射的燃料喷射在所述挤流面上，在所述活塞压缩冲程上止点后喷射的 燃料喷射在所述环形壁面的内部。

其中，按照权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述喷油 器的喷孔轴线与所述燃烧室轴线之间的夹角为50～75°。

其中，所述喷油器的喷孔轴线与所述燃烧室轴线之间的夹角，使 得所述喷油器在所述活塞压缩冲程上止点前30～70°时喷射的燃料喷 射在所述挤流面上。

其中，所述喷油器的喷孔轴线与所述燃烧室轴线之间的夹角，使 得所述喷油器在所述活塞压缩冲程上止点后0～10°时喷射的燃料喷射 在所述环形壁面的内部。

其中，所述环形壁面的厚度为1～2mm。

其中，所述挤流面为圆弧形。

其中，所述喷油器的喷孔数大于5。

本发明还提供了上述直喷汽油机两段预混压燃的燃烧系统的燃烧 方法，其包括以下步骤：

S1：在压缩冲程接近上止点时，控制单元控制喷油器进行第一次 燃料喷射，使所述燃料喷射在燃烧室的挤流面上，在所述燃烧室的环 形壁面的外部区域和空气混合后；

S2：所述燃料燃烧结束后，所述控制单元控制所述喷油器进行第 二次燃料喷射，使所述燃料喷射在所述环形壁面的内部，并在所述燃 烧室的环形壁面的内部区域和空气混合后燃烧。

其中，在所述步骤S1中，在所述上止点前30～70°进行第一次燃 料喷射。

其中，在所述步骤S2中，在所述上止点后0～10°进行第二次燃料 喷射。

（三）有益效果

上述技术方案所提供的用于直喷汽油机两段预混压燃的燃烧系统 及其燃烧方法，通过在燃烧室内设置环形壁面，使得汽油压燃模式中 两次喷油在燃烧室内进行预混分区，以实现汽油的两段预混分区压燃， 提高空气利用率，增强燃料预混程度，实现直喷汽油机的高效、低排 放。此外，该装置结构简单，使用方便，制造成本低。

附图说明

图1为本发明的一种用于直喷汽油机两段预混压燃的燃烧系统的 示意图；

图2为图1中的燃烧系统在第一次喷射燃料状态下的示意图；

图3为图1中的燃烧系统在第二次喷射燃料状态下的示意图。

其中：1-喷油器；2-燃烧室；3-活塞；4-第一圆弧；5-环形壁面； 6-第二圆弧；7-挤流面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1所示为本发明的一种用于直喷汽油机两段预混压燃的燃烧系 统的一个优选实施例。根据该实施例，该燃烧系统包括控制单元（未 示出），活塞3以及位于燃烧室2，在燃烧室2的上端设置有挤流面7。 优选该挤流面7为圆弧形。在燃烧室轴线和燃烧室壁面之间设置有环 形壁面5，优选该环形壁面5的厚度为1～2mm。该环形壁面5将燃烧 室2分成两个区域：位于环形壁面5内部的中央区域和位于环形壁面5 外部的外围区域。此外，该燃烧系统还包括位于燃烧室轴线上的喷油 器1。喷油器1的喷孔轴线与燃烧室轴线之间存在一定的夹角，其具体 数值应根据燃烧室2的尺寸而定，但需要保证在活塞压缩冲程接近上 止点时，典型地在上止点前30～70°，喷油器1喷出的燃料应喷射到挤 流面7上，而在活塞压缩冲程上止点后，典型地在上止点后0～10°， 喷油器1喷出的燃料应喷射到燃烧室2的中央区域内。优选喷油器1 的喷孔轴线与燃烧室轴线之间的夹角为50～75°。

本发明所提供的燃烧系统通过在燃烧室2内设置环形壁面5，使燃 烧室2分成中央区域和外围区域，然后由控制单元控制喷油器1的喷 油时刻，使得喷油器1第一次喷射出的燃料碰撞挤流面7，然后在燃烧 室2的外围区域上方和外围区域内和空气混合进行完全燃烧放热；在 活塞压缩冲程上止点后时，燃料燃烧结束，由控制单元控制喷油器1 进行第二次燃料喷射，使燃料喷射在燃烧室2的中央区域进行燃烧， 这样保证燃料和空气分区混合、分区燃烧，以充分利用空气，让两次 喷射的燃料更加充分预混，提高热效率。此外，分区燃烧降低了燃烧 温度，减少NO_x的排放，并提高了预混程度，使燃烧更加完全，碳烟 排放下降。

为了提高活塞使用的耐久度，优选环形壁面5与燃烧室2的底部 圆弧形连接，即在中央区域，环形壁面5与燃烧室2的底部的连接处 设置有第一圆弧4，在外围区域，环形壁面5与燃烧室2的底部的连接 处设置有第二圆弧6。

优选地，喷油器1的喷孔数大于5，以提高燃料和空气的预混程度。 而

本发明还提供了一种直喷汽油机两段预混压燃的燃烧系统的燃烧 方法，该方法包括以下步骤：

S1：在活塞压缩冲程接近上止点时，控制单元控制喷油器1进行 第一次燃料喷射，使燃料喷射在燃烧室2的挤流面7上。优选在上止 点前30～70°进行第一次燃料喷射。此时，燃料贯穿距较长，燃料碰撞 挤流面7后分成两部分：一部分反弹后在燃烧室2的外围区域的上部 和空气混合，另一部分沿燃烧室壁面流下，在燃烧室2的外围区域内 和空气混合。这两部分燃料在上止点前后完全燃烧放热。

S2：在活塞压缩冲程上止点后时，燃料燃烧结束，控制单元控制 喷油器1进行第二次燃料喷射，使燃料喷射在环形壁面5内部，即燃 烧室2的中央区域内。优选在上止点后0～10°进行第二次燃料喷射。 此时，由于活塞距缸盖较近，同时由于缸内高温高压，燃料贯穿距较 短，燃料进入燃烧室的中央区域，并和空气混合后开始燃烧。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技 术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还 可以做出各种变化和变型。因此所有等同的技术方案也属于本发明的 保护范畴。