專利名稱：缸內直噴汽油機及缸內直噴汽油機摻燒方法
技術領域：
本發明涉及發動機燃燒技術，尤其涉及一種缸內直噴汽油機及缸內直噴汽油機摻燒方法。
背景技術：
近年來,汽車工業技術水平迅速發展,人們對汽車的動力性、經濟性、排放性、安全性等方面提出了更加嚴格的要求。而發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、經濟性和排放性。汽油缸內直噴發動機，以其優秀的燃油經濟性、動力性和排放性，得到越來越多的應用。與此同時，汽油缸內直噴發動機仍存在一定的技術難題，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決定的。由于缸內直噴汽油機在汽缸內噴油，混合效果肯定要比進氣道噴射預混合方式差，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域混合氣較稀，這些較稀的區域混合氣不易燃燒，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直噴汽油機，由于采用了偏向稀燃的方式，邊緣區域混合氣更稀薄更不易燃燒。
發明內容
本發明提供一種缸內直噴汽油機，用以解決現有技術中的缺陷，通過對其構成的改進，所得到的缸內直噴汽油機燃燒充分，燃油利用率高，有效減少碳氫排放；提高缸內直噴汽油機缸內平均指示有效壓力，增大發動機動力輸出。—種缸內直噴汽油機,包括氫氣噴入系統和設置有汽油噴嘴的汽缸，所述氫氣噴入系統包括供氫單元、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；所述氫氣高壓噴嘴設置在汽缸上遠離汽油噴嘴的一側。進一步地，所述供氫單元包括氫氣存儲設備，所述氫氣存儲設備為高壓氫氣瓶，用來在車上存儲發動機用氫氣。本發明還提供了一種缸內直噴汽油機摻燒方法，用以解決現有技術中的缺陷，可在提高燃油利用率和燃燒效率的同時降低排放。本發明提供的缸內直噴汽油機摻燒方法，向缸內直噴汽油機汽缸內遠離汽油噴嘴處噴入氫氣，采用氫氣引燃汽缸內邊緣區域的稀薄混合氣，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，所述缸內直噴汽油機摻燒方法適用于缸內直噴汽油機起動或運行狀態。氫氣具有燃燒速度快，可燃范圍大的特點。進一步地，所述缸內直噴汽油機摻燒方法適用于缸內直噴汽油機均質混合燃燒或分層混合燃燒方式。
缸內直噴汽油機工作原理在缸內直噴汽油機工作時，根據工況和控制單元(ECU)設定工序的不同，汽油噴嘴在進氣或壓縮階段噴油在汽缸內形成均質或分層混合氣，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域不擴散到整個汽缸內，這樣氫氣就在汽油混合氣的邊緣區域引燃此處的稀薄混合氣，使汽缸內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。
本發明提供的缸內直噴汽油機結構簡單緊湊，缸內直噴汽油機摻燒方法科學合理，采用了向稀薄混合氣區域噴少量氫氣的方法，在特定時間向缸內噴入少量極易燃燒的氫氣，氫氣燃燒可同時引燃稀薄區域的汽油混合氣，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，可以提高缸內平均指不有效壓力(發動機缸內燃燒產生的壓力平均值，用來表征發動機產生的動力或者負荷，英文縮寫IMEP)，增大發動機動力輸出。實現發動機經濟性、排放性和動力性俱佳的優點。
附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中圖I為本發明實施例一提供的缸內直噴汽油機的整體結構示意圖；圖2為本發明實施例一提供的缸內直噴汽油機的噴嘴部放大圖。結合附圖，本發明實施例中附圖標記如下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明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例一圖I為本發明實施例一提供的缸內直噴汽油機的整體結構示意圖；圖2為本發明實施例一提供的缸內直噴汽油機的噴嘴部放大圖。由圖I和圖2可見,本發明實施例一提供的缸內直噴汽油機,包括氫氣噴入系統和設置有汽油噴嘴I的汽缸3，汽缸3上設置有進氣管5和排氣管6，汽缸3內還設置有用于點火的火花塞4和用于傳導能量的活塞7 ;氫氣噴入系統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；氫氣高壓噴嘴2設置在汽缸3遠離汽油噴嘴I的一側。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。缸內直噴汽油機的工作原理在缸內直噴汽油機工作(起動或運行狀態)時，根據工況和控制單元(ECU)設定工序的不同，汽油噴嘴可能在進氣階段噴油，也可能在壓縮階段噴油；根據策略定制和噴油量大小的不同，汽油在缸內可能形成均質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域不擴散到整個汽缸3內，這樣氫氣就在汽油混合氣的邊緣區域引燃此處的稀薄混合氣，使汽缸3內的燃料混合氣燃燒更充分，并且出現多個著火點，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，可以提高缸內平均指不有效壓力，增大發動機動力輸出。實現發動機經濟性、排放性和動力性俱佳的優點。缸內直噴汽油機起動時，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為兩個，分別設置在同一個汽缸上遠離汽油噴嘴的一側，兩個氫氣高壓噴嘴均位于火花塞的點火范圍內。通過在汽缸內多處設置氫氣高壓噴嘴，在汽缸內汽油燃燒時向混合氣稀薄區域噴少量氫氣，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為四個，分別設置在4缸汽車發動機的4個汽缸上遠離汽油噴嘴的一側，即每個汽缸內均設置有一個氫氣高壓噴嘴。在汽缸內汽油燃燒時向混合氣稀薄區域噴少量氫氣，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—種缸內直噴汽油機摻燒方法，向缸內直噴汽油機汽缸內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邊緣區域的稀薄混合氣。本發明缸內直噴汽油機摻燒方法對采用均質混合燃燒和分層混合燃燒策略的直噴發動機都有效。由于是在汽缸內進行噴射，汽油的霧化效果和混合效果肯定會有不理想的情況，在汽缸內的邊緣區域容易出現稀薄混合氣，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。本發明通過在燃燒時向此混合氣稀薄區域噴少量氫氣，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。本發明不局限于上述實施例所示的缸內直噴汽油機，只要采用了氫氣引燃直噴汽油機汽缸內邊緣區域稀薄混合氣的燃燒方式的技術方案的汽油機均落在本發明的保護范圍之內。 最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種缸內直噴汽油機，其特征在于，包括氫氣噴入系統和設置有汽油噴嘴(I)的汽缸(3)，所述氫氣噴入系統包括供氫單元、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；所述氫氣高壓噴嘴(2)設置在汽缸(3)上遠離汽油噴嘴(I)的一側。
2.根據權利要求I所述的缸內直噴汽油機，其特征在于，所述供氫單元包括氫氣存儲設備。
3.根據權利要求2所述的缸內直噴汽油機，其特征在于，所述氫氣存儲設備為高壓氫氣瓶。
4.一種缸內直噴汽油機摻燒方法，其特征在于，向缸內直噴汽油機汽缸內遠離汽油噴嘴處噴入氫氣，采用氫氣引燃汽缸內邊緣區域的稀薄混合氣。
5.根據權利要求4所述的缸內直噴汽油機摻燒方法,其特征在于,適用于缸內直噴汽油機起動或運行狀態。
6.根據權利要求4所述的缸內直噴汽油機摻燒方法,其特征在于適用于缸內直噴汽油機均質混合燃燒或分層混合燃燒方式。
全文摘要
本發明公開了一種缸內直噴汽油機及缸內直噴汽油機摻燒方法。缸內直噴汽油機，包括氫氣噴入系統和設置有汽油噴嘴的汽缸，氫氣噴入系統包括供氫單元、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；氫氣高壓噴嘴設置在汽缸上遠離汽油噴嘴的一側。本發明提供的缸內直噴汽油機結構簡單緊湊，缸內直噴汽油機摻燒方法科學合理，克服了現有技術的諸多缺點，實現了燃料燃燒充分，燃油利用率高，有效減少碳氫排放；同時提高缸內平均指示有效壓力，增大發動機動力輸出。實現發動機經濟性、排放性和動力性俱佳的優點。
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 優先權日2011年1月30日
發明者孫寧, 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