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CN110145405A - 多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机 - Google Patents

多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机 Download PDF

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CN110145405A
CN110145405A CN201910329198.0A CN201910329198A CN110145405A CN 110145405 A CN110145405 A CN 110145405A CN 201910329198 A CN201910329198 A CN 201910329198A CN 110145405 A CN110145405 A CN 110145405A
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陈文浩
方俊华
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Abstract

本发明提供了一种多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机，包括：采集发动机的曲轴位置数据、凸轮轴位置数据、进气流量和冷却水温度；根据曲轴位置数据和凸轮轴位置数据计算得到发动机转速；根据发动机转速、进气流量和冷却水温度查询预存的数据表，得到当前工况的理想燃烧参数；将理想燃烧参数转换成发动机控制量；根据发动机气缸的缸压信号，计算当前的实际燃烧参数；根据实际燃烧参数和理想燃烧参数，对发动机控制量进行修正。通过优化进气道喷射与直喷系统的喷射时刻、喷射脉宽以及比例，实现对燃烧相位和燃烧速率的反馈控制，使得该种分层稀薄燃烧既有与均质充量点火燃烧相当的超低排放，又能使发动机具有全负荷范围工作的能力。

Description

多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体地，涉及多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机。
背景技术
随着国六排放法规的逐步落实，石油资源的日益枯竭以及新能源汽车的冲击，各大汽车企业及研究机构都在寻找保持原有动力性的前提下降低发动机排放物的有效途径。传统汽油机的燃烧模式为预混合燃烧：即在开始点火之前燃料与空气已经充分混合，由节气门的开度和发动机转速控制进入气缸的空气量，进气道喷嘴或者缸内喷嘴通过计算的空气流量喷射在理论空燃比附近的燃料。基于汽油易爆的特性，传统汽油机的压缩比远小于柴油机，一般在10附近；同时在部分负荷时，节气门开度较小会导致泵气损失增大，导致传统汽油机的热效率无法跟柴油机相比。传统柴油机的燃烧模式为扩散燃烧：即燃料和空气的混合与燃烧是同时进行的，扩散燃烧的燃烧速率由混合速率决定。传统柴油机由于空气与燃油混合时间太短导致混合气不均匀，局部出现高温缺氧区生成大量碳烟，同时也会出现很多高温富氧区，导致的氮氧化物排放物较高。基于燃料特性，传统柴油机的压缩比远高于传统汽油机，因此提高压缩比是提高热效率的有效途径。
经过对现有技术文献的检索发现，在双喷射发动机的专利技术中，中国专利申请号CN200680008764.9，专利名称：双喷射器燃料喷射发动机，该专利技术提供了一种双喷射发动机模型，提出了将燃料分别喷射至进气道和缸内的思路，但其模型是基于v型机建立的，喷油器位置、角度等参数难以直接转化到直列机型上使用，同时该专利技术并未提及稀薄燃烧相关问题，所以无法从根本上改变汽油机燃烧模式。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机。
根据本发明提供的一种多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机，包括：
传感器，采集发动机的曲轴位置数据、凸轮轴位置数据、进气流量、冷却水温度和缸压信号；
电子控制单元，根据曲轴位置数据和凸轮轴位置数据计算得到发动机转速，根据发动机转速、进气流量和冷却水温度查询预存的数据表，得到当前工况的理想燃烧参数，将理想燃烧参数转换成发动机控制量，根据发动机气缸的缸压信号，计算当前的实际燃烧参数，根据实际燃烧参数和理想燃烧参数，对发动机控制量进行修正。
较佳的，所述理想燃烧参数和所述实际燃烧参数包括：燃烧相位和燃烧持续期。
较佳的，所述发动机的控制量包括：双燃料喷射比例、双燃料喷射时刻、节气门开度和废气控制阀开度。
较佳的，还包括：第一燃油箱、第二燃油箱、缸内直喷机构、进气道喷射机构和电子控制单元；
所述第一燃油箱通过所述缸内直喷机构连接所述发动机气缸，所述第二燃油箱通过所述进气道喷射机构连接所述发动机气缸的进气道；
所述电子控制单元连接所述缸内直喷机构和所述进气道喷射机构，并存储所述数据表。
较佳的，所述缸内直喷机构包括：高压燃油泵、直喷高压燃油轨和直喷喷油器，所述直喷高压燃油轨的两端分别连接所述高压燃油泵和所述直喷喷油器，所述高压燃油泵的另一端与所述第一燃油箱相连接，所述直喷喷油器安装在气缸顶部，所述直喷喷油器和所述高压燃油泵的控制端通过导线与所述电子控制单元相连接；
所述进气道喷射机构包括：低压燃油泵、进气道喷射低压燃油轨和进气道喷射喷油器，
所述进气道喷射低压燃油轨的两端分别连接所述低压燃油泵和所述进气道喷射喷油器，所述低压燃油泵的另一端与所述第二燃油箱相连接，所述进气道喷射喷油器安装在所述气缸的进气歧管上，正对所述气缸的进气门，所述进气道喷射喷油器和所述低压燃油泵的控制端通过导线与所述电子控制单元相连接。
较佳的，所述直喷喷油器和所述进气道喷射喷油器包括多孔喷油嘴。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
采用进气道喷射和缸内直接喷射的结合，通过燃烧相位的反馈控制，提高发动机热效率的同时降低发动机排放。并且，该发动机能在不同的燃烧模式下平稳切换，满足发动机不同负荷下的需求。
本发明提出的多孔喷油嘴采用具有高流通截面、高扩散度的多孔喷油器，并且为了和多孔喷油器相匹配采用了高供油能力的油泵，能够有效提高喷油速率，使喷油脉宽缩短并增强燃油的雾化能力，使混合气形成得更快速、更均匀。以期在发动机上实现高效率、低排放的目的。
本发明提出的双喷射反馈控制是指在读取并计算缸内燃烧的数据后，调节双喷射系统的喷射正时、喷射压力及喷射脉宽，从而实现控制发动机在该负荷下的燃烧相位为最优相位。双喷射系统包括进气道喷射系统和缸内喷射系统。进气道喷射系统在进气冲程中喷射燃料，燃料进入气缸后形成均匀混合气。缸内喷射系统则是在气缸内直接喷射，仅在火花塞处形成小范围弄混合气，便于火花塞点燃，形成分层稀薄燃烧。两者的喷射策略直接影响了气缸内混合气的燃烧特性，因此需要调节两系统的喷射策略优化两系统的喷射比例，达到对燃烧相位的反馈控制。
本发明将多孔喷油嘴与双喷射反馈控制相结合，不但可以极大程度的改善燃油雾化效果，还可以使用进气道喷射系统和缸内直喷系统两种方式的共同作用下从对燃烧相位进行反馈控制。通过优化直喷与进气道喷射系统的喷射时刻、两套喷射系统的喷射脉宽以及两套喷射系统喷射量的比例，实现对燃烧相位和燃烧速率的反馈控制，使得该种稀薄燃烧既有与均质充量压缩燃烧相当的超低排放，又能使运行在该燃烧模式下的发动机具有全负荷范围工作的能力。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种均质压燃控制方法，包括步骤：
S1:采集发动机的曲轴位置数据、凸轮轴位置数据、进气流量和冷却水温度；
S2：根据曲轴位置数据和凸轮轴位置数据计算得到发动机转速；
S3：根据发动机转速、进气流量和冷却水温度查询预存的数据表，得到当前工况的理想燃烧参数；
S4：将理想燃烧参数转换成发动机控制量；
S5：根据发动机气缸的缸压信号，计算当前的实际燃烧参数；
S6：根据实际燃烧参数和理想燃烧参数，对发动机控制量进行修正。
其中，理想燃烧参数和实际燃烧参数包括：燃烧相位和燃烧持续期。发动机的控制量包括：双燃料喷射比例、双燃料喷射时刻、节气门开度和废气控制阀开度。
如图2所示，本发明还提供一种均质压燃发动机，包括：
高辛烷值燃油箱1、高十六烷值燃油箱9、缸内直喷机构、进气道喷射机构、废气再循环系统、节气门14、电子控制单元32、进气流量传感器11、冷却水温度传感器、缸压传感器28、曲轴位置传感器。
所述的缸内直喷机构包括:高压燃油泵8、直喷高压燃油轨7和直喷喷油器18，其中:直喷高压燃油轨7两端分别连接高压燃油泵8和直喷喷油器18，高压燃油泵8另一端与高十六烷值燃油箱9相连接，而直喷喷油器18安装在气缸盖上，其喷嘴位于气缸顶部。直喷喷油器18和高压燃油泵8的控制端通过控制导线与电子控制单元32相连接。
所述的进气道喷射机构包括:低压燃油泵2、进气道喷射低压燃油轨3和进气道喷射喷油器16，其中:进气道喷射低压燃油轨3两端分别连接低压燃油泵2和进气道喷射喷油器16，低压燃油泵2另一端与高辛烷值燃油箱1相连接，而进气道喷射喷油器16安装在气缸的进气歧管上，其喷嘴正对进气门。进气道喷射喷油器16和低压燃油泵2的控制端通过控制导线与电子控制单元32相连接。
所述直喷喷油器18和所述进气道喷射喷油器16包括多孔喷油嘴。
所述的废气再循环系统包括废气再循环控制阀12，废气再循环控制阀12两端分别连接进气管和排气管。废气再循环控制阀12的控制端通过控制导线与电子控制单元32相连接。
所述的电子控制单元32采集来自进气流量传感器11、冷却水温度传感器、缸压传感器28、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和节气门位置传感器的信号，经过计算，驱动高压燃油泵8、直喷喷油器18、低压燃油泵2、进气道喷射喷油器16、废气再循环控制阀12及节气门电机执行相应的动作。
所述的高辛烷值燃油箱1内充有汽油或高辛烷值添加剂汽油或其他高辛烷值燃油。所述的高十六烷值燃油箱9内充有聚氧甲基二甲醚或高十六烷值添加剂汽油或其他高十六烷值燃料。
均质压燃发动机的压缩比为13至15。
均质压燃发动机在工作时，电子控制单元32由曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器信号，计算出发动机转速，由进气流量传感器11得出进气流量，由冷却水温度传感器得出冷却水温度，由转速、进气流量、冷却水温度查取存储在电子控制单元32内部的数据表得出当前工况下所需要的燃烧相位、燃烧持续期等参数，将这些参数转化成双燃料喷射比例、喷射时刻、节气门开启角度、废气控制阀开度等控制量，驱动直喷喷油器18、进气道喷射喷油器16、高压燃油泵8、低压燃油泵2、废气再循环控制阀12以及节气门电机执行相应的动作，与此同时，电子控制单元32利用缸压传感器28采集的缸压信号，计算出当前的燃烧相位、燃烧持续期，与查出的理想参数相比较，对双燃料喷射比例、喷射时刻、节气门开启角度、废气控制阀开度等控制量进行修正，实现均质压燃燃烧过程的闭环控制。
本发明将发动机燃油供给方式拆分成进气道喷射系统和缸内直喷系统两个部分，使其可以在两种方式的共同作用下从对燃烧进行控制。通过优化进气道喷射与直喷系统的喷射时刻、两套喷射系统的喷射脉宽以及两套喷射系统喷射量的比例，实现对燃烧相位和燃烧速率的反馈控制，使得该种分层稀薄燃烧既有与均质充量点火燃烧相当的超低排放，又能使运行在该燃烧模式下的发动机具有全负荷范围工作的能力，同时便于实现燃料的分层稀薄燃烧，改善其经济性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机，其特征在于，包括：
传感器，采集发动机的曲轴位置数据、凸轮轴位置数据、进气流量、冷却水温度和缸压信号；
电子控制单元，根据曲轴位置数据和凸轮轴位置数据计算得到发动机转速，根据发动机转速、进气流量和冷却水温度查询预存的数据表，得到当前工况的理想燃烧参数，将理想燃烧参数转换成发动机控制量，根据发动机气缸的缸压信号，计算当前的实际燃烧参数，根据实际燃烧参数和理想燃烧参数，对发动机控制量进行修正。
2.根据权利要求1所述的多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机，其特征在于，所述理想燃烧参数和所述实际燃烧参数包括：燃烧相位和燃烧持续期。
3.根据权利要求1所述的多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机，其特征在于，所述发动机的控制量包括：双燃料喷射比例、双燃料喷射时刻、节气门开度和废气控制阀开度。
4.根据权利要求1所述的多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机，其特征在于，还包括：第一燃油箱、第二燃油箱、缸内直喷机构、进气道喷射机构和电子控制单元；
所述第一燃油箱通过所述缸内直喷机构连接所述发动机气缸，所述第二燃油箱通过所述进气道喷射机构连接所述发动机气缸的进气道；
所述电子控制单元连接所述缸内直喷机构和所述进气道喷射机构，并存储所述数据表。
5.根据权利要求4所述的多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机，其特征在于，所述缸内直喷机构包括：高压燃油泵、直喷高压燃油轨和直喷喷油器，所述直喷高压燃油轨的两端分别连接所述高压燃油泵和所述直喷喷油器，所述高压燃油泵的另一端与所述第一燃油箱相连接，所述直喷喷油器安装在气缸顶部，所述直喷喷油器和所述高压燃油泵的控制端通过导线与所述电子控制单元相连接；
所述进气道喷射机构包括：低压燃油泵、进气道喷射低压燃油轨和进气道喷射喷油器，所述进气道喷射低压燃油轨的两端分别连接所述低压燃油泵和所述进气道喷射喷油器，所述低压燃油泵的另一端与所述第二燃油箱相连接，所述进气道喷射喷油器安装在所述气缸的进气歧管上，正对所述气缸的进气门，所述进气道喷射喷油器和所述低压燃油泵的控制端通过导线与所述电子控制单元相连接。
6.根据权利要求5所述的多孔喷油嘴双喷射汽油稀燃发动机，其特征在于，所述直喷喷油器和所述进气道喷射喷油器包括多孔喷油嘴。
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