专利名称：电控燃气缸内直喷发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机的技术领域，特别是一种使用压縮天然气作为燃料，在不同的
工况下实现不同的喷射及燃烧方式，从而在确保发动机稳定功率输出的同时极大降低尾气 排放对环境污染的电控燃气缸内直喷发动机。
背景技术：
发动机是提供动力的装置，其作用是使供入其中的燃料燃烧所产生的化学能转化 为机械能从而产生动力。发动机按使用的燃料分为燃油发动机和燃气发动机。
如今如何合理使用不可再生能源和环境保护已成为社会发展中不可或缺的一部 分。燃油发动机在提供动力的过程中大量消耗石油产品，同时发动机排放的废气中含有的 有害成分，是城市大气污染的主要来源之一，其中主要的有害成分是一氧化碳(co)、碳氢化 合物(HC) —氧化氮(NO)和二氧化氮(N02)、二氧化硫(S02)、颗粒物质(PM)以及碳烟等。 世界各国为了减少发动机尾气中有害物质对大气的污染，都制定了严格的排放法规。和燃 油发动机所采用的燃料相比较，使用天然气作为燃料可以大量地降低发动机废气中的各种 有害成分。 现有技术的燃气发动机在使用压縮天然气作为燃料时，主要采用进气道喷射方 式，但由于气体燃料会占用一部分进气管容积(液体燃料所占容积很小，几乎可以忽略不 计)，导致发动机充气效率下降，直接影响到发动机的动力性。采用进气道喷射方式的汽车 在改用天然气后功率往往会下降10% 20%左右，导致爬坡没劲、加速响应慢等现象。与 进气道喷射方式相比，燃气发动机采用缸内直喷技术后，可以达到提高发动机的充气效率 及恢复功率的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用压縮天然气作为燃料，在不同的工况下 实现不同的喷射及燃烧方式，从而在确保发动机稳定输出功率的同时极大降低尾气排放对 环境污染的电控燃气缸内直喷发动机。 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是
本发明的电控燃气缸内直喷发动机，工作时采用气体燃料，发动机采用的燃料为 压縮天然气；其部件主要包括燃料供给装置，为发动机提供压縮天然气，以保证发动机在 不同工况下都能获得所需要的天然气；燃料喷射装置，与燃料供给装置相连接，采用缸内直 喷，通过多种不同的喷射方式为不同工况下的发动机提供相应的天然气与空气的混合气； 燃烧装置，主要由燃烧室和火花塞构成，点燃混合气并容纳燃料燃烧，从而产生能量推动活 塞为发动机的运转提供动力；高能点火装置，为燃烧装置中的火花塞提供高压脉冲，产生电 火花，并在各种工况和使用条件下都能在适当的时刻产生足够的火花能量以保证可靠而准 确地点火；电子控制装置ECU，实时接受发动机各个传感器和其他装置输入的信息，经过处 理后控制发动机各个执行器工作；尾气处理装置，通过催化剂及其载体降低发动机排出废气中的有害成分。 本发明还可以采用如下技术措施 所述的燃料供给装置包括钢瓶，用来储存压縮天然气；手动截止阀，通过手动操 作实现压縮天然气的供给和中断；精过滤器，过滤出天然气中的固体细粒；开关电磁阀，控 制燃料供给通路的打开和关断；压力表，监测钢瓶中压縮天然气的储量；压力传感器，监测 供气管内天然气压力的变化；减压调节器，将天然气从钢瓶内的压力减小到喷气阀的喷射 压力，并且压力可调。 所述的燃料喷射装置是通过高响应的电控喷气阀将天然气直接喷射到发动机气 缸内；喷气阀将圆锥形的天然气束直接喷向火花塞，并在火花塞周围形成均匀的混合气。
在燃气发动机缸头上，火花塞与喷气阀相对于发动机中心轴采用非对称设置，喷 气阀安装在进气门附近，而火花塞靠近排气门处安装，喷气阀正对着火花塞，从喷气阀中喷 出的圆锥形燃气束直接喷向火花塞方向。 在中小负荷工况时，采用多次脉冲喷射，即在发动机的进气行程中，喷气阀先将一
部分天然气分几次喷入气缸内，首先在气缸内形成稀薄的均质混合气，在发动机的压縮行
程中，当活塞接近上止点时，喷气阀向气缸内喷入另一部分天然气，从而在火花塞周围形成
少量浓度较高的可燃混合气，而在远离火花塞的区域形成稀薄的可燃混合气，在气缸内部
的可燃混合气形成分层的空燃比区域，当火花塞点火时，首先在火花塞周围的浓混合气区
域形成较强的火焰，然后迅速传播到稀薄混合气区域，实现分层稀薄燃烧。 在高负荷工况时，采用单次脉冲喷射，即在进气行程中向气缸内喷入天然气，使天
然气在进气流动和缸内气流运动的作用下与空气均匀混合，形成均质可燃混合气，从而实
现均质燃烧。 本发明具有的优点和积极效果是 本发明的电控燃气缸内直喷发动机，采用的燃料为压縮天然气，燃料喷射装置与 燃料供给装置相连接，进行缸内直喷，采用喷雾引导法利用多次脉冲喷射将天然气喷入气 缸内，中小负荷时形成稀薄分层混合气，高负荷时形成均质混合气，满足发动机各种工况下 对混合气的需求。喷气阀与火花塞在缸头上非对称布置，喷气阀安装在靠近进气门处，火花 塞靠近排气门处安装，喷气阀正对着火花塞，从喷气阀中喷出的圆锥形燃气束直接喷向火 花塞，易于在火花塞周围形成浓混合气，在远离火花塞的区域形成稀的混合气，从而形成分 层稀薄混合气，从而降低了燃料消耗，提高了发动机的输出功率，同时减少了燃烧后尾气中 有害物的含量，更利于环境保护。
图1是本发明的电控燃气缸内直喷发动机的结构示意图； 图2是本发明的电控燃气缸内直喷发动机中燃烧室的结构示意图。
具体实施例方式以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。 图1是本发明的电控燃气缸内直喷发动机的结构示意图；图2是本发明的电控燃 气缸内直喷发动机中燃烧室的结构示意图。
如图1 、图2所示，本发明的电控燃气缸内直喷发动机1 ，工作时采用的燃料为压縮 天然气。燃料供给装置为发动机提供压縮天然气，以保证发动机在不同工况下都能获得所 需要的天然气。燃料供给装置包括钢瓶2，用来储存压縮天然气；手动截止阀3，通过手动 操作实现压縮天然气的供给和中断；精过滤器5，过滤出天然气中的固体细粒；开关电磁阀 6，控制燃料供给通路的打开和关断，通过钥匙开关7打开开关电磁阀；压力表4，监测钢瓶 中压縮天然气的储量；压力传感器9，监测供气管内天然气压力的变化；减压调节器8，将天 然气从钢瓶内的压力减小到所需的喷射压力，并且压力可调。 燃料喷射装置与燃料供给装置相连接，采用缸内直喷，通过多种不同的喷射方式 为不同工况下的发动机提供相应的天然气与空气的混合气。燃料喷射装置是通过高响应的 电控喷气阀将天然气直接喷射到发动机气缸内；喷气阀将圆锥形的天然气束直接喷向火花 塞，并在火花塞周围形成均匀的混合气。通过空气滤清器10将空气中的杂质去除，然后通 过进气温度传感器11将温度转换为电讯号，继而传输至ECU。 燃烧装置主要由燃烧室和火花塞构成，点燃混合气并容纳燃料燃烧，从而产生能 量推动活塞为发动机的运转提供动力。高能点火装置，为燃烧装置中的火花塞提供高压脉 冲，产生电火花，并在各种工况和使用条件下都能在适当的时刻产生足够的火花能量以保 证可靠而准确地点火。在发动机缸头上，火花塞与喷气阀相对于发动机中心轴采用非对称 设置，喷气阀安装在进气门附近，而火花塞靠近排气门处安装，喷气阀正对这火花塞，从喷 气阀中喷出的圆锥形燃气束直接喷向火花塞方向。 此外，在本发明的电控燃气缸内直喷发动机中还包括曲轴位置传感器17、氧传 感器18、稀燃催化转化器19、电子控制单元20、蓄电池21、高能点火系统22、故障报警指示 灯23和通讯接口 24。 电子控制装置ECU实时接受发动机各个传感器和其它装置输入的信息，经过处理 后控制发动机各个执行器工作，电子控制装置20通过检测发动机转速、节气门开度、排气 行程及排气含氧量等信号确定发动机所处的工作状态，并通过驱动电路分别对喷气阀的喷 气时间和点火提前角进行控制。ECU控制喷气阀直接向气缸内喷射天然气，可以在不同工况 下进行多次脉冲喷射或单次脉冲喷射，并通过氧传感器反馈缸内混合气的空燃比，组成闭 环控制，以满足发动机在不同负荷和不同转速下对扭矩的需求。 在中小负荷工况时，采用多次脉冲喷射，即在发动机的进气行程中，喷气阀先将一
部分天然气分几次喷入气缸内，首先在气缸内形成稀薄的均质混合气，在发动机的压縮行
程中，当活塞接近上止点时，喷气阀15向气缸内喷入另一部分天然气，从而在火花塞16周
围形成少量浓度较高的可燃混合气，而在远离火花塞的区域形成稀薄的可燃混合气，燃烧
室25内的可燃混合气形成分层的空燃比区域，当火花塞点火时，首先在火花塞周围的浓混
合气区域形成较强的火焰，然后迅速传播到稀薄混合气区域，实现分层稀薄燃烧。 在高负荷工况时，采用单次脉冲喷射，即在进气行程中向燃烧室25内喷入天然
气，使天然气在进气流动和缸内气流运动的作用下与空气均匀混合气，形成均质可燃混合
气，从而实现均质燃烧。发动机的工作状态通过节气门体12中的节气门位置传感器13和
进气歧管压力/温度传感器14进行测量并将结果发送至ECU。 尾气处理装置利用稀燃催化转化器对燃烧产生的废气进行处理，能够满足当前严 格的排放法规，降低废气中HC、 CO、 NOX等有害成分对环境的污染。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容做出些许更动或修饰，成 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种电控燃气缸内直喷发动机，工作时采用气体燃料，其特征在于发动机采用的燃料为压缩天然气；部件主要包括燃料供给装置，为发动机提供压缩天然气，以保证发动机在不同工况下都能获得所需要的天然气；燃料喷射装置，与燃料供给装置相连接，采用缸内直喷，通过多种不同的喷射方式为不同工况下的发动机提供相应的天然气与空气的混合气；燃烧装置，主要由燃烧室和火花塞构成，点燃混合气并容纳燃料燃烧，从而产生能量推动活塞为发动机的运转提供动力；高能点火装置，为燃烧装置中的火花塞提供高压脉冲，产生电火花，并在各种工况和使用条件下都能在适当的时刻产生足够的火花能量以保证可靠而准确地点火；电子控制装置ECU，实时接受发动机各个传感器和其他装置输入的信息，经过处理后控制发动机各个执行器工作；尾气处理装置，通过催化剂及其载体降低发动机排出废气中的有害成分。
2. 根据权利要求1所述的电控燃气缸内直喷发动机，其特征在于燃料供给装置包括 钢瓶，用来储存压縮天然气；手动截止阀，通过手动操作实现压縮天然气的供给和中断；精 过滤器，过滤出天然气中的固体细粒；开关电磁阀，控制燃料供给通路的打开和关断；压力 表，监测钢瓶中压縮天然气的储量；压力传感器，监测供气管内天然气压力的变化；减压调 节器，将天然气从钢瓶内的压力减小所需要的喷射压力，并且压力可调。
3. 根据权利要求1所述的电控燃气缸内直喷发动机，其特征在于燃料喷射装置是通 过高响应的电控喷气阀将天然气直接喷射到发动机气缸内；喷气阀将圆锥形的天然气束直 接喷向火花塞，并在火花塞周围形成均匀的混合气。
4. 根据权利要求l所述的电控燃气缸内直喷发动机，其特征在于在发动机缸头上，火 花塞与喷气阀相对于发动机中心轴采用非对称设置，喷气阀安装在进气门附近，而火花塞 靠近排气门处安装，喷气阀正对这火花塞，从喷气阀中喷出的圆锥形燃气束直接喷向火花 塞方向。
5. 根据权利要求1所述的电控燃气缸内直喷发动机，其特征在于在中小负荷工况时， 采用多次脉冲喷射，即在发动机的进气行程中，喷气阀先将一部分天然气分几次喷入气缸 内，首先在气缸内形成稀薄的均质混合气，在发动机的压縮行程中，当活塞接近上止点时， 喷气阀向气缸内喷入另一部分天然气，从而在火花塞周围形成少量浓度较高的可燃混合 气，而在远离火花塞的区域形成稀薄的可燃混合气，在气缸内部的可燃混合气形成分层的 空燃比区域，当火花塞点火时，首先在火花塞周围的浓混合气区域形成较强的火焰，然后迅 速传播到稀薄混合气区域，实现分层稀薄燃烧。
6. 根据权利要求l所述的电控燃气缸内直喷发动机，其特征在于在高负荷工况时，采 用单次脉冲喷射，即在进气行程中向气缸内喷入天然气，使天然气在进气流动和缸内气流 运动的作用下与空气均匀混合，形成均质可燃混合气，从而实现均质燃烧。
全文摘要
一种电控燃气缸内直喷发动机，采用压缩天然气为燃料，燃料喷射装置与燃料供给装置相连接，进行缸内直喷，采用喷雾引导法利用多次脉冲喷射将天然气喷入气缸内，中小负荷时形成稀薄分层混合气，高负荷时形成均质混合气，满足发动机各种工况下对混合气的需求。喷气阀与火花塞在缸头上非对称布置，喷气阀安装在靠近进气门处，火花塞靠近排气门处安装，喷气阀正对着火花塞，从喷气阀中喷出的圆锥形燃气束直接喷向火花塞，易于在火花塞周围形成浓混合气，在远离火花塞的区域形成稀的混合气，从而形成分层稀薄混合气，从而降低了燃料消耗，提高了发动机的输出功率，同时减少了燃烧后尾气中有害物的含量，更利于环境保护。
文档编号F02M21/02GK101749136SQ20081015427
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者刘娜, 李伟, 胡春明, 赵文峰, 郑振鑫 申请人:天津内燃机研究所