专利名称：一种直喷压燃发动机的制作方法
技术领域：
本发明属于燃烧动力技术领域，特别是提出了一种直喷压燃发动机，提出了一种分级喷射、直喷压燃点火，可实现完全压燃至部分压燃的完美过渡的采用HCCI的完全意义上的第三种点燃方式的发动机。
背景技术：
现代车用发动机分为压燃式发动机和点燃式发动机。点燃式发动机由于节气损失和稀燃极限等不足，使它在热效率方面有很大的局限性。与点燃式发动机相比，虽然压燃式发动机热效率高，但它属于扩散燃烧，存在燃烧室局部浓度过高和局部高温，很难遏制氮氧化物和碳烟(包括微粒物)的生成，并且运行不平稳、噪声较大。HCCI发动机是人们开发出一款拥有两者优点而没有两者缺点的新型发动机。HCCI是指在进气过程形成均质的混合气，当压缩到上止点附近时均质混合气自燃着火，可见，其综合了火花塞点燃方式和压缩点燃方式两种燃烧方式，是一种新型燃烧模式。HCCI燃烧中由于不受燃油和氧化物分离面处混合比的限制，也没有点火式燃烧的局部高温反应区，使得NOX和PM的排放很低。HCCI燃烧方式的主要优点有1)可获得和直喷式柴油机相同的高热效率；2)N0X和PM的排放特别低；3)可以应用多种代用燃料；4)综合了汽油机(均质混合气)和柴油机(无节流损失)的优点；5)可以应用低喷射压力的供油系统和节约贵金属的消耗在催化反应器中从而降低成本。然而，其面临的问题同其优点一样突出。美国能源部的技术报告指出HCCI燃烧技术尚待解决的问题如下I)随发动机转速和负荷改变控制着火定时(Ignition Timing) ；2)高负荷运行时燃烧率的控制使放热率放慢限止噪声或过高燃烧压力；3)发动机冷起动；4)排放特别是低负荷HC和CO排放控制系统的发展；5)发动机变工况运行；6)发动机控制策略和系统闭环反馈系统的发展以及相应传感器的研制；7)合适燃料包括混合燃料的开发；8)多缸机各缸均匀性的保证；9) HCCI的燃烧模拟。分级压点燃HCCI燃烧系统(SP HCCI)是根据目前HCCI研究结合燃烧学可燃混合物自燃界限相关理论得出的一种新HCCI内燃机燃烧过程。相对于目前HCCI燃烧系统，分级压点燃HCCI燃烧系统是完全意义上的第三种点燃方式，其实质是分级喷射、直喷压燃点火在HCCI中的应用，它实现了燃烧系统由完全压燃至部分压燃的完美过渡，基本解决了目前HCCI所面临的主要问题。
发明内容
本发明的目的是在于提出了一种直喷压燃发动机，提出了一种分级喷射、直喷压燃点火，可实现完全压燃至部分压燃的完美过渡的采用HCCI的完全意义上的第三种点燃方式的发动机。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种直喷压燃发动机，其特征在于，包括低压油路(I)、高压发生器(2)、高压储存器(4)、流量限制器(5)、限压阀￠)、喷油器(7);低压油路(I)产生低压燃油，输往高压发生器(2);高压发生器(2)产生高压燃油；高压储存器(4)的用于存储高压燃油；限压阀(6)限制高压储存器(4)中的压力；喷油器(7)中的油自高压储存器(4)喷出，流量限制器(5)连接并作用于高压储存器(4)，控制喷油器(7)的流量；在进气冲程开始时喷油器(7)进行第一次喷射燃料，在缸内形成空燃比在13.9-16.3的均质混合气，通过控制器(9)接收传感器(8)发出的信号，输出控制信号控制喷油器(7)控制活塞机构压缩该均质混合气，使其处于接近自燃状态的自燃区位；在压缩上止点前喷油器(7)进行第二次喷射，在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气，同时压燃点火，压燃点火导致温度、压力迅速升高，使处于接近自燃区位置的第一次喷射进入的燃料进入自燃状态，实现均质充气压燃。所述的分级压点燃HCCI燃烧系统(SP HCCI)是根据目前HCCI研究结合燃烧学可燃混合物自燃界限相关理论得出的一种新HCCI内燃机燃烧过程。所述的直喷压燃发动机采用分级压点燃HCCI燃烧系统(SP HCCI)，相对于目前HCCI燃烧系统，分级压点燃HCCI燃烧系统是完全意义上的第三种点燃方式，其实质是分级喷射、直喷压燃点火在HCCI中的应用，它实现了燃烧系统由完全压燃至部分压燃的完美过渡，基本解决了目前HCCI所面临的主要问题。所述的直喷压燃发动机采用分级喷射技术，在进气冲程开始时第一次喷射燃料，在缸内形成很稀的均质混合气，该混合气状态处于接近自燃区位。这为实现分级压点燃HCCI燃烧做了准备。所述的直喷压燃发动机采用分级喷射技术，第二次喷射在压缩上止点前，在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气，同时压燃点火，压燃点火导致温度、压力迅速升高，使处于接近自燃区位置的第一次喷射进入的燃料进入自燃状态，实现均质充气压燃。第二次喷射时间可以解决HCCI随发动机转速和负荷改变控制着火定时(IgnitionTiming)这一主要问题,实现着火时间的准确控制。所述的直喷压燃发动机根据燃烧学可燃混合物自燃界限相关理论，在燃烧室中通过提高温度和压力，采用催化剂和特殊处理的容器壁面等方式解决其高负荷运行时燃烧率的控制使放热率放慢限止噪声或过高燃烧压力、发动机变工况运行等HCCI所面临的相关问题。所述的直喷压燃发动机的分级喷射实现了分级压点燃HCCI燃烧系统由完全压燃至部分压燃的完美过渡，只需调整第一次喷射燃料、第二次喷射燃料之间的比例即可。若燃烧系统燃料完全由第二次喷射进入，则其实际上就是普通柴油发动机，如此，可解决HCCI发动机冷起动问题。所述的直喷压燃发动机二次喷射进入的燃料可以相同，也可以不同。本发明的优点在于:(I)本发明采用分级压点燃HCCI燃烧系统(SP HCCI)，相对于目前HCCI燃烧系统，分级压点燃HCCI燃烧系统是完全意义上的第三种点燃方式，其实质是分级喷射、直喷压燃点火在HCCI中的应用，它实现了燃烧系统由完全压燃至部分压燃的完美过渡。
(2)本发明系统根据目前HCCI研究结合燃烧学可燃混合物自燃界限相关理论得出的一种新HCCI内燃机燃烧过程。(3)本发明系统采用的系统采用分级喷射技术，在进气冲程开始时第一次喷射燃料，在缸内形成很稀的均质混合气，该混合气状态处于接近自燃区位。这为实现分级压点燃HCCI燃烧做了准备。(4)本发明系统采用的系统采用分级喷射技术，其第二次喷射在压缩上止点前，在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气，同时压燃点火，压燃点火导致温度、压力迅速升高，使处于接近自燃区位置的第一次喷射进入的燃料进入自燃状态，实现均质充气压燃。第二次喷射时间可以解决HCCI随发动机转速和负荷改变控制着火定时(IgnitionTiming)这一主要问题,实现着火时间的准确控制。(5)本发明系统根据燃烧学可燃混合物自燃界限相关理论，通过调整燃烧室的温度和压力，也就是通过调整第一次喷射形成的均质混合气状态，解决其高负荷运行时燃烧率的控制使放热率放慢限止噪声或过高燃烧压力、发动机变工况运行等HCCI所面临的相关问题。(6)本发明系统的分级喷射实现了分级压点燃HCCI燃烧系统由完全压燃至部分压燃的完美过渡，只需调整第一次喷射燃料、第二次喷射燃料之间的比例即可。若燃烧系统燃料完全由第二次喷射进入，则其实际上就是普通柴油发动机，如此，便解决HCCI发动机难于冷起动问题。
图1示出本发明的直喷压燃发动机一个实施例的基本原理示意图。图2示出本发明的直喷压燃发动机另一个实施例的基本原理示意图。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。图1示出本发明的直喷压燃发动机一个实施例的基本原理示意图。如图1所示，低压油路I产生低压燃油，输往高压发生器2 ;高压发生器2产生高压燃油；调压阀3安装在高压发生器2旁边，可根据发动机负荷状况调整和保持高压储存器中的压力；高压储存器4的作用是存储高压燃油，保持压力不变；限压阀6限制高压储存器中的压力；喷油器7中的油是自高压储存器4喷出，流量限制器5连接并作用于高压储存器4，提供预期的流量限制。也即是说，流量限制器5的作用是防止喷油器7出现持续喷油；控制器9接受传感器8发出的空气量信号，控制喷油器7准确向气缸喷油的时间、喷油量和喷油规律，准确完成一次、二次燃油喷射任务，保证第一次喷射燃料后在缸内形成很稀的接近自燃区位的均质混合气，为实现分级压点燃HCCI燃烧做了准备。如此，本发明的直喷压燃发动机系统采用了分级喷射技术，在进气冲程开始时喷油器7进行第一次喷射燃料，在缸内形成空燃比在13. 9-16. 3的均质混合气，通过控制器元9接收传感器8发出的信号，输出控制信号控制喷油器7控制活塞机构压缩使该均质混合气状态处于接近自燃状态的自燃区位。在压缩上止点前喷油器7进行第二次喷射，在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气，同时压燃点火，压燃点火导致温度、压力迅速升高，使处于接近自燃区位置的第一次喷射进入的燃料进入自燃状态，实现均质充气压燃。如此，控制喷油器7第二次喷射燃料时间可以解决HCCI随发动机转速和负荷改变控制着火定时(Ignition Timing)这一主要问题,实现着火时间的准确控制。只需调整喷油器7第一次喷射燃料和第二次喷射燃料之间的比例，即可实现分级压点燃HCCI燃烧系统由完全压燃至部分压燃的完美过渡。若燃烧系统燃料完全由喷油器7第二次喷射进入，则其实际上就是普通柴油发动机。图2示出本发明的直喷压燃发动机另一个实施例的基本原理示意图。如图2所示，该图中展示了两套燃油供给系统，燃油供给方面更加自由方便，可以实现多种燃油的配给方案，这样，进入发动机第一次、第二次喷射的燃料可以相同，也可以不同。可以为汽油、柴油、醇类、烃类等液体燃料中的一种或几种的比例混合物，也可以为液化气、氢气等气体燃料中的一种或几种的比例混合物，也可以为上述液体燃料和气体燃料的比例混合物。可以轻松调整第一次喷射燃料、第二次喷射燃料之间的比例，甚至实现燃烧系统燃料完全由第二次喷射进入。图2中其他部件作用完全相同，低压油路I (两套，下同)产生低压燃油，分别输往高压发生器2 ;高压发生器2产生高压燃油；调压阀3分别安装在高压发生器2旁边，可根据发动机负荷状况调整和保持高压储存器中的压力；高压储存器4的作用均为存储高压燃油，保持压力不变；两个限压阀5分别限制两个高压储存器4中的压力；两个流量限制器6的作用是分别防止两个喷油器7出现持续喷油；控制器9根据传感器8发出的空气量信号，控制喷油器7向气缸喷油的时间、喷油量和喷油规律，准确完成第一次、第二次燃油喷射任务，保证第一次喷射燃料后在缸内形成很稀的接近自燃区位的均质混合气，为实现分级压点燃HCCI燃烧做了准备。如此，本发明的直喷压燃发动机系统采用了分级喷射技术，在进气冲程开始时其中一个喷油器7第一次喷射燃料，在缸内形成空燃比在13. 9-16. 3的均质混合气，该混合气状态处于接近自燃区位。在压缩上止点前进行另个一喷油器7第二次喷射，在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气，同时压燃点火，压燃点火导致温度、压力迅速升高，使处于接近自燃区位置的第一次喷射进入的燃料进入自燃状态，实现均质充气压燃。如此，控制器9接收传感器8发出的信号，输出控制信号控制喷油器7第二次喷射燃料时间，可以解决HCCI随发动机转速和负荷改变控制着火定时(Ignition Timing)这一主要问题，实现着火时间的准确控制。只需调整喷油器71第一次喷射燃料、喷油器72第二次喷射燃料之间的比例，即可实现分级压点燃HCCI燃烧系统由完全压燃至部分压燃的完美过渡。若燃烧系统燃料完全由喷油器72第二次喷射进入，则其实际上就是普通柴油发动机。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种直喷压燃发动机，其特征在于，包括低压油路(I)、高压发生器(2)、高压储存器(4)、流量限制器(5)、限压阀￠)、喷油器(7);低压油路(I)产生低压燃油，输往高压发生器(2);高压发生器(2)产生高压燃油；高压储存器(4)的用于存储高压燃油；限压阀(6)限制高压储存器(4)中的压力；喷油器(7)中的油自高压储存器(4)喷出，流量限制器(5)连接并作用于高压储存器(4)，控制喷油器(7)的流量；在进气冲程开始时喷油器(7)进行第一次喷射燃料，在缸内形成空燃比在13.9-16.3的均质混合气，通过控制器(9)接收传感器(8)发出的信号，输出控制信号控制喷油器(7)控制活塞机构压缩该均质混合气，使其处于接近自燃状态的自燃区位；在压缩上止点前喷油器(7)进行第二次喷射，在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气，同时压燃点火，压燃点火导致温度、压力迅速升高，使处于接近自燃区位置的第一次喷射进入的燃料进入自燃状态，实现均质充气压燃。
2.根据权利要求1所述的直喷压燃发动机，其特征在于，还包括调压阀(3)，调压阀(3)连接高压发生器(2)，根据发动机负荷状况调整和保持高压储存器中的压力。
3.根据权利要求1所述的直喷压燃发动机，其特征在于，调整喷油器(7)第一次喷射燃料和第二次喷射燃料之间的比例，实现分级压点燃HCCI燃烧系统由完全压燃至部分压燃的完美过渡。
4.根据权利要求1所述的直喷压燃发动机，其特征在于，所述的直喷压燃发动机所采用的两次喷射进入的燃料相同或不同。
5.根据权利要求1至4任一所述的直喷压燃发动机， 其特征在于，所述的直喷压燃发动机采用两套燃料供给系统。
全文摘要
本发明公开了一种直喷压燃发动机，在进气冲程开始时喷油器(7)进行第一次喷射燃料，在缸内形成空燃比在13.9-16.3的均质混合气，通过控制器(9)接收传感器(8)发出的信号，输出控制信号控制喷油器(7)控制活塞机构压缩该均质混合气，使其处于接近自燃状态的自燃区位；在压缩上止点前喷油器(7)进行第二次喷射，在气缸滚流和活塞顶形状的帮助下产生分层混合气，同时压燃点火，压燃点火导致温度、压力迅速升高，使处于接近自燃区位置的第一次喷射进入的燃料进入自燃状态，实现均质充气压燃。
文档编号F02D41/38GK103075264SQ20121059518
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者马永志, 张铁柱, 郑艺华, 张纪鹏, 张洪信 申请人:青岛大学