一种发动机喷射系统和发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机喷射系统和发动机。


背景技术：

2.随着油耗法规越来越严格，内燃机必须追求更高的热效率。当前实现发动机50％甚至更高热效率的技术之一就是稀薄燃烧，即通过采用稀空燃比的燃烧。传统的火花塞点火由于点火能量不足，难以在高湍流、超稀混合气的情况下实现稳定点火。主动式预燃室射流点火能够提高燃烧速度、抑制爆震、扩展稀燃极限，能有效提升发动机热效率。预燃室射流点火首先引燃预燃室内的混合气，高温高压的混合气通过预燃室腔体上的小孔喷向主燃室，形成高速射流火焰，大幅增加点火面积，提高燃烧速度。
3.在排气冲程，发动机主燃烧室燃烧后的废气会经过排气门排出，但预燃室受到其结构的影响，预燃室内燃烧后的废气只有部分随排气排出。在进气冲程中，新鲜空气或混合气经气道进入发动机主燃室内，同时也会有部分残留在预燃室内的废气进入主燃室。在压缩冲程，部分新鲜混合气将会被压入预燃室内，压缩到上止点附近，点火时刻的预燃室内残余废气仍然较多，预燃室内的油气混合也不够均匀，较大的残余废气系数以及油气混合不均匀导致预燃室内点火燃烧很不稳定，甚至失火，这就使得主燃室的燃烧稳定性较差。
4.为了解决这一问题，现有的一些技术中，需要外接空气压缩机来提供高压气源，并在缸盖上加工一些通道来将空气导入，实现扫气功能。上述方案中，空气压缩机提供的气体压力不高(2-3bar)，对于预燃室的扫气作用和效果不明显。预燃室扫气一般选择在接近上止点时进行，但越靠近上止点，气缸内压力越大，较低的空气压力无法达成扫气的目标，而只能在缸内压力较低时提前进行扫气，这就导致在接近上止点时，从预燃室扫出的部分残余废气又被压回预燃室，导致扫气效果不理想。而且采用空气压缩机等装置，在乘用车机舱中布置困难。
5.因此，需要一种发动机喷射系统和发动机来解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种发动机喷射系统和发动机，能够保证预燃室扫气的效果，提高预燃室燃烧的稳定性，而且便于在乘用车机舱中布置。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种发动机喷射系统，包括：
9.燃油箱，所述燃油箱用于盛放燃油：
10.第一燃油供应组件，所述第一燃油供应组件的一端与所述燃油箱连通；
11.驱动压气装置，驱动压气装置包括缸体和活塞，所述活塞设置在所述缸体中，将所述缸体分割为进气腔和进油腔，所述进油腔与所述第一燃油供应组件连通；
12.涡轮增压器，所述涡轮增压器的进气端与发动机的排气口连通，所述涡轮增压器的出气端与所述进气腔连通；
13.油气混合喷射装置，所述油气混合喷射装置分别与所述第一燃油供应组件以及所述进气腔连通，所述油气混合喷射装置设在所述发动机的预燃室处；
14.所述驱动压气装置被配置为：当所述第一燃油供应组件往所述进油腔充入燃油至设定压力后，所述涡轮增压器对所述进气腔供气。
15.可选地，所述第一燃油供应组件包括相互连通的第一油泵和进油阀，所述第一油泵与所述燃油箱连通，所述进油阀与所述进油腔连通，所述第一油泵与所述油气混合喷射装置连通。
16.可选地，所述第一油泵与所述发动机的排气门凸轮轴传动连接。
17.可选地，还包括回油组件，所述回油组件分别与所述进油腔以及所述燃油箱连通。
18.可选地，所述回油组件包括泄油阀和泄油管路，所述泄油管路分别与所述进油腔以及所述燃油箱连通，所述泄油阀设置在所述泄油管路上。
19.可选地，还包括第二燃油供应组件，所述第二燃油供应组件的一端与所述燃油箱连通，所述第二燃油供应组件的另一端与发动机的主燃烧室连通，用于对所述主燃烧室进行供油。
20.可选地，所述第二燃油供应组件包括相互连通的主喷油器和第二油泵，所述第二油泵与所述燃油箱连通，所述主喷油器设置在所述发动机的主燃烧室处。
21.可选地，所述缸体内设置有冷却水套，所述冷却水套与所述发动机的气缸盖冷却水路连通。
22.可选地，所述驱动压气装置上设置有压力传感器。
23.一种发动机，包括如上所述的发动机喷射系统。
24.本发明的有益效果：
25.本发明所提供的一种发动机喷射系统，包括燃油箱和第一燃油供应组件，第一燃油供应组件的一端与燃油箱连通，另一端与驱动压气装置连通，可以将燃油输入到驱动压气装置中的进油腔，涡轮增压器分别与发动机的排气口以及壳体的进气腔连通，在工作时，第一燃油供应组件往进油腔充入燃油至设定压力后，进行进气，从而对进气进行加压，由于采用燃油作为压力介质，能够提升空气达到20bar左右的压力，并将该压缩空气导入到油气混合喷射装置中，使其与另一股高压燃油在油气混合喷射装置的油气混合腔中进行充分混合，并经过油气混合喷射装置的喷射阀喷射到预燃室中，预燃室中原有的残余废气被新鲜混合气挤出，实现了预燃室扫气，降低了预燃室内的残余废气，同时该混合气中燃油雾化良好，与空气混合均匀，大大提高了预燃室燃烧的稳定性。而且由于取消空气压缩机等装置，发动机喷射系统便于在乘用车机舱中布置。
26.本发明所提供的一种发动机，包括如上所述的发动机喷射系统，在工作时，第一燃油供应组件往进油腔充入燃油至设定压力后，进行进气，从而对进气进行加压，由于采用燃油作为压力介质，能够提升空气达到20bar左右的压力，并将该压缩空气导入到油气混合喷射装置中，使其与另一股高压燃油在油气混合喷射装置的油气混合腔中进行充分混合，并经过油气混合喷射装置的喷射阀喷射到预燃室中，预燃室中原有的残余废气被新鲜混合气挤出，实现了预燃室扫气，降低了预燃室内的残余废气，同时该混合气中燃油雾化良好，与空气混合均匀，大大提高了预燃室燃烧的稳定性。而且由于取消空气压缩机等装置，发动机喷射系统便于在乘用车机舱中布置。
附图说明
27.图1是本发明一种发动机喷射系统的示意图；
28.图2是本发明一种发动机喷射系统的剖面图；
29.图3是本发明一种发动机喷射系统的燃烧控制时序图。
30.图中：
31.1、燃油箱；2、第一燃油供应组件；21、第一油泵；22、进油阀；3、驱动压气装置；31、缸体；32、活塞；33、压力传感器；4、涡轮增压器；41、进气阀；5、第二燃油供应组件；51、第二油泵；52、主喷油器；6、主燃烧室；61、预燃室；62、火花塞；7、油气混合喷射装置；71、导气管；72、预燃室喷油器；73、油气混合腔；74、混合气喷射阀；8、回油组件；81、泄油阀。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.随着油耗法规越来越严格，内燃机必须追求更高的热效率。当前实现发动机50％甚至更高热效率的技术之一就是稀薄燃烧，即通过采用稀空燃比的燃烧。传统的火花塞点火由于点火能量不足，难以在高湍流、超稀混合气的情况下实现稳定点火。主动式预燃室射流点火能够提高燃烧速度、抑制爆震、扩展稀燃极限，能有效提升发动机热效率。预燃室射流点火首先引燃预燃室内的混合气，高温高压的混合气通过预燃室腔体上的小孔喷向主燃室，形成高速射流火焰，大幅增加点火面积，提高燃烧速度。
36.在排气冲程，发动机主燃烧室燃烧后的废气会经过排气门排出，但预燃室受到其结构的影响，预燃室内燃烧后的废气只有部分随排气排出。在进气冲程中，新鲜空气或混合气经气道进入发动机主燃室内，同时也会有部分残留在预燃室内的废气进入主燃室。在压缩冲程，部分新鲜混合气将会被压入预燃室内，压缩到上止点附近，点火时刻的预燃室内残余废气仍然较多，预燃室内的油气混合也不够均匀，较大的残余废气系数以及油气混合不均匀导致预燃室内点火燃烧很不稳定，甚至失火，这就使得主燃室的燃烧稳定性较差。
37.在预燃室工作的过程中，为了能够保证预燃室中燃烧废气扫气的效果，提高了预燃室燃烧的稳定性，而且便于在乘用车机舱中布置，如图1-图3所示，本发明提供一种发动
机喷射系统。本发动机喷射系统包括燃油箱1、第一燃油供应组件2、驱动压气装置3、涡轮增压器4和油气混合喷射装置7。
38.其中，燃油箱1用于盛放燃油：第一燃油供应组件2的一端与燃油箱1连通；驱动压气装置3包括缸体31和活塞32，活塞32设置在缸体31中，将缸体31分割为互不联通的进气腔和进油腔，进油腔与第一燃油供应组件2连通；涡轮增压器4的进气端与发动机的排气口连通，涡轮增压器4的出气端通过进气阀41与进气腔连通；油气混合喷射装置7分别与第一燃油供应组件2以及进气腔连通，油气混合喷射装置7设在发动机的预燃室61处；驱动压气装置3被配置为：当第一燃油供应组件2往进油腔充入燃油至设定压力后，涡轮增压器4对进气腔供气。
39.在工作时，第一燃油供应组件2往进油腔充入燃油至设定压力后，进行进气，从而对进气进行加压，由于采用燃油作为压力介质，能够提升空气达到20bar左右的压力，并将该压缩空气导入到油气混合喷射装置7中，使其与另一股高压燃油在油气混合喷射装置7的油气混合腔73中进行充分混合，并经过油气混合喷射装置7的喷射阀喷射到预燃室61中，预燃室61中原有的残余废气被新鲜混合气挤出，实现了预燃室61扫气，降低了预燃室61内的残余废气，同时该混合气中燃油雾化良好，与空气混合均匀，大大提高了预燃室61燃烧的稳定性。而且由于取消空气压缩机等装置，发动机喷射系统便于在乘用车机舱中布置。
40.可选地，第一燃油供应组件2包括相互连通的第一油泵21和进油阀22，第一油泵21与燃油箱1连通，进油阀22与进油腔连通，第一油泵21与油气混合喷射装置7连通。通过第一油泵21实现两路供油，一路供给到油气混合喷射装置7中，与加压后的空气充分混合，保证燃油充分雾化；另一路供给到进油腔中，对驱动压气装置3进行加压，由于采用燃油作为压力介质，能够提供比空压机压缩空气的气压更高的气压，从而保证对空气的加压效果。在本实施例中，利用驱动压气装置3能够提升空气达到20bar左右的压力；而且驱动压气装置3远远小于空压机，从而便于在乘用车机舱中布置。
41.可选地，第一油泵21与发动机的排气门凸轮轴传动连接。通过排气门凸轮轴进行传动从而驱动第一油泵21工作，一方面充分利用发动机的现有结构，从而避免额外设置驱动装置驱动第一油泵21；另一方面，便于布置。在本实施例中，通过排气门凸轮轴进行传动从而驱动第一油泵21，能够将供给到驱动压气装置3中燃油加压到50-100bar，从而保证供给到预燃室61中的燃油与空气充分混合，提升预燃室61燃烧的稳定性。
42.可选地，本发动机喷射系统还包括回油组件8，回油组件8分别与进油腔以及燃油箱1连通。当来自涡轮增压器4的空气进入到进气腔中，能够推动活塞32朝向进油腔运动，在此过程中，将位于进油腔中的燃油通过回油组件8压入到燃油箱1中，实现作为压力介质的燃油的回收，避免燃油的浪费，提升经济性。
43.可选地，在本实施例中，回油组件8包括泄油阀81和泄油管路，泄油管路分别与进油腔以及燃油箱1连通，泄油阀81设置在泄油管路上。在驱动压气装置3进气时，泄油阀81打开，使得燃油通过泄油阀81和泄油管路进入到燃油箱1中。
44.可选地，发动机喷射系统还包括第二燃油供应组件5，第二燃油供应组件5的一端与燃油箱1连通，第二燃油供应组件5的另一端与发动机的主燃烧室6连通，用于对主燃烧室6进行供油。预燃室61射流点火首先引燃预燃室61内的混合气，高温高压的混合气通过预燃室61腔体上的小孔喷向主燃室形成高速射流火焰，将第二燃油供应组件5供给的燃油引燃，
大幅增加点火面积，提高燃烧速度。
45.可选地，第二燃油供应组件5包括相互连通的主喷油器52和第二油泵51，第二油泵51与燃油箱1连通，主喷油器52设置在发动机的主燃烧室6处。通过第二油泵51对燃油进行加压，并供给到主喷油器52进行喷射。在本实施例中，为了保证发动机的结构较为简单，同时充分利用发动机的已有结构，第二油泵51与发动机的进气门的凸轮轴传动连接，利用进气门的凸轮轴能够带动第二油泵51工作，使得第二油泵51将燃油加压至350bar甚至更高，满足发动机主燃烧室6的需要。
46.由于驱动压气装置3的活塞32在反复工作与壳体摩擦，会导致壳体的温度升高，为了解决这一问题，可选地，缸体31内设置有冷却水套，具体地，缸体31内包含有一层冷却水套，冷却水套与发动机的气缸盖冷却水路连通。该冷却水套与气缸盖冷却水路相连通，可以利用气缸盖冷却水路对壳体进行冷却，从而对压缩空气进行冷却，降低气体温度。
47.可选地，驱动压气装置3上固定设置有压力传感器33。利用压力传感器33，能够实时对驱动压气装置3的压力进行检测，从而便于根据需要了解驱动压气装置3的压力状态。
48.本发动机喷射系统的工作过程如下：
49.一路低压燃油从燃油箱1中经燃油滤清器，由燃油泵经输油管路输送到第二油泵51中，第二油泵51在进气门的凸轮轴的驱动下，对低压燃油进行压缩，使燃油压力达到350bar甚至更高，该高压燃油经过输油管路进入安装在主燃室上的主喷油器52中；与此同时，另一路低压燃油从燃油箱1中经燃油滤清器，由燃油泵经输油管路输送到第一油泵21中，第一油泵21在排气门的凸轮轴的驱动下，对低压燃油进行压缩，使燃油压力达到50-100bar，该高压燃油分为两路，一路连接油气混合喷射装置7的预燃室喷油器72，另一路连接驱动压气装置3的进油阀22。
50.驱动压气装置3工作过程：由涡轮增压器4的压气机端取气，经输气管路连接到液压驱动压气装置3的进气阀41，进气阀41打开，此时进油阀22关闭，泄油阀81打开，气体逐渐进入进气腔，该气体推活塞32向进油腔一侧移动，同时该气体通过油气混合喷射装置7的导气管71进入油气混合喷射装置7的油气混合腔73，直到气体充满进气腔和油气混合腔73，当压力传感器33显示压力稳定时，关闭驱动压气装置3的进气阀41和泄油阀81，打开进油阀22，高压燃油经过进油阀22进入驱动压气装置3的进油腔，高压燃油推动活塞32压缩进气腔及油气混合腔73中的空气，直到压力传感器33显示压力达到需求值时，打开泄油阀81，维持压力稳定。
51.在上止点前的某一时刻，预燃室喷油器72向油气混合腔73中喷射高压燃油，燃油与空气进行充分混合，油气混合喷射装置7的混合气喷射阀74打开，油气混合腔73内的压力大于预燃室61和主燃烧室6的压力，油气混合气喷入到预燃室61中，将预燃室61内的残余废气挤出，然后火花塞62点火，预燃室61内的油气混合气开始燃烧，并通过预燃室61的小孔形成射流火焰，进一步点燃主燃室的混合气。在油气混合气喷射完成后，关闭油气混合喷射装置7的混合气喷射阀74，关闭进油阀22，打开进气阀41，开启下一次循环。此时泄油阀81是打开状态，油液返回燃油箱1，气体逐渐进入液压驱动装置的气腔。
52.由于驱动压气装置3所提供的高压气源，油气混合喷射装置7能够更晚地开启混合气喷射阀74，这样可以延长油气混合时间，尽可能地在点火时形成合理浓度的混合气，并在接近点火时刻保持预燃室61内更低的废气残留，保证了点火的稳定性。
53.本实施例还提供了一种发动机，包括如上的发动机喷射系统，能够保证预燃室61扫气的效果，提高了预燃室61燃烧的稳定性，而且便于在乘用车机舱中布置。
54.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。