汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)及汽油機(jī)燃油噴射方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛領(lǐng)域，具體涉及一種適用于均質(zhì)和分層稀薄燃燒的汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)及汽油機(jī)燃油噴射方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機(jī)是汽車中的重要部件，其將某一種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出向汽車提供動力。
[0003]汽油發(fā)動機(jī)(以下簡稱汽油機(jī))是發(fā)動機(jī)的一種，如圖1-2所示，汽油機(jī)包括氣缸10，氣缸10頂部具有氣缸蓋11，氣缸10內(nèi)部連接有曲柄連桿機(jī)構(gòu)30和連接于曲柄連桿機(jī)構(gòu)30頂部的活塞20，活塞20在氣缸10內(nèi)作循環(huán)往復(fù)運動，其中當(dāng)活塞20運動到上止點20a時，活塞20頂面以上，氣缸蓋11底面以下所形成的空間稱為燃燒室；氣缸蓋11上連接有進(jìn)氣道24、排氣道25、噴油器22以及火花塞23，進(jìn)氣道24與排氣道25分別于燃燒室連通，噴油器22與火花塞23的頭部均伸入燃燒室；噴油器22向氣缸10內(nèi)噴射油霧，進(jìn)氣道24向氣缸10內(nèi)輸送空氣，油霧和空氣在氣缸10內(nèi)混合并形成混合氣，當(dāng)活塞20運動到上止點20a時，火花塞23點火，混合氣被壓縮點燃而產(chǎn)生高溫高壓的氣體并推動曲柄連桿機(jī)構(gòu)30作往復(fù)運動，推動汽車運行。其中燃燒室以及連接于燃燒室的所有部件統(tǒng)稱為燃燒系統(tǒng)。
[0004]燃燒系統(tǒng)的燃燒模式包括均質(zhì)燃燒和分層稀薄燃燒:
[0005]均質(zhì)燃燒是指油氣均勻混合的燃燒模式，油霧的噴射在進(jìn)氣沖程進(jìn)行，噴霧(即噴射的油霧)和空氣混合形成一定濃度的可燃混合氣，當(dāng)混合氣在整個燃燒室中混合均勻后點火。這種燃燒模式中，整個燃燒室內(nèi)混合氣的空燃比是相同的，而且由于混合氣形成時間較長，噴霧和空氣可以得到充分的混合，燃燒更均勻，從而獲得較大的輸出功率，一般在大負(fù)荷工況中采用；
[0006]分層稀薄燃燒是指油氣分層混合的燃燒模式，油霧的噴射在壓縮沖程中進(jìn)行，并且在噴霧和空氣剛開始混合且正好在火花塞周圍形成較濃的混合氣時點火，此時在火花塞附近的混合氣較濃，在氣缸內(nèi)壁附近的混合氣則較稀薄，混合氣在氣缸中明顯分層，一般在部分負(fù)荷的工況中米用。
[0007]理想狀態(tài)下，均質(zhì)燃燒模式中的空燃比接近當(dāng)量空燃比，而分層稀薄燃燒模式中的平均空燃比可大于當(dāng)量空燃比，因此，相比較于均質(zhì)燃燒，分層稀薄燃燒更為省油。
[0008]1996年，日本三菱公司推出排量為1.8L的4G93型發(fā)動機(jī)，其采用一種壁面引導(dǎo)型燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)可以實現(xiàn)均質(zhì)燃燒和分層燃燒兩種燃燒模式的轉(zhuǎn)換，如圖2所示，該燃燒系統(tǒng)中，火花塞23安裝在氣缸蓋11的中間區(qū)域，噴油器22安裝在氣缸蓋11的周邊區(qū)域，以與氣缸蓋11頂面呈30度夾角的角度向下噴射油霧。在分層稀薄燃燒中，噴油器22噴射油霧的動作在壓縮沖程后期進(jìn)行，噴霧在受到活塞頂部表面阻擋后在氣缸10中部形成含油氣混合區(qū)，并能夠向上運動(如圖中箭頭所示)接近火花塞23，被火花塞23點燃。由于發(fā)動機(jī)通常在運行在低轉(zhuǎn)速和部分負(fù)荷的工況下，這種壁面引導(dǎo)型燃燒系統(tǒng)在分層稀薄燃燒時可以提高整個發(fā)動機(jī)平均燃油效率的10%。
[0009]但是這種燃燒系統(tǒng)的缺點在于:一是噴油器的噴霧粒徑較大，噴霧粒子蒸發(fā)不好，排放比較差，滿足不了最新的排放法規(guī)；二是上述燃燒系統(tǒng)的噴霧具有較大的貫穿度，在均質(zhì)燃燒工況下，進(jìn)氣過程中噴射會導(dǎo)致噴霧容易貫穿到氣缸另一側(cè)的表面，產(chǎn)生較大的濕壁量，引起早燃、超級爆震等一系列問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)排放較差，并且在均質(zhì)燃燒工況下濕壁量較大。
[0011]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)，包括燃燒室，以及連接于所述燃燒室頂部的火花塞和噴油器，所述燃燒室包括位于所述燃燒室底部的活塞；
[0012]所述火花塞和所述噴油器均位于燃燒室頂部的中間區(qū)域，所述噴油器基本豎直向下；
[0013]所述活塞包括沿朝向所述燃燒室頂部的方向依次布置并同軸連接的底部、第一環(huán)形連接部和第二環(huán)形連接部；
[0014]所述第一環(huán)形連接部具有沿徑向的內(nèi)周緣和外周緣，所述第二環(huán)形連接部具有沿軸向方向的兩端；
[0015]所述第二環(huán)形連接部的一端與所述底部的周向邊緣連接，另一端與所述第一環(huán)形連接部的內(nèi)周緣連接；
[0016]所述第一環(huán)形連接部的外周緣與所述燃燒室的內(nèi)壁密封接觸；
[0017]所述第二環(huán)形連接部朝向所述底部一端的徑向截面面積與所述燃燒室的徑向截面面積的比值范圍為0.2?0.4。
[0018]可選的，所述噴油器為多孔式噴油器。
[0019]可選的，在徑向方向上，所述第二環(huán)形連接部朝向所述底部一端的尺寸小于另一端的尺寸。
[0020]可選的，所述第二環(huán)形連接部凸向所述燃燒室內(nèi)壁。
[0021]可選的，所述燃燒室的直徑與所述第二環(huán)形連接部在軸向方向上的尺寸之間的比值范圍為8?12。
[0022]可選的，所述活塞還包括第三環(huán)形連接部，所述第二環(huán)形連接部通過所述第三環(huán)形連接部連接于所述第一環(huán)形連接部；
[0023]所述第三環(huán)形連接部具有沿軸向方向的兩端，其中一端連接于所述第一環(huán)形連接部的內(nèi)周緣，另一端連接于所述第二環(huán)形連接部遠(yuǎn)離所述底部的一端。
[0024]可選的，在徑向方向上，所述第三環(huán)形連接部朝向所述底部一端的尺寸小于另一端的尺寸。
[0025]可選的，所述第三環(huán)形連接部凸向所述燃燒室內(nèi)壁。
[0026]可選的，所述第三環(huán)形連接部朝向所述底部一端的徑向截面面積與所述燃燒室的徑向截面面積的比值范圍為0.55?0.65。
[0027]可選的，所述燃燒室的直徑與所述第三環(huán)形連接部在軸向方向上的尺寸之間的比值范圍為16?22。
[0028]可選的，所述噴油器、火花塞與所述底部沿所述燃燒室的軸向相對。
[0029]可選的，所述燃燒系統(tǒng)還包括連接于所述燃燒室頂部并與燃燒室連通的進(jìn)氣道；
[0030]兩條進(jìn)氣道分別位于靠近所述噴油器的兩側(cè)，所述進(jìn)氣道的滾流比為1.2?2。
[0031]可選的，所述燃燒室還包括兩條連接于所述燃燒室頂部并與燃燒室連通的排氣道；
[0032]兩條排氣道分別位于靠近所述火花塞的兩側(cè)，所述排氣道的流量系數(shù)大于0.7。
[0033]另外，本發(fā)明還提供一種用于上述任一項所述的汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)的汽油機(jī)燃油噴射方法，所述燃燒系統(tǒng)還包括位于氣缸內(nèi)且連接于所述燃燒室底部的曲軸；
[0034]在汽油機(jī)大負(fù)荷運行的工況下，采用進(jìn)氣沖程噴射，且在上止點前曲軸轉(zhuǎn)角為250?300度時，所述噴油器開始噴射；
[0035]在汽油機(jī)中小負(fù)荷運行工況下，采用壓縮沖程噴射，且在上止點前曲軸轉(zhuǎn)角為80?120度時，所述噴油器開始噴射。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0037]噴油器布置在燃燒室頂部的中間區(qū)域中，且噴油器的噴射基本豎直向下，噴霧噴出后直接在燃燒室中部靠近頂部的位置形成富油區(qū)；活塞中，底部與第二環(huán)形連接部的內(nèi)壁圍成開口朝向燃燒室頂部的凹部，分層稀薄燃燒時噴油器噴射的油霧能夠完全落入上述凹部內(nèi)，使得燃燒室中心噴油器周圍噴霧的濃度較高，而在其他區(qū)域噴霧的濃度較稀薄，分層稀薄燃燒效果更好。
[0038]進(jìn)一步，活塞還包括第三環(huán)形連接部，底部與第二環(huán)形連