專利名稱：一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車發(fā)動機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)及其控制方法。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的電子控制進(jìn)氣道噴射方式相比，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)在混合氣的形成上具有更多的靈活性。缸內(nèi)直噴汽油機(jī)在部分負(fù)荷工況下可以實現(xiàn)稀燃混合氣的燃燒，并能使用較大的節(jié)氣門開度，從而降低泵氣損失，在大負(fù)荷工況下，進(jìn)氣沖程進(jìn)行噴射，利用汽油蒸發(fā)吸熱來降低缸內(nèi)混合氣的溫度，從而可以降低缸內(nèi)汽油機(jī)的爆震傾向，因此直噴汽油機(jī)可以采用較高的壓縮比，這些優(yōu)點都有利于改善汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。但是受制于燃油品質(zhì)以及稀燃排放控制技術(shù)還沒有得到很好的工程應(yīng)用，目前主流的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)在部分負(fù)荷下還是采取常規(guī)的當(dāng)量比混合氣燃燒模式，這種燃燒模式和進(jìn)氣道噴射一樣，需要利用節(jié)氣門對進(jìn)氣量進(jìn)行控制，以便控制發(fā)動機(jī)輸出負(fù)荷的大小， 由于節(jié)氣門的節(jié)流損失，其泵氣損失功與進(jìn)氣道噴射基本大小相同，這就大大降低了汽油機(jī)的熱效率改善效果。缸內(nèi)直噴汽油機(jī)混合氣的形成方式主要有壁面引導(dǎo)式、氣流引導(dǎo)式以及噴霧引導(dǎo)式幾種。由于缸內(nèi)直噴噴射時間短，尤其在部分負(fù)荷下，缸內(nèi)壓力較低，進(jìn)氣溫度低，燃油霧化不良，并且一部分油粒噴射到活塞和燃燒室壁面上，導(dǎo)致在壁面上滯留未蒸發(fā)的液滴燃油或者較濃的混合氣，進(jìn)而導(dǎo)致碳?xì)浜吞紵熍欧诺脑黾?。同時缸內(nèi)非均質(zhì)混合氣的燃燒，又會導(dǎo)致NOx排放增大。因此如何改善缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)部分小負(fù)荷下的燃燒情況，降低節(jié)流損失，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，以及降低分層產(chǎn)生的NOx和濕壁產(chǎn)生的HC化合物，對于提升缸內(nèi)直噴汽油機(jī)至
關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)及其控制方法，以降低節(jié)流損失，提高燃燒穩(wěn)定性和降低油耗。本發(fā)明的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)包括電控單元、氣門機(jī)構(gòu)和缸內(nèi)的噴油器，所述電控單元分別與噴油器、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)相連，關(guān)鍵在于所述氣門機(jī)構(gòu)對應(yīng)每個缸體均設(shè)置有由第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門組成的進(jìn)氣門、由第一排氣門、第二排氣門組成的排氣門，所述進(jìn)氣門利用進(jìn)氣凸輪軸控制，所述排氣門利用排氣凸輪軸控制，所述第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門分別利用設(shè)置于進(jìn)氣凸輪軸上的兩個不同升程范圍的凸輪控制，所述第一排氣門、第二排氣門分別利用設(shè)置于排氣凸輪軸上的兩個不同升程范圍的凸輪控制，所述電控單元通過傳動機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣凸輪軸及排氣凸輪軸上的凸輪工作。進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣凸輪軸上的兩個凸輪中，第一進(jìn)氣凸輪具有第一升程和第二升程，第二進(jìn)氣凸輪具有第一升程和零升程；所述排氣凸輪軸上的兩個凸輪中，第一排氣凸輪具有第一升程和第二升程，第二排氣凸輪具有第一升程和零升程；所述第二升程大于零且小于第一升程。進(jìn)一步地，所述第一進(jìn)氣凸輪控制第一進(jìn)氣門，第二進(jìn)氣凸輪控制第二進(jìn)氣門，第一排氣凸輪控制第一排氣門，第二排氣凸輪控制第二排氣門；所述電控單元將第一進(jìn)氣門、 第一排氣門分為第一組，將第二進(jìn)氣門、第二排氣門分為第二組進(jìn)行同時控制。上述的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的控制方法中，所述電控單元根據(jù)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)傳來的發(fā)動機(jī)負(fù)荷信號來控制各進(jìn)氣凸輪軸及排氣凸輪軸上的凸輪工作，在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，電控單元控制第一進(jìn)氣門采用第二升程，控制第二進(jìn)氣門采用零升程，控制第一排氣門采用第二升程，控制第二排氣門采用零升程；在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況下，電控單元控制第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門、第一排氣門、第二排氣門均采用第一升程。電控單元通過控制進(jìn)氣門和排氣門的升程，使得在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，每個汽缸只有一個進(jìn)氣門和一個排氣門工作， 且都處于小升程，在滿足小負(fù)荷工況時的進(jìn)氣量要求的前提下，降低了氣門機(jī)構(gòu)的磨擦功， 而且能有效的控制缸內(nèi)殘余EGR率的大小以及缸內(nèi)溫度，從而能提高進(jìn)氣流速，促進(jìn)燃油霧化；在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況下，控制四個氣門在大升程下工作，并結(jié)合可變氣門正時，能有效抑制低速下的爆震傾向，并且保證發(fā)動機(jī)最大功率。進(jìn)一步地，在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，電控單元控制排氣門在排氣沖程上止點前關(guān)閉，控制進(jìn)氣門在進(jìn)氣沖程前半部分關(guān)閉，并分別在進(jìn)氣上止點-30 30° CA范圍內(nèi)控制噴油器進(jìn)行第一次噴射，在壓縮沖程控制噴油器進(jìn)行第二次噴射；在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況下， 電控單元控制進(jìn)氣門和排氣門在排氣沖程上止點處都開啟，并控制噴油器在進(jìn)氣沖程進(jìn)行燃油噴射。在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，噴油器采取噴霧引導(dǎo)兩次噴射，第一次噴射在壓縮上止點附近，高溫下形成均質(zhì)混合氣，第二次噴射能在火花塞周圍形成較濃的混合氣，從而能進(jìn)行分層均質(zhì)燃燒，并且能保證在很高EGR率下燃燒穩(wěn)定性；通過調(diào)節(jié)氣門開啟和關(guān)閉時間， 可以在壓縮沖程上止點附近形成一段負(fù)閥重疊區(qū)間，在這段區(qū)間排氣門已經(jīng)關(guān)閉，而進(jìn)氣門還沒開啟，會有一部分廢氣殘留在氣缸內(nèi)。噴油器在進(jìn)氣上止點-30 30° CA范圍內(nèi)進(jìn)行噴射，由于廢氣溫度高，壓力大，這樣可以形成比較的均勻混合氣，并能避免濕壁現(xiàn)象；同時缸內(nèi)殘余的這部分廢氣還可以起到氣體體積稀釋和降低進(jìn)氣密度效果，能增大節(jié)氣門開度，從而能降低節(jié)流損失。具體來說，在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，第二次噴射量占總噴油量的 10 30%，能大大提高燃燒系統(tǒng)對EGR率的容忍度，從而更進(jìn)一步降低節(jié)流損失。在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷時，采取兩個進(jìn)氣門工作，并且都是大升程，這樣可以降低進(jìn)、排氣阻力。通過調(diào)節(jié)氣門開啟和關(guān)閉時間形成一定的氣門重疊角，這樣可以利用進(jìn)氣管增壓壓力大于排氣背壓而進(jìn)行新鮮空氣掃氣，能減少殘余廢氣量，降低缸內(nèi)混合氣溫度，并在進(jìn)氣沖程進(jìn)行燃油噴射，更進(jìn)一步降低缸內(nèi)混合氣溫度，抑制爆震的產(chǎn)生。本發(fā)明的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)設(shè)置了兩段式的可變氣門升程和可變氣門正時，以控制氣門升程及關(guān)閉、開啟時間，其控制方法可以利用缸內(nèi)高殘留的廢氣，提高燃燒穩(wěn)定性和降低油耗。


圖1是本發(fā)明在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下的缸內(nèi)直噴氣門升程及噴油時間示意圖。圖2是本發(fā)明在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況下的缸內(nèi)直噴氣門升程及噴油時間示意圖。
圖中標(biāo)示1、小負(fù)荷工況下的燃燒壓力；2、小負(fù)荷工況下的排氣第二升程；3、小負(fù)荷工況下的進(jìn)氣第二升程；4、小負(fù)荷工況下的第一次噴射；5、小負(fù)荷工況下的第二次噴射；6、大負(fù)荷工況下的燃燒壓力；7、大負(fù)荷工況下的排氣第一升程；8、大負(fù)荷工況下的進(jìn)氣第一升程；9、大負(fù)荷工況下的噴射。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。實施例1
在本實施例中，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)包括電控單元、氣門機(jī)構(gòu)和缸內(nèi)的噴油器，所述電控單元分別與噴油器、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)相連，關(guān)鍵在于所述氣門機(jī)構(gòu)對應(yīng)每個缸體均設(shè)置有由第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門組成的進(jìn)氣門、由第一排氣門、第二排氣門組成的排氣門，所述進(jìn)氣門利用進(jìn)氣凸輪軸控制，所述排氣門利用排氣凸輪軸控制，所述第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門分別利用設(shè)置于進(jìn)氣凸輪軸上的兩個不同升程范圍的凸輪控制，所述第一排氣門、第二排氣門分別利用設(shè)置于排氣凸輪軸上的兩個不同升程范圍的凸輪控制，所述電控單元通過傳動機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣凸輪軸及排氣凸輪軸上的凸輪工作。所述進(jìn)氣凸輪軸上的兩個凸輪中，第一進(jìn)氣凸輪具有第一升程和第二升程，第二進(jìn)氣凸輪具有第一升程和零升程；所述排氣凸輪軸上的兩個凸輪中，第一排氣凸輪具有第一升程和第二升程，第二排氣凸輪具有第一升程和零升程；所述第二升程大于零且小于第一升程。第一進(jìn)氣凸輪控制第一進(jìn)氣門，第二進(jìn)氣凸輪控制第二進(jìn)氣門，第一排氣凸輪控制第一排氣門，第二排氣凸輪控制第二排氣門；所述電控單元將第一進(jìn)氣門、第一排氣門分為第一組，將第二進(jìn)氣門、第二排氣門分為第二組進(jìn)行同時控制。如圖2所示，上述的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的控制方法中，所述電控單元根據(jù)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)傳來的發(fā)動機(jī)負(fù)荷信號來控制各進(jìn)氣凸輪軸及排氣凸輪軸上的凸輪工作，在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，電控單元控制第一進(jìn)氣門采用進(jìn)氣第二升程3，控制第二進(jìn)氣門采用零升程，控制第一排氣門采用排氣第二升程2，控制第二排氣門采用零升程；在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況下，電控單元控制第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門均采用進(jìn)氣第一升程8、第一排氣門、第二排氣門均采用排氣第一升程7。在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，電控單元控制排氣門在排氣沖程上止點(即圖1中的曲軸轉(zhuǎn)角300° CA附近)前關(guān)閉，控制進(jìn)氣門在進(jìn)氣沖程前半部分(即圖1中的曲軸轉(zhuǎn)角 400° CA附近)關(guān)閉，這樣在壓縮沖程上止點附近形成一段負(fù)閥重疊區(qū)間，在這段區(qū)間排氣門已經(jīng)關(guān)閉，而進(jìn)氣門還沒開啟，會有一部分廢氣殘留在氣缸內(nèi)。電控單元分別在進(jìn)氣上止點-30 30° CA范圍內(nèi)(即圖1中的曲軸轉(zhuǎn)角360° CA附近)控制噴油器進(jìn)行第一次噴射 4，在壓縮沖程(即圖1中的曲軸轉(zhuǎn)角660° CA附近)控制噴油器進(jìn)行第二次噴射5，第二次噴射量占總噴油量的10 30% ；在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況下，電控單元控制進(jìn)氣門和排氣門在排氣沖程上止點處(即圖2中的曲軸轉(zhuǎn)角360° CA附近)都開啟，形成一定的氣門重疊角， 并控制噴油器在進(jìn)氣沖程進(jìn)行燃油噴射。
權(quán)利要求
1.一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)，包括電控單元、氣門機(jī)構(gòu)和缸內(nèi)的噴油器，所述電控單元分別與噴油器、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)相連，其特征在于所述氣門機(jī)構(gòu)對應(yīng)每個缸體均設(shè)置有由第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門組成的進(jìn)氣門、由第一排氣門、第二排氣門組成的排氣門，所述進(jìn)氣門利用進(jìn)氣凸輪軸控制，所述排氣門利用排氣凸輪軸控制，所述第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門分別利用設(shè)置于進(jìn)氣凸輪軸上的兩個不同升程范圍的凸輪控制，所述第一排氣門、第二排氣門分別利用設(shè)置于排氣凸輪軸上的兩個不同升程范圍的凸輪控制，所述電控單元通過傳動機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣凸輪軸及排氣凸輪軸上的凸輪工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)，其特征在于所述進(jìn)氣凸輪軸上的兩個凸輪中，第一進(jìn)氣凸輪具有第一升程和第二升程，第二進(jìn)氣凸輪具有第一升程和零升程；所述排氣凸輪軸上的兩個凸輪中，第一排氣凸輪具有第一升程和第二升程，第二排氣凸輪具有第一升程和零升程；所述第二升程大于零且小于第一升程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)，其特征在于所述第一進(jìn)氣凸輪控制第一進(jìn)氣門，第二進(jìn)氣凸輪控制第二進(jìn)氣門，第一排氣凸輪控制第一排氣門，第二排氣凸輪控制第二排氣門；所述電控單元將第一進(jìn)氣門、第一排氣門分為第一組，將第二進(jìn)氣門、第二排氣門分為第二組進(jìn)行同時控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的控制方法，其特征在于所述電控單元根據(jù)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)傳來的發(fā)動機(jī)負(fù)荷信號來控制各進(jìn)氣凸輪軸及排氣凸輪軸上的凸輪工作，在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，電控單元控制第一進(jìn)氣門采用第二升程，控制第二進(jìn)氣門采用零升程，控制第一排氣門采用第二升程，控制第二排氣門采用零升程；在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況下，電控單元控制第一進(jìn)氣門、第二進(jìn)氣門、第一排氣門、第二排氣門均采用第一升程。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的控制方法，其特征在于在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，電控單元控制排氣門在排氣沖程上止點前關(guān)閉，控制進(jìn)氣門在進(jìn)氣沖程前半部分關(guān)閉，并分別在進(jìn)氣上止點-30 30° CA范圍內(nèi)控制噴油器進(jìn)行第一次噴射，在壓縮沖程控制噴油器進(jìn)行第二次噴射；在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況下，電控單元控制噴油器在進(jìn)氣沖程進(jìn)行燃油噴射。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的控制方法，其特征在于在發(fā)動機(jī)小負(fù)荷工況下，第二次噴射量占總噴油量的10 30%。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)及其控制方法，以降低節(jié)流損失，提高燃燒穩(wěn)定性和降低油耗。本發(fā)明的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)設(shè)置了兩段式的可變氣門升程和可變氣門正時，在小負(fù)荷工況下，電控單元控制排氣門在排氣沖程上止點前關(guān)閉，控制進(jìn)氣門在進(jìn)氣沖程前半部分關(guān)閉，這樣在壓縮沖程上止點附近形成一段負(fù)閥重疊區(qū)間，會有一部分廢氣殘留在氣缸內(nèi)；并分別在進(jìn)氣上止點-30～30°CA范圍內(nèi)控制噴油器進(jìn)行第一次噴射，在壓縮沖程控制噴油器進(jìn)行第二次噴射，這樣可以利用缸內(nèi)高殘留的廢氣，提高熱效率，同時保證燃燒穩(wěn)定性；在大負(fù)荷工況下，電控單元控制進(jìn)氣門和排氣門在大升程下工作，進(jìn)行常規(guī)的燃油噴射和相位控制。
文檔編號F02D41/30GK102322360SQ20111013521
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者賈志超 申請人:奇瑞汽車股份有限公司