[发明专利]一种缸内直喷汽油机燃烧系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车发动机制造技术领域，特别涉及到缸内直喷汽油机燃烧系统及其控制方法。

背景技术

随着环境问题日趋严峻以及汽车保有量的迅猛增加，针对汽车节能减排的相关法规更加严格。与传统的气道喷射汽油机（PFI)相比，喷油直喷汽油机（GDI）具有更好的经济性和排放性能，目前已成为是汽油发动机的主要发展方向与研究热点。

近些年来，通过对以分层稀薄燃烧缸内直喷汽油机和均质压燃汽油机为代表的新型稀薄燃烧模式的研究，大大地提高了汽油机的燃油经济性。GDI发动机超稀薄空燃比的利用和工作方式的改变带来了很多优点，如取消节流降低了泵气损失，燃油蒸发引起的缸内温度降低，提高了汽油机可工作的压缩比；燃油在进气行程中对进气进行冷却，提高了充气效率等。这些优点使得分层稀燃GDI发动机的燃油经济性可以提高10～25%，动力输出也比进气道喷射的汽油机增加10%左右。此外，GDI发动机的瞬时响应能力提高、空燃比控制精确、冷启动快速等都显示了其比进气道喷射汽油机的优越性。但是，这种以稀燃为目标的GDI在实际应用中也遇到了一些问题：所需的稀燃催化剂尚未成熟，因而造成NOx排放高，分层稀燃混合气控制难度很大，中小负荷未燃碳氢较高。

鉴于分层稀燃GDI存在上述问题，从2000年以后，欧洲采取了均质混合气和化学计量比（均质当量比）为特征的技术路线。这种GDI 发动机与传统的PFI发动机相比可以分别改善燃油经济性和动力性10％左右。排放方面，由于采用均质当量比仍可以采用传统的三效催化剂，产业化的可行性较高，GDI技术因能更精确控制缸内燃油喷射量和油气混合过程，具有更大的降低冷启动HC排放潜力，但也有研究表明均质当量比缸内直喷汽油机冷启动和暖机过程中未燃碳氢排放占到总排放的60% ～80%，直接影响着发动机能否满足更严格的排放法规，冷启动阶段排放因此成为当今汽车排放控制技术研究的重点和难点。

发明内容

本发明的目的是提出一种缸内直喷汽油机燃烧系统及其控制方法，以改善冷启动阶段的燃烧状况，从而改善排放。

本发明的缸内直喷汽油机燃烧系统包括缸盖、活塞、气缸套、火花塞和喷油器，缸盖上装有进气门、排气门及与进气门连接的进气道、与排气门连接的排气道；活塞的顶面对应进气门的位置设有进气门避阀坑，对应排气门的位置设置有排气门避阀坑；关键在于所述火花塞安装在进气门与排气门之间且靠近排气门的一侧的缸盖上，所述火花塞下方至喷油器之间的活塞顶面凹陷形成有凹坑，所述喷油器设置在进气门下方处并朝向凹坑。

气缸排气侧的温度较高，火花塞靠近排气门一侧，可以就近首先点燃排气侧的混合气，减少爆震的可能。

为更好地引导油雾，所述凹坑接近排气侧的边沿处设置有向上凸起朝向火花塞的喷雾引导沿，所述喷雾引导沿与气缸轴线夹角为0°～ 45°。

为进一步改善燃烧质量，所述进气道为高滚流进气道，所述喷油器为5～8孔的多孔喷油器。

上述的缸内直喷汽油机燃烧系统的控制方法包括如下步骤：

A：冷启动工况下采用两次喷射分层燃烧的方式：在进气上止点后50°～90°曲轴转角开始第一次喷射，于压缩冲程第二次喷射前在缸内形成均质稀薄混合气；在点火上止点前30°～50°曲轴转角开始第二次喷射，在燃烧室内形成火花塞附近较浓且向四周逐渐变稀的分层混合气；火花塞点火，使燃油点火燃烧；

B：其它工况下采用在进气冲程喷一次油的单次喷射均质当量比燃烧方式。

所述步骤A中，第一次喷射与第二次喷射的燃油质量比为6：4。

为加快三元催化器在冷启动工况下的起燃速度，所述步骤A中，推迟点火角至压缩上止点后10°～20°曲轴转角。