直喷发动机及其燃烧组织方法技术

本发明专利技术提供了一种直喷发动机及其燃烧组织方法，该方法包括：步骤S1：在一压缩冲程内向燃烧室两次喷射汽油类燃料，形成在所述燃烧室中从内至外的第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域；所述第一燃料混合气区域内气体的过量空气系数小于所述第二燃料混合气区域内气体的过量空气系数；步骤S2：压缩所述燃烧室内的气体，使所述第一燃料混合气区域内的气体自燃。本发明专利技术主要采用在压缩冲程内向燃烧室两次喷射汽油类燃料的方式，来形成燃烧室内分层的压燃三区混合气，并利用超高压缩比的气缸使第一燃料混合气区域内的气体达到自燃临界状态，可以实现超高压缩比、超稀燃、抗爆震、低散热的高效清洁燃烧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机
，具体涉及一种。
技术介绍
汽车产业是我国国民经济的重要组成部分，在其实际应用中，大部分乘用车的动力形式为汽油发动机。但是，现有产业化汽油发动机的油耗比柴油发动机要高20?30%，其主要原因在于现有产业化汽油发动机采用的是火花点火引发火焰传播的燃烧方式。 为提高燃油效率、降低油耗，使用压缩自燃点火来代替火花点火时，汽油自燃温度高、易蒸发、粘度小、易爆震等物理特性，加上现有发动机抗散热性能差等问题，使得采用压缩自燃点火方式的汽油发动机的压缩比受限、稀燃程度受限、易爆震、传热损失高，难以达到发动机高效清洁燃烧的目标。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种，实现了超高压缩比、超稀燃、抗爆震、低散热的高效清洁燃烧。 第一方面，本专利技术提供了一种直喷发动机的燃烧组织方法，其特征在于，包括: 步骤S1:在一压缩冲程内向燃烧室两次喷射汽油类燃料，形成在所述燃烧室中从内至外的第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域；所述第一燃料混合气区域内气体的过量空气系数小于所述第二燃料混合气区域内气体的过量空气系数； 步骤S2:压缩所述燃烧室内的气体，使所述第一燃料混合气区域内的气体自燃。 优选地，所述空气区域与所述燃烧室内的低散热层接触，用于阻碍所述燃烧室向外界散热。 优选地，所述第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域是根据各区域内气体的过量空气系数所在的数值范围进行划分的。 优选地,所述步骤SI包括: 步骤Sll:在一压缩冲程内的第一时刻，以第一工作参数向所述燃烧室喷射汽油类燃料，形成在燃烧室内被空气包覆的第二燃料混合气； 步骤S12:在该压缩冲程内的第二时刻，以第二工作参数向所述燃烧室喷射汽油类燃料，形成在燃烧室内被所述第二燃料混合气包覆的第一燃料混合气； 此时，所述燃烧室内的第一燃料混合气所在区域为所述第一燃料混合气区域，所述燃烧室内的第二燃料混合气所在区域为所述第二燃料混合气区域，所述燃烧室内的空气所在区域为所述空气区域； 在该压缩冲程内，所述第一时刻先于所述第二时刻； 所述工作参数可以包括下述的一项或多项:喷射压力、喷射持续时间、喷射方向、喷射位置、喷射相位和喷射脉宽。 优选地，所述第一时刻介于所述压缩冲程内的上止点前120度曲轴转角至上止点前30度曲轴转角之间；所述第二时刻介于所述压缩冲程内的上止点前90度曲轴转角至上止点之间。 优选地，所述第一燃料混合气区域内气体的过量空气系数介于0.5与2之间；所述第二燃料混合气区域内气体的过量空气系数介于I与30之间。 优选地，所述形成在所述燃烧室中从内至外依次分层的第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域之后，所述燃烧室内整体混合气体的空燃比介于14.7至147之间。 第二方面，本专利技术还提供了一种直喷发动机，其特征在于，所述直喷发动机按照如权利要求1至7中任意一项所述的燃烧组织方法工作； 所述直喷发动机的燃烧室的内壁设置有低散热层，所述低散热层由导热系数小于0.2ff/(m*K)的材料形成。 优选地，所述低散热层由氮化硅陶瓷形成。 优选地，所述直喷发动机的压缩比大于等于13。 由上述技术方案可知，本专利技术的采用在压缩冲程内向燃烧室两次喷射汽油类燃料的方式，来形成燃烧室内分层的压燃三区混合气，并利用超高压缩比的气缸使第一燃料混合气区域内的气体达到自燃临界状态，进而发生自燃并促使其他区域内的气体自燃，即实现了稳定的自燃点火。 其中，由于燃烧室内壁附近存在空气区域，可以避免爆震的产生并切断爆震乃至超级爆震的传播途径，从而实现发动机的超高压缩比，进而大幅提升发动机的经济性；同时，由于处于第二燃料混合气区域内的气体的过量空气系数可以比较高，因而可以使整个燃烧室内处于超稀燃状态；并且，贴附于所述燃烧室内壁的低散热层由于空气区域的存在，其表面不容易形成油膜，因而可以保持较为稳定的抗散热性能。 因此，本专利技术可以实现超高压缩比、超稀燃、抗爆震、低散热的高效清洁燃烧，从而为发动机节能减排提供重要支撑。 另外，本专利技术仅需要在现有直喷发动机的基础上通过优化燃烧室形状、涂低散热材料、优化喷射相位和脉宽来实现，成本低而收效高，能够对现有的发动机进行产生升级，实现推广应用。 当然，实施本专利技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。 【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 图1是本专利技术一个实施例中一种直喷发动机的燃烧组织方法的流程图； 图2是本专利技术一个实施例中三区混合燃料气的形成位置示意图以及本专利技术一个实施例中一种直喷发动机的燃烧室的结构不意图。 【具体实施方式】 为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 实施例1 本专利技术实施例提供了一种直喷发动机的燃烧组织方法，参见图1，该方法包括: 步骤S1:在一压缩冲程内向燃烧室两次喷射汽油类燃料，形成在所述燃烧室中从内至外的第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域；所述第一燃料混合气区域内气体的过量空气系数小于所述第二燃料混合气区域内气体的过量空气系数； 步骤S2:压缩所述燃烧室内的气体，使所述第一燃料混合气区域内的气体自燃。 其中，压缩冲程又名第二冲程，是将机械能转化为内能的冲程。压缩时活塞从下止点间上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高燃烧室内混合气体的温度，为燃料着火作准备:二是为气体膨胀作功创造条件。 应说明的是，本实施例中的发动机相对于现有技术中的发动机分类，属于压缩自燃点火方式的直喷发动机，并属于汽油发动机的一种。这里，具体在发动机的压缩冲程内(具体为中后期)向燃烧室两次喷射汽油类燃料(如汽油、甲醇、乙醇等)，使其在燃烧室中形成燃料混合气，并从燃烧室的中心向外依次分为第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域。由于所述第一燃料混合气区域内气体的过量空气系数小于所述第二燃料混合气区域内气体的过量空气系数，所以大体上有第一燃料混合气区域内的燃料浓度较高，而第二燃料混合气区域内的燃料浓度较低。其具体来说可以通过设置直喷喷头的工作参数实现，工作参数可以包括下述的一项或多项:喷射压力、喷射持续时间、喷射方向、喷射位置、喷射相位和喷射脉宽等，因而可以通过工作参数的设定来实现对燃烧室内燃料混合气的实际需求。 所述形成在所述燃烧室中从内至外的第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域如图2所示。其中，第一燃料混合气区域的过量空气系数较低，在经过压缩后很容易达到自燃临界状态，因而可以发生自燃并促使其他区域内的燃料混合气自燃，即实现稳定的压缩着火燃烧，当然第一燃料混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直喷发动机的燃烧组织方法，其特征在于，包括：步骤S1：在一压缩冲程内向燃烧室两次喷射汽油类燃料，形成在所述燃烧室中从内至外的第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域；所述第一燃料混合气区域内气体的过量空气系数小于所述第二燃料混合气区域内气体的过量空气系数；步骤S2：压缩所述燃烧室内的气体，使所述第一燃料混合气区域内的气体自燃。

【技术特征摘要】
1.一种直喷发动机的燃烧组织方法，其特征在于，包括: 步骤S1:在一压缩冲程内向燃烧室两次喷射汽油类燃料，形成在所述燃烧室中从内至外的第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域；所述第一燃料混合气区域内气体的过量空气系数小于所述第二燃料混合气区域内气体的过量空气系数； 步骤S2:压缩所述燃烧室内的气体，使所述第一燃料混合气区域内的气体自燃。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气区域与所述燃烧室内的低散热层接触，用于阻碍所述燃烧室向外界散热。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一燃料混合气区域、第二燃料混合气区域和空气区域是根据各区域内气体的过量空气系数所在的数值范围进行划分的。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤SI包括: 步骤Sll:在一压缩冲程内的第一时刻，以第一工作参数向所述燃烧室喷射汽油类燃料，形成在燃烧室内被空气包覆的第二燃料混合气； 步骤S12:在该压缩冲程内的第二时刻，以第二工作参数向所述燃烧室喷射汽油类燃料，形成在燃烧室内被所述第二燃料混合气包覆的第一燃料混合气； 此时，所述燃烧室内的第一燃料混合气所在区域为所述第一燃料混合气区域，所述燃烧室内的第二燃料混合气所在区域为所述第二燃料混合气区域，所述燃烧室内的空气所在区域为所述空气区...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，王志，王建昕，帅石金，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11