一种高效多燃烧模式的发动机燃烧系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高效多燃烧模式的发动机燃烧系统，该系统内的配气机构为全可变气门机构，全可变气门提供的不同程度的负气门重叠角(NVO)可实现从HCCI、SACI再到SI的不同燃烧模式，而预燃室的作用可始终保证火花塞点火位置和初始火核的传播在化学当量比附近。如此，可实现主燃烧室稀燃，预燃室当量的燃烧过程。此外，当缸内热力学状态不足以实现HCCI时，预燃室的射流火焰孔实现的火焰加速可对主燃烧室内的未燃混合气实现二次加温加压，诱导未燃气体的自燃，更加稳定地实现SACI燃烧模式。即使是燃烧完全为SI燃烧，射流孔对火焰的加速作用也能明显降低燃油消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种高效多燃烧模式的发动机燃烧系统
本技术涉及内燃机
，具体涉及一种基于全可变气门和预燃室结构的多模式发动机燃烧系统，可实现发动机在不同负荷下的最优燃烧。
技术介绍
随着在世界范围内越来越严格的油耗法规相继颁布，汽车发动机的研发面临着越来越大的挑战。由于火焰传播速率、爆震现象的限制等因素，传统的点燃式(SI)发动机在减少CO2方面的潜力已经很大程度上发挥到了极致。未来发动机CO2减排的发展方向将主要集中在新型的高效燃烧技术上。均质压燃(HCCI)燃烧方式是目前受到广泛关注的清洁高效的燃烧方式，其燃烧放热集中，缸内稀混合气多点自燃，具有很高的热效率。但遗憾的是这种燃烧方式的着火极大程度地收到化学动力学的影响，缺少一种直接控制燃烧过程的手段。此外，HCCI燃烧的工作负荷也有很大地限制，在中高负荷工况很难在保证稳定着火的同时避免粗暴的燃烧。因此，不少研究人员提出将HCCI与SI两种燃烧模式同时应用于一台发动机上，在小负荷下采用HCCI燃烧模式，中高模式下切换到SI燃烧模式。然而，两种燃烧模式的控制参数截然不同，很难保证切换过程发动机运转的平顺性。一种解决HCCI与SI切换平顺性问题的方案是当发动机工作负荷超出HCCI最大负荷时采用火花辅助点火的方式实现缸内未燃气体的自燃，即火花辅助压燃(SACI)燃烧。但火花点火对混合气的当量比具有严格的限制，因此在稀燃状态下火花辅助的作用将大打折扣，而均质当量燃烧状态又难以体现出HCCI高热效率的优势。如何将极具诱惑力的压燃燃烧方式应用于传统点燃式发动机上，并在各个不同负荷需求的工况下均表现出极佳的节能减排效果，成为了当今内燃机设计和研发的一大难题。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高效多燃烧模式的发动机燃烧系统，该系统内的配气机构为全可变气门机构，全可变气门提供的不同程度的负气门重叠角(NVO)可实现从HCCI、SACI再到SI的不同燃烧模式，而预燃室的作用可始终保证火花塞点火位置和初始火核的传播在化学当量比附近。如此，可实现主燃烧室稀燃，预燃室当量的燃烧过程。此外，当缸内热力学状态不足以实现HCCI时，预燃室的射流火焰孔实现的火焰加速可对主燃烧室内的未燃混合气实现二次加温加压，诱导未燃气体的自燃，更加稳定地实现SACI燃烧模式。即使是燃烧完全为SI燃烧，射流孔对火焰的加速作用也能明显降低燃油消耗。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高效多燃烧模式的发动机燃烧系统，包括配气机构、预燃室和主燃烧室，设置于发动机内，发动机缸盖上安装有两个喷油器，其中一个喷油器安装于预燃室内，为预燃室提供当量混合气，另一喷油器根据不同发动机结构选择安装于主燃烧室内或进气道上，为主燃烧室提供所需混合气，所述配气机构为全可变气门机构，其进气门和排气门由高压油驱动，可实现气门时刻的连续可变及气门升程在0-10mm的实时调节；通过预燃室的点火装置实现点火，所述预燃室中安装有火花塞和单孔喷油器，底端设有火焰射流孔；所述配气机构包括安装于发动机缸盖上的进气门和排气门，进气门和排气门分别连接进气道与排气道，所述进气门和排气门上分别安装有进气门弹簧和排气门弹簧，进气门弹簧和排气门弹簧分别与带有顶杆的液压活塞连接，进气门和排气门的开启和关闭均由液压活塞执行，所述液压活塞分别安装于两个液压缸内，液压缸上装有位移传感器用于测量气门升程，所述液压缸上均安装有上进油管和下进油管，所述上进油管和下进油管上均安装有单向节流阀，以使液压油在上进油管和下进油管的油管内正向节流、反向常通；所述单向节流阀与三位四通伺服阀的其中两孔连接，三位四通伺服阀的另外两孔通过油管分别与高压液源和低压液源连接。进一步的，所述高压液源的压力范围在0-7MPa之间，低压液源的压力为1bar。进一步的，所述火花塞和单向喷油器均安装于预燃室壳体之中，火花塞电极、单孔喷油器底端和预燃室壳体内部空腔形成所述预燃室；预燃室壳体通过螺纹安装于发动机缸盖上。进一步的，所述单孔喷油器的喷孔斜向设置，以减少喷油油束在预燃室内的碰壁。进一步的，所述预燃室与主燃烧室通过射流孔相通，所述射流孔数量为6-8个，孔径为1mm-2mm；该射流孔可实现从预燃室向主燃烧室的射流火焰，提高主燃烧室内的燃烧速率。与现有点燃式发动机的燃烧方式不同，本技术提出的高效多燃烧模式发动机燃烧系统针对发动机不同工况的具体实现方式如下：1)在发动机启动、怠速和小负荷工况下，由于取消了节气门装置，需通过全可变气门机构控制较小的进排气门升程，以此达到所需要的进气量，实现稳定的SI燃烧；2)当发动机工作在部分负荷时，进排气门升程逐渐升高，并采用适当的负气门重叠，以实现缸内的残余废气，从而实现SACI燃烧模式；3)当发动机负荷在中高负荷时，在全可变气门机构控制下，负气门重叠角逐渐减小，直至达到普通SI气门升程，此时发动机工作在SI稀燃状态下，在保证燃烧稳定性的同时具有较高热效率；4)当发动机工作在全负荷工况时，燃油量逐渐增加，此时燃烧模式为SI当量燃烧。与现有技术相比，本技术的技术方案所带来的有益效果是：1.预燃室的存在保证了火花点火和初始火焰传播的稳定性，当预燃室内的火焰通过射流孔时会产生显著的火焰加速现象，提高主燃烧室内的燃烧速率，可明显降低发动机油耗，提升热效率。2.通过本技术提出的燃烧系统可实现不同燃烧模式间的平稳过渡，而不是直接切换；尽可能地保证了不同工况区域下发动机均具有最佳的热效率。附图说明图1是本技术结构示意图。图2是预燃室点火装置剖面图。图3是不同运行工况下的燃烧模式控制图。图4是不同燃烧模式所需的气门升程曲线图。图5是不同燃烧模式下的缸内压力曲线图。附图标记：1-活塞，2-进气门，3-进气道，4-进气门弹簧，5-下进油管，6-液压活塞，7-上进油管，8-液压缸，9-位移传感器，10-单向节流阀，11-单向节流阀，12-四位三通伺服阀，13-高压油管，14-低压油管，15-预燃室壳体，16-四位三通伺服阀，17-位移传感器，18-单向节流阀，19-液压缸，20-单向节流阀，21-液压活塞，22-排气门弹簧，23-排气道，24-火花塞，25-单孔喷油器，26-排气门，27-螺纹，28-喷孔，29-油束，30-预燃室，31-射流孔具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步的描述。一种高效多燃烧模式的发动机燃烧系统，结合了全可变气门机构和预燃室射流点火装置，并在此基础上针对不同负荷采用不同燃烧模式，以达到各负荷下的最优燃烧。具体实施方式包含了全可变气门机构的实施方式、预燃室射流点火装置的实施方式、以及多燃烧模式的控制方式，下面结合附图作进一步说明：全可变气门机构的实施方式：如图1所示，缸盖上装有进气门2和排气门26，进气门2和排气门26分别连接进气道3与排气道23，进气门2和排气门26分别装有进气门弹簧4和排气门弹簧22，进气门2和排气门26的开启和关闭由带有顶杆的液压活塞6、21执行，液压活塞6、21分别安装于液压缸8、19内，液压缸8、19上分别装有位移传感器9、17用于测量气门升程。液压缸8与上进油管7和下进油管5相连，上进油管7和下进油管5上分别装有单向节流阀10、11，使得液压油在上进油管7和下进油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效多燃烧模式的发动机燃烧系统，包括配气机构、预燃室和主燃烧室，设置于发动机内，其特征在于，发动机缸盖上安装有两个喷油器，其中一个喷油器安装于预燃室内，为预燃室提供当量混合气，另一喷油器根据不同发动机结构选择安装于主燃烧室内或进气道上，为主燃烧室提供所需混合气，所述配气机构为全可变气门机构，其进气门和排气门由高压油驱动，可实现气门时刻的连续可变及气门升程在0‑10mm的实时调节；通过预燃室的点火装置实现点火，所述预燃室中安装有火花塞和单孔喷油器，底端设有火焰射流孔；所述配气机构包括安装于发动机缸盖上的进气门和排气门，进气门和排气门分别连接进气道与排气道，所述进气门和排气门上分别安装有进气门弹簧和排气门弹簧，进气门弹簧和排气门弹簧分别与带有顶杆的液压活塞连接，进气门和排气门的开启和关闭均由液压活塞执行，所述液压活塞分别安装于两个液压缸内，液压缸上装有位移传感器用于测量气门升程，所述液压缸上均安装有上进油管和下进油管，所述上进油管和下进油管上均安装有单向节流阀，以使液压油在上进油管和下进油管的油管内正向节流、反向常通；所述单向节流阀与三位四通伺服阀的其中两孔连接，三位四通伺服阀的另外两孔通过油管分别与高压液源和低压液源连接。...

【技术特征摘要】
1.一种高效多燃烧模式的发动机燃烧系统，包括配气机构、预燃室和主燃烧室，设置于发动机内，其特征在于，发动机缸盖上安装有两个喷油器，其中一个喷油器安装于预燃室内，为预燃室提供当量混合气，另一喷油器根据不同发动机结构选择安装于主燃烧室内或进气道上，为主燃烧室提供所需混合气，所述配气机构为全可变气门机构，其进气门和排气门由高压油驱动，可实现气门时刻的连续可变及气门升程在0-10mm的实时调节；通过预燃室的点火装置实现点火，所述预燃室中安装有火花塞和单孔喷油器，底端设有火焰射流孔；所述配气机构包括安装于发动机缸盖上的进气门和排气门，进气门和排气门分别连接进气道与排气道，所述进气门和排气门上分别安装有进气门弹簧和排气门弹簧，进气门弹簧和排气门弹簧分别与带有顶杆的液压活塞连接，进气门和排气门的开启和关闭均由液压活塞执行，所述液压活塞分别安装于两个液压缸内，液压缸上装有位移传感器用于测量气门升程，所述液压缸上均安装有上进油管和下进油管，所述上进油管和下进油管上均安装有单向节流阀，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫海桥，华剑雄，冯登全，周磊，董凯，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12