[发明专利]汽油机燃烧系统及汽油机燃油喷射方法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆领域，具体涉及一种适用于均质和分层稀薄燃烧的汽油机燃烧系统及汽油机燃油喷射方法。

背景技术

发动机是汽车中的重要部件，其将某一种形式的能量转换为机械能输出向汽车提供动力。

汽油发动机(以下简称汽油机)是发动机的一种，如图1-2所示，汽油机包括气缸10，气缸10顶部具有气缸盖11，气缸10内部连接有曲柄连杆机构30和连接于曲柄连杆机构30顶部的活塞20，活塞20在气缸10内作循环往复运动，其中当活塞20运动到上止点20a时，活塞20顶面以上，气缸盖11底面以下所形成的空间称为燃烧室；气缸盖11上连接有进气道24、排气道25、喷油器22以及火花塞23，进气道24与排气道25分别于燃烧室连通，喷油器22与火花塞23的头部均伸入燃烧室；喷油器22向气缸10内喷射油雾，进气道24向气缸10内输送空气，油雾和空气在气缸10内混合并形成混合气，当活塞20运动到上止点20a时，火花塞23点火，混合气被压缩点燃而产生高温高压的气体并推动曲柄连杆机构30作往复运动，推动汽车运行。其中燃烧室以及连接于燃烧室的所有部件统称为燃烧系统。

燃烧系统的燃烧模式包括均质燃烧和分层稀薄燃烧：

均质燃烧是指油气均匀混合的燃烧模式，油雾的喷射在进气冲程进行，喷雾(即喷射的油雾)和空气混合形成一定浓度的可燃混合气，当混合气在整个燃烧室中混合均匀后点火。这种燃烧模式中，整个燃烧室内混合气的空燃比是相同的，而且由于混合气形成时间较长，喷雾和空气可以得到充分的混合，燃烧更均匀，从而获得较大的输出功率，一般在大负荷工况中采用；

分层稀薄燃烧是指油气分层混合的燃烧模式，油雾的喷射在压缩冲程中进行，并且在喷雾和空气刚开始混合且正好在火花塞周围形成较浓的混合气时点火，此时在火花塞附近的混合气较浓，在气缸内壁附近的混合气则较稀薄，混合气在气缸中明显分层，一般在部分负荷的工况中采用。

理想状态下，均质燃烧模式中的空燃比接近当量空燃比，而分层稀薄燃烧模式中的平均空燃比可大于当量空燃比，因此，相比较于均质燃烧，分层稀薄燃烧更为省油。

1996年，日本三菱公司推出排量为1.8L的4G93型发动机，其采用一种壁面引导型燃烧系统，该燃烧系统可以实现均质燃烧和分层燃烧两种燃烧模式的转换，如图2所示，该燃烧系统中，火花塞23安装在气缸盖11的中间区域，喷油器22安装在气缸盖11的周边区域，以与气缸盖11顶面呈30度夹角的角度向下喷射油雾。在分层稀薄燃烧中，喷油器22喷射油雾的动作在压缩冲程后期进行，喷雾在受到活塞顶部表面阻挡后在气缸10中部形成含油气混合区，并能够向上运动(如图中箭头所示)接近火花塞23，被火花塞23点燃。由于发动机通常在运行在低转速和部分负荷的工况下，这种壁面引导型燃烧系统在分层稀薄燃烧时可以提高整个发动机平均燃油效率的10％。

但是这种燃烧系统的缺点在于：一是喷油器的喷雾粒径较大，喷雾粒子蒸发不好，排放比较差，满足不了最新的排放法规；二是上述燃烧系统的喷雾具有较大的贯穿度，在均质燃烧工况下，进气过程中喷射会导致喷雾容易贯穿到气缸另一侧的表面，产生较大的湿壁量，引起早燃、超级爆震等一系列问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有的燃烧系统排放较差，并且在均质燃烧工况下湿壁量较大。

为解决上述问题，本发明提供一种汽油机燃烧系统，包括燃烧室，以及连接于所述燃烧室顶部的火花塞和喷油器，所述燃烧室包括位于所述燃烧室底部的活塞；

所述火花塞和所述喷油器均位于燃烧室顶部的中间区域，所述喷油器基本竖直向下；

所述活塞包括沿朝向所述燃烧室顶部的方向依次布置并同轴连接的底部、第一环形连接部和第二环形连接部；

所述第一环形连接部具有沿径向的内周缘和外周缘，所述第二环形连接部具有沿轴向方向的两端；

所述第二环形连接部的一端与所述底部的周向边缘连接，另一端与所述第一环形连接部的内周缘连接；

所述第一环形连接部的外周缘与所述燃烧室的内壁密封接触；

所述第二环形连接部朝向所述底部一端的径向截面面积与所述燃烧室的径向截面面积的比值范围为0.2～0.4。

可选的，所述喷油器为多孔式喷油器。

可选的，在径向方向上，所述第二环形连接部朝向所述底部一端的尺寸小于另一端的尺寸。

可选的，所述第二环形连接部凸向所述燃烧室内壁。

可选的，所述燃烧室的直径与所述第二环形连接部在轴向方向上的尺寸之间的比值范围为8～12。