專利名稱：火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火花點燃式發(fā)動機的技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種能夠確保 發(fā)動機在稀薄燃燒條件下促進可燃混合氣中火核的生成，確保點火成 功，提高燃燒速率和火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊幕鸹c燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著人類社會的不斷進步和發(fā)展，機動車輛對社會經(jīng)濟發(fā)展和人類 生活起著重要的作用。而與機動車輛相關(guān)的能源消耗問題和排放環(huán)保問 題是當(dāng)今社會必須面對的重要問題。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的火花點燃式發(fā)動機的缸頭部分剖視圖。 在機動車輛中普遍采用火花點燃式發(fā)動機，而火花點燃式發(fā)動機多 使用單火花塞結(jié)構(gòu)。如圖1所示，火花點燃式發(fā)動機的氣缸頭1 一側(cè)設(shè)
置有一個火花塞2。在發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速時發(fā)動機循環(huán)周期很短，與之對 應(yīng)的每次循環(huán)燃燒持續(xù)期更短，因而導(dǎo)致利用單火花塞點火會使燃混合 氣得不到充分燃燒，導(dǎo)致排放指標惡化以及燃燒循環(huán)變動加大。
研究表明，在稀薄燃燒過程中，早期火焰的成長期對整個燃燒持續(xù) 周期影響較大，使其相比化學(xué)計量當(dāng)量比燃燒過程循環(huán)變動加大，使發(fā) 動機工作粗暴以及產(chǎn)生瞬態(tài)的排放增高，因此，傳統(tǒng)的點火方式無法實 現(xiàn)發(fā)動機稀薄燃燒的要求。而僅采用高能點火和高EGR形成的可燃混合 氣也無法達到降低排放和提高熱效率的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以確保發(fā)動機在稀薄燃燒 的條件下促進可燃混合氣火核的生成，確保點火成功；提高燃燒速率和 火焰?zhèn)鞑ニ俣?；提高發(fā)動機熱效率和降低排放的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 本發(fā)明的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，包括電控單元ECU、高能
點火線圈、火花塞、發(fā)動機氣缸頭和半球形燃燒室；火花塞與發(fā)動機氣 缸頭相匹配，安裝于發(fā)動機氣缸頭之上，電控單元ECU控制高能點火線 圈使火花塞產(chǎn)生電火花，從而在半球形燃燒室內(nèi)點火，發(fā)動機氣缸頭上 采用雙火花塞結(jié)構(gòu)，電控單元ECU上采用兩套獨立的儲能點火模塊，兩 套儲能點火模塊分別與兩套高能點火線圈相連接，使用可變點火控制策 略，控制雙火花塞點火。
本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施
所述的兩套獨立的儲能點火模塊可以采用雙電容放電式模塊。 所述的兩套獨立的儲能點火模塊可以采用電容放電式和電感放電 式相配合的模塊。
所述的兩套獨立的儲能點火模塊可以采用雙電感放電式模塊。 所述的兩套獨立的儲能點火模塊可以是集成模塊，也可以是分離模塊。
所述的雙火花塞在發(fā)動機氣缸頭上的安裝位置相對于發(fā)動機中心 軸對稱或非對稱。
點火能量的改變可以通過改變高能點火線圈次級線圈與初級線圈 的匝數(shù)比的方式實現(xiàn)。也可以改變初級點火電壓的方式實現(xiàn)。
所述的可變點火控制策略可采用單點火模式、同步雙點火模式、異 步雙點火模式。
改變發(fā)動機氣缸頭的半球型燃燒室球心的定位以實現(xiàn)發(fā)動機燃燒 室不同的氣體壓縮比。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是
本發(fā)明的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)采用兩套獨立的儲能點火模 塊，兩套儲能點火模塊分別與兩套高能點火線圈相連接，使用可變點火 控制策略，控制雙火花塞點火，可以確保發(fā)動機在稀燃條件下促進可燃 混合氣火核的生成，確保發(fā)動機冷起動點火成功；提高燃燒速率和火焰 傳播速度；組織燃燒室中氣流運動，加強與高能雙火花點火過程的配合， 縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，進一步促進火焰?zhèn)鞑?，降低混合氣的燃燒持續(xù)期， 使發(fā)動機燃燒充分，從而提高發(fā)動機的熱效率、降低了尾氣排放。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的火花點燃式發(fā)動機的缸頭部分剖視圖2是本發(fā)明的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的電控單元ECU原理框
圖3是本發(fā)明的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的發(fā)動機氣缸頭部分
剖視圖。
附圖中主要部件符號說明
1:發(fā)動機氣缸頭 2:火花塞
3:半球形燃燒室 4:高能點火線圈
具體實施例方式
以下參照附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。
圖2是本發(fā)明的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的電控單元ECU原理框 圖。
如圖2所示，同步基準信號為發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，其通過發(fā)動機磁電 機觸發(fā)線圈的輸出信號，經(jīng)光電隔離電路和施密特濾波電路處理成方波 信號進入單片機；發(fā)動機的負荷信號為節(jié)氣門體組件的節(jié)氣門角度傳感 器的輸出信號，通過低通濾波電路的處理后輸入到單片機；或為進氣負 壓傳感器的輸出信號，通過低通濾波電路的處理后輸入到單片機；進氣 和缸體溫度傳感器輸出的信號通過低通濾波電路組成的處理電路輸入 到單片機；大氣壓力傳感器輸出的大氣壓力信號通過低通濾波電路處理 作為修正參數(shù)信號進入單片機；氧傳感器輸出的氧濃度信號通過信號放 大和電壓變換電路處理進入單片機；蓄電池電壓信號為模擬量信號，由 低通濾波電路處理后，作為修正參數(shù)信號進入單片機；單片機的數(shù)字量 端口連接有由信號放大電路、光電隔離電路、功率驅(qū)動單元、釋放電路 和兩套獨立的儲能放電點火模塊組成點火控制電路，該電路輸出可變點 火提前角信號；單片機的數(shù)字輸出端輸出由信號放大和電壓變換電路和 功率驅(qū)動電路處理輸出的電控噴氣閥驅(qū)動信號；單片機端口連接光電隔 離電路和RS-232電平轉(zhuǎn)換電路，該電路輸出通訊信號；單片機的數(shù)字 輸出端連接信號放大電路和發(fā)光二極管，它們輸出故障顯示信號。
圖3是本發(fā)明的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的發(fā)動機氣缸頭部分 剖視圖。
如圖3所示，火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的高能雙火花塞點火系統(tǒng) 由與電控單元ECU上兩套獨立的集成或非集成模式儲能點火模塊相連 接的兩套高能點火線圈4、兩個火花塞2以及與之匹配的雙火花塞氣缸 頭1組成；上述高能雙點火系統(tǒng)中的兩套獨立的的集成或非集成模式儲 能點火模塊可以是雙電容放電式，也可以是電容放電式和電感放電式， 也可以是雙電感放電式?？赏ㄟ^改變高能點火線圈次級線圈與初級線圈 的匝數(shù)比的方式及提高點火線圈初級電壓的方式獲得高的點火能量。
發(fā)動機起動時，高能雙火花塞點火系統(tǒng)驅(qū)動雙火花塞2同時高能點 火，促進可燃混合氣火核的生成，確保發(fā)動機點火起動成功；在怠速和 穩(wěn)定工況條件下，發(fā)動機混合氣的空燃比穩(wěn)定，雙火花塞同時點火，確 保發(fā)動機點火，同時縮短了可燃混合氣的火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，提高火焰燃燒 速度，是其充分燃燒；在加減速等變工況條件下，發(fā)動機的混合氣空燃 比不穩(wěn)定，容易造成發(fā)動機失火而使排放增加，高能雙火花塞點火系統(tǒng) 驅(qū)動其中一火花塞以較大點火提前角先點火，另一火花塞延遲一定曲軸 轉(zhuǎn)角再點火，這樣可以延長點火持續(xù)期，確保變工況條件下的點火成功， 使發(fā)動機工作正常。電控單元ECU根據(jù)發(fā)動機工況的設(shè)定獨立控制和調(diào)
整兩路點火系統(tǒng)，來實現(xiàn)單點火模式、同步雙點火模式、異步雙點火模式。
雙火花塞的安裝位置以發(fā)動機的中心軸對稱設(shè)置。 雙火花塞的安裝位置也可以采用非對稱設(shè)置。
上述高能雙火花塞點火系統(tǒng)的兩套獨立的集成或非集成模式儲能 點火模塊若采用電容放電式點火方式可通過增加儲能電容來提高電容 器的充電電壓，從而使點火線圈的初級電壓升高，增大了點火能量。若 采用電感放電式點火方式直接通過增大點火線圈的初級供電電壓，來增
大點火能量。高能點火線圈4是在原有線圈的基礎(chǔ)上，增加初級與次級 的匝數(shù)比，從而提高次級線圈的點火電壓。同時，改進點火線圈的初級 繞組匝數(shù)及線徑，以延長線圈的放電時間。
同時通過改變半球型燃燒室3的球心的定位，可以改變不同的氣燃 壓縮比。
權(quán)利要求
1、一種火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，包括電控單元ECU、高能點火線圈、火花塞、發(fā)動機氣缸頭和半球形燃燒室；火花塞與發(fā)動機氣缸頭相匹配，安裝于發(fā)動機氣缸頭之上，電控單元ECU控制高能點火線圈使火花塞產(chǎn)生電火花，從而在半球形燃燒室內(nèi)點火，其特征在于發(fā)動機氣缸頭上采用雙火花塞結(jié)構(gòu)，電控單元ECU上采用兩套獨立的儲能點火模塊，兩套儲能點火模塊分別與兩套高能點火線圈相連接，使用可變點火控制策略，控制雙火花塞點火。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，其特征在 于兩套獨立的儲能點火模塊可以采用雙電容放電式模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，其特征在 于兩套獨立的儲能點火模塊可以采用電容放電式和電感放電式相配合 的模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，其特征在于兩套獨立的儲能點火模塊可以采用雙電感放電式模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，其特征在 于兩套獨立的儲能點火模塊可以是集成模塊，也可以是分離模塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，其特征在于雙火花塞在發(fā)動機氣缸頭上的安裝位置相對于發(fā)動機中心軸對稱或 非對稱。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，其特征在 于點火能量的改變可以通過改變高能點火線圈次級線圈與初級線圈的 匝數(shù)比的方式實現(xiàn)，也可以改變初級點火電壓的方式實現(xiàn)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，其特征在 于所述的可變點火控制策略可采用單點火模式、同步雙點火模式、異 步雙點火模式。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，其特征在 于改變發(fā)動機氣缸頭的半球型燃燒室球心的定位以實現(xiàn)發(fā)動機燃燒室 不同的氣體壓縮比。
全文摘要
一種火花點燃式發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，包括電控單元ECU、高能點火線圈、火花塞、發(fā)動機氣缸頭和半球形燃燒室；火花塞與發(fā)動機氣缸頭相匹配，安裝于發(fā)動機氣缸頭之上，電控單元ECU控制高能點火線圈使火花塞產(chǎn)生電火花，從而在半球形燃燒室內(nèi)點火，發(fā)動機氣缸頭上采用雙火花塞結(jié)構(gòu)，電控單元ECU上采用兩套獨立的儲能點火模塊，兩套儲能點火模塊分別與兩套高能點火線圈相連接，使用可變點火控制策略，控制雙火花塞點火，本發(fā)明可以確保發(fā)動機冷起動點火成功，提高燃燒速率和火焰?zhèn)鞑ニ俣龋M織燃燒室中氣流運動，使發(fā)動機燃燒充分，從而提高發(fā)動機的熱效率、降低了尾氣排放。
文檔編號F02P5/15GK101196153SQ200710151030
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者娜 劉, 偉 李, 胡春明, 董亮亮 申請人:天津大學(xué)