專利名稱：一種著火時(shí)刻可直接控制的內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種著火時(shí)刻可直接控制的內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)壓燃燃燒技術(shù)。
背景技術(shù)：
常規(guī)汽油機(jī)的燃燒過程，屬于火花塞點(diǎn)燃的均質(zhì)混合氣火焰?zhèn)鞑ト紵^程，由于維持火焰?zhèn)鞑サ幕旌蠚鉂舛扔幸粋€(gè)稀燃極限(過量空氣系數(shù)小于1.3)，混合氣過稀時(shí)，會造成燃燒不穩(wěn)定甚至丟火，因此小負(fù)荷時(shí)，必須依靠節(jié)氣門減少進(jìn)氣量，進(jìn)氣過程的節(jié)流損失是目前汽油機(jī)效率低于柴油機(jī)的主要原因之一。為此，人們提出了可控自燃燃燒過程CAI(Controlled Auto-Ignition Combustion Process)，該過程屬于均質(zhì)混合氣壓縮自燃燃燒過程，采用壓縮自燃代替火花塞點(diǎn)燃，可以大范圍地?cái)U(kuò)大稀燃極限，因此可以提高節(jié)氣門開度，減少節(jié)流損失，同時(shí)這種燃燒過程的燃燒速度較快，可以進(jìn)一步提高汽油機(jī)的熱效率，并且這種燃燒方式還保留了汽油機(jī)清潔燃燒的特點(diǎn)。然而，壓縮自燃燃燒過程在克服傳統(tǒng)汽油機(jī)缺點(diǎn)的同時(shí)，也失去了傳統(tǒng)汽油機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)一著火過程可以利用火花塞直接控制，CAI燃燒過程的著火時(shí)刻只能依靠一些間接控制措施，例如進(jìn)氣加熱溫度控制、內(nèi)部廢氣循環(huán)率控制，雖然CAI發(fā)動(dòng)機(jī)也裝有火花塞，但是普通的火花塞點(diǎn)火裝置不足以控制稀薄混合氣的著火時(shí)刻，只有切換到普通汽油機(jī)燃燒模式(中、大負(fù)荷時(shí))火花塞才起作用，因此CAI發(fā)動(dòng)機(jī)著火時(shí)刻的控制精度和靈活性都比較差，這些缺點(diǎn)阻礙了CAI燃燒過程熱效率的進(jìn)一步提高，同時(shí)也造成CAI燃燒過程工況適用范圍窄的缺陷，因此，到目前為止，CAI燃燒過程還不能用于實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)。CAI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)CAI燃燒過程所采用的技術(shù)措施為通過進(jìn)氣加熱裝置，或通過可變氣門定時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部廢氣再循環(huán)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮溫度，使缸內(nèi)的稀薄均質(zhì)混合氣在活塞壓縮到上死點(diǎn)附近發(fā)生壓縮自燃，如文獻(xiàn)[SAE PAPER 2002-01-0421]所述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要解決目前CAI發(fā)動(dòng)機(jī)的著火時(shí)刻只能通過間接控制手段來控制的缺點(diǎn)，提出了一種著火時(shí)刻可直接控制的內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)壓燃燃燒裝置。
本發(fā)明的工作原理為將著火時(shí)刻的控制過程分成兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)，首先是預(yù)混合氣的準(zhǔn)備，通過內(nèi)部廢氣再循環(huán)，提高缸內(nèi)混合氣的溫度，在壓縮過程中，燃料和氧氣發(fā)生初步的低溫氧化反應(yīng)，處于一種比較活潑又相對穩(wěn)定的狀態(tài)一亞穩(wěn)態(tài)；然后是著火時(shí)刻的精確控制過程，在上死點(diǎn)附近，通過高能量的火花放電，激發(fā)處于亞穩(wěn)態(tài)的缸內(nèi)混合氣，使之立刻發(fā)生快速的熱焰反應(yīng)。這種燃燒過程，其放熱反應(yīng)速度接近均質(zhì)壓燃，并且其著火時(shí)刻控制方式類似普通汽油機(jī)，可以直接精確地控制。為了實(shí)現(xiàn)上述的兩個(gè)過程，本發(fā)明所提出的燃燒裝置，包括由電子節(jié)氣門體8、進(jìn)氣門4、進(jìn)氣道7、排氣門5、排氣道13組成的配氣系統(tǒng)，電動(dòng)燃油泵15、調(diào)壓閥16、共軌管17、電控噴射器18組成的燃油噴射系統(tǒng)，缸蓋底面19、活塞頂面20組成的燃燒室21，以及點(diǎn)火系統(tǒng)，和電控單元2。點(diǎn)火系統(tǒng)中所用的火花塞1是一個(gè)超高能火花塞，其脈沖放電能量大于1焦耳，超高能火花塞與電控單元2之間，有一高能放電電源3，超高能火花塞的放電時(shí)刻以及放電能量，是電控單元2通過高能放電電源3控制的。配氣系統(tǒng)中的進(jìn)氣門4和排氣門5的上端是兩個(gè)可變氣門定時(shí)驅(qū)動(dòng)器6，可變氣門定時(shí)驅(qū)動(dòng)器6與電控單元2之間有驅(qū)動(dòng)線相連，進(jìn)氣門4、排氣門5的開啟動(dòng)作受電控單元2控制；在進(jìn)氣道7的上游，有一電子節(jié)氣門體8，電子節(jié)氣門體8與電控單元2之間有控制線相連，電子節(jié)氣門的開度受電控單元2控制。


下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖2是超高能火花塞的結(jié)構(gòu)，以及與高能放電電源的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，著火時(shí)刻可直接控制的內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)包括5個(gè)部分配氣系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃燒室21、電控單元2。
其中配氣系統(tǒng)的功能是定量地向發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)提供所需空氣，并根據(jù)需要，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部廢氣再循環(huán)(EGR)，達(dá)到提高缸內(nèi)混合氣溫度的目的。該系統(tǒng)包括依次相連的電子節(jié)氣門體8、進(jìn)氣道5、進(jìn)氣門4，以及依次相連的排氣門5、排氣道13。在進(jìn)氣門4與排氣門5的上端是兩個(gè)可變氣門定時(shí)驅(qū)動(dòng)器6，該驅(qū)動(dòng)器可以采用電液驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以采用其它公知的形式。其中的電子節(jié)氣門體8與電控單元2之間有控制線相連，其中的節(jié)氣門開度受電控單元2控制。
燃油噴射系統(tǒng)的功能是定時(shí)、定量地向發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)提供所需的燃油，該系統(tǒng)包括依次連接的油箱14、電動(dòng)燃油泵15、調(diào)壓閥16、共軌管17、電控噴射器18，以及這些元件之間的連接管道，在調(diào)壓閥16與排氣道14之間，有一回油管22。
點(diǎn)火系統(tǒng)是一個(gè)超高能放電裝置，可以定時(shí)地向缸內(nèi)提供高能放電火花，激發(fā)處于活潑狀態(tài)的缸內(nèi)混合氣燃燒。如圖l所示，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上的火花塞是一個(gè)超高能火花塞1，在超高能火花塞與電控單元2之間，有一高能放電電源3，這三者之間有控制線相連。如圖2所示，所述的超高能火花塞由殼體23、高壓電極24、高能電極25，以及三者之間的絕緣體26組成，高壓電極的上端是高壓電極輸入端27，高能電極的上端是高能電極輸入端28。所述的高能放電電源3具有一個(gè)輸出脈沖電壓在10000伏以上的高壓輸出端9，和一個(gè)輸出電壓在1000-3000伏之間的高能輸出端10。高壓輸出端9通過控制線30與超高能火花塞1中的高壓電極輸入端27相連，高能輸出端10通過控制線31與超高能火花塞1中的高能電極輸入端28相連，電控單元2通過控制線32與高能放電電源3相連。
電控單元2，又叫ECU。在電控噴射器18、可變氣門定時(shí)驅(qū)動(dòng)器6、高能放電電源3、電子節(jié)氣門體8與所述電控單元2之間分別有控制線33、34、35、36、37相聯(lián)。如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)上還安裝有角標(biāo)信號傳感器38，司機(jī)控制的油門踏板39上面，有一油門踏板位置傳感器40，在角標(biāo)信號傳感器38、油門踏板位置傳感器40與電控單元2之間，有信號線41和信號線42相連。電控單元2中儲存有燃油噴射定時(shí)、燃油噴射量、節(jié)氣門位置、配氣定時(shí)、點(diǎn)火定時(shí)的數(shù)據(jù)表(又叫MAP)，在工作過程中，電控單元2根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的角標(biāo)信號，和司機(jī)的油門踏板位置信號，參考發(fā)動(dòng)機(jī)其他狀態(tài)信號43(水溫、油溫、大氣壓力等)，得出最佳的控制參數(shù)，并向電控噴射器18、可變氣門定時(shí)驅(qū)動(dòng)器6、高能放電電源3、電子節(jié)氣門體8發(fā)出控制信號。
該燃燒裝置實(shí)現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程如下(1)排氣沖程?；钊闲校艢忾T5開啟，缸內(nèi)廢氣經(jīng)排氣門5、排氣道13排出。
(2)進(jìn)氣沖程。活塞下行，開始時(shí)，進(jìn)氣門4保持關(guān)閉，排氣門5保持開啟，一部分廢氣經(jīng)過排氣門5重新吸入缸內(nèi)，通過調(diào)整排氣門5關(guān)閉的延遲量就能調(diào)整吸入缸內(nèi)的廢氣量。然后排氣門5關(guān)閉，進(jìn)氣門4開啟，電控噴射器18噴出的燃油，以及新鮮空氣經(jīng)過電子節(jié)氣門體8、進(jìn)氣道5、進(jìn)氣門4進(jìn)入缸內(nèi)。調(diào)節(jié)電子節(jié)氣門體8開度可以調(diào)整進(jìn)氣量。
(3)壓縮沖程?；钊闲校瑝嚎s缸內(nèi)的混合氣，由于缸內(nèi)殘余較多的熱廢氣，缸內(nèi)氣體的溫度較高，燃油與空氣中的氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)(冷焰反應(yīng))，此時(shí)缸內(nèi)混合氣處于相對活潑又比較穩(wěn)定的狀態(tài)，一直保持到超高能火花塞1放電前。
(4)做功沖程。在活塞運(yùn)行到上死點(diǎn)附近，超高能火花塞1放電，缸內(nèi)處于活潑狀態(tài)的混合氣在放電能量的激勵(lì)下，迅速地開始熱焰反應(yīng)，缸內(nèi)混合氣的溫度和壓力迅速升高，推動(dòng)活塞下行做功。
由于本發(fā)明提出的燃燒裝置所實(shí)現(xiàn)的燃燒過程，是通過超高能火花塞1直接控制著火時(shí)刻的，相對于目前的CAI燃燒系統(tǒng)的間接控制，著火時(shí)刻的控制精度大幅度提高。同時(shí)本發(fā)明保留了CAI燃燒系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒、快速燃燒的特點(diǎn)，因此可實(shí)現(xiàn)節(jié)能低排放的燃燒過程。
權(quán)利要求
1.一種著火時(shí)刻可直接控制的內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)，主要包括配氣系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)、燃燒室、點(diǎn)火系統(tǒng)和電控單元等，其特征在于點(diǎn)火系統(tǒng)中所用的火花塞是一個(gè)脈沖放電能量大于1焦耳的超高能火花塞1，超高能火花塞1與電控單元2之間，設(shè)有一高能放電電源3，電控單元2通過高能放電電源3控制火花塞1的放電時(shí)刻及放電能量，配氣系統(tǒng)中的進(jìn)氣門4和排氣門5的上端是兩個(gè)可變氣門定時(shí)驅(qū)動(dòng)器6，在進(jìn)氣道7的上游，有一電子節(jié)氣門體8，其中可變氣門驅(qū)動(dòng)器6、電子節(jié)氣門體8與電控單元2之間均有驅(qū)動(dòng)線相連，均受電控單元2控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種著火時(shí)刻可直接控制的內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述的高能放電電源3具有一個(gè)輸出脈沖電壓在10000伏以上的高壓輸出端9，和一個(gè)輸出電壓在1000-3000伏之間的高能輸出端10，高壓輸出端9通過控制線30與超高能火花塞1中的高壓電極輸入端11相連，高能輸出端10通過控制線31與超高能火花塞1中的高能電極輸入端12相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種著火時(shí)刻可直接控制的內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)壓燃燃燒技術(shù)系統(tǒng)。主要包括配氣系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)、燃燒室、點(diǎn)火系統(tǒng)和電控單元等，點(diǎn)火系統(tǒng)中所用的是一個(gè)脈沖放電能量大于1焦耳的超高能火花塞，超高能火花塞與電控單元之間，設(shè)有一高能放電電源，電控單元通過高能放電電源控制火花塞的放電時(shí)刻及放電能量。由于缸內(nèi)混合氣的著火時(shí)刻可直接控制，相對于目前的CAI燃燒系統(tǒng)的間接控制著火時(shí)刻，其控制精度大幅度提高。同時(shí)本發(fā)明保留了CAI燃燒系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒、快速燃燒的特點(diǎn)，因此可實(shí)現(xiàn)節(jié)能低排放的燃燒過程。
文檔編號F02D41/40GK1556312SQ20031012203
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者汪洋, 余本雄, 朱濤, 董明哲, 蔣寧濤, 汪 洋 申請人:天津大學(xué)