專利名稱：一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃 的燃燒模式及其控制方法。
背景技術(shù)：
HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition)是可實(shí)現(xiàn)高效低NOx
和PM排放的內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)，但其產(chǎn)業(yè)化面臨三個(gè)主要問題著火時(shí)刻和燃燒 速率的控制；HC和C0排放，運(yùn)行范圍的拓展。從已有的文獻(xiàn)看，利用燃燒信號(hào)
反饋可以用于控制HCCI著火;利用三效催化劑可以解決HC和CO排放；目前HCCI 發(fā)動(dòng)機(jī)最大挑戰(zhàn)是擴(kuò)展高負(fù)荷運(yùn)行范圍。在保證可接受的最大壓力升高率和最高 NOx排放的限制下，汽油機(jī)HCCI燃燒只能應(yīng)用在中低負(fù)荷工況下。原因是采用 現(xiàn)有HCCI技術(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)中高負(fù)荷工況下，可燃混合氣同時(shí)自燃，燃燒速度過 快，導(dǎo)致壓力升高率及最大爆發(fā)壓力均過高，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆震。
從2001年以來，已有大量研究[1 8]表明火花點(diǎn)火對(duì)HCCI燃燒有影響，尤 其在汽油機(jī)中低負(fù)荷區(qū)域火花點(diǎn)火燃燒模式(SI)和HCCI燃燒模式過渡的邊界 上容易出現(xiàn)。而本申請(qǐng)專利發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，汽油機(jī)采用較高壓縮比和較高 EGR率的當(dāng)量比燃燒，在中高負(fù)荷區(qū)域能獲得一種穩(wěn)定的火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃 的新型燃燒模式，這種燃燒模式不同與傳統(tǒng)的SI和HCCI燃燒模式，具有兩階段 放熱的低壓升率燃燒特性、低N0x的排放特性和高熱效率的經(jīng)濟(jì)性。這種燃燒模 式通過點(diǎn)火提前角和EGR率可以有效控制著火時(shí)刻和燃燒速率，通過三效催化劑 解決排放，可作為汽油機(jī)中高負(fù)荷區(qū)域的一種很有應(yīng)用前景的高效低排放運(yùn)行模 式。已有相關(guān)文獻(xiàn)
1. Lucien Koopmans， lngemar Denbratt. A Four Stroke Camless Engine, Operated in Homogeneous Charge Compression Ignition Mode with Commercial Gasoline. SAE 2001-01-3610
2. A Fuerhapter, W F Piock, G K Fraidl. CSI - controlled Auto Ignition - the best soluiion for the fuel consumption - versus emission trade-off SAE 2003-01-0754
3. Wang Zhi ， Wang Jian隱xin, Shuai Shi-Jin. Effects of Spark Ignition and Stratified (Charge on Gasoline HCCI Combustion with Direct Injection. SAE 2005-01-1037
4. Tomonori Urushihara, Koichi Yamaguchi, Koudai Yoshizawa and Teruyuki ltoh. A Study of a Gasoline-fueled Compression Ignition Engine. Expansion of ACCI Operation Range Using SI Combustion as a Trigger of Compression Ignition. SAE 2005-01-0180
5. Wanb Zhi， Wang Jianxin， Shuai Shijin， Tian Guo-hong. Study of Spark Ignition on Gasoline HCCI Combustion. Proceedings of the Institution of (Mechanical Engineers, Journal of Automobile Engineering, Jun 2006. 220(D6):817-825.
6. Warner Robert M， Edwards K. Dean, Daw C. Stuart. On the Nature of Cyclic Dispersion in Spark Assisted HCCI Combustion. SAE 2006-01-0418
7. Yan Zhang, Hui Xie， Nenghui Zhou, Tao Chen and Hua Zhao. Study of S卜HCC卜SI Transition on a Port Fuel Injection Engine Equipped with 4VVAS. SAE 2007-01-0199
8. Hakan Persson， Bengt Johansson, Alfredo Remon. The effect of swirl on spark assisted compression ignition (SACI). SAE 2007-01-185
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適用于汽油機(jī)中高負(fù)荷的火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃的燃燒模 式及其控制方法，可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性、降低NOx排放。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案提供一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均 質(zhì)壓燃的燃燒控制方法，所述方法包括調(diào)整點(diǎn)火提前角和EGR率。實(shí)現(xiàn)方法可以 包括以下步驟在進(jìn)氣過程中缸內(nèi)進(jìn)行第一次燃料噴射，在壓縮上止點(diǎn)時(shí)形成均 質(zhì)稀薄混合氣；在壓縮沖程中缸內(nèi)進(jìn)行第二次燃料噴射，在火花塞周圍形成局部 較濃混合氣，火花塞點(diǎn)火點(diǎn)燃局部較濃混合氣產(chǎn)生火焰?zhèn)鞑?，局部火焰?zhèn)鞑ト紵?放熱，壓縮周圍大面積稀混合氣溫度壓力升高達(dá)到自燃著火狀態(tài)，從而激發(fā)整個(gè) 缸內(nèi)混合氣多點(diǎn)大面積自燃，并使全部混合氣快速燃燒完全。
本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案還提供一種采用火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃(SICI)燃 燒模式的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模式的區(qū)劃。發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，一直保持節(jié)氣門全開， 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化通過改變EGR率和噴油量來實(shí)現(xiàn)。在中低速中低負(fù)荷工況，采 用較高壓縮比(HCR)實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒(稀燃，EGR = 40% 70%)，以達(dá)到極低的N0x排放和高熱效率；在中高負(fù)荷工況，采用較高壓縮比實(shí)現(xiàn)SICI燃燒(化學(xué) 計(jì)量比，EGR=10% 40%),以降低均質(zhì)壓燃著火燃燒時(shí)缸內(nèi)壓力升高率，獲得低 NOx排放和高熱效率；大負(fù)荷工況，采用SI燃燒方式(偏濃混合氣，無EGR)， 同時(shí)減小有效壓縮比(LCR)，以保證功率密度并抑制爆震。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)
采用本發(fā)明時(shí)，采用火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃(SICI)燃燒模式可以有效控制 著火時(shí)刻；SICI燃燒模式呈現(xiàn)兩階段放熱的燃燒特性可以顯著降低缸內(nèi)壓力升 高率，抑制爆震，并獲得較高的燃油經(jīng)濟(jì)性。另外，汽油當(dāng)量比混合氣燃燒產(chǎn)生 的有害排放物，可以使用傳統(tǒng)汽油機(jī)三效催化劑有效地解決。


圖l是本發(fā)明火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒模式的原理示意圖； 圖2是本發(fā)明汽油發(fā)動(dòng)機(jī)新型燃燒模式的區(qū)劃；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒實(shí)現(xiàn)方法的流 程圖5是本發(fā)明實(shí)施例的一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒模式通過點(diǎn)火 角和EGR率控制在理論空燃比下的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工況范圍。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下 實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明實(shí)施例的一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃(SICI)燃燒的方法如圖
3所示，包括以下步驟
步驟s201，在進(jìn)氣過程中進(jìn)行缸內(nèi)燃料噴射，在壓縮上止點(diǎn)時(shí)形成稀均質(zhì) 混合氣。
步驟s202，在壓縮沖程末期火花塞點(diǎn)火點(diǎn)燃局部區(qū)域混合氣，產(chǎn)生初始火 焰?zhèn)鞑ァ?br> 步驟s203，局部區(qū)域的火焰?zhèn)鞑ギa(chǎn)生的燃燒放熱，壓縮周圍大面積混合氣
5溫度壓力升高至自燃著火狀態(tài)，由此激發(fā)出整個(gè)缸內(nèi)未燃混合氣多點(diǎn)大面積自 燃，并快速燃燒完全。
本發(fā)明實(shí)施例的一種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖如圖3所示，其中，l為噴油器，2為火花塞，3為進(jìn)氣，4為排氣，5為點(diǎn) 燃放熱區(qū)，6為壓燃放熱區(qū)，均質(zhì)混合氣過量空氣系數(shù)入=1，點(diǎn)火角為壓縮上 止點(diǎn)前20。CA， EGR率為20X。該燃燒系統(tǒng)氣缸直徑為95毫米，壓縮比為13， 用錐角為60°的高壓旋流傘噴汽油電控噴油器。在同一工作循環(huán)內(nèi)中，根據(jù)電 控單元給出的噴油脈沖信號(hào)(控制噴油時(shí)刻和噴油量)，在進(jìn)氣過程中進(jìn)行燃油 噴射，噴油時(shí)刻為進(jìn)氣上止點(diǎn)后100° ，這些燃料在壓縮上止點(diǎn)時(shí)已形成均質(zhì)混 合氣；然后在在壓縮沖程末期火花塞點(diǎn)火，使混合氣著火并形成火焰?zhèn)鞑?；通過 點(diǎn)燃放熱，壓縮周圍混合氣，從而激發(fā)周圍混合氣壓燃，并使全部混合氣燃燒完 全。這樣，周圍混合氣壓燃時(shí)，氣缸內(nèi)混合氣可分為兩個(gè)區(qū)域，即火花塞附近的 火花點(diǎn)火放熱區(qū)域，和周圍的壓燃放熱區(qū)域。從試驗(yàn)結(jié)果可知，采用火花點(diǎn)火激 發(fā)均質(zhì)壓燃(SICI)燃燒相比于均質(zhì)混合氣壓燃(HCCI)燃燒，通過調(diào)整點(diǎn)燃放 熱比例，燃燒速率得到有效的控制，壓力升高率相對(duì)較低，從而有效抑制汽油混 合氣壓燃爆震。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾， 這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒方法，其特征在于所述燃燒方法是在汽油機(jī)中高負(fù)荷區(qū)域，利用火花點(diǎn)火產(chǎn)生的火焰?zhèn)鞑シ艧峒ぐl(fā)可燃混合氣自燃。在進(jìn)氣過程中進(jìn)行第一次燃料噴射，在壓縮上止點(diǎn)時(shí)形成均質(zhì)稀薄混合氣；它含有以下步驟(1)在壓縮沖程中進(jìn)行第二次燃料噴射，在火花塞周圍形成局部較濃混合氣；(2)火花塞點(diǎn)火點(diǎn)燃局部較濃混合氣產(chǎn)生火焰?zhèn)鞑ィ?3)局部火焰?zhèn)鞑ト紵艧?，壓縮周圍大面積稀混合氣，使得溫度壓力升高達(dá)到自燃著火狀態(tài)，整個(gè)缸內(nèi)混合氣多點(diǎn)大面積自燃，并使全部混合氣快速燃燒完全。
2、 如權(quán)利要求1所述的燃燒方法，其特征在于，所述混合氣的燃空當(dāng)量比 EGR率的范圍為10% 40%。
3、 如權(quán)利要求1所述的燃燒方法，其特征在于，所述壓縮比為10 15。
4、 如權(quán)利要求1所述的燃燒方法，其特征在于，所述缸內(nèi)混合氣總的過量 空氣系數(shù)入=1。
5、 一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒控制方法，其特征在于所述控 制方法是通過點(diǎn)火提前角控制著火時(shí)刻，通過EGR率控制燃燒速率。
6、 如權(quán)利要求5所述的燃燒控制方法，其特征在于，所述點(diǎn)火提前角范圍 為50 °CA BTDC 0 。CA BTDC。
7、 如權(quán)利要求5所述的燃燒控制方法，，其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)該方法的系 統(tǒng)包括噴油器，用于向缸內(nèi)噴入燃料；電控單元，用于控制所述噴油器的噴油時(shí)刻和噴油量，使所述噴油器在進(jìn)氣 過程中進(jìn)行燃料噴射；火花塞，用于點(diǎn)燃所述燃料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽油機(jī)火花點(diǎn)火激發(fā)均質(zhì)壓燃燃燒及控制方法，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。其控制方法為通過點(diǎn)火提前角控制著火時(shí)刻，通過EGR率控制燃燒速率。其實(shí)現(xiàn)方法可以包括以下步驟在進(jìn)氣過程中進(jìn)行第一次燃料噴射，在壓縮上止點(diǎn)時(shí)形成均質(zhì)稀薄混合氣；在壓縮沖程中進(jìn)行第二次燃料噴射，在火花塞周圍形成局部較濃混合氣，火花塞點(diǎn)火點(diǎn)燃局部較濃混合氣產(chǎn)生火焰?zhèn)鞑ィ植炕鹧鎮(zhèn)鞑ト紵艧幔瑝嚎s周圍大面積稀混合氣溫度壓力升高達(dá)到自燃著火狀態(tài)，從而激發(fā)整個(gè)缸內(nèi)混合氣多點(diǎn)大面積自燃，并使全部混合氣快速燃燒完全。另外，采用當(dāng)量比混合氣燃燒產(chǎn)生的有害排放物，可以使用傳統(tǒng)汽油機(jī)三效催化劑有效地控制。
文檔編號(hào)F02B1/14GK101619670SQ20091007719
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者帆 徐, 志 王, 王建昕, 陽冬波 申請(qǐng)人:清華大學(xué)