用于操作直噴火花輔助的壓燃式發(fā)動機的方法
【專利說明】用于操作直噴火花輔助的壓燃式發(fā)動機的方法
[0001]相關申請
本申請是于2011年I月27提交的申請?zhí)枮?01110029639.9的發(fā)明專利申請的分案申請，原申請的發(fā)明創(chuàng)造名稱也為《用于操作直噴火花輔助的壓燃式發(fā)動機的方法》。
技術領域
[0002]本公開涉及直噴壓燃式內燃機。
【背景技術】
[0003]在該部分中的聲明僅提供與本發(fā)明相關的背景信息，并且不一定構成現(xiàn)有技術。
[0004]內燃機可包括火花點火式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機。已知的火花點火式發(fā)動機通過將空氣和燃料的混合物引入發(fā)動機的燃燒室來操作。活塞壓縮該混合物，并在預定的曲軸角處，火花塞點燃燃料和空氣的混合物，以產生傳播通過燃燒室的火焰前鋒。來自燃燒燃料的熱的快速增長觸發(fā)向下推動活塞的壓力的增長。火花塞的使用允許精確定時的燃燒事件。保持發(fā)動機的壓縮比相對低，以避免火花爆震。當燃料和空氣的混合物在火花點火之前自燃時發(fā)生火花爆震，并且火花爆震可造成發(fā)動機損壞。因此，火花點火發(fā)動機設計成具有在8:1與11:1之間的幾何壓縮比。
[0005]壓燃式發(fā)動機以在15:1與22:1的范圍內的相對高的幾何壓縮比操作、在特定的實施例中以更高的幾何壓縮比操作。更高的壓縮比提高壓燃式發(fā)動機的熱效率。壓燃式發(fā)動機通過將不節(jié)流的空氣引入燃燒室來操作，從而通過降低栗送損失來提高效率。在壓燃式發(fā)動機中，當燃燒室內的俘獲空氣處于或高于燃料的自燃溫度時，點火定時由壓縮沖程即將結束時噴入燃燒室中的燃料噴射而控制。燃燒過程的放熱造成缸內壓力提高，以與火花點火式發(fā)動機相同的方式向下推動活塞。
[0006]壓燃式發(fā)動機產生包括顆粒物質和氮氧化物(NOx)的排放。顆粒物質由燃燒室內局部濃的空氣/燃料混合物的燃燒形成。這些濃區(qū)域的出現(xiàn)是由于在點火時燃料與空氣不完全的預混合所引起的燃料/空氣充量的不均勻性。已知的用于減少顆粒物質的后處理裝置包括顆粒過濾器。顆粒過濾器俘獲顆粒物質，并在高溫再生事件期間周期地被凈化。
[0007]氮氧化物的形成與燃燒化學密切相關。在空氣/燃料混合物在相對高的溫度的燃燒之后，壓燃式發(fā)動機在排氣流中產生相對高的NOx排放。已知的用于NOx還原的后處理系統(tǒng)包括轉化器系統(tǒng)、諸如用于以稀空氣/燃料比操作的發(fā)動機的選擇性催化還原(SCR)裝置。SCR裝置包括促進NOx與諸如氨或尿素的還原劑反應的催化劑，以產生氮和水。還原劑可注入SCR裝置上游的廢氣供入流，需要噴射系統(tǒng)、還原劑源和控制模式。另外，發(fā)動機運行可使用三效催化劑(TWC)，以產生用作還原劑的氨。較低的壓縮比可降低燃燒溫度，從而降低NOx排放，但較低的壓縮比可能降低燃燒效率，并在相對冷的溫度時增大發(fā)動機起動難度。
[0008]壓燃式發(fā)動機的一個實施例可包括以預混合充量壓燃(PCCI)燃燒模式操作發(fā)動機。PCCI燃燒模式將壓燃燃燒系統(tǒng)與高流速的冷卻的廢氣再循環(huán)(EGR)和早的噴射開始(SOI)正時結合。將高EGR率和早的SOI結合導致燃燒開始(SOC)之前長的點火延遲周期。點火延遲周期在PCCI燃燒期間超過燃料噴射持續(xù)時間，導致SOC時的預混合燃燒事件。與高EGR率一起，燃料與空氣充分的預混合減少有助于顆粒物質的形成的局部濃的區(qū)域的形成。高EGR率用作充量稀釋劑，該充量稀釋劑將燃燒溫度抑制到低于形成相當大的NOx量的溫度。
[0009]PCCI燃燒模式在相對低的發(fā)動機轉速和負荷時有效，在相對低的發(fā)動機轉速和負荷下，燃料的噴射量相對低并且可用于預混合的時間相對長。當發(fā)動機負荷增大時，在快速預混合燃燒過程中釋放的熱量變大至足以產生過度的燃燒噪音。即使在點火延遲周期期間存在充分的燃料與空氣的預混合，上述情形也出現(xiàn)。過度的燃燒噪音令消費者不快。因此，已將PCCI燃燒局限于相對低的發(fā)動機負荷。

【發(fā)明內容】

[0010]壓燃式內燃機包括以四沖程燃燒循環(huán)操作的多個燃燒室，并構造成以大于10:1的幾何壓縮比操作。用于操作發(fā)動機的方法包括通過在壓縮沖程期間將燃料噴射入各燃燒室來形成燃料/空氣充量，其中在燃燒室內的所有燃燒之前完成噴射。該方法還包括:操作發(fā)動機，以將燃燒室中的燃料/空氣充量的溫度管理至低于燃料/空氣充量的自燃點；和在噴射燃料之后并在燃料/空氣充量達到自燃溫度之前在燃燒室中提供火花放電。
[0011]本發(fā)明提供以下技術方案:
方案1.一種用于操作壓燃式內燃機的方法，所述壓燃式內燃機包括以四沖程燃燒循環(huán)操作的多個燃燒室，并構造成以大于10:1的幾何壓縮比操作，所述方法包括:
通過在壓縮沖程期間將燃料噴射入各燃燒室來形成燃料/空氣充量，在所述燃燒室內的所有燃燒之前完成所述噴射；
操作所述發(fā)動機以管理所述燃燒室中的所述燃料/空氣充量的溫度為低于所述燃料/空氣充量的自燃點；以及
在噴射燃料之后并在所述燃料/空氣充量達到自燃溫度之前在所述燃燒室中提供火花放電。
[0012]方案2.根據(jù)方案I所述的方法，其中操作所述發(fā)動機以管理所述燃燒室中的所述燃料/空氣充量的溫度包括:控制廢氣再循環(huán)閥，以將來自發(fā)動機排氣的廢氣再循環(huán)至進氣歧管。
[0013]方案3.根據(jù)方案I所述的方法，其中操作所述發(fā)動機以管理所述燃燒室中的所述燃料/空氣充量的溫度包括:控制可變壓縮比活塞。
[0014]方案4.根據(jù)方案I所述的方法，其中操作所述發(fā)動機以管理所述燃燒室中的所述燃料/空氣充量的溫度包括:對構造成控制進氣閥的打開和關閉的可變凸輪相位系統(tǒng)的定相進行控制。
[0015]方案5.根據(jù)方案I所述的方法，其中通過在壓縮沖程期間將燃料噴射入各燃燒室來形成所述燃料/空氣充量包括:在壓縮沖程中足夠早地將燃料噴射入各燃燒室，以提供燃料與進氣的預混合。
[0016]方案6.根據(jù)方案5所述的方法，其中所述燃料/空氣充量具有小于2的燃料/空氣當量比。
[0017]方案7.根據(jù)方案6所述的方法，其中所述燃料/空氣當量比小于I。
[0018]方案8.根據(jù)方案I所述的方法，其中通過在壓縮沖程期間將燃料噴射入各燃燒室來形成所述燃料/空氣充量還包括在進氣沖程晚期將燃料噴射入各燃燒室。
[0019]方案9.根據(jù)方案5所述的方法，其中在噴射燃料脈沖之后的預定消逝時段之后在所述燃燒室中提供火花放電。
[0020]方案10.根據(jù)方案I所述的方法，還包括:在進氣沖程期間將燃料脈沖噴射入進氣歧管。
[0021]方案11.根據(jù)方案I所述的方法，其中所述燃燒室中的火花放電點燃所述燃料/空氣充量的一部分，以將所述燃料/空氣充量溫度提高至足以使所述燃料/空氣充量自燃。
[0022]方案12.根據(jù)方案11所述的方法，其中在自燃期間燃燒所述燃料/空氣充量的大部分。
[0023]方案13.根據(jù)方案I所述的方法，還包括:以預混合充量壓燃燃燒模式操作所述發(fā)動機。
[0024]方案