專(zhuān)利名稱(chēng)：一種二次噴油均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)，尤其是涉及一種直噴式汽油機(jī)二次噴油 均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃的控制方法。
技術(shù)背景均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃("Homogeneous Charge Compression Ignition", 縮 寫(xiě)"HCCI")是一種全新的內(nèi)燃機(jī)燃燒概念。既不同于柴油機(jī)(非均質(zhì)充量壓 縮點(diǎn)燃)，又不同于汽油機(jī)(均質(zhì)充量火花點(diǎn)燃)。是一種火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和 壓縮點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)概念的混合體。它結(jié)合了點(diǎn)燃式燃燒方式和壓燃式燃燒方式 的特點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)燃料和空氣的預(yù)先混合，又可以用壓燃方式點(diǎn)燃。HCCI 燃燒具有非常小的循環(huán)偏差，而且不存在火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程。因此，HCCI具有節(jié) 油和低排放兩大優(yōu)點(diǎn)，是一種非常理想的燃燒方式，可以大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的 熱效率和大大降低有害廢氣的排放，代表著未來(lái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。汽油 實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒模式有兩種燃料供給方式:進(jìn)氣道噴射(PFI)和缸內(nèi)直噴(GDI)。 采用PFI，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易在缸內(nèi)形成均質(zhì)可燃混合氣，再輔之以控制適當(dāng)?shù)?進(jìn)氣溫度和當(dāng)量比，可以實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒。因此，比較適合于HCC工燃燒影響因 素的研究。但是HCCI燃燒最大的困難之一是著火控制，采用GDI則噴油量控 制精確，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能響應(yīng)快，噴射控制策略靈活，可以在缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)多次噴 射，容易控制HCCI著火時(shí)刻和燃燒速率。高辛烷值燃料要在常溫進(jìn)氣條件下 實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒必須提高混合氣在缸內(nèi)的溫度，可以采用EGR技術(shù)和提高壓縮 比等方法。所以在GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，采用高壓共軌系統(tǒng)和進(jìn)/排氣雙VVT 機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整VVT機(jī)構(gòu)和噴油策略，可實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)均質(zhì)混合氣壓縮點(diǎn)燃。中 國(guó)專(zhuān)利CN200410091550. 5公開(kāi)了一種用二次噴射控制直噴式汽油機(jī)壓縮著火 燃燒的方法，它是采用進(jìn)氣和壓縮沖程兩次噴油和大幅度提高壓縮比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)均質(zhì)壓燃。壓縮沖程噴入的汽油經(jīng)過(guò)壓縮也可以形成易于燃燒的混合氣 體，但是由于其噴油時(shí)刻距壓縮著火時(shí)刻非常接近，混合氣不能充分混合均勻，燃燒將不穩(wěn)定；過(guò)量空氣系數(shù)也只能控制在0.8-1.1，并不能實(shí)現(xiàn)真正意義的 稀薄燃燒。申請(qǐng)人通過(guò)大量的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)求證，找出了合理的二次噴油均質(zhì)充 量壓縮點(diǎn)燃方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，為了彌補(bǔ)現(xiàn)有二次噴油均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃 方法的不足之處，而提供一種它既能使混合氣能充分混合均勻，燃燒穩(wěn)定；而 且過(guò)量空氣系數(shù)高，并能實(shí)現(xiàn)真正意義的稀薄燃燒的二次噴油均質(zhì)充量壓縮點(diǎn) 燃的方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用如下的技術(shù)方案:一種高辛烷值燃料要在常溫進(jìn)氣條件下實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒，必須利用EGR技術(shù)和提高壓縮比等方法提 高混合氣在缸內(nèi)的溫度。該方法是通過(guò)調(diào)整可變氣門(mén)相位(VVT)機(jī)構(gòu)，提前 關(guān)閉排氣門(mén)，截取大量的內(nèi)部EGR。然后在排氣沖程和進(jìn)氣沖程各進(jìn)行一次噴 油(在排氣過(guò)程中噴油時(shí)，排氣門(mén)已經(jīng)關(guān)閉，燃油不會(huì)隨著廢氣排出)。 具體技術(shù)方案如下內(nèi)部EGR技術(shù)與兩次噴油策略相結(jié)合，采用排氣沖程末期和進(jìn)氣沖程兩 次噴油方法，調(diào)節(jié)兩次噴油比例，可以控制HCCI燃燒。1) 在排氣沖程進(jìn)行第一次噴油，(定義此次噴油為L(zhǎng) )噴油量占單循環(huán) 總噴油量的10% 40%，噴油時(shí)刻為-60° -30° ，使燃油改質(zhì)，形成易 于壓燃的混合氣；2) 在進(jìn)氣沖程進(jìn)行第二次噴油，(定義此次噴油為12)噴油量為單循環(huán) 總噴油量的60%~90%。噴油時(shí)刻為80。 ~120° ，到壓縮上止點(diǎn)附近能 形成均質(zhì)稀薄的混合氣。所述的在進(jìn)氣沖程進(jìn)行第二次噴油，到壓縮上止點(diǎn)附近能形成均質(zhì)稀薄的混合氣，其過(guò)量空氣系數(shù)1.0-1.7; EGR率為30%~70%。所述的一種二次噴油均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃的方法，所述的壓縮點(diǎn)燃，其壓縮 比8 14。本發(fā)明的積極效果是，由于采用第一次噴入的燃油，在高溫EGR的氛圍內(nèi)， 迅速霧化和蒸發(fā)，并被部分氧化改質(zhì)，生成大量活性成分(醛，醚，過(guò)氧化物 等)，缸內(nèi)溫度升高，使著火性能得以改善，到壓縮上止點(diǎn)附近形成了帶活性 基的均質(zhì)混合氣，產(chǎn)生自燃。第二次噴入的燃油，在缸內(nèi)較強(qiáng)氣流作用下能很 好的蒸發(fā)混合，到壓縮上止點(diǎn)附近能形成均質(zhì)稀薄的混合氣，產(chǎn)生HCCI燃燒。 通過(guò)控制兩次噴油量、噴油比例和噴油時(shí)刻，就可以在缸內(nèi)形成穩(wěn)定的HCCI 著火方式并對(duì)排放進(jìn)行控制。同時(shí)，利用廢氣能量使可燃混合氣改質(zhì)，并充分地均勻混合，在壓縮比 8 14，過(guò)量空氣系數(shù)1.0~1.7， EGR率30% 70%的情況下，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的稀 薄氣體均質(zhì)壓燃。通過(guò)在樣機(jī)上的實(shí)驗(yàn)證實(shí)此噴油策略可以實(shí)現(xiàn)壓縮比8~14 范圍內(nèi)的HCCI燃燒模式。下面結(jié)合實(shí)施例和附圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。


圖1為缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)構(gòu)造示意圖。 圖2為兩次噴油時(shí)刻相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角相位示意圖。 圖3為四缸缸內(nèi)直噴HCCI汽油機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)的油耗圖。 圖4為四缸缸內(nèi)直噴HCCI汽油機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)的N0x排放圖。 圖中l(wèi).燃燒室、2.多孔型噴油器、3.火花塞、4.進(jìn)氣道、5.排氣道、6. 活塞。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖1所示， 一種汽油機(jī)缸內(nèi)直噴燃燒系統(tǒng)，包括燃燒室1、 多孔型噴油器2、火花塞3、進(jìn)氣道4、排氣道5、活塞6以及可進(jìn)行多段噴油 的電控噴油系統(tǒng)。試驗(yàn)方案是在一汽缸直徑為83.5毫米，沖程為90毫米，壓縮比為10的四缸缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，調(diào)整VVT機(jī)構(gòu)，使排氣門(mén)提前關(guān)閉， 截取大量的內(nèi)部EGR, (EGR率為30y。 70n/。)，在進(jìn)/排氣閥負(fù)重疊期間(排氣門(mén)提前關(guān)閉到進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟這段時(shí)間稱(chēng)之為負(fù)重疊期)，留在缸內(nèi)的廢氣被壓 縮，在缸內(nèi)形成高溫內(nèi)部EGR氛圍。此時(shí)第一次噴入的汽油會(huì)迅速霧化和蒸發(fā)，并被部分氧化改質(zhì)，生成大量活性成分(醛，醚，過(guò)氧化物等)，缸內(nèi)溫度升 高，使汽油著火性能得以改善，到壓縮上止點(diǎn)附近形成了帶活性基的均質(zhì)混合 氣，產(chǎn)生自燃。不但有助于提高燃燒穩(wěn)定性，拓展HCCI極限，還能減少HC 和CO排放。此次噴油量占單循環(huán)總噴油量的10% 40%，噴油時(shí)刻為-60° ~-30 ° 。噴油時(shí)刻相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角相位如圖2所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)在不同的EGR率 下，通過(guò)調(diào)節(jié)噴油比例和噴油量以及噴油時(shí)刻，就能在實(shí)現(xiàn)工況點(diǎn)的HCCI 燃燒。在進(jìn)氣行程中噴入的第二次燃油，在缸內(nèi)較強(qiáng)氣流作用下能很好的蒸發(fā)混 合，到壓縮上止點(diǎn)附近能形成均質(zhì)稀薄的混合氣，產(chǎn)生HCCI燃燒。噴油量占 單循環(huán)總噴油量的60%~90%，噴油時(shí)刻為80。 ~120° 。噴油時(shí)刻相對(duì)曲軸轉(zhuǎn) 角相位如圖2所示?？刂苾纱螄娪土?、噴油比例和噴油時(shí)刻，就能準(zhǔn)確地控制混合氣的溫度、 濃度分布及化學(xué)組分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)HCCI燃燒和排放過(guò)程的控制。隨著L增加， 著火時(shí)刻提前，燃燒速率加快，燃燒持續(xù)期縮短，可以控制汽油HCCI燃燒的 著火時(shí)刻和燃燒速率。通過(guò)這種兩次噴油策略，可以有效控制HCCI燃燒。下面通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)1,+L的噴油策略適用于控制HCCI燃燒。圖3示出了四缸HCCI汽油機(jī)在HCCI運(yùn)行范圍內(nèi)的油耗圖。HCCI多缸汽 油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，在HCCI運(yùn)行范圍內(nèi)，3000r/min以下工況的有效燃油 消耗率相對(duì)于常規(guī)電控氣道噴射汽油機(jī)節(jié)油20%以上。圖4示出了四缸HCCI汽油機(jī)在HCCI運(yùn)行范圍內(nèi)的N0X排放?？梢钥闯?， 在寬廣的HCCI運(yùn)行工況平面內(nèi)，NOX排放在相同負(fù)荷下，相對(duì)于常規(guī)氣道噴 射汽油機(jī)降低90% 99%。
權(quán)利要求
1.一種二次噴油均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃的方法，是通過(guò)調(diào)整可變氣門(mén)相位機(jī)構(gòu)，提前關(guān)閉排氣門(mén)，截取大量的內(nèi)部EGR，然后在排氣沖程和進(jìn)氣沖程各進(jìn)行一次噴油，具體步驟如下1)在排氣沖程進(jìn)行第一次噴油，噴油量占單循環(huán)總噴油量的10％～40％，噴油時(shí)刻為-60°～-30°，使燃油改質(zhì)，形成易于壓燃的混合氣；2)在進(jìn)氣沖程進(jìn)行第二次噴油，噴油量為單循環(huán)總噴油量的60％～90％，噴油時(shí)刻為80°～120°，到壓縮上止點(diǎn)附近能形成均質(zhì)稀薄的混合氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二次噴油均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃的方法，其特 征在于所述的在進(jìn)氣沖程進(jìn)行第二次噴油，到壓縮上止點(diǎn)附近能形成均質(zhì) 稀薄的混合氣，其過(guò)量空氣系數(shù)1.0-1.7; EGR率為30%~70%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二次噴油均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃的方法，其特 征在于所述的壓縮點(diǎn)燃，其壓縮比8 14。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二次噴油均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)燃的方法，是通過(guò)調(diào)整可變氣門(mén)相位(VVT)機(jī)構(gòu)，提前關(guān)閉排氣門(mén)，截取大量的內(nèi)部EGR。然后在排氣沖程和進(jìn)氣沖程各進(jìn)行一次噴油。在排氣沖程進(jìn)行第一次噴油，噴油量占單循環(huán)總噴油量的10％～40％，噴油時(shí)刻為-60°～-30°，使燃油改質(zhì)，形成易于壓燃的混合氣；在進(jìn)氣沖程進(jìn)行第二次噴油，噴油量為單循環(huán)總噴油量的60％～90％。噴油時(shí)刻為80°～120°，到壓縮上止點(diǎn)附近能形成均質(zhì)稀薄的混合氣。過(guò)量空氣系數(shù)1.0～1.7；在壓縮比8～14，EGR率30％～70％的狀況下，可以實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒。試驗(yàn)表明，該方法可以提高燃燒穩(wěn)定性，3000r/min以下工況的有效燃油消耗率相對(duì)于常規(guī)電控氣道噴射汽油機(jī)節(jié)油20％以上。NO_X排放在相同負(fù)荷下，相對(duì)于常規(guī)氣道噴射汽油機(jī)降低了90％～99％。
文檔編號(hào)F02B17/00GK101324201SQ200710074950
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者張志福, 王孟軻 申請(qǐng)人:奇瑞汽車(chē)股份有限公司