Egr條件下缸內(nèi)直噴雙氣體燃料的內(nèi)燃機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及車用內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種EGR條件下缸內(nèi)直噴雙氣體燃料的內(nèi)燃機。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界環(huán)境問題和能源危機愈演愈烈，本世紀人類必須面對的不僅是能源危機，環(huán)境污染也不容忽視，而能源開發(fā)和利用的產(chǎn)物是環(huán)境污染的重要來源，所以各國對于汽車排放法規(guī)的制定越來越嚴格，而本著節(jié)能的原則，也對汽車經(jīng)濟性提出了更高的要求。為了應(yīng)對能源危機與環(huán)境問題的挑戰(zhàn)，人們需要一種新的方法使得汽車達到節(jié)能減排的目的，各大汽車廠家因此而絞盡腦汁，尋找新的技術(shù)。
[0003]傳統(tǒng)的點燃式內(nèi)燃機燃料一般在進氣歧管噴射，這對于液體燃料或是氣體燃料或多或少會有一定的弊端，液體燃料會有一部分在進氣道形成油膜，而氣體燃料會占用一定的混合氣體積，造成充量系數(shù)下降?；诖?，缸內(nèi)直噴技術(shù)應(yīng)運而生。顧名思義，缸內(nèi)直噴技術(shù)就是將燃料直接噴入氣缸，能夠精確地控制空燃比，其響應(yīng)性相比進氣道噴射有了較大的提升，而且缸內(nèi)直噴發(fā)動機能夠采用分層稀燃技術(shù)，使發(fā)動機的熱效率得到有效地提升，并能改善發(fā)動機的排放。而稀燃技術(shù)的不足之處在于燃燒穩(wěn)定性不好，選擇一種擴散速度快、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓臍怏w燃料就能很好的解決這一問題。
[0004]EGR技術(shù)是將發(fā)動機的一部分排氣通過某種途徑重新引入氣缸并參與燃燒過程的技術(shù)，主要目的是利用廢氣比熱容高、稀釋新鮮空氣、減緩燃燒速率的作用降低發(fā)動機的
放。EGR技術(shù)一般應(yīng)用在柴油機上，但是隨著缸內(nèi)直噴發(fā)動機的出現(xiàn)，其在部分負荷時采用稀燃，使得缸內(nèi)氧濃度較大，再加上與增壓技術(shù)的配合使用使得缸內(nèi)燃燒溫度也很高，導(dǎo)致放增加，所以現(xiàn)在EGR技術(shù)也逐漸應(yīng)用在缸內(nèi)直噴點燃式發(fā)動機上。另一方面，EGR的弓丨入也有利于抑制點燃式發(fā)動機的爆震。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型涉及一種缸內(nèi)直噴雙氣體燃料發(fā)動機。本實用新型設(shè)計出一種EGR條件下缸內(nèi)直噴雙氣體燃料的內(nèi)燃機，旨在提高氣體燃料發(fā)動機的熱效率、降低其N0X排放以及解決缸內(nèi)直噴發(fā)動機分層稀燃不穩(wěn)定的問題。該系統(tǒng)通過將兩種燃料均直接噴射噴射到缸內(nèi)，實現(xiàn)了內(nèi)燃機負荷的質(zhì)調(diào)節(jié)，較點燃式氣體發(fā)動機熱效率得到了大幅度的提高；該系統(tǒng)的控制方法通過模式轉(zhuǎn)換，可以使發(fā)動機在任意工況都在最佳的狀態(tài)下運行，并可以在啟動工況、怠速、中小負荷工況等都實現(xiàn)稀薄燃燒，大大的提高了經(jīng)濟性；另外，針對該發(fā)動機放高的缺點，采用EGR技術(shù)以及稀燃催化轉(zhuǎn)換器降低尾氣的排放。
[0006]為達到上述目的，本實用新型通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)，并【附圖說明】:
[0007]—種ERG條件下缸內(nèi)直噴雙氣體燃料的內(nèi)燃機，該系統(tǒng)由點燃式發(fā)動機25改裝而成，并取消了節(jié)氣門，其結(jié)構(gòu)是由點燃式發(fā)動機25、空氣濾清器4、廢氣渦輪增壓器5、中冷器6、EGR閥3、氧傳感器2、稀燃催化轉(zhuǎn)換器1等組成；它的燃料供給系統(tǒng)包括主氣體燃料供給系統(tǒng)和輔助燃料供給系統(tǒng)，主氣體燃料供給系統(tǒng)由主氣體燃料存儲罐13、調(diào)壓閥11、電磁閥9以及主氣體燃料輸送管路8組成，輔助氣體燃料供給系統(tǒng)由輔助氣體燃料存儲罐14、調(diào)壓閥12、電磁閥10以及輔助氣體燃料輸送管路7組成，主氣體燃料與輔助氣體燃料分別通過主氣體燃料噴射器23、輔助氣體燃料噴射器19直接噴入氣缸；當(dāng)同時燃燒主氣體燃料和輔助氣體燃料時，基于輔助氣體燃料擴散速度快、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍攸c，混合氣混合良好，燃燒速度快，缸內(nèi)溫度較高，再加上該系統(tǒng)取消了節(jié)氣門，負荷調(diào)節(jié)方式為質(zhì)調(diào)節(jié)，栗氣損失較少而進氣量較多，所以腸夂排放較高，需增加EGR系統(tǒng)以限制勵夂的排放，并使用稀燃催化轉(zhuǎn)換器對尾氣進行處理。ECU通過接收發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷以及各傳感器等信號從而實現(xiàn)對主氣體燃料噴射器23、輔助氣體燃料噴射器19、火花塞20、EGR閥3的控制。
[0008]所述的雙氣體燃料，它們擁有各自的燃料供給系統(tǒng)，其中，主氣體燃料為高辛烷值燃料，而輔助氣體燃料相比于主氣體燃料，其火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁Ⅻc火能量低、淬熄距離短，所以能夠促進燃料在低負荷充分燃燒，改善經(jīng)濟性，降低循環(huán)變動；并且輔助氣體燃料著火界限寬廣，能夠拓展內(nèi)燃機的稀燃范圍，有利于提高其熱效率；但是輔助氣體燃料的凈能量密度較主氣體燃料低。
[0009]所述的EGR系統(tǒng)，其特征之處在于，通過在進氣道內(nèi)添加了一根導(dǎo)氣管24，該導(dǎo)氣管靠近進氣道外側(cè)，保持與氣道外形流線平行，并使導(dǎo)氣管末端深入到氣門頭部附近，以盡可能地阻止空氣與廢氣的過早摻混，這樣可以實現(xiàn)廢氣與進氣在缸內(nèi)的分層，將廢氣控制于氣缸壁面附近，可燃混合氣分布于中間區(qū)域，保證在點火時刻火花塞附近不受廢氣的影響，從而最大限度地發(fā)揮廢氣的作用，在降低^^^排放的同時，也減小了發(fā)動機的傳熱損失。
[0010]所述的的雙氣體燃料噴射系統(tǒng)，包括主氣體燃料噴射器23與輔助氣體燃料噴射器19，這兩個噴射器均布置在缸內(nèi)，并且輔助氣體燃料噴射器19布置在氣缸的中心位置，主氣體燃料噴射器23布置在燃燒室邊緣，火花塞20靠近輔助氣體燃料噴射器19的噴嘴，輔助氣體燃料一般在壓縮沖程噴入氣缸，燃料會直接噴向火花塞，此種噴射方式，會在火花塞附近形成較濃的混合氣，并且會形成一定的濃度梯度，有助于混合氣的分層燃燒，而由于噴射的是氣體燃料，能夠避免輔助燃料噴射器19與火花塞20形成積碳。
[0011]發(fā)動機并不總在某一種工況下運行，其工作過程是復(fù)雜多變的，其運行工況大致可以分為冷啟動工況，怠速及小負荷工況，高速、大負荷工況。而其控制方法的選擇，往往需要考慮發(fā)動機在該工況下動力性、經(jīng)濟型、排放性等性能的側(cè)重點。
[0012]—種ERG條件下缸內(nèi)直噴雙氣體燃料的內(nèi)燃機的控制方法，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，采用燃料與工況協(xié)同控制策略，在冷啟動工況僅采用輔助氣體燃料，在怠速及小負荷工況采用主氣體燃料與輔助氣體燃料的混合燃料，在高速、大負荷工況僅采用主氣體燃料。
[0013]在冷啟動階段，發(fā)動機對動力性的要求較低，不需要對外輸出功，燃燒所做的功僅需滿足發(fā)動機自身的運轉(zhuǎn)即可，冷啟動階段發(fā)動機對性能的要求是盡量減少發(fā)動機在此階段的排放。由于輔助氣體燃料擴散速度快、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍攸c，燃料能完全燃燒，相比于傳統(tǒng)點燃式內(nèi)燃機的排放，其HC及C0排放明顯降低，并且在冷啟動階段缸內(nèi)溫度較低，采用純輔助氣體燃料不會造成N0X的升高，所以在冷啟動階段采用輔助氣體燃料燃燒能有效改善發(fā)動機的排放；在怠速及小負荷工況，發(fā)動機對性能的要求在經(jīng)濟性和排放性方面，此階段要求發(fā)動機有較低的燃油消耗率以及較低的排放，雖然此階段對發(fā)動機動力性的要求并不苛刻，但是由于輔助氣體燃料的凈體積能量密度較低，無法滿足動力性要求，所以采用主氣體燃料與輔助氣體燃料混合，既能滿足一定的驅(qū)動功率，又能改善發(fā)動機在怠速及小負荷工況下的燃燒及排放特性；在高速、大負荷工況下，發(fā)動機對性能的要求在于它的動力性，需要能夠輸出較大的功率，所以選擇純高辛烷值燃料，即采用主氣體燃料燃燒。
[0014]如上所述，當(dāng)同時燃燒主氣體燃料和輔助氣體燃料時，基于輔助氣體燃料擴散速度快、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓忍攸c，混合氣混合良好，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，缸?nèi)溫度較高，再加上該系統(tǒng)取消了節(jié)氣門，減小了栗氣損失的同時增加了進氣量，導(dǎo)致^^^排放較高，增加EGR系統(tǒng)可以限制排放，所以在制定發(fā)動機控制策略的時候，需要對EGR率、混合氣形成方式以及空燃比進行協(xié)同調(diào)節(jié)。
[0015]—種ERG條件下缸內(nèi)直噴雙燃料的內(nèi)燃機的控制方法，由EGR率、混合氣形成方式以及空燃比進行協(xié)同調(diào)節(jié)，在冷啟動工況不采用EGR ;在怠速及小負荷工況采用小的EGR率，并采用大的空燃比，主氣體燃料和輔助氣體燃料都采用分層稀燃；在中等負荷工況采用大的EGR率，并采用較小的空燃比，但總體來說混合氣最終還是略稀，主氣體燃料采用均勻稀燃，輔助氣體燃料采用分層稀燃；在大負荷工況不采用EGR，混合氣為功率混合氣，采用主氣體燃料并且為均勻燃燒。
[0016]在冷啟動工況下，為保證燃料的正常燃燒，不采用EGR ;同時僅采用輔助氣體燃料燃燒，為保證發(fā)動機的經(jīng)濟性及減小排放，輔助氣體燃料在壓縮沖程后期噴入氣缸，火花塞附近會形成較濃的混合氣，并且會形成一定的濃度梯度，缸內(nèi)混合氣的燃燒狀態(tài)為分層稀燃。
[0017]在怠速及小負荷工況下，發(fā)動機對動力性的要求并不是十分苛刻，此時采用較小的EGR率，目的在于對缸內(nèi)混合氣進行一定的加熱，從而使混合氣能夠快速燃燒；為保證發(fā)動機的經(jīng)濟性，采用較大的空燃比，且主氣體燃料和輔助氣體燃料均在壓縮沖程后期噴射，但是輔助氣體燃料的噴射時刻晚于主氣體燃料噴射時刻，主氣體燃