本发明专利技术公开了一种发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法，在装有缸内直接喷油器的内燃发动机上，利用火花塞点燃分层混合气形成火焰，利用火焰释放的能量致使缸内其余的预混的稀释或者稀薄混合气形成稳定的快速燃烧或多点自燃燃烧。可以通过EGR回路向进气道内引入冷却的已燃废气，以使当发动机遭遇爆震或最大爆发压力超限时，将发动机燃烧过程转换为快速火焰传播方式燃烧。还可以在缸内热状态不足以满足分层混合气点火或形成稳定压燃燃烧时，通过引入内部残余废气的方式提高缸内热状态。本发明专利技术可以克服预混稀释或稀薄混合气的着火及燃烧过程控制这两个汽油压燃着火燃烧的难题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种发动机燃烧控制技术。
技术介绍
汽油压燃着火燃烧方式(Gasoline compression ignition, GCI)由于其具有同时改善燃油经济性和发动机尾气排放的潜力而成为一种极具发展前景的新发动机燃烧技术。在汽油压燃着火技术的发展历史中，由于应用平台和控制策略的不同，其也被称为预混充量压燃着火技术、均质充量压燃技术、可控自燃燃烧技术和部分预混压燃技术等。以上何种技术虽然在实施上各有不同，但是其技术核心同属于压缩汽油着火燃烧的范畴。汽油压燃燃烧技术的共同特点之一就是通过额外热源或者缸内高温残余废气的加热和发动机自身的压缩过程使得稀释或稀薄的空气燃油混合物在燃烧上止点附近自燃着火。所谓稀释混合气是指缸内充量除了燃油和空气外还存留有大量的已燃气体，其燃油和空气的比例并不局限于理论当量比。而所谓稀薄混合气是指缸内充量主要只包含燃油和空气，但是空气量与燃油的比例必大于理论上的空燃当量比。因此，稀释燃烧是指缸内着火燃烧时缸内充量为稀释混合气，而稀薄燃烧是指缸内着火燃烧时缸内充量为稀薄混合气。无论是稀释燃烧还是稀薄燃烧，其核心本质都是在发动机着火燃烧时，填充大量不参与燃烧的气体以控制发动机燃烧过程，无论填充的是已燃废气还是过量空气。但是汽油压燃燃烧技术若要在实际应用，仍然需要解决燃烧过程控制中几个技术问题。首先需要解决汽油机压燃燃烧的控制问题。汽油压燃燃烧的着火取决于压缩过程中缸内预混充量的温度历程。只有当缸内状态满足着火需求时，缸内混合气才会自燃着火。因而汽油压燃燃烧缺乏直接的着火控制方法来实现着火时刻的精确控制。其次，汽油压燃燃烧对环境温度非常敏感，这就造成了在发动机处于冷机状态时很难正常工作于压燃燃烧方式。最后，由于缺乏着火时刻的控制手段，汽油压燃着火燃烧在大负荷很容易引起高的放热率和压力升高率。高的压力升高率对发动机长期稳定运行是不利的，过高的压力升高率会导致发动机的损害。
技术实现思路
为了克服预混稀释或稀薄混合气的着火及燃烧过程控制的难题，本专利技术提供，该控制方法是基于同时具有火花点火、缸内直接喷射燃油、外部废气再循环和可变气门定时功能的发动机，即该发动机应具有的具体功能为:可以通过缸内直接喷射方式在点火时刻于火花塞附近形成当量比混合气；同时还可以通过在进气行程或压缩行程初期通过缸内直接喷射方式或者通过进气道喷射方式，在缸内形成稀薄或稀释的分层混合气。在合理的时刻使用火花点火的方式可以点燃分层混合气形成稳定火核。本专利技术提出的发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法的技术方案是:发动机是一台每缸均配有火花塞、进气道喷油器、缸内直接喷油器以及至少一个进气门和一个排气门的四冲程内燃发动机；包括以下步骤:步骤一、通过所述进气道喷油器向进气道喷射燃油，或在发动机处于进气行程或压缩行程初期时，通过缸内直接喷油器向缸内喷射燃油，从而在缸内形成预混稀释或稀薄的空气燃油混合物:步骤二、在发动机处于压缩行程后期、且在燃烧开始前，通过安装在缸盖上的缸内直接喷油器进行一次或多次喷射，从而在火花塞附近制造分层混合气；步骤三、利用火花塞点燃所述分层混合气形成火焰；步骤四、利用该火焰传播释放的能量致使缸内其余的预混的稀释或者稀薄混合气形成稳定的快速燃烧或多点自燃燃烧。本专利技术发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法，其中，所述发动机上，还设有高压EGR回路和低压EGR回路；首先，通过所述高压EGR回路或者低压EGR回路，向进气道内引入冷却的已燃废气，从而在缸内形成预混的稀释混合气；所述稀释混合气的燃烧采用前述的稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法来控制；增加EGR功能的优势是，在汽油压燃发动机遭遇爆震、最大压力升高率过大或最大爆发压力过大时，利用EGR对燃烧的抑制作用可以调整自燃放热的比例，如有需要甚至可将明显的自燃放热过程转换为快速的火焰传播燃烧，以维持发动机运行的可靠性。前述的快速火焰传播过程是指包含有局部自燃以致于放热速度快于稀释条件下火焰传播速度的火焰传播过程，并不等同于传统汽油机中的火焰传播过程。本专利技术发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法，其中，在所述发动机上，由于负荷和稀释程度的变化，依靠火花点火分层混合气形成多点自燃的方法，可能会遇到自燃难以形成或者不稳定的问题。因此，在缸内热状态不足满足分层混合气点火或形成稳定压燃燃烧时，通过引入内部残余废气的方式提高预混的稀释或者稀薄混合气的温度，提高缸内热状态，以满足在不同负荷下火花点燃分层混合气和多点同时自燃的需求。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:将本专利技术发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法应用在已有的RicardoHydraHO型单缸发动机上，可以拓展稀释燃烧的运行范围。于此同时，还可以大幅降低稀释燃烧的循环变动，稀释燃烧的循环变动在本专利技术控制方法的作用下可降低到5%以下。与均质喷射的稀释燃烧方式相比可以明显改善燃油经济性，在頂EP = 6bar时，利用本专利技术方法较均质喷射的稀释燃烧，其燃油经济性可改善4.8%。【附图说明】图1是本专利技术中同时具有进气道喷射和缸内直喷能力的单缸发动机系统结构图；图2是在图1所示发动机上进行直喷喷油器位置变换而形成的系统结构图；图3是在图1所示发动机系统上安装外部废气再循环系统后的系统结构图；图4是在图2所不发动机系统上安装外部废气再循环系统后的系统结构图；图5(a)基于进气冲程打开排气门方式存留废气的气门定时示意图；图5(b)基于排气冲程打开进气门方式存留废气的气门定时示意图；图5(c)负气门重叠角方式存留废气的气门定时示意图；图5(d)正气门重叠角方式存留废气的气门定时示意图。图中:1、缸内工作容积；2、活塞；3、连杆；4、排气门；5、进气门；6、进气道喷油器；7、缸内直喷喷油器；8、火花塞，9、涡轮机；10、压气机；11、中冷器；12、高压EGR回路；13、低压EGR回路；14、高压EGR回路EGR控制阀；15、低压EGR回路EGR控制阀。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述。本专利技术提出的控制方法是:在一台针对汽油压燃设计的汽油发动机上，通过在进气道喷射的方式形成预混的稀薄或者稀释混合气，并将该混合气引入缸内。其中进气道内的稀释混合气是通过在进气系统中引入外部废气再循环的方式实现的，无论是通过高压外部废气再循环回路或低压外部废气再循环回路或两种外部废气再循环回路兼用的方法均可。预混燃油的注入并不局限于进气道喷射方式，也可以直接向缸内引入过量空气或者空气与废气混合物，然后通过在进气冲程和压缩冲程早期的进行缸内燃油直接喷射方式获得。在得到预混稀释/稀薄混合气后，通过压缩冲程后期缸内燃油直接喷射方式，即在活塞接近压缩上止点时进行喷射，在火花塞周围形成可点燃的当量比混合气，从而在缸内形成分层混合气，进而利用火花跳火的方式，在合理的时刻点燃分层混合气。借助火焰传播和发展过程中释放的热量和该过程造成的缸内压力升高以及活塞的继续压缩引起的压力升高使缸内其余未燃的预混稀薄或稀释混合气自燃着火。其中，火花点燃分层混合气的过程在汽油压燃发动机上可作为混合稀释或稀薄混合物在全部工况下实现可控压缩着火的手段。除汽油燃料外，醇类燃料以及其他高辛烷值燃料也均可采用本专利技术的方法实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法，其中，发动机是一台每缸均配有火花塞、进气道喷油器、缸内直接喷油器以及至少一个进气门和一个排气门的四冲程内燃发动机；其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过所述进气道喷油器向进气道喷射燃油，或在发动机处于进气行程或压缩行程初期时，通过缸内直接喷油器向缸内喷射燃油，从而在缸内形成预混稀释或稀薄的空气燃油混合物：步骤二、在发动机处于压缩行程后期、且在燃烧开始前，通过安装在缸盖上的缸内直接喷油器进行一次或多次喷射，从而在火花塞附近制造分层混合气；步骤三、利用火花塞点燃所述分层混合气形成火焰；步骤四、利用该火焰传播释放的能量致使缸内其余的预混的稀释或者稀薄混合气形成稳定的快速燃烧或多点自燃燃烧。
【技术特征摘要】
1.一种发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法，其中，发动机是一台每缸均配有火花塞、进气道喷油器、缸内直接喷油器以及至少一个进气门和一个排气门的四冲程内燃发动机；其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、通过所述进气道喷油器向进气道喷射燃油，或在发动机处于进气行程或压缩行程初期时，通过缸内直接喷油器向缸内喷射燃油，从而在缸内形成预混稀释或稀薄的空气燃油混合物: 步骤二、在发动机处于压缩行程后期、且在燃烧开始前，通过安装在缸盖上的缸内直接喷油器进行一次或多次喷射，从而在火花塞附近制造分层混合气； 步骤三、利用火花塞点燃所述分层混合气形成火焰； 步骤四、利用该火焰传播释放的能量致使缸内其余的预混的稀释或者稀薄混合气形成稳定的快速燃烧或多点自燃燃烧。2.根据权利要求1所述发动机稀薄或稀...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵华，陈韬，谢辉，何邦全，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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