压燃式发动机制造技术

本发明专利技术提供了一种可在低温燃烧模式下运行的压燃式发动机，该发动机包括：多个汽缸，每个汽缸均形成有燃烧室，该发动机用于输送空气和燃料并在每个燃烧室内混合空气和燃料，该混合处于或接近化学计量的混合；控制装置，包括用于感测发动机负载的传感器；包括氧气的气体源，连接至控制装置，其中，响应于感测到的向高发动机负载的过渡，控制装置用于在向每个燃烧室增加燃料之前或同时向每个燃烧室供应气体。

【技术实现步骤摘要】
压燃式发动机
本专利技术涉及压燃式发动机。特别地但非唯一地，本专利技术涉及用于车辆且可在高负载下运行的均质混合气压燃式(HCCI)发动机。
技术介绍
众所周知，由于具有非常高的压缩比，柴油机或压燃式发动机是用于将燃料能量转化成有用功的热效率最高的发动机。具体地，当处于低功率且发动机怠速时，柴油机比汽油机高效得多。与诸如汽油机的火花点火发动机不同，柴油机采用压缩热量来启动点火以燃烧燃烧室内的燃料。HCCI发动机已尝试进一步提高效率。能量释放分布在燃烧室的整个容积内，而不是局限在火焰内。在局部上，化学反应慢，这是因为温度低，但是因为能量释放分布在整个燃烧室体积内，因此整体热释放速率能够匹配或超过由火焰引起的能量释放所获得的热释放速率。众所周知，低温燃烧(LTC)可减少排放物并提高效率。对于排放物，当使用空气与燃料的化学计量混合气时，NOx低且不会生成颗粒物。对于效率，通过在燃烧室内保持较低的温度，可增加单位体积膨胀的输出功。然而，至今为止，仍存在一些技术问题。汽缸内条件的控制一直存在挑战，但该问题已经在一定程度上得以解决。另一问题是过渡到较负载并在高负载下达到性能。LTC的目标是通过自动点火来获得体积能量释放。为减缓压力上升速率，所使用的空气燃料比接近化学计量混合气的配比。为达到较负载，必须将更多燃料引入汽缸。然而，当使用化学计量混合时，添加燃料明显增加了排放物，而对增加发动机输出影响不大。而对于汽车应用，发动机输出的增加会急剧发生，诸如在几十毫秒内发生。此外，降低空气燃料比(通过添加燃料)会引起甚至更高的峰值压力和热释放速率。另外，HCCI发动机所使用的很多控制策略需要对混合气进行预热。这降低了密度并因此降低了燃烧室中的空气/燃料混合气的质量，如此会降低功率。提升功率的两种已知方式为采用具有不同自动点火特性的燃料，及对混合气热分层以便压缩混合气中的不同点具有不同温度并因此在不同时间燃烧，这会降低热释放速率。然而，这些策略不够灵活或难以控制，或者会降低采用均质混合气所获得的优势。期望提供一种可在高负载下运行的压燃式发动机。期望提供一种能够从低负载快速且高效地过渡到高负载的压燃式发动机。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面提供了一种可在低温燃烧模式下运行的压燃式发动机，该发动机包括:多个汽缸,每个汽缸均形成有燃烧室，其中，该发动机用于输送空气和燃料并在每个燃烧室内混合空气和燃料，这种混合处于或接近化学计量的混合；控制装置，包括用于感测发动机负载的传感器；包括氧气的气体源，连接至控制装置，其中，响应于传感器感测到的向高发动机负载的过渡，控制装置用于在向每个燃烧室增加燃料之前或同时向每个燃烧室供应气体。该发动机可适于采用化学计量的空气燃料比运行。该控制装置可适于在燃料增加之前或同时向每个燃烧室供应气体，使得能够大致维持化学计量的空气燃料比。该气体可为氧气。可选地，该气体可为空气。气体源可包括用于产生氧气的重整装置。该发动机可包括流体连接至每个汽缸来向每个燃烧室输送空气的进气歧管。该控制装置可用于向进气歧管输送气体。该发动机可包括向进气歧管供应气体的气体喷射器。该气体喷射器可为低压气体喷射器。该控制装置可包括发动机控制单元。该控制装置可用于控制输送至每个燃烧室的燃料量。该发动机可包括流体连接至每个汽缸以向每个燃烧室输送燃料的燃料输送系统。该发动机可包括用于使发动机排气的一部分再循环至每个燃烧室的排气再循环(EGR)系统。该控制装置可用于随着向每个燃烧室供应气体而使排气再循环至每个燃烧室，直到达到预定空气燃料比。该控制装置可用于随后降低或中断向每个燃烧室的气体供应。一种车辆，包括根据本专利技术的第一方面的发动机。根据本专利技术的第二方面提供了一种以低温燃烧模式运行压燃式发动机的方法，该方法包括:向发动机的汽缸输送空气和燃料，其中，每个汽缸均形成有燃烧室；在每个燃烧室内混合空气和燃料，其中，所输送的空气和燃料的量产生处于或接近化学计量混合的混合物；感测发动机负载；响应于感测到的向高发动机负载的过渡，向每个燃烧室供应包括氧气的气体；以及增加向每个燃烧室的燃料供应。该方法可包括以大致化学计量的空气燃料比运行发动机。该方法可包括向每个燃烧室供应气体，使得能够大致维持该化学计量的空气燃料比。该方法可包括通过流体连接至每个汽缸的进气歧管向每个燃烧室输送空气。该方法可包括向进气歧管供应气体。该方法可包括以低压向进气歧管喷射气体。该方法可包括使排气循环至每个燃烧室。该方法可包括随着向每个燃烧室供应气体而使排气再循环至每个燃烧室，直到达到预定空气燃料比。该预定空气燃料比可大致为化学计量的空气燃料比。该方法可包括随后减少或中断向每个燃烧室供应气体。【附图说明】现参照附图仅通过实例描述本专利技术的实施例，其中:图1为示出低温传统燃烧模式下的空气燃料比和温度并指出高排放区域的已知曲线图；图2是根据本专利技术的发动机的示意图。【具体实施方式】图1是压燃式发动机中空气燃料比随火焰温度变化的曲线图。该曲线图示出了区域100和区域102，处于低温模式且处于低至中等负载的发动机通常在区域100中运行，以高负载运行的传统柴油机通常在区域102中运行。同时还在曲线图中示出了两个独立的高排放分区:区域110，涉及较高空气燃料比和产生高水平NOx的温度；和区域112，涉及低空气燃料比和产生高水平颗粒物的中温。通常，对于轻型商用车发动机，低负载可达3巴BMEP (Brake Mean EffectivePressure,制动平均有效压力)，而高负载可为大于该负载的负载。然而，这些值基于发动机和条件。期望使用所描述的方法从I巴BMEP提升至3巴BMEP，或从4巴BMEP提升至更高负载。对于处于低温模式并以低至中等负载运行的发动机，温度通常低于2，000° K，并因此通常可避免两个高排放区域。除性能外，这是更倾向于采用低温燃烧的主因。另一方面，传统压燃式发动机倾向于在低至中等负载下由于较高温度而产生较高水平的NOx和/或颗粒物。仅在较高负载下(涉及较高温度和降低空气燃料比的高燃料供应)才能避免高排放区域。然而，应当注意，以高负载运行的传统压燃式发动机(通过在图1的右下角区域运行)能够产生可接受的低水平排放。图2示出了根据本专利技术的发动机10。发动机10为能够以低温燃烧模式运行的压燃式发动机。发动机10包括多个汽缸12 (图2中仅示出两个)，这些汽缸中的每一个均形成有燃烧室14。燃料输送系统包括燃料箱20，且燃料泵22流体连接至每个汽缸12用于向每个燃烧室14输送燃料。同时，进气歧管30流体连接至每个汽缸,用于向每个燃烧室14输送空气。发动机10用于输送空气和燃料并在每个燃烧室14内混合空气和燃料，以获得处于或接近化学计量混合的混合物。发动机10还包括具有发动机控制单元40的控制装置。发动机控制单元40连接至燃料输送系统并选择性控制燃料泵22来控制输送至每个燃烧室的燃料量。控制装置还包括用于感测发动机负载的传感器42。当感测到较高发动机负载时，发动机控制单元单元40能够控制燃料泵22来增加输送至每个燃烧室的燃料。配置有产生氧气的重整设备50。氧气被输送至储存容器52，在此以低压进行储存。储存容器52通过阀门54连接至进气歧管30。发动机控制单元40控制阀门54，用于选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可在低温燃烧模式下运行的压燃式发动机，所述发动机包括：多个汽缸，每个均形成有燃烧室，其中，所述发动机用于输送空气和燃料并在所述燃烧室内混合空气和燃料，所述混合处于或接近化学计量的混合；控制装置，包括用于感测发动机负载的传感器；包括氧气的气体源，连接至所述控制装置，其中，响应于所述传感器感测到的向高发动机负载的过渡，所述控制装置用于在向每个燃烧室增加燃料之前或同时向每个燃烧室供应气体。

【技术特征摘要】
2013.02.26 GB 1303381.61.一种可在低温燃烧模式下运行的压燃式发动机，所述发动机包括: 多个汽缸，每个均形成有燃烧室，其中，所述发动机用于输送空气和燃料并在所述燃烧室内混合空气和燃料，所述混合处于或接近化学计量的混合； 控制装置，包括用于感测发动机负载的传感器； 包括氧气的气体源，连接至所述控制装置， 其中，响应于所述传感器感测到的向高发动机负载的过渡，所述控制装置用于在向每个燃烧室增加燃料之前或同时向每个燃烧室供应气体。2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述发动机适于采用化学计量的空气燃料比运行。3.根据权利要求1或2所述的发动机，其中，所述控制装置适于在燃料增加之前或同时向所述每个燃烧室供应所述气体以大致维持所述化学计量的空气燃料比。4.根据前述任一项权利要求所述的发动机，其中，所述气体为氧气。5.根据前述任一项权利要求所述的发动机，其中，所述气体源包括用于产生氧气的重整装置。6.根据前述任一项权利要求所述的发动机，其中，所述发动机包括流体连接至每个汽缸来向所述每个燃烧室输送空气的进气歧管，并且所述控制装置用于向所述进气歧管供应所述气体。7.根据权利要求6所述的发动机，其中，所述发动机包括向所述进气歧管供应所述气体的气体喷射器。8.根据前述任一项权利要求所述的发动机，其中，所述控制装置包括发动机控制单元。9.根据前述任一项权利要求所述的发动机，其中，所述控制装置用于控制输送至每个燃烧室的燃料量。10.根据前述任一项权利要求所述的发动机，其中，所述发动机包括流体连接至每个汽缸以向每个燃烧室输送燃料的燃料输送系统。11.根据前述任一项权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩·格雷厄姆·佩格，安迪·戴维·斯卡瑞斯布雷克，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US