一种部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法，ECU判断发动机运行的负荷；发动机冷起动时，控制缸内喷油器单独工作；当小负荷工况，控制进气歧管喷油器单独工作，控制进气门打开的时间大幅提前，利用热的废气引回进气道附近加热进气道；中等负荷工况时，控制进气歧管喷油器和缸内喷油器都正常工作，负荷增加时，调整混合气预混合的比例，控制进气歧管喷油器所喷射的燃油逐渐减少，而缸内喷油器所喷射的燃油逐渐增多；高负荷工况时，控制缸内喷油器单独工作，达到最大限度控制爆震的效果；另外，ECU控制火花塞的工作情况，既保证发动机迅速起动和降低爆震，又能获得较高热效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机
，特别是涉及一种汽油进气道喷射和缸内直喷混合喷射的部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法。
技术介绍
能源大量消耗造成了环境污染和全球气候变化等一系列严重的问题，特别是在城市地区，发动机排放的多种空气污染物(例如：PM和NOx)对人体健康和环境带来诸多的负面影响。2012年中期，中国的汽车保有量已增至1.14亿。无论是从空气污染还是能源危机来考虑，关于环境、气候和能源问题，中国正在面临比其他国家更严峻的考验。随着世界排放法规的不断加强，减少污染物排放量也成为一个重要问题。因此，内燃机面临着巨大的挑战。20世纪90年代前，大部分汽油发动机的燃料供给方式一直都是采用“缸外混合”的方式，也就是汽油通过喷油嘴喷到进气歧管中，在进气歧管内与新鲜的空气混合形成混合气，在发动机汽缸进气门还没有打开之前，这些混合气都储存在进气歧管内，直到气门打开之后，混合气才能够因为燃烧室的负压而进入到燃烧室，。这种“缸外混合”的缺点是显而易见的，进入燃烧室的混合汽只能够通过气门的开闭来被动控制，对发动机不同工况的适应程度还不理想，响应速度还不够快。而且喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油与空气的混合情况受进气气流的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，不能充分利用。为实现内燃机的高效率和清洁燃烧，许多先进的燃烧概念被开发，如缸内直喷稀薄燃烧技术的GDI发动机。与传统的进气道喷射发动机不同，GDI发动机是在适当的曲轴转角，通过喷油器将汽油直接喷入气缸中，通过合理的组织缸内的气流运动，实现分层燃烧，同时兼顾有柴油机热效率高和汽油机升功率大的优点，但是面对越来越严格的排放法规，制约GDI发动机发展的主要技术难点是排放问题，如中小负荷时，由于采用分层混合气时引起火焰从浓区向稀区的熄灭，稀空燃比工作条件造成缸内温度偏低，也不利于未燃碳氢随后的继续氧化。远距离方式组织的燃烧系统因喷雾碰壁较多，而活塞顶和缸壁的温度低，形成的未燃碳氢也较多。其他设计不当引起的混合气混合不充分和火焰延迟，也会造成火焰传播速度降低，使未燃碳氢排放高。而且，GDI汽油机燃料直接喷入气缸，燃油碰壁现象时有发生，再加上燃油雾化时间短，导致燃烧前燃油与空气不能充分混合，存在局部浓混合气区域，因此碳烟排放显著增加。GDI发动机的发展还有以下一些技术难点：在理论要求的范围内控制分层混合气的组织和燃烧较为困难；工况变化时负荷平滑过渡所要求的喷射策略较为复杂等。图1是已有的汽油进气道喷射和缸内直喷混合喷射的部分预混合压燃燃烧发动机的结构示意图，进气歧管喷油器3安装在进气歧管4上，缸内喷油器2安装在气缸6上，火花塞1安装在气缸上。目前对该装置的并没有系统的控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的不足，提供一种部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法，根据不同工况的运行状况，或采用单纯的缸内直喷运行或采用两种系统组合运行，以最大限度地发挥缸内直喷和进气道喷射各自的优势。为了达到上述目的，本专利技术的一种部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法，包括以下步骤：(1)在发动机冷起动的工况下，电子控制单元控制安装在进气歧管上的进气歧管喷油器关闭，控制缸内喷油器喷油，缸内喷油器喷射的燃油与进气歧管流入的空气混合并由火花塞点燃缸内混合气；(2)电子控制单元分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；(3)如果步骤(2)中的判断结果为小负荷工况，电子控制单元控制缸内喷油器关闭，进气歧管喷油器喷油，此外，电子控制单元控制在气缸排气冲程中打开进气门，排气门在排气下止点附近打开，在排气上止点附近关闭；同时电子控制单元控制火花塞不工作；(4)如果步骤(2)中的判断结果为中等负荷工况，电子控制单元控制进气歧管喷油器和缸内喷油器都喷油，气缸内的混合气由两部分组成，一部分为由进气歧管喷射器喷入的燃油预混合形成的均质混合气，另一部分为缸内喷油器喷入的燃油，当增加发动机的负荷时，控制气缸内的混合气中的均质混合气的比例减小，此外，电子控制单元控制火花塞不工作；(5)如果步骤(2)中的判断结果为高负荷工况，电子控制单元控制进气歧管喷油器关闭，控制缸内喷油器喷油，由缸内喷油器喷射的燃油与进气歧管流入的空气混合，此外，电子控制单元控制火花塞点燃混合气。与现有技术相比，本专利技术具有以下三方面优势：第一，根据不同工况的运行状况，或采用单纯的缸内直喷运行或采用两种系统组合运行，以最大限度地发挥缸内直喷和进气道喷射各自的优势，此外，控制火花塞的工作情况：冷起动和高负荷工作，小负荷和中等负荷不工作，既保证发动机迅速起动和降低爆震，又能获得较高热效率。第二，小负荷时利用热的废气引回进气道附近加热进气道，对进气道混合气进行燃料重整过程，高温废气加热进气道内的混合气，会产生一些没有完全燃烧的碳氢和一些活性原子团，可以降低混合气的自燃温度，促进小负荷时缸内的燃烧，使未燃碳氢含量进一步降低。第三，在中等负荷，随着负荷的变动，优化喷射比例以适应负荷的变化，调整混合气预混合的比例；当发动机负荷增加时，控制混合气预混合的比例减小，进气歧管喷油器所喷射的燃油逐渐减少，而缸内喷油器所喷射的燃油逐渐增多。负荷增加，发动机的燃油供给系统由进气管喷射转为缸内喷射，缩短了响应时间，提供了浓混合气，更好的满足不同工况对发动机混合气浓度的要求。附图说明图1是已有的部分预混合压燃燃烧发动机的结构示意图。图2是本专利技术的部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法的控制原理图。图中标记为：火花塞1，缸内喷油器2，进气歧管喷油器3，进气歧管4，进气门5，气缸6，排气门7。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术的一种部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法，根据不同工况的运行状况，或采用单纯的缸内直喷运行或采用两种系统组合运行，以最大限度地发挥缸内直喷和进气道喷射各自的优势。如附图所示的本专利技术的一种部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法，包括以下步骤:(1)在发动机冷起动的工况下，电子控制单元ECU控制安装在进气歧管上的进气歧管喷油器3关闭，控制缸内喷油器2喷油，缸内喷油器喷射的燃油与进气歧管流入的空气混合并由火花塞1点燃缸内混合气；此过程中由缸内喷油器2喷射的燃油与进气歧管4流入的空气混合，利用涡流的运动进行混合气的传播，混合气的形成与发动机冷起动时的低温关系不大，可以单纯依靠缸内喷射燃油，便可得到雾化程度较好的汽油，可迅速起动。而如果是在进气歧管4喷射，燃油喷在进气门5背部和进气门口附近的壁面上，汽油的蒸发及与空气的混合主要依靠壁面的高温，但在冷起动时，壁面温度低，汽油的蒸发速度慢，油气混合严重不均匀，只能依靠过量供油获得较浓的混合气来使发动机起动，这就造成了低温起动时的HC排放过高。因此冷起动时采取缸内喷油，油气混合质量主要是依靠缸内喷油器2喷雾和气缸内的空气运动，不需要像歧管喷射汽油发动机一样，大量喷射汽油，导致极浓混合气，HC的排放增加。此外，冷起动时，为避免缸内温度低而压燃着火困难，电子控制单元ECU控制火花塞1点燃缸内混合气。(2)电子控制单元ECU分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在发动机冷起动的工况下，电子控制单元控制安装在进气歧管上的进气歧管喷油器关闭，控制缸内喷油器喷油，缸内喷油器喷射的燃油与进气歧管流入的空气混合并由火花塞点燃缸内混合气；(2)电子控制单元分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；(3)如果步骤(2)中的判断结果为小负荷工况，电子控制单元控制缸内喷油器关闭，进气歧管喷油器喷油，此外，电子控制单元控制在气缸排气冲程中打开进气门，排气门在排气下止点附近打开，在排气上止点附近关闭；同时电子控制单元控制火花塞不工作；(4)如果步骤(2)中的判断结果为中等负荷工况，电子控制单元控制进气歧管喷油器和缸内喷油器都喷油，气缸内的混合气由两部分组成，一部分为由进气歧管喷射器喷入的燃油预混合形成的均质混合气，另一部分为缸内喷油器喷入的燃油，当增加发动机的负荷时，控制气缸内的混合气中的均质混合气的比例减小，此外，电子控制单元控制火花塞不工作；(5)如果步骤(2)中的判断结果为高负荷工况，电子控制单元控制进气歧管喷油器关闭，控制缸内喷油器喷油，由缸内喷油器喷射的燃油与进气歧管流入的空气混合，此外，电子控制单元控制火花塞点燃混合气。...

【技术特征摘要】
1.一种部分预混合压燃燃烧发动机的控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在发动机冷起动的工况下，电子控制单元控制安装在进气歧管上的进气歧管喷油器关闭，控制缸内喷油器喷油，缸内喷油器喷射的燃油与进气歧管流入的空气混合并由火花塞点燃缸内混合气；(2)电子控制单元分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷；(3)如果步骤(2)中的判断结果为小负荷工况，电子控制单元控制缸内喷油器关闭，进气歧管喷油器喷油，此外，电子控制单元控制在气缸排气冲程中打开进气门，排气门在排气下止点附近打开，在排气...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海峰，马桂香，马俊生，尧命发，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12