一种柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法技术

本发明专利技术属于内燃机相关技术领域，其公开了一种柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法，该方法包括以下步骤：(1)启动柴油机，并判断所述柴油机的运行工况；(2)根据得到的运行工况控制预混合气的活性；(3)当活塞运动到压缩上止点附近时，缸内主喷预定质量的高活性燃料，此部分高活性燃料先被引燃以形成数量可控的微火源；之后，所述微火源引燃所述预混合气以控制燃烧始点，由此实现了所述柴油机的双峰放热燃烧。所述燃烧控制方法提高了柴油机的燃烧可控性，增强了燃烧鲁棒性，且改善了柴油机的运行效率。

A combustion control method for high premixed controlled compression ignition of diesel engine

The invention belongs to the technical field of internal combustion engine, and discloses a combustion control method for diesel engine with high premixed and controllable compression ignition. The method comprises the following steps: (1) starting the diesel engine and judging the operating conditions of the diesel engine; (2) controlling the activity of premixed gas according to the obtained operating conditions; (3) when the piston moves to compression. Near the top dead point, a predetermined mass of high active fuel is injected into the cylinder, and this part of the high active fuel is first ignited to form a controllable amount of micro-fire source; then, the micro-fire source ignites the premixed gas to control the starting point of combustion, thereby realizing the two-peak exothermic combustion of the diesel engine. The combustion control method improves the combustion controllability, the combustion robustness and the operation efficiency of the diesel engine.

【技术实现步骤摘要】
一种柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法
本专利技术属于内燃机相关
，更具体地，涉及一种柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法。
技术介绍
传统柴油机的扩散燃烧会产生大量PM与NOx，两者此消彼长，难以同时兼顾。随着人们对环境的保护意识逐渐增强，虽然能够采用选择性催化还原装置(SCR)还原NOx，微粒过滤器(DPF)过滤PM，当时这样增加了发动机系统的复杂性，并且成本较为高昂。事实上目前先进的柴油机燃烧技术在满足相关条件的情况下仍可以不采用DPF后处理器，这充分显示出燃烧技术在内燃机节能和降低有害物排放方面的巨大潜力。针对未来的超低排放趋势，人们提出了低温燃烧(LTC)的概念，其核心就是改变以传统柴油机为代表扩散燃烧方式和以传统汽油机为代表的火花点燃的火焰传播燃烧方式，采用预混合、压燃、低火焰温度的燃烧方式，实现了内燃机的高效清洁燃烧。虽然LTC燃烧模式结合了汽油机与柴油机的优势，但是失去了汽油机与柴油机控制上的便利性，因此控制性是工程上实现低温燃烧所面临的巨大问题。为了实现低温燃烧并使其可控，人们发展了一些低温燃烧模式以及控制策略，如均质压燃(HCCI)、预混压燃(PCI)、部分预混压燃(PCCI)。HCCI燃烧是燃油与空气充分预混、压缩之后几乎同时着火，其燃烧过程受化学反应动力学控制，与混合气的温度、当量比以及活性直接相关。这种燃烧模式结合了传统压燃式柴油机和火花点燃式汽油机的优点，可以实现与柴油机相当的高热效率和汽油机的无碳排放，同时由于是稀混合气燃烧(燃烧温度低)，NOx排放也极低。但是HCCI燃烧过程要受化学反应动力学控制；其次，混合气过稀或者高辛烷值燃料在小负荷和怠速工况下容易“失火”，而在大负荷工况下则容易出现“爆震燃烧”。而提高进气温度及冷却水温度或者采用高活性燃料可以避免HCCI“失火”，提高进气压力、采用高辛烷值燃料或者提高EGR率有利于HCCI运行负荷提高。然而，实际发动机运行状态无法精确控制，此时缸内预混合气的整体温度、当量比等受到运行转速、负荷及运行环境等因素影响，如此导致HCCI燃烧过程控制变得复杂。此外，HCCI发动机无法在缸内构建完全均质的预混合气，缸壁传热、燃料或者残余废气预混不均匀会导致缸内自然形成热分层和组分分层，这种分层特性影响HCCI燃烧过程。PCCI通过增大EGR率、将喷油正时提前、增大喷油压力等方式，使得混合气在缸内分布更为均匀，使得多点燃烧更为均匀，燃烧过程较快使得PM和NOx排放较低。然而，当内燃机的运行工况负荷较大时会导致较高的HC和CO排放。PCI策略中通过调整喷油正时可以直接控制缸内当量比的分布，而局部当量比对燃烧相位有明显影响，导致碳烟和NOx排放远比柴油燃料低温燃烧时低，并且高效清洁低温燃烧区域最大负荷范围比柴油更高，而且燃用汽油燃料可节能8.3％～16.6％，但是这种燃烧方式的缸内最大爆发压力、最大压力升高率较高，发动机工作粗暴。同时，在小负荷工况下由于汽油燃料不易压燃而需要采取其它的措施，如缸内残余废气加热，避免小负荷工况“失火”是这一燃烧方式需要解决的另一个难题。相应地，本领域存在着发展一种可控性较好的柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法，其基于现有柴油机的燃烧特点，研究及设计了一种可控性较好的柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法。所述燃烧控制方法采用高预混可控压燃模式(HighlyPremixedControllableCompressionIgnition，HPCCI)，HPCCI为双峰放热燃烧模式。具体地，在曲轴运动到压缩上止点附近时，缸内直喷微量高活性燃料(3mg～5mg)，称为高活性燃料主喷，该部分燃料被压燃以形成数量可控的微火源，以用于引燃之前在缸内混合形成的预混合气，由此达到控制燃烧相位的效果，同时，通过不同比例的双燃料预混、改变喷油正时、引入EGR等来构建充量状态可控、当量比可控、燃料活性可控的均质预混合气；其中微量高活性燃料在压缩上止点附近被压燃以形成第一阶段放热，该阶段放热量少，放热峰值较低且过程较快，其起到了“引爆”第二阶段燃烧的作用；缸内的预混合气被引燃构成了第二阶段放热，该阶段为主放热阶段，放热量大，且放热峰值较高，放热状态受到充量状态、当量、活性等因素的综合控制，如此以“预混合燃烧”为主，结合较低的燃烧温度，实现了PM和NOx的超低排放，提高了燃烧可控性，增强了燃烧鲁棒性，有助于扩宽LTC的工况范围，且改善了柴油机的运行效率。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法，该燃烧控制方法包括以下步骤：(1)启动柴油机，并判断所述柴油机的运行工况；(2)根据得到的运行工况控制预混合气的当量比、充量状态及活性；(21)在所述柴油机的活塞运动到排气上止点后，将低活性燃料喷入所述柴油机的进气道，所述低活性燃料与空气形成混合气后进入所述柴油机的燃烧室；(22)当所述低活性燃料满足对应运行工况所需低活性燃料的当量比后，所述低活性燃料喷射结束；接着，缸内直喷高活性燃料，且当所述高活性燃料满足对应运行工况所需高活性燃料的当量比后，停止喷射所述高活性燃料，所述高活性燃料与所述混合气混合以形成充量状态均质的预混合气；(3)当所述活塞运动到压缩上止点附近时，缸内主喷预定质量的所述高活性燃料，此部分高活性燃料先被引燃以形成数量可控的微火源；之后，所述微火源引燃所述预混合气以控制燃烧始点，由此实现了所述柴油机的双峰放热燃烧。进一步地，所述预定质量为3mg～5mg。进一步地，缸内直喷高活性燃料是采用多次喷射进行的。进一步地，根据得到的运行工况，通过控制所述低活性燃料与所述高活性燃料的质量来控制所述预混合气的当量比，通过改变所述高活性燃料主喷与预喷正时来控制燃料分层，通过控制所述低活性燃料与所述高活性燃料的质量之比、并配合EGR来控制所述预混合气的活性，使得所述预混合气的活性与对应的运行工况相匹配。进一步地，所述运行工况分别为小负荷工况、中等负荷工况及大负荷工况；当所述柴油机处于小负荷工况时，则通过增加缸内直喷高活性燃料的量来提高所述预混合气的活性，且将所述高活性燃料预喷正时提前。进一步地，当所述柴油机处于中等负荷工况时，则通过降低缸内直喷高活性燃料的量来降低所述预混合气的活性，且推迟了所述高活性燃料的预喷正时。进一步地，当所述柴油机处于大负荷工况时，则通过降低缸内直喷高活性燃料的量来降低预混合气的活性，且进一步推迟了所述高活性燃料的预喷正时。进一步地，主喷的所述高活性燃料在压缩上止点附近被压燃以形成第一阶段放热；所述微火源将所述预混合气引燃以形成第二阶段放热；所述第一阶段放热的放热峰值小于所述第二阶段放热的放热峰值。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法主要具有以下有益效果：1.根据得到的运行工况控制预混合气的活性，当所述活塞运动到压缩上止点附近时，缸内主喷预定质量的所述高活性燃料，此部分高活性燃料先被引燃以形成数量可控的微火源；之后，所述微火源引燃所述预混合气以控制燃烧始点，由此实现了所述柴油机的双峰放热燃烧，以预混合为主，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)启动柴油机，并判断所述柴油机的运行工况；(2)根据得到的运行工况控制预混合气的当量比、充量状态及活性；(21)在所述柴油机的活塞运动到排气上止点后，将低活性燃料喷入所述柴油机的进气道，所述低活性燃料与空气形成混合气后进入所述柴油机的燃烧室；(22)当所述低活性燃料满足对应运行工况所需低活性燃料的当量比后，所述低活性燃料喷射结束；接着，缸内直喷高活性燃料，且当所述高活性燃料满足对应运行工况所需高活性燃料的当量比后，停止喷射所述高活性燃料，所述高活性燃料与所述混合气混合以形成充量状态均质的预混合气；(3)当所述活塞运动到压缩上止点附近时，缸内主喷预定质量的所述高活性燃料，此部分高活性燃料先被引燃以形成数量可控的微火源；之后，所述微火源引燃所述预混合气以控制燃烧始点，由此实现了所述柴油机的双峰放热燃烧。

【技术特征摘要】
1.一种柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)启动柴油机，并判断所述柴油机的运行工况；(2)根据得到的运行工况控制预混合气的当量比、充量状态及活性；(21)在所述柴油机的活塞运动到排气上止点后，将低活性燃料喷入所述柴油机的进气道，所述低活性燃料与空气形成混合气后进入所述柴油机的燃烧室；(22)当所述低活性燃料满足对应运行工况所需低活性燃料的当量比后，所述低活性燃料喷射结束；接着，缸内直喷高活性燃料，且当所述高活性燃料满足对应运行工况所需高活性燃料的当量比后，停止喷射所述高活性燃料，所述高活性燃料与所述混合气混合以形成充量状态均质的预混合气；(3)当所述活塞运动到压缩上止点附近时，缸内主喷预定质量的所述高活性燃料，此部分高活性燃料先被引燃以形成数量可控的微火源；之后，所述微火源引燃所述预混合气以控制燃烧始点，由此实现了所述柴油机的双峰放热燃烧。2.如权利要求1所述的柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法，其特征在于：所述预定质量为3mg～5mg。3.如权利要求1所述的柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法，其特征在于：缸内直喷高活性燃料是采用多次喷射进行的。4.如权利要求1-3任一项所述的柴油机高预混可控压燃的燃烧控制方法，其特征在于：根据得到的运行工况，通过控制所述低活性燃料与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿，成晓北，徐浩成，欧彪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42