均质充气压燃式发动机及运行均质充气压燃发动机的方法技术

一均质充气压燃式发动机，该发动机用于防止爆震或者失火，即使在空燃比偏离目标值时。基于表示空燃比和排气阀关闭（ＥＶＣ）正时关系的图，控制器确定由于空燃比改变而发生的失火的可能性，这时能够实施稳定的均质充气压燃运行。当存在失火发生的可能性时，控制器延迟ＥＶＣ。当由于空燃比改变而使爆震可能发生时，控制器根据一图来使ＥＶＣ提前。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种内燃发动机，尤其涉及一种均质充气压燃式(HCCI)发动机以及一种用于运行该发动机的方法，该均质充气压燃式发动机可作为专用发电机的固定发动机。
技术介绍
传统的发动机分为两种类型，火花点火式(SI)发动机和柴油机。通过使空气燃料混合物变得稀薄来提高SI发动机的热效率。但是，这对于浓度比有一限制，即在该浓度比下火花可以传播。因此，SI发动机需要通过节气门来调节空气量。因而，SI发动机的热效率要劣于柴油机。相反的，柴油机具有满意的热效率。但是，柴油机不能有效的混合燃料和空气。因此，在高温处燃料的局部燃烧使得NOx易于产生，并且局部高浓度区使得煤烟易于产生。与这些发动机相比，均质充气压燃式(HCCI)发动机预先混合空气和燃料。因此，局部高温燃烧或者高浓度的可能性很小，并且NOx和煤烟的产生量是微小的。进一步，在HCCI发动机中，化学变化导致点火。因此，对浓度比的依赖性小于SI发动机。因此，HCCI发动机能够使空气燃料混合器变得显著稀薄，从而获得与柴油机相同的热效率水平。由于具有这些优点，HCCI发动机吸引了很多关注。但是，在HCCI发动机中，过热会导致爆燃，并且不充分的热量会导致失火。因此，相比较其它发动机而言，失火，爆震和预先点火更加易于发生。这些会使均质充气压燃式发动机的运行范围变窄。日本专利公开No.2000-64863描述了一四冲程发动机，该发动机具有较低的NOx排放物并且能减少从排放气体中排出的碳氢(HC)量。该发动机具有一可变阀门执行机构，该机构可根据发动机负荷的低还是高有选择性地转换进气阀和排气阀的阀门正时。当发动机负荷较低时，一旦负荷下降时，设置阀门正时使得在排气冲程阶段活塞到达上止点之前排气阀提前关闭。当发动机负荷较高时，设置阀门正时使得活塞接近上止点时排气阀关闭。进一步，当发动机负荷较高时，活塞处在压缩上止点附近时，设置在燃烧室中的点火器点燃并且燃烧燃料。当发动机负荷较低时，不是采用点火器点燃燃料，而是发动机实施均质充气压燃(HCCI)。也就是说，在HCCI阶段时，可变阀门调节机构调节排气阀关闭正时以实施内部废气再循环(EGR)。日本专利公开No.2000-192846描述了用于一种发动机的燃烧控制器，该控制器可优化控制缸内压力和缸内温度，这些都是在采用HCCI情况下的燃烧控制参数。为了稳定HCCI，燃烧控制器包括一个用于计算缸内目标压力和缸内目标温度的装置，该装置使得HCCI能产生所需的扭矩。该燃烧控制器还包括一个用于控制燃烧参数的装置，该燃烧参数是从计算的缸内目标压力和缸内目标温度而获得的。该燃烧参数控制装置包括一个装置，该装置用于至少改变缸内压力和缸内温度之一以满足缸内目标压力以及缸内目标温度。该燃烧参数控制装置还包括一个装置，该装置用于计算用于缸内目标压力以及缸内目标温度的目标空燃比，并且控制空燃比以满足目标空燃比。当根据相应于所需发动机负荷和速度的进气量和喷油量实施HCCI运行时，由于过渡状态或者设备的损坏导致空燃比偏离目标值。当空燃比持续偏离时，空燃比可能会进入爆震或者失火发生的范围内。空燃比的偏离可以通过调节喷油量以及节气门阀的开度来调正。但是，为了防止出错，例如防止通常的过调发生，喷射量必须在较小量范围内频繁的改变。这样增加了将空燃比收敛到目标值的时间。进一步，例如，采用很难精确控制燃料供给量的发动机，例如，采用混合器供给气体燃料到进气通道的燃气发动机，将空燃比收敛到目标值需要更长的时间。在具有较窄的稳定运行范围的发动机中，例如HCCI发动机，如上所述，需要许多的时间以收敛空燃比，空燃比也易于进入爆震或者失火发生的范围内。日本专利公开No.2000-64863的发动机采用内部EGR来提高预混合物的温度以及便于点燃。更特别的，日本专利公开No.2000-64863的发动机，当在较低负荷范围内的负荷减少时增加排气阀关闭正时的提前量，从而增加内部EGR量，并且当负荷在较低负荷范围内增加时减少排气阀关闭正时的提前量，从而减少内部EGR量。但是，该申请没有教导怎样处理空燃比与目标值的偏离。日本专利公开No.2000-192846解释了空燃比对HCCI具有较强的影响，以及对空燃比限制量影响的因素除了缸内压力外还包括缸内温度，其中在空燃比限制量这点上爆震发生。该申请的燃烧控制器计算相应于缸内目标压力和缸内目标温度的目标空燃比，从而控制空燃比并使之满足目标空燃比。但是，该申请没有教导怎样处理空燃比与目标值的偏离。正常情况下，一空燃比传感器安装在发动机的排气通道中，以监控燃烧状态和执行反馈控制。当空燃比偏离目标值时，提供有这种空燃比传感器的发动机能够使偏离的空燃比返回到目标值。但是，空燃比传感器的采用不能解决将空燃比收敛至目标值所需的长时间问题。可采用爆震传感器使得在检测到爆震时改变空燃比，从而能够防止爆震的持续。但是，除了比较昂贵外，在HCCI时，用于检测爆震的爆震传感器的可靠性较低。
技术实现思路
本专利技术提供一种运行HCCI发动机的方法，该方法能够防止爆震和失火的发生，甚至当由于过渡状态或者设备磨损引起空燃比偏离目标值时也能防止。本专利技术进一步提供一种执行该运行方法的HCC的发动机。本专利技术的一个方面是运行均质充气压燃式发动机的一个方法，该发动机包括一燃烧室，该燃烧室保留有一活塞，该活塞压缩燃料和含氧气体的混合物以点燃该压缩混合物，同时实施内部废气再循环。该方法包括确定空燃比和内部废气再循环量，采用表示空燃比和内部废气再循环量的关系的第一图或者第一关系式以确定由于空燃比的改变是否会发生失火或者爆震的可能，其中能够进行稳定的均质充气压燃运行，并且当存在空燃比的改变会导致失火或者爆震时，基于第一图或者第一关系式调节内部废气再循环量。本专利技术的另一方面是一均质充气压燃式发动机，该发动机包括一燃烧室，该燃烧室保留有一活塞，该活塞压缩燃料和含氧气体的混合物以点燃该压缩混合物。一进气阀将混合物或者含氧气体吸到燃烧室中。一排气阀用于从燃烧室中排出已燃气体。一可变阀门执行机构用于打开和关闭进气阀和排气阀中的至少一个，从而实施内部废气再循环。一空燃比确定装置用于确定空燃比。一内部废气再循环量确定装置确定废气再循环的量。一存储设备用于存储表示空燃比和内部废气再循环量的关系的第一图或者第一关系式，其中能够实施稳定的均质充气压燃运行。第一图包括内部废气再循环量的上限和下限，从而定义一个范围，在该范围内能够实施稳定的均质充气压燃运行。一确定装置，该装置通过确定是否空燃比相应于目标运行条件改变，使得其大于内部废气再循环量的上限，来确定是否存在失火发生的可能性。该确定装置进一步通过确定是否空燃比相应于目标运行条件改变，使得其小于内部废气再循环量的下限，来确定是否存在爆震发生的可能性。一控制装置用于控制可变阀门执行机构，从而当存在失火发生的可能性时，减少内部废气再循环量，当存在爆震发生的可能性时，增加内部废气再循环量。通过下面的描述，以及结合附图，阐述本专利技术原理的例子，本专利技术的其它方面和优点将变得显而易见。附图说明结合附图以及参见现有优选实施例的下面描述，结合其目的和优点，本专利技术可更好的理解。图1表示根据本专利技术优选实施例的HCCI发动机的示意图。图2表示相关于发动机速度和负荷定义HCCI运行范围的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于运行均质充气压燃式发动机（１０）的方法，该发动机包括一燃烧室（１６），该燃烧室保留有一活塞（１５），该活塞压缩燃料和含氧气体的混合物以点燃该压缩混合物，同时实施内部废气再循环，该方法包含：确定空燃比和内部废气再循环量；　 　采用其中能进行稳定的均质充气压燃运行、表示空燃比和内部废气再循环量的关系的第一图（Ｍ２）或者第一关系式，来确定由于空燃比的改变是否导致发生失火或者爆震的可能；和当存在空燃比的改变会导致失火或者爆震的可能时，基于第一图（Ｍ２）或者第 一关系式调节内部废气再循环量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：葛山裕史，青木茂，
申请(专利权)人：株式会社丰田自动织机，
类型：发明
国别省市：JP[日本]