[發(fā)明專利]在燃料直噴發(fā)動機(jī)受控自動點火與火花點火模式之間轉(zhuǎn)換的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680006824.3
• 申請日: 2006-03-02
• 公開（公告）號: CN101218423A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·－W·霩;Z·孫;J·－M·康;·A·恩;JC·－F·常;B·L·布朗;P·M·納特;M·－F·常
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運作公司
• 主分類號: F02B7/00
• 分類號: F02B7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 彭武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽油直噴發(fā)動機(jī)中受控自動點火與火花點火火焰?zhèn)鞑ト紵g穩(wěn)固轉(zhuǎn)換的方法。

背景技術(shù)

為提高汽油內(nèi)燃機(jī)的熱效率，已知可使用空氣或者再循環(huán)的廢氣稀釋燃燒來提高熱效率、降低NOx排放。但是，因為由于燃燒緩慢而引起的不發(fā)火和燃燒不穩(wěn)定性，存在發(fā)動機(jī)可使用稀薄混合物操作的限制。擴(kuò)充稀薄限制的已知方法包括：1)通過提高點火和燃料準(zhǔn)備來提高混合物不穩(wěn)定性；2)通過引入充氣動作和湍流，提高火焰速度；以及3)在受控自動點火燃燒的情形下操作發(fā)動機(jī)。

受控自動點火過程有時稱為均質(zhì)充氣壓縮點火(HCCI)過程。在該過程中，壓縮期間，產(chǎn)生燃燒氣體(空氣與燃料)混合物，同時從混合物中的許多點火點自動點火，產(chǎn)生非常穩(wěn)定的功率輸出和高的熱效率。由于其燃燒非常稀薄，在整個充氣中均勻分配，所以燃燒氣體溫度基本低于基于傳遞火焰峰的傳統(tǒng)火花點火式發(fā)動機(jī)和基于所附擴(kuò)散火焰的柴油機(jī)的燃燒氣體溫度，從而NOx排放也低。在火花點火式發(fā)動機(jī)和柴油機(jī)中，混合物中的燃燒氣體溫度極度不均勻，會有非常高的局部溫度，從而產(chǎn)生高NOx排放。

在使用傳統(tǒng)壓縮比的兩沖程汽油機(jī)中，已經(jīng)成功證明了在受控自動點火燃燒情形下的發(fā)動機(jī)操作。通常認(rèn)為，提供在高稀薄混合物中促進(jìn)自動點火所必需的高混合物溫度的原因是，從前一循環(huán)留下的高比例燃燒氣體，即高比例殘留量。在具有傳統(tǒng)氣門裝置的四沖程發(fā)動機(jī)中，殘留量低，在部分負(fù)載情況下難以獲得受控自動點火。在部分負(fù)載情況下引起受控自動點火的已知方法包括：1)加熱進(jìn)氣；2)可變壓縮比；以及3)將汽油與比汽油具有更寬自動點火范圍的燃料混合。在上面所有的方法中，可獲得受控自動點火的發(fā)動機(jī)速度與負(fù)載范圍比較窄。

在使用可變氣門致動以在高度稀薄混合物中獲得自動點火必要條件的四沖程發(fā)動機(jī)中，已經(jīng)證明了在受控自動點火燃燒情形下的發(fā)動機(jī)操作。已經(jīng)提出將包括分散噴射(split?injection)和單噴射(singleinjection)的各種燃料供給控制與氣門控制策略結(jié)合，以在各種發(fā)動機(jī)負(fù)載條件下都保持穩(wěn)定的自動點火燃燒。

在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請No.10/899,457中，公開了一種用于穩(wěn)定、擴(kuò)展受控自動點火的典型燃料噴射和氣門策略。其中，在低部分負(fù)載操作期間，在負(fù)氣門重疊(negative?valve?overlap)時間段期間的固定燃料量的第一噴射之后，為隨后壓縮沖程期間的第二燃料噴射。隨著發(fā)動機(jī)負(fù)載的增加，第一噴射的噴射正時以連續(xù)的方式延遲，第二噴射的噴射正時以連續(xù)的方式提前。在中度負(fù)載操作期間，由進(jìn)氣沖程期間的第二燃料噴射緊隨在其后的負(fù)氣門重疊時間段期間的第一噴射支持自動點火。兩個噴射的最佳分度為約30至60度曲軸角。隨著發(fā)動機(jī)負(fù)載的增加，兩個噴射的噴射正時都以連續(xù)的方式延遲。并且，在高部分負(fù)載操作期間，僅進(jìn)氣沖程期間的燃料噴射就支持了自動點火。隨著發(fā)動機(jī)負(fù)載的增加，噴射正時延遲。

為了最佳燃料經(jīng)濟(jì)性，稀空氣燃料比操作是從低負(fù)載至高負(fù)載的最佳模式。但是，隨著發(fā)動機(jī)負(fù)載或燃料供給率增加，發(fā)動機(jī)的NOx排放也增加。超過一定的發(fā)動機(jī)負(fù)載，NOx的排放水平會超過限制值。如果傳統(tǒng)的三路后處理裝置與稀空燃比發(fā)動機(jī)操作一起使用，那么就會大大地降低NOx后處理轉(zhuǎn)換效率。因此，隨著負(fù)載增加，在某些點需要從稀空燃比轉(zhuǎn)換為化學(xué)當(dāng)量空燃比發(fā)動機(jī)操作，使得可使用傳統(tǒng)三路后處理裝置來有效地控制NOx排放。

通過利用具有多重噴射能力的燃料噴射器和火花塞，能夠進(jìn)一步擴(kuò)充汽油直噴受控自動點火燃燒發(fā)動機(jī)的中負(fù)載操作限制，其中汽油直噴受控自動點火燃燒發(fā)動機(jī)能夠使用傳統(tǒng)的三路后處理系統(tǒng)作為排放控制裝置。第一燃料噴射發(fā)生在進(jìn)氣沖程早期，以在接近壓縮沖程結(jié)束時，在整個燃燒室形成稀空氣燃料混合物。第二燃料噴射發(fā)生在進(jìn)氣沖程后期，或者發(fā)生在壓縮沖程，以在火花塞附近產(chǎn)生具有可燃混合物的分層空氣燃料混合物。火花塞用于點火可燃混合物，火花塞正時會極大地影響燃燒相位。火花點火式燃燒作為燃燒源，引起周圍的稀混合物的自動點火，以在燃燒沖程的TDC之后的目標(biāo)曲軸角燃燒。這樣，實現(xiàn)了由兩個分散但相關(guān)的過程組成的混合模式燃燒過程。另外，發(fā)動機(jī)運行在具有外部EGR稀釋(external?EGR?dilution)的化學(xué)當(dāng)量空燃比，所以傳統(tǒng)的后處理裝置足以控制發(fā)動機(jī)排放。外部EGR稀釋還作為自動點火燃燒相位期間的有效燃燒率控制參數(shù)。通過可接受的壓力升高最大速率或壓力波動幅度，汽油直噴受控自動點火燃燒發(fā)動機(jī)的高負(fù)載限制擴(kuò)大了超過10％。