[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)怠速和小負(fù)荷可控自燃燃燒的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110260571.5
• 申請(qǐng)日: 2011-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN102312732A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝輝;陳韜;李樂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): F02D13/02
• 分類號(hào): F02D13/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制方法，尤其屬于一種用于拓展當(dāng)量空燃比下廢氣管理的可控自燃燃燒汽油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍向小負(fù)荷和怠速工況拓展的燃燒控制策略。

背景技術(shù)

汽油機(jī)可控自燃燃燒技術(shù)是新一代發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒理念的代表，是為了解決未來10～20年更嚴(yán)苛法規(guī)要求而開發(fā)新型燃燒技術(shù)，相對(duì)傳統(tǒng)節(jié)氣門控制的SI燃燒具有10％到30％的節(jié)油潛力。但是目前可控自燃燃燒技術(shù)還存在一些問題需要攻克，其一就是其運(yùn)行范圍向小負(fù)荷和怠速工況的拓展。造成這一難題的主要原因是可控自燃燃燒時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)存在大量的殘余廢氣。殘余廢氣在可控自燃燃燒中起到了三個(gè)作用。一是填充缸內(nèi)容積。可控自燃燃燒中通過調(diào)整缸內(nèi)的殘余廢氣率來控制新鮮充量的數(shù)量，進(jìn)而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。因此，越小的負(fù)荷，缸內(nèi)殘余廢氣越大。二是用作缸內(nèi)放熱過程的稀釋劑。由于汽油機(jī)均質(zhì)特性，一旦發(fā)生壓燃，缸內(nèi)會(huì)形成多個(gè)著火核心。此時(shí)需要稀釋劑來控制放熱速度，避免爆震等不正常的燃燒現(xiàn)象。相應(yīng)地，稀釋工質(zhì)越多，對(duì)燃燒放熱的抑制作用越強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)生自燃著火越是不利。而小負(fù)荷時(shí)，稀釋工質(zhì)最多，稀釋作用最為強(qiáng)烈。三是上循環(huán)經(jīng)過燃燒殘留下來的廢氣具有較高的溫度，可控自燃燃燒利用殘余廢氣的能量加熱新鮮空氣，以使缸內(nèi)條件在燃燒上止點(diǎn)附近時(shí)滿足自燃著火的需要。廢氣溫度是隨著缸內(nèi)負(fù)荷的減少和稀釋工質(zhì)比例的增加而減小的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在小負(fù)荷區(qū)域時(shí)，廢氣溫度處于低的水平，很難滿足自燃著火的需求。綜合以上三點(diǎn)，廢氣雖然在可控自燃燃燒中起到了一舉多得的關(guān)鍵性作用，但是由于不同作用間相互耦合的關(guān)系，使得可控自燃燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)的小負(fù)荷和怠速工況非常難以實(shí)現(xiàn)。

因此，汽油機(jī)可控自燃燃燒在小負(fù)荷和怠速工況的實(shí)現(xiàn)目前還是世界范圍內(nèi)該研究領(lǐng)域的難題之一，不存在公知公用的方法和技術(shù)。

目前針對(duì)汽油機(jī)新一代燃燒技術(shù)向小負(fù)荷和怠速工況拓展的問題，美國通用公司和Ford公司分別提出了一種針對(duì)混合燃燒方案和OKP方案的控制方法。

通用公司提出的方法是利用汽油機(jī)直噴噴射技術(shù)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制技術(shù)，采用多次噴油加多次點(diǎn)火的方法，在怠速和小負(fù)荷工況實(shí)現(xiàn)類似可控自燃燃燒的混合燃燒過程。其空燃比是控制在稀混合氣的狀態(tài)，在重壓峰的位置利用殘氧和相對(duì)高溫，進(jìn)行一次預(yù)反應(yīng)，提供活性物質(zhì)給其后的主放熱過程，而在壓縮過程中，通過兩次噴油在火花塞附近形成局部濃區(qū)，利用火花跳火的能量觸發(fā)火焰?zhèn)鞑ミ^程，利用火焰?zhèn)鞑メ尫诺臒崃亢蛪毫Γ瑝嚎s并加熱周圍的混合氣至自燃的狀態(tài)，形成一種類可控自燃燃燒的混合燃燒過程。其控制過程如下圖2所示，引自SAE?Paper?2009-01-0499。雖然取得了比較好的效果，但是其空氣和廢氣混合稀釋的特性，決定了其無法使用傳統(tǒng)有效的三效催化器，而且最終形成的也不是完全的可控自燃燃燒。該方法并不適用于當(dāng)量空燃比下的廢氣管理的汽油機(jī)可控自燃燃燒方式。而當(dāng)量空燃比下的廢氣管理汽油機(jī)可控自燃燃燒方式，是目前最有可能用于實(shí)踐的汽油機(jī)可控自燃燃燒實(shí)現(xiàn)方式。

福特公司在其論文(SAE?Paper?2002-01-2832)中，提出了針對(duì)OKP策略的汽油機(jī)小負(fù)荷拓展的方案。OKP策略的汽油機(jī)壓燃燃燒方式，在缸內(nèi)并不存留廢氣，因此，小負(fù)荷拓展時(shí)只需要考慮缸內(nèi)溫度即可，無需考慮廢氣對(duì)燃燒的抑制作用。其方法是提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比同時(shí)采用了進(jìn)氣加熱。這樣就可以盡可能地增大缸內(nèi)達(dá)到壓縮上止點(diǎn)時(shí)的溫度，以滿足汽油機(jī)壓燃著火的需要。該方法提高了壓縮比雖然對(duì)小負(fù)荷拓展有利但是不利于大負(fù)荷時(shí)的燃燒控制，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中也很難采用外加熱源的方法。當(dāng)然最重要的是該方法也無法解決當(dāng)量空燃比下廢氣管理汽油機(jī)可控自燃燃燒向小負(fù)荷拓展的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)怠速和小負(fù)荷可控自燃燃燒的方法。本發(fā)明是在全可變氣門運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，開發(fā)的一種用于將拓展可控自燃燃燒汽油機(jī)運(yùn)行范圍向小負(fù)荷和怠速方向拓展的燃燒控制方法。本發(fā)明是通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)廢氣率和溫度分層，在發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)壓縮行程進(jìn)行到壓縮上止點(diǎn)附近時(shí)，在缸內(nèi)形成適宜著火的局部相對(duì)高溫低廢氣率區(qū)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷時(shí)實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)可控自燃燃燒。

本發(fā)明中所提及到的可控自燃燃燒是指當(dāng)量空燃比下廢氣管理的HCCI燃燒，目前，尚無將當(dāng)量空燃比下廢氣管理的HCCI燃燒汽油機(jī)向小負(fù)荷和怠速拓展的控制方法。