[發明專利]發動機均質壓燃與傳統燃燒聯合運行裝置及方法

有效

• 申請號: 201210176353.8
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102720597A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 劉海峰;鄭尊清;堯命發
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F02D43/00
• 分類號: F02D43/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗英

技術領域

本發明涉及內燃機領域，特別涉及一種通過分缸控制實現發動機均質壓燃與傳統燃燒聯合運行的燃燒模式和控制方法。

背景技術

均質壓燃（HCCI）是指燃料、空氣及再循環燃燒產物所形成的預混合氣被活塞壓縮、自燃、著火、做功的過程。在內燃機尾氣排放和二氧化碳排放法規越來越嚴格和全球能源短缺背景下，HCCI不但能獲得極低的氮氧化物和微粒排放，而且還可以獲得比柴油機更高的熱效率，因此被認為是傳統壓燃點火（CI）和火花點燃（SI）內燃機未來的替代燃燒方式。

均質壓燃多點自燃的特點提高燃燒反應速度，減少燃燒持續期，使燃燒過程更接近理想定容燃燒，從而有效改善發動機熱效率。但是在大負荷工況下，過快的燃燒反應速度引起爆震燃燒，限制了HCCI發動機大負荷運行工況范圍。另一方面，在怠速和小負荷工況，缸內燃燒溫度較低，很難形成穩定的自燃著火條件，使HCCI發動機在怠速和小負荷工況容易出現失火現象。因此HCCI目前最大難點在于不能在發動機的全部工況下穩定運行。

為了解決HCCI不能在內燃機全工況下運行的問題，目前采用的方法是HCCI模式和傳統燃燒模式相結合的雙模式運行方式。即在HCCI可以運行的工況下采用HCCI燃燒模式，在小負荷和大負荷下采用傳統燃燒模式。目前采用的雙模式運行方式主要存在2個問題：第一，在內燃機結構和控制策略上需要兼顧傳統燃燒模式和HCCI模式的燃燒特性，限制HCCI燃燒過程的優勢。例如在SI-HCCI雙模式發動機中，為了兼顧SI燃燒特性，限制了發動機的壓縮比，也就降低了HCCI運行工況的最高熱效率；在CI-HCCI雙模式發動機中，為了兼顧CI燃燒特性，限制了對發動機噴油器和燃燒室結構的改造，從而減少了HCCI可以運行的工況范圍。第二，目前雙模式運行方式在傳統燃燒模式與HCCI模式切換的過程中需要在幾個著火循環內完成，平順快速的燃燒模式切換顯著增加了發動機控制系統的復雜性。

已有技術中，專利公開號為US2005183693-A1的美國專利提出通過進排氣門相位控制實現HCCI/SI雙模式運轉；專利公開號為US2009229563-A1和US2009095250-A1的美國專利提出應用進排氣門升程控制，結合噴油策略等方式來實現HCCI/SI雙模式運轉；專利公開號為CN?101016868A和CN101070791A的中國專利提出應用全可變氣門裝置（即進排氣門相位和升程均可變）和相應的控制方法來實現HCCI/SI雙模式運轉。這些發明實現了均質壓燃與傳統火花點火燃燒雙模式運行，但由于考慮SI燃燒模式發動機結構和控制參數需求，限制了均質壓燃運行工況范圍；而且不同燃燒模式轉換過程涉及到復雜的氣門控制策略、燃油噴射策略以及空氣管理策略等控制參數。另一方面，針對CI-HCCI雙模式發動機，在FUEL雜志（90(4):1449–1456,2011;86(17–18):2871–2880,2007）和SAE會議（SAE?2002-01-1744）發表的研究論文表明，使用窄角噴油器可以避免柴油機早噴HCCI引起的汽缸套濕壁現象，較傳統噴油器獲得更高的平均有效壓力。但是，當發動機在高負荷下運行在傳統燃燒模式時，窄角噴油器導致燃油與燃燒室壁面碰撞，部分燃料沉積在燃燒室內使碳煙排放顯著提高，經濟性惡化。因此，窄角噴油器的改造給柴油機噴射策略和燃燒室結構設計提出了很大挑戰。可見，CI-HCCI雙模式發動機，由于都是壓縮自燃，其燃燒模式轉換相對容易，但在拓展HCCI運行工況范圍上，針對HCCI進行的結構改造和控制策略往往會導致發動機傳統燃燒模式下的性能惡化。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的不足，提供一種有效拓寬均質壓燃運行工況范圍，更平順、更簡單的實現均質壓燃與傳統燃燒聯合運行過程，從而獲得更好的燃油經濟性和更低的氮氧化物和微粒排放的發動機均質壓燃與傳統燃燒聯合運行裝置及方法。

為了達到上述目的，本發明的發動機均質壓燃與傳統燃燒聯合運行裝置，它包括均質壓燃工作氣缸組、傳統燃燒工作氣缸組和機械增壓器，所述的機械增壓器的出氣端與進氣總管進口相連，所述的進氣總管的出口端分別與第一和第二進氣支管進口端相連，在所述的第一和第二進氣支管的進口端分別安裝有第一、第二機械增壓控制閥，所述的第一和第二進氣支管的出口端分別與均質壓燃工作氣缸組、傳統燃燒工作氣缸組的進氣口相連，所述的均質壓燃工作氣缸組、傳統燃燒工作氣缸組的廢氣排出口分別與第一、二排氣管的進口相連，在所述的第一排氣管和第一進氣支管上裝有第一渦輪增壓器，在所述的第二排氣管和第二進氣支管上裝有第二渦輪增壓器。