[發明專利]缸內燃燒溫度定量控制的壓燃式內燃機均質燃燒控制方法

有效

• 申請號: 201310243633.0
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103291472A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 韓永強;孫士杰;劉忠長;田徑;王小龍;劉甲偉;王金龍;羅濤;崔光超
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F02D21/08
• 分類號: F02D21/08
• 代理公司: 長春市四環專利事務所 22103
• 代理人: 郭耀輝

技術領域

本發明屬于發動機燃燒控制領域，具體涉及一種定量控制發動機缸內燃燒溫度的均質壓縮著火燃燒控制方法。

背景技術

隨著世界汽車保有量的不斷增長，汽車排放的有害物質日益增多，隨之帶來的環境問題引起了人們越來越多的關注，各國相繼出臺了嚴格的排放法規，限制內燃機有害物質的排放。NOx（氮氧化物）和PM（微粒）是壓燃式內燃機排放的主要有害物質，在傳統燃燒模式下兩種排放物存在相斥關系（trade-off），即降低其中一種排放物往往帶來另一種排放物的升高，這成為柴油機排放控制的難點。

產生PM的重要條件是缺氧，在傳統燃燒模式下雖然總體是富氧燃燒，但是由于油、氣不能完全均勻混合，造成局部區域氧濃度的降低，從而導致PM的產生。如果采用預混合的方式制備均質混合氣，使空氣與燃料在燃燒之前充分混合，將有效降低PM排放。相關研究表明各發動機均存在最優空燃比(空氣與燃料的質量比)，在該空燃比下發動機的經濟性和排放均會取得令人滿意的效果。

NOx產生的必要條件是：高溫、富氧和滯留時間，三者缺一不可。EGR(Exhaust?Gas?Recirculation，廢氣再循環)技術由于限制了NOx生成所需的高溫、富氧條件，成為降低NOx的有效方法，目前國內外在增壓柴油機上進行EGR有兩種可行方案:外部EGR和內部EGR。內部EGR通過改變配氣正時實現，由于廢氣未經冷卻直接回流，因此引起混合氣溫度升高。外部EGR利用專門的管道將廢氣經由冷卻器引入進氣管，使廢氣與新鮮空氣在進入氣缸前充分混合，外部EGR可以有效降低燃燒溫度。研究表明當燃燒溫度小于2200K時，NOx排放會取得較為滿意的效果。

發明內容

本發明解決的問題是:通過一種缸內燃燒溫度定量控制的壓燃式內燃機均質燃燒控制方法，在燃料均質壓縮著火的同時實現缸內燃燒溫度的定量控制，達到同時降低發動機NOx和PM排放的目的。

本發明采用的技術方案是：發動機電控單元控制噴油器向進氣道內噴射燃料，新鮮空氣與燃料在進氣道內形成均質混合氣。在小負荷工況下，進氣量較少，發動機的壓縮溫度較低，為保證燃料能夠順利著火，采用內部EGR提高缸內溫度；在中等負荷工況下，此時發動機缸內的壓縮溫度能夠保證燃料的順利著火，同時缸內的燃燒溫度在不添加外部EGR的情況下便可以控制在2200K以內，因此不需要采取任何溫度控制措施；在中大負荷工況，由于噴油量較多，放熱量較大，致使燃燒溫度較高，為將燃燒溫度控制在2200K以內，加入外部EGR降低缸內燃燒溫度；在大負荷工況，由于噴油量很大，放熱量很高，即使EGR閥全開也難以保證燃燒溫度低于2200K，這時增大節氣門開度，增加缸內的新鮮進氣量，利用外部EGR耦合增加進氣量的方法，降低缸內的燃燒溫度。

本發明由外部EGR閥1、過濾器2、EGR冷卻器3、壓氣機4、渦輪機5、三通6、發動機排氣總管7、可變配氣正時機構8、噴油器9、發動機進氣總管10、節氣門11、進氣中冷器12、發動機電控單元（ECU）13、油門踏板位置傳感器14、起動開關15、發動機轉速傳感器16和發動機進氣歧管17組成，其中發動機轉速傳感器16、起動開關15、油門踏板位置傳感器14與發動機電控單元13連接，三通6的入口與發動機排氣總管7連接，三通6的一出口與渦輪機5連接，三通6的另一出口與外部EGR閥1入口連接；外部EGR閥1出口經過濾器2和EGR冷卻器3與壓氣機4的入口連接；壓氣機4的出口經進氣中冷器12與發動機進氣總管10連接，噴油器9插入發動機進氣歧管17中，節氣門11布置在發動機進氣總管10的入口處。

一種缸內燃燒溫度定量控制的壓燃式內燃機均質燃燒控制方法通過下列步驟實現：

1.采集發動機轉速傳感器16、油門踏板位置14的信號，發送給發動機電控單元13；

2.發動機電控單元13確定功率需求，并查詢控制MAP，確定該功率需求下發動機各缸所需的循環噴油量，然后向噴油器9發出脈沖信號，控制噴油參數（正時、壓力、脈寬等），參考公式（1）確定；

3.發動機電控單元13根據目標空燃比，確定進氣量，并向節氣門11發出脈沖信號，控制節氣門11開度，新鮮空氣與燃料在進氣道內預混合形成均質混合氣，參考公式（2）確定；

4.發動機電控單元13判斷各缸循環噴油量是否大于，若不大于，則調節配氣正時，使排氣門早關，增加氣缸內的殘余廢氣量，使缸內的殘余廢氣的質量為；若噴油量大于，則轉步驟5，參考公式（3）確定，參考公式（4）確定；