[發明專利]等離子束射流控制內燃機預混合壓縮燃燒著火相位的方法

在審

• 申請號: 201410837691.0
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104612880A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 隆武強;陳雷;田江平;田華;馮立巖
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F02P23/04
• 分類號: F02P23/04
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種等離子束射流控制內燃機預混合壓縮燃燒著火相位的方法，它屬于內燃機燃燒領域。

背景技術

內燃機預混合壓縮燃燒已被證明是同時實現良好經濟性和超低排放的先進燃燒方式。而預混合氣制備、著火相位控制、燃燒速率控制等問題阻礙了內燃機預混合壓縮燃燒的實用化，其中著火相位控制是核心問題，解決著火相位控制是突破負荷范圍限制的必要前提。有研究者提出了燃料設計、外部EGR、內部EGR、可變氣門正時、可變壓縮比等措施來控制內燃機預混合壓縮燃燒的著火相位，取得了一定的效果，但都需要復雜控制系統，尤其是發動機工況變化時對控制系統的要求高，達到精確控制著火相位的目的比較困難。等離子體射流點火技術相對于傳統電火花點火技術性能得到很大提升，點火能量大，可實現極稀薄燃燒，保證低熱值燃料和冷啟動點火的可靠性，降低燃料消耗，已開始在內燃機領域應用。

發明內容

為了達到主動控制內燃機預混合壓縮燃燒著火相位問題，本發明提供了一種等離子束射流控制內燃機預混合壓縮燃燒著火相位的方法，該控制方法所用的燃燒系統應采用低壓縮比、高壓升比、高膨脹比熱力循環。在壓縮行程或進氣行程向燃燒室內噴入燃料，或采用進氣道噴射，形成預混合氣，低的有效壓縮比保證活塞到達上止點時，混合氣不會著火；在壓縮上止點附近，通過等離子束射流火焰引燃缸內射流經過區域的少量預混合氣，產生強的壓力波，壓燃大量未燃混合氣，有效的控制內燃機預混合壓縮燃燒的著火相位。同時，通過廢氣再循環技術，控制預混合燃燒速率，從而達到發動機高效清潔工作的目標。

本發明采用的具體技術方案：一種等離子束射流控制內燃機預混合壓縮燃燒著火相位的方法，該控制方法采用的燃燒系統包括一個燃燒室、一個燃料噴射器、一個等離子流點火器，所述燃料噴射器安裝在燃燒室或進氣道內，燃料噴射器在進氣行程或壓縮行程向燃燒室內或在進氣行程向進氣道內噴射燃料，形成預混合氣；采用低壓縮比、高膨脹比熱力循環；在壓縮上止點前，通過等離子流點火器產生的等離子束射流火焰區引燃燃燒室內射流經過區域的混合氣，產生壓力波壓燃未燃混合氣，形成多點自燃區，控制著火相位，實現預混合壓縮燃燒。

所述燃料噴射器、等離子流點火器安裝于燃燒室內。

所述燃料噴射器安裝于進氣道內，等離子流點火器安裝于燃燒室內。

所述燃料采用柴油、汽油、氣體燃料、混合燃料、寬餾分燃料或混合燃料，根據燃料的著火特性調整氣門正時，使壓縮比小于混合氣壓縮自燃著火的最小有效壓縮比。

所述燃燒系統采用廢氣再循環技術控制燃燒速率。

上述方案的指導思想是：著火相位控制，是實現內燃機預混合壓縮燃燒的關鍵。本發明著重于通過等離子束射流控制預混合壓燃的著火相位，達到控制預混合壓縮燃燒的目的。首先通過缸內早噴或進氣道噴射，使燃料和空氣充分混合，形成高質量的預混合氣；其次控制其壓縮溫度，保證缸內混合氣不會自燃，而是通過等離子束射流控制預混合氣壓縮燃燒的著火相位；同時還要控制燃燒速度；拓展內燃機工作負荷范圍，使內燃機在全工況內均能高效清潔的工作。

本發明的有益效果是：這種內燃機預混合壓縮燃燒的控制方法能夠保證良好的經濟性、排放性和動力性。所述燃燒系統采用等離子束射流控制的預混合壓燃方式工作，而內燃機預混合壓燃本身具有超低的NOx和碳煙排放的優點，可省去成本較高的廢氣后處理裝置；合理的氣門正時能夠使膨脹比大于壓縮比，其有效壓縮比要小于燃燒室內混合氣自燃著火的最小壓縮比，這樣內燃機高的熱效率能夠得到保證；還可采用增壓冷卻進氣，增加進氣量，彌補低壓縮比產生的進氣量少的問題，提高動力性能；通過高能量等離子流點火器點火，不但保證點火的可靠性，而關鍵是射流火焰區產生強的壓力波，將大量未燃混合氣進一步壓縮，進而多點同時自燃，著火相位控制在上止點附近，發揮了混合氣燃燒做功的最大效率；而等離子流點火同時可以極大的拓展稀薄燃燒點火極限，確保冷啟動點火的可靠性；壓縮終點混合氣溫度較低，延長了滯燃期，降低了燃燒速度；同時采用廢氣再循環技術，降低燃燒速度，拓展了預混合壓縮燃燒負荷上限，保證了該燃燒系統在較大的負荷范圍內高效清潔的工作。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是一種采用缸內直噴式的等離子束射流控制內燃機預混合壓縮燃燒系統示意圖。

圖2是缸內直噴式燃燒系統開始形成等離子束射流火焰區示意圖。

圖3是缸內直噴式燃燒系統形成等離子束射流火焰區和多點自燃區示意圖。