[發(fā)明專利]基于EGR系統(tǒng)的稀燃氣體雙燃料點燃式內燃機及控制方法

在審

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• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105114174A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 于秀敏;牛仁旭;李潤增;杜耀東;顧家旗;劉林;吳海明;孫平;董偉;何玲
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F02B69/02
• 分類號: F02B69/02;F02M21/02;F02M25/07;F02D41/30;F02D41/00
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 郭耀輝

技術領域

本發(fā)明涉及內燃機技術領域，特別是涉及EGR在稀燃氣體雙燃料點燃式內燃機中的應用。

背景技術

隨著汽車產業(yè)的發(fā)展，汽車的市場保有量越來越大，內燃機的應用更加廣泛，對石油的需求量不斷增加，尤其是石油對外依存度較高的今天，不但不利于國家的能源安全，而且排放大量的尾氣，造成嚴重的空氣污染。針對以上問題，國家也逐步提高了對節(jié)能減排的要求，成為影響汽車行業(yè)的重要因素之一。

在這種環(huán)境下，天然氣、液化石油氣等氣體代用燃料因其儲量大、價格低、對環(huán)境友好等優(yōu)點受到廣泛關注。氣體燃料雖然也是化石燃料，但是能量密度遠低于汽油、柴油等液體燃料，對儲存和應用都提出了新的要求。

在點燃式內燃機中燃用氣體燃料，可以采用稀薄燃燒的方式，提高經濟型的同時降低爆震傾向，提高壓縮比，從而提高熱效率。但是稀薄燃燒會造成NOx排放升高，通過加入EGR可以降低燃燒溫度，抑制NOx的生成，從而降低排放。

發(fā)明內容

本發(fā)明涉及一種基于EGR(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)的稀燃氣體雙燃料點燃式內燃機及控制方法，能夠解決氣體燃料點燃式內燃機在進行稀薄燃燒時產生的燃燒不穩(wěn)定、NOx排放高等問題。本發(fā)明是基于氣體燃料缸內直噴和進氣道噴射組合式的雙燃料點燃式內燃機技術以及EGR技術，該內燃機及控制方法能夠使雙燃料點燃式內燃機在高壓縮比下，實現穩(wěn)定、高效的稀薄燃燒，降低循環(huán)變動和失火現象；同時，將部分廢氣重新引入氣缸參與燃燒，根據工況需求改變EGR率，改變缸內燃燒狀況，從而抑制NOx的生成；此外，由于同時存在稀薄燃燒和EGR，可以增大節(jié)氣門開度，降低泵氣損失。綜上可以從根本上實現能耗的降低和污染物的超低排放。

針對上述問題，既要提高燃燒的穩(wěn)定性，又要提高燃燒的效率，需要對氣體燃料內燃機的結構、燃料的燃燒特性以及控制方法進行優(yōu)化，不斷完善，滿足要求。

該內燃機由進氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、EGR系統(tǒng)、點燃式內燃機9和內燃機電控系統(tǒng)16組成；進氣系統(tǒng)由進氣道2、進氣歧管15、節(jié)氣門1和控制線路17組成；點火系統(tǒng)由火花塞8和控制線路17組成；第一燃料供給系統(tǒng)由第一燃料供給箱13、第一燃料供給管路14和第一燃料噴射器6組成；第二燃料供給系統(tǒng)由第二燃料供給箱11、第二燃料供給管路12和第二燃料噴射器7組成；EGR系統(tǒng)由EGR管路4、EGR閥3、EGR中冷器5和控制線路17組成；第一燃料供給系統(tǒng)、第二燃料供給系統(tǒng)和點火系統(tǒng)分別通過第一燃料噴射器6、第二燃料噴射器7和火花塞8與點燃式內燃機9相連；EGR系統(tǒng)通過EGR管路4將排氣管10與進氣道2相連，并在管路中串聯EGR中冷器5和EGR閥3；內燃機電控系統(tǒng)16通過對EGR閥3、節(jié)氣門1、火花塞8、第一燃料噴射器6和第二燃料噴射器7的控制實現對該內燃機的控制。

該內燃機采用兩種不同的氣體燃料作為燃料,兩種氣體燃料分別采用不同的供給系統(tǒng)進行供給,即主氣體燃料(第一燃料)供給系統(tǒng)和輔助氣體燃料(第二燃料)供給系統(tǒng)。其中，第一燃料以進氣道噴射的方式在進氣道內形成混合氣，進氣門開啟后隨氣流運動進入氣缸，第二燃料以缸內直噴的方式進入氣缸。

該內燃機既可以單獨使用第一或第二燃料在單燃料模式下進行運作，也可以同時使用第一和第二燃料在雙燃料模式下運行。

該內燃機中所述第一燃料為常見的、應用較為廣泛的氣體代用燃料，如天然氣、液化石油氣等；第二燃料在性能上優(yōu)于第一燃料，其性能主要包括燃燒速度、點火能量以及燃燒排放物等方面，例如氫氣等氣體。

稀薄燃燒是指缸內工質的過量空氣系數λ大于經濟混合氣(λ約為1.05)的運轉工況，即缸內實際供給的空氣量大于缸內燃料完全燃燒所需的理論空氣量。在雙氣體燃料內燃機中，定義過量空氣系數λ為兩種燃料的綜合過量空氣系數，即

其中，m_air為進入缸內的空氣質量，為第一燃料噴射量占總燃料噴射量的百分數，m_a1為單位質量的第一燃料完全燃燒所需的空氣質量，為第一燃料噴射量占總燃料噴射量的百分數，m_a2為單位質量的第二燃料完全燃燒所需的空氣質量。