[發(fā)明專利]一種發(fā)動機(jī)低溫等離子體點(diǎn)火方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010839063.1
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112096554B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志;張昊;范欽灝;王博遠(yuǎn);劉尚;齊運(yùn)亮
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: F02P15/00
• 分類號: F02P15/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 聶俊偉

本發(fā)明實(shí)施例提供一種發(fā)動機(jī)低溫等離子體點(diǎn)火方法及系統(tǒng)，該方法包括：在發(fā)動機(jī)的低壓行程過程中，當(dāng)預(yù)燃室內(nèi)出現(xiàn)可燃?xì)怏w后，在預(yù)燃室內(nèi)生成高頻均勻放電場；利用高頻均勻放電場，在預(yù)燃室內(nèi)產(chǎn)生低溫等離子體，使位于預(yù)燃室內(nèi)的所述可燃?xì)怏w處于冷焰燃燒狀態(tài)；在壓縮行程至點(diǎn)火提前角位置時(shí)，使預(yù)燃室內(nèi)的可燃?xì)怏w生成活性射流，將活性射流注入至主燃燒室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)活性射流點(diǎn)火。本發(fā)明實(shí)施例通過在四沖程發(fā)動機(jī)進(jìn)氣沖程和壓縮沖程前段的低壓環(huán)境中進(jìn)行點(diǎn)火，利用可燃?xì)怏w大體積均勻放電產(chǎn)生低溫等離子體，使可燃混合氣在冷焰狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)改質(zhì)，提升了射流的化學(xué)活性，加速了主燃燒室內(nèi)的燃燒過程，提高燃燒效率并降低排放。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)動機(jī)低溫等離子體點(diǎn)火方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由于傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)大部分工況均運(yùn)行于燃油經(jīng)濟(jì)性差的低效區(qū)，追求發(fā)動機(jī)高效區(qū)的極致熱效率收效甚微，研發(fā)性價(jià)比低。同時(shí)，傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的全工況運(yùn)行使發(fā)動機(jī)的開發(fā)受到種種限制，燃燒系統(tǒng)狀態(tài)多變、控制難度高，因此通常采用火花塞等簡單可靠的點(diǎn)火方式，導(dǎo)致進(jìn)一步地限制了先進(jìn)點(diǎn)火和燃燒技術(shù)應(yīng)用可能性。但隨著混合動力技術(shù)的引入給發(fā)動機(jī)燃燒技術(shù)提供了全新的發(fā)展可能性和研發(fā)思路。混合動力系統(tǒng)中電機(jī)與發(fā)動機(jī)協(xié)同運(yùn)行，始終將發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)控制在高效區(qū)，避免了高速、大負(fù)荷等極限工況，所開發(fā)的混合動力專用發(fā)動機(jī)除了提高極限工況的運(yùn)行可靠性，更注重采用先進(jìn)燃燒組織方式來提升高效區(qū)的最高熱效率，實(shí)現(xiàn)混合動力汽車的節(jié)能減排。

目前混合動力發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火方式如單點(diǎn)火花點(diǎn)火、預(yù)燃室射流點(diǎn)火、微波點(diǎn)火等，均屬于燃燒始點(diǎn)附近的點(diǎn)火技術(shù)，即從點(diǎn)火提前角之后開始點(diǎn)火。其中，活性射流點(diǎn)火屬于預(yù)燃室射流點(diǎn)火的一種，是可用于混合動力專用發(fā)動機(jī)的先進(jìn)點(diǎn)火方式，能夠在發(fā)動機(jī)高湍流、超稀薄燃料環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定點(diǎn)火。活性射流點(diǎn)火是通過在主燃燒室頂部安裝表面開若干微孔的預(yù)燃室實(shí)現(xiàn)，其點(diǎn)火包含兩次著火過程。首次著火發(fā)生在預(yù)燃室內(nèi)，腔內(nèi)可燃混合氣著火燃燒后形成的活性射流由孔噴出。較小的孔隙設(shè)計(jì)，熄滅了從預(yù)燃室噴出的燃燒的氣體，成為不完全燃燒狀態(tài)的活性基團(tuán)，傳遞到主燃燒室。這些活性基團(tuán)在主燃燒室內(nèi)再次發(fā)生自燃，引燃周圍的稀薄可燃混合氣，實(shí)現(xiàn)第二次的多火核群著火。

針對現(xiàn)有的燃燒始點(diǎn)附近的點(diǎn)火技術(shù)，為在活塞壓縮上止點(diǎn)附近極短的時(shí)間內(nèi)點(diǎn)燃可燃混合氣，目前常采用提高點(diǎn)火器放電功率、改變初始火核群形態(tài)(多點(diǎn)點(diǎn)火)等手段來強(qiáng)化點(diǎn)火效果。活性射流點(diǎn)火目前的技術(shù)方案也通過采用大功率脈沖式放電，從而達(dá)到在放電瞬間注入更多能量來產(chǎn)生更多自由基。然而，高能點(diǎn)火手段并沒有突破燃燒始點(diǎn)附近點(diǎn)火的傳統(tǒng)點(diǎn)火模式，因此難以實(shí)現(xiàn)在短暫瞬間產(chǎn)生大量自由基的目標(biāo)，效果不佳且降低點(diǎn)火器壽命。

綜上所述，現(xiàn)有的活性射流點(diǎn)火技術(shù)，由于其在燃燒始點(diǎn)前的有限時(shí)間內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)火，時(shí)間太過短暫，即使采用高能點(diǎn)火方式，依然難以改善大分子燃料的著火性能，對活性射流的化學(xué)活性提高程度有限。同時(shí)，高功率點(diǎn)火設(shè)備大幅增加了系統(tǒng)成本并降低點(diǎn)火系統(tǒng)壽命，暫不具備應(yīng)用的可行性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種發(fā)動機(jī)低溫等離子體點(diǎn)火方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中僅能夠在燃燒始點(diǎn)前的有限時(shí)間內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)火，由于時(shí)間太過短暫，無法改變大分子燃料的著火性能，因此出現(xiàn)難以提高活性射流化學(xué)活性的技術(shù)瓶頸。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種發(fā)動機(jī)低溫等離子體點(diǎn)火方法，主要包括：在發(fā)動機(jī)的低壓行程過程中，當(dāng)預(yù)燃室內(nèi)出現(xiàn)可燃?xì)怏w后，在預(yù)燃室內(nèi)生成高頻均勻放電場；利用高頻均勻放電場，在預(yù)燃室內(nèi)產(chǎn)生低溫等離子體，使位于預(yù)燃室內(nèi)的所述可燃?xì)怏w處于冷焰燃燒狀態(tài)；在壓縮行程至點(diǎn)火提前角位置時(shí)，使預(yù)燃室內(nèi)的可燃?xì)怏w生成活性射流，將活性射流注入至主燃燒室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)活性射流點(diǎn)火。

可選地，發(fā)動機(jī)的低壓行程過程，主要包括發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣行程以及發(fā)動機(jī)的壓縮行程的前段。

可選地，利用高頻均勻放電場，在預(yù)燃室內(nèi)產(chǎn)生低溫等離子體，使位于所述預(yù)燃室內(nèi)的所述可燃?xì)怏w處于冷焰燃燒狀態(tài)，包括：