CN101619670B - 一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧及控制方法，属于内燃机技术领域。其控制方法为通过点火提前角控制着火时刻，通过EGR率控制燃烧速率。其实现方法可以包括以下步骤：在进气过程中进行第一次燃料喷射，在压缩上止点时形成均质稀薄混合气；在压缩冲程中进行第二次燃料喷射，在火花塞周围形成局部较浓混合气，火花塞点火点燃局部较浓混合气产生火焰传播，局部火焰传播燃烧放热，压缩周围大面积稀混合气温度压力升高达到自燃着火状态，从而激发整个缸内混合气多点大面积自燃，并使全部混合气快速燃烧完全。另外，采用当量比混合气燃烧产生的有害排放物，可以使用传统汽油机三效催化剂有效地控制。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种汽油机火花点火激发均质压燃的燃烧模式及其控制方法。
背景技术
HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)是可实现高效低NOx和PM排放的内燃机燃烧技术，但其产业化面临三个主要问题：着火时刻和燃烧速率的控制；HC和CO排放，运行范围的拓展。从已有的文献看，利用燃烧信号反馈可以用于控制HCCI着火；利用三效催化剂可以解决HC和CO排放；目前HCCI发动机最大挑战是扩展高负荷运行范围。在保证可接受的最大压力升高率和最高NOx排放的限制下，汽油机HCCI燃烧只能应用在中低负荷工况下。原因是采用现有HCCI技术，在发动机中高负荷工况下，可燃混合气同时自燃，燃烧速度过快，导致压力升高率及最大爆发压力均过高，发动机出现爆震。
从2001年以来，已有大量研究[1～8]表明火花点火对HCCI燃烧有影响，尤其在汽油机中低负荷区域火花点火燃烧模式(SI)和HCCI燃烧模式过渡的边界上容易出现。而本申请专利发明人的研究发现，汽油机采用较高压缩比和较高EGR率的当量比燃烧，在中高负荷区域能获得一种稳定的火花点火激发均质压燃的新型燃烧模式，这种燃烧模式不同与传统的SI和HCCI燃烧模式，具有两阶段放热的低压升率燃烧特性、低NOx的排放特性和高热效率的经济性。这种燃烧模式通过点火提前角和EGR率可以有效控制着火时刻和燃烧速率，通过三效催化剂解决排放，可作为汽油机中高负荷区域的一种很有应用前景的高效低排放运行模式。
已有相关文献：
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发明内容
本发明提供一种适用于汽油机中高负荷的火花点火激发均质压燃的燃烧模式及其控制方法，可以提高燃油经济性、降低NOx排放。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种汽油机火花点火激发均质压燃的燃烧控制方法，所述方法包括调整点火提前角和EGR率。实现方法可以包括以下步骤：在进气过程中缸内进行第一次燃料喷射，在压缩上止点时形成均质稀薄混合气；在压缩冲程中缸内进行第二次燃料喷射，在火花塞周围形成局部较浓混合气，火花塞点火点燃局部较浓混合气产生火焰传播，局部火焰传播燃烧放热，压缩周围大面积稀混合气温度压力升高达到自燃着火状态，从而激发整个缸内混合气多点大面积自燃，并使全部混合气快速燃烧完全。
本发明实施例的技术方案还提供一种采用火花点火激发均质压燃(SICI)燃烧模式的汽油发动机燃烧模式的区划。发动机稳态运行时，一直保持节气门全开，发动机负荷的变化通过改变EGR率和喷油量来实现。在中低速中低负荷工况，采用较高压缩比(HCR)实现HCCI燃烧(稀燃，EGR＝40％～70％)，以达到极低的NOx排放和高热效率；在中高负荷工况，采用较高压缩比实现SICI燃烧(化学计量比，EGR＝10％～40％)，以降低均质压燃着火燃烧时缸内压力升高率，获得低NOx排放和高热效率；大负荷工况，采用SI燃烧方式(偏浓混合气，无EGR)，同时减小有效压缩比(LCR)，以保证功率密度并抑制爆震。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：
采用本发明时，采用火花点火激发均质压燃(SICI)燃烧模式可以有效控制着火时刻；SICI燃烧模式呈现两阶段放热的燃烧特性可以显著降低缸内压力升高率，抑制爆震，并获得较高的燃油经济性。另外，汽油当量比混合气燃烧产生的有害排放物，可以使用传统汽油机三效催化剂有效地解决。
附图说明
图1是本发明火花点火激发均质压燃燃烧模式的原理示意图；
图2是本发明汽油发动机新型燃烧模式的区划；
图3是本发明实施例的一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧系统；
图4是本发明实施例的一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧实现方法的流程图；
图5是本发明实施例的一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧模式通过点火角和EGR率控制在理论空燃比下的发动机稳定工况范围。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例的一种汽油机火花点火激发均质压燃(SICI)燃烧的方法如图3所示，包括以下步骤：
步骤s201，在进气过程中进行缸内燃料喷射，在压缩上止点时形成稀均质混合气。
步骤s202，在压缩冲程末期火花塞点火点燃局部区域混合气，产生初始火焰传播。
步骤s203，局部区域的火焰传播产生的燃烧放热，压缩周围大面积混合气温度压力升高至自燃着火状态，由此激发出整个缸内未燃混合气多点大面积自燃，并快速燃烧完全。
本发明实施例的一种汽油发动机火花点火激发均质压燃燃烧系统的结构示意图如图3所示，其中，1为喷油器，2为火花塞，3为进气，4为排气，5为点燃放热区，6为压燃放热区，均质混合气过量空气系数λ＝1，点火角为压缩上止点前20°CA，EGR率为20％。该燃烧系统气缸直径为95毫米，压缩比为13，用锥角为60°的高压旋流伞喷汽油电控喷油器。在同一工作循环内中，根据电控单元给出的喷油脉冲信号(控制喷油时刻和喷油量)，在进气过程中进行燃油喷射，喷油时刻为进气上止点后100°，这些燃料在压缩上止点时已形成均质混合气；然后在在压缩冲程末期火花塞点火，使混合气着火并形成火焰传播；通过点燃放热，压缩周围混合气，从而激发周围混合气压燃，并使全部混合气燃烧完全。这样，周围混合气压燃时，气缸内混合气可分为两个区域，即火花塞附近的火花点火放热区域，和周围的压燃放热区域。从试验结果可知，采用火花点火激发均质压燃(SICI)燃烧相比于均质混合气压燃(HCCI)燃烧，通过调整点燃放热比例，燃烧速率得到有效的控制，压力升高率相对较低，从而有效抑制汽油混合气压燃爆震。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧方法，其特征在于：所述燃烧方法是在汽油机中高负荷区域，利用火花点火产生的火焰传播放热激发可燃混合气自燃，在进气过程中进行第一次燃料喷射，在压缩上止点时形成均质稀薄混合气；它含有以下步骤：
(1)在压缩冲程中进行第二次燃料喷射，在火花塞周围形成局部较浓混合气；
(2)火花塞点火点燃局部较浓混合气产生火焰传播；
(3)局部火焰传播燃烧放热，压缩周围大面积稀混合气，使得温度压力升高达到自燃着火状态，整个缸内混合气多点大面积自燃，并使全部混合气快速燃烧完全。
2.如权利要求1所述的燃烧方法，其特征在于，所述混合气的EGR率的范围为10％～40％。
3.如权利要求1所述的燃烧方法，其特征在于，所述压缩比为10～15。
4.如权利要求1所述的燃烧方法，其特征在于，所述缸内混合气总的过量空气系数λ＝1。
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