CN103277200B - 一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法 - Google Patents

一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法 Download PDF

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Abstract

一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法涉及发动机领域，包括预混充量引燃燃烧、扩散燃烧、部分预混引燃部分扩散燃烧三种燃烧模式。乙醇-柴油双直喷发动机以乙醇-柴油双燃料工作时，可依据工况的需要以及动力性、经济性和排放性能的要求选择采用预混充量引燃燃烧、扩散燃烧、部分预混引燃部分扩散燃烧三种燃烧模式，也可在三种模式之间转换，能针对不同工况尽可能的满足替代率、功率、排放的需求，实现乙醇在柴油机中的灵活应用。

Description

一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体的说是一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法。
背景技术
在当前的生物质能源中，柴油机最理想的代用燃料就是植物油（或生物柴油）和燃料乙醇。由于乙醇易挥发，容易形成可燃混合气，利于快速充分燃烧；乙醇含氧，燃烧更为充分，可抑制碳烟生成，加速碳烟氧化；乙醇汽化潜热大，有利于降低燃烧最高温度，降低NOx排放量。
当前乙醇在柴油机中的主要应用方式有掺混、缸外喷注、缸内直喷三种。乙醇掺混燃烧最大的优点就是不需要对柴油机供油系统做任何改动，但需面对乙醇十六烷值低而不易着火，闪点低而安全性差，特别是与柴油难以互溶以致混合燃料低温稳定性差等难题。缸外预混，在进气管喷射乙醇，可随工况调节喷射量以改变替代率且预混充量燃烧迅速可提高有效热效率，但又面临进气道内雾化不良而出现燃料沉积，气门叠开扫气时少量乙醇排放，替代率增大时易产生爆振，燃烧过程循环变动增大，发动机充气效率下降等情况。
乙醇-柴油双直喷发动机，可以是单缸机也可以是多缸机，采用风冷或者水冷，主体与柴油机相似，能够以柴油作为单一燃料工作，也能够以乙醇-柴油双燃料工作。乙醇和柴油两种燃料由各自的供油系统直接喷入缸内，压缩过程中缸内产生的高温高压使得柴油自燃，着火后的柴油引燃乙醇混合气，释放热能，从而对活塞做功，实现以乙醇和柴油两种燃料工作。乙醇-柴油双直喷工作时，能够减少柴油的消耗，抑制碳烟生成、降低NOx排放。相对于乙醇掺混来说，避免了使乙醇与柴油形成稳定掺混燃料的制备过程和附加成本；可精确控制进入气缸内的醇量，改变了只能以固定配比掺混燃料工作的模式；相对于缸外喷注来说，避免了因进气道内雾化不良而出现燃料沉积和气门叠开扫气时少量乙醇排放。
由于乙醇和柴油由各自的供油系统直接喷入缸内，柴油喷射由机械式喷油泵控制，乙醇喷射由类似于汽油机缸内直喷系统控制，两种油料喷射的正时不同，会形成不同的燃烧模式。
发明内容
本发明提供一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法，主要解决了乙醇和柴油采用不同的喷油策略时所形成的燃烧过程，完善乙醇在柴油机中的应用方式。
本发明的技术解决方案如下：
柴油采用机械式喷油泵控制，其供油提前角和循环喷油量由电子调速器控制，乙醇由类似于汽油机缸内直喷系统控制其喷射的时刻和时长。乙醇--柴油双直喷发动机的燃烧方法，包括预混充量引燃燃烧、扩散燃烧、部分预混引燃部分扩散燃烧三种燃烧模式，并可在三种模式之间转换。
所述的预混充量引燃燃烧模式，其方法为：发动机启动时，只喷入柴油，待启动之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，将乙醇在压缩冲程中喷入，形成乙醇预混合气，依靠喷入的柴油自燃来引燃乙醇预混合气，实现预混充量引燃燃烧。采用预混充量引燃燃烧时，乙醇在压缩冲程中喷入，不会降低新鲜空气的充气效率，利用残余废气和缸壁较高的温度汽化的同时有足够的预混时间。
所述的扩散燃烧模式，其方法为：发动机启动时，只喷入柴油，待启动之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，在柴油开始喷射之后将乙醇喷入，柴油着火时，乙醇仍处于扩散、蒸发、雾化形成混合气的过程当中，实现扩散燃烧。采用扩散燃烧时，柴油在滞燃期期间的着火准备过程不受乙醇喷注、蒸发、雾化造成的缸内气流和温度下降的影响，能顺利着火，同时乙醇较大的汽化潜热和携氧性，能降低燃烧区域温度，抑制碳烟的生成，有利于降低NOx与碳烟排放。
所述的部分预混引燃部分扩散燃烧模式，其方法为：发动机启动时，只喷入柴油，待启动之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，将一部分乙醇在压缩冲程中喷入，形成稀薄的乙醇预混合气，依靠喷入的柴油自燃来引燃稀薄的乙醇预混合气，将另一部分乙醇在柴油开始喷射之后喷入，边扩散边燃烧，实现部分预混引燃部分扩散燃烧。采用部分预混引燃部分扩散燃烧时，两段喷射可缓解爆振、提高着火稳定性。乙醇分段喷射，先喷入的一部分预混，不会造成缸内较低的温度场，也不会造成过浓的乙醇氛围，有利于引燃油着火，同时，缸内形成稀薄均质充量，相对于预混燃烧，可缓解大量可燃混合气迅速燃烧而引起压力升高率过大和末端混合气在火焰到达时自行着火而引起爆振的倾向，后喷入的一部分扩散燃烧，利用乙醇较大的汽化潜热和携氧性，降低燃烧区域的温度，抑制碳烟的生成，有利于降低NOx与碳烟排放。
本发明的有益效果是，发动机以乙醇-柴油双燃料工作时，可依据工况的需要以及动力性、经济性和排放性能的要求选择采用预混充量引燃燃烧、扩散燃烧、部分预混引燃部分扩散燃烧三种燃烧模式，也可在三种模式之间转换，能针对不同工况尽可能的满足替代率、功率、排放的需求，实现乙醇在柴油机中的灵活应用。
具体实施方式
一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法，包括预混充量引燃燃烧、扩散燃烧、部分预混引燃部分扩散燃烧三种燃烧模式。
柴油采用机械式喷油泵控制，其供油提前角和循环喷油量由电子调速器控制，乙醇由类似于汽油机缸内直喷系统控制其喷射的时刻和时长。
预混充量引燃燃烧模式，其方法为：发动机启动时，只喷入柴油，待启动并正常运转至少30秒之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，将乙醇在压缩冲程中喷入，形成乙醇预混合气，依靠喷入的柴油自燃来引燃乙醇预混合气，实现预混充量引燃燃烧。发动机缸壁安装有爆振传感器，为增大乙醇的替代率，可逐步增大乙醇喷射量，同时逐步减少引燃作用的柴油的喷射量，直至发动机在出现轻微的爆振或在负荷不变的情况下出现转速不稳定。
扩散燃烧模式，其方法为：发动机启动时，只喷入柴油，待启动并正常运转至少30秒之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，在柴油开始喷射之后，落后于柴油至少5度曲轴转角将乙醇喷入，乙醇落后于柴油喷注，不会影响柴油的滞燃期，能顺利着火，柴油着火时，乙醇仍处于扩散、蒸发、雾化形成混合气的过程当中，实现扩散燃烧。为增大乙醇的替代率，可逐步增大乙醇喷射量，同时逐步减少引燃作用的柴油的喷射量，直至发动机出现排气管放炮或在负荷不变的情况下出现转速不稳定。
部分预混引燃部分扩散燃烧模式，其方法为：发动机启动时，只喷入柴油，待启动并正常运转至少30秒之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，将一部分乙醇在压缩冲程中喷入，形成稀薄的乙醇预混合气，依靠喷入的柴油自燃来引燃稀薄的乙醇预混合气，将另一部分乙醇在柴油开始喷射之后，落后于柴油至少5度曲轴转角将乙醇喷入，边扩散边燃烧，实现部分预混引燃部分扩散燃烧。采用部分预混引燃部分扩散燃烧时，两段喷射可缓解爆振、提高着火稳定性。乙醇分段喷射，先喷入的一部分预混，不会造成缸内较低的温度场，也不会造成过浓的乙醇氛围，有利于引燃油着火，同时，缸内形成稀薄均质充量，相对于预混燃烧，可缓解大量可燃混合气迅速燃烧而引起压力升高率过大和末端混合气在火焰到达时自行着火而引起爆振的倾向，后喷入的一部分扩散燃烧，利用乙醇较大的汽化潜热和携氧性，降低燃烧区域的温度，抑制碳烟的生成，有利于降低NOx与碳烟排放。为增大乙醇的替代率，可逐步增大乙醇喷射量，同时逐步减少引燃作用的柴油的喷射量，并可调整两段乙醇喷射的比例，直至发动机在出现轻微的爆振、或排气管放炮或在负荷不变的情况下出现转速不稳定。

Claims (2)

1.一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法，其特征是：包括预混充量引燃燃烧、扩散燃烧、部分预混引燃部分扩散燃烧三种燃烧模式，所述预混充量引燃燃烧模式，发动机启动时，只喷入柴油，待启动并正常运转至少30秒之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，将乙醇在压缩冲程中喷入，形成乙醇预混合气，依靠喷入的柴油自燃来引燃乙醇预混合气，实现预混充量引燃燃烧，所述扩散燃烧模式，发动机启动时，只喷入柴油，待启动并正常运转至少30秒之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，在柴油开始喷射之后，落后于柴油至少5度曲轴转角将乙醇喷入，柴油着火时，乙醇仍处于扩散、蒸发、雾化形成混合气的过程当中，实现扩散燃烧，所述部分预混引燃部分扩散燃烧模式，发动机启动时，只喷入柴油，待启动并正常运转至少30秒之后，稳定发动机转速的前提下，喷射乙醇的同时减少柴油的喷射量，将一部分乙醇在压缩冲程中喷入，形成稀薄的乙醇预混合气，依靠喷入的柴油自燃来引燃稀薄的乙醇预混合气，将另一部分乙醇在柴油开始喷射之后，落后于柴油至少5度曲轴转角将乙醇喷入，边扩散边燃烧，实现部分预混引燃部分扩散燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种乙醇-柴油双直喷发动机的燃烧方法，其特征是：发动机能够在预混充量引燃燃烧、扩散燃烧、部分预混引燃部分扩散燃烧三种燃烧模式之间转换。
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