CN105041512B - 一种双燃料发动机稀薄燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种双燃料发动机稀薄燃烧方法，该方法在直喷汽油机的进气道内，加装一套喷射系统，在所述直喷汽油机运转时，进气道内单次喷射汽油，燃烧室内一次或多次喷射聚甲氧基二甲醚，通过聚甲氧基二甲醚引燃极稀的汽油混合气，拓宽发动机稀燃界限，实现稳定的点火与燃烧，降低燃烧室内NOx排放，并提高发动机压缩比，实现提高发动机的热效率的目的。

Description

一种双燃料发动机稀薄燃烧方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种双燃料发动机稀薄燃烧方法。

背景技术

汽车产业是我国经济结构的重要组成部分，市场上车辆每年都在大幅增加，而大部分乘用车均以汽油机作为动力来源，相比于柴油机，进气道喷射汽油机的压缩比较低，同时存在较大的泵气损失，致使汽油机的效率较低。

经过研究和实验，稀薄燃烧是汽油机降低油耗的一个重要途径，随着空燃比变小，油耗和NOx排放均显著降低；当空燃比变小到一定程度时，点火和燃烧均变得不稳定，油耗开始上升。

近年来，国外许多汽车厂商都已开发出汽油机稀薄燃烧系统，但同时也面临着较多的问题。稀薄燃烧系统可以分为非直喷汽油机的稀燃方法与缸内直喷稀燃方法。非直喷汽油机的稀燃方法能够实现的稀燃界限较小，结构设计过于复杂，节油能力有限。而缸内直喷稀燃方法可以使稀燃界限扩大到空燃比40以上，比传统进气道喷射汽油机节油20％-30％，但需要保证点火时在火花塞周围的混合气浓度合适，组织分层混合气和燃烧过程的难度大，很难保证全工况正常点火燃烧。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种双燃料发动机稀薄燃烧方法，拓宽发动机稀燃界限，降低缸内NOx排放，提高发动机的压缩比，并实现稳定的点火与燃烧。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双燃料发动机稀薄燃烧方法，在直喷汽油机的进气道内加装一套进气道喷射系统，在所述直喷汽油机运转时，进气道喷射系统单次喷射汽油，燃烧室喷射系统一次或多次喷射聚甲氧基二甲醚。

优选地，所述直喷汽油机冷启动阶段采用点燃方式，保证可靠点火。

优选地，所述直喷汽油机在中小负荷工况时，进气道内单次喷射汽油，燃烧室内喷射一次聚甲氧基二甲醚。

优选地，所述直喷汽油机在大负荷工况时，进气道内单次喷射汽油，燃烧室内两次喷射聚甲氧基二甲醚。

优选地，在压缩上止点前，第一次喷射聚甲氧基二甲醚，形成稀薄混合气并产生第一次低温燃烧；在压缩上止点之后，第二次喷射聚甲氧基二甲醚，在燃烧室中心形成理论混合气压燃，产生第二次高温燃烧。

优选地，所述燃烧室内第一次喷射开始时刻的范围是90℃A BTDC～60℃A BTDC，所述燃烧室内第二次喷射开始时刻的范围是0℃A BTDC～-10℃A BTDC。

优选地，所述进气道内喷射汽油燃料的比例为总燃料的60％～80％，燃烧室内第一次喷射聚甲氧基二甲醚的比例为总燃料的10％～20％，燃烧室内第二次喷射聚甲氧基二甲醚的比例为总燃料的10％～20％。

优选地，所述直喷汽油机的排气后处理采用三效催化剂。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的双燃料发动机稀薄燃烧方法，在直喷汽油机的进气道内加装一套进气道喷射系统，在所述直喷汽油机运转时，进气道内单次喷射汽油，燃烧室内一次或多次喷射聚甲氧基二甲醚，通过聚甲氧基二甲醚引燃极稀的汽油混合气，拓宽发动机稀燃界限，实现稳定的点火与燃烧，降低燃烧室内NOx排放，并提高发动机压缩比，实现提高发动机的热效率的目的。

附图说明

图1为本发明实施例直喷汽油机的结构示意图；

图中，1：进气道；2：排气道；3：进气道喷射系统；4：燃烧室喷射系统；5：火花塞；6：燃烧室。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是针对本发明提供的方法做出改进的直喷汽油机示意图，如图1中所示，在直喷汽油机的进气道1内加装一套进气道喷射系统3，且保留直喷汽油机的火花塞5，使直喷汽油机可以采用点燃和压燃两种点火方式，保证在多工况下可靠点火，在直喷汽油机运转时，位于进气道1内的进气道喷射系统3单次喷射汽油，根据不同工况，位于燃烧室6内的燃烧室喷射系统4一次或多次喷射聚甲氧基二甲醚(PODE)。

为了在冷启动阶段，为实现可靠点火，优选地，采用火花点火燃烧，具体地，在进气道1内喷射汽油，形成理论空燃比混合气，采用火花点火燃烧。

直喷汽油机在中小负荷工况时，即车用发动机常用工况时，直喷汽油机采用稀薄燃烧方式，进气道1喷射汽油，形成稀薄混合气，燃烧室6内采用PODE引燃，形成超稀薄燃烧(总体过量空气系数λ>1.6)，燃烧温度低于NOx生成温度(1800K)，不产生NOx排放，通过活性成分(甲氧基二甲醚)引燃极稀的汽油混合气从而实现拓宽稀燃界限，实现稳定的点火与燃烧。

直喷汽油机在大负荷工况时，进气道1内单次喷射汽油，形成均质稀薄混合气，燃烧室6内两次喷射PODE，形成理论空燃比燃烧(总体过量空气系数λ＝1)，其中，第一次PODE喷射时刻在压缩冲程中期，压缩上止点前在燃烧室周边形成稀薄混合气且易压燃，从而在上止点前产生第一次低温燃烧；第二次PODE喷射在上止点之后，在燃烧室中心形成浓混合气压燃，产生第二次高温燃烧。这样形成了分时分区的两阶段燃烧。由于上止点前末端混合气被第一次喷射PODE的燃料引燃，在上止点前燃尽了末端可燃混合气，降低发动机爆震可能性。第二次喷射在上止点之后，补充燃料能量再次燃烧，并且PODE燃料为高含氧燃料，其喷雾燃烧不产生碳烟排放。

其中，进气道1内喷射汽油燃料的比例为总燃料的60％～80％，燃烧室6内第一次喷射PODE的比例为总燃料的10％～20％，且燃烧室内第一次喷射开始时刻的范围是90℃ABTDC～60℃A BTDC；燃烧室内第二次喷射PODE的比例为总燃料的10％～20％，第二次喷射开始时刻的范围是0℃A BTDC～-10℃A BTDC。

在稀薄燃烧条件下，较低的燃烧室内燃烧温度抑制NOx的生成，直接采用三效催化剂(TWC)就可以实现低排放，具体地，采用三效催化剂(TWC)处理排放，冷启动和大负荷工况，采用理论空燃比燃烧，排气中的HC、CO和NOx排放同时被转化为无害气体；在车用发动机常用的中小负荷工况，采用高着火性的PODE喷雾形成多个着火点，大面积点火实现超稀薄燃烧，燃烧温度低于NOx生成温度，排气中只有HC和CO有害排放，在稀薄燃烧的条件下，也可以被TWC高效转化为无害气体。

综上所述，该方法在所述发动机的进气道喷射汽油，燃烧室内多次喷射PODE，PODE是一种含氧的高十六烷值柴油替代燃料。采用压燃的方式，通过活性成分(PODE)引燃极稀的汽油混合气从而实现拓宽稀燃界限，实现稳定的着火与燃烧。同时在稀燃条件下，可以有效的抑制爆震，因此可以将发动机压缩比提高至15，进一步提高汽油机的热效率，且该方法仅需要在现有直喷汽油机的进气道内加装一套进气道喷射系统，成本低，对我国现有发动机产品技术升级提供有力支持，产业化前景好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种双燃料发动机稀薄燃烧方法，其特征在于：在直喷汽油机的进气道内加装一套进气道喷射系统，在所述直喷汽油机运转时，进气道喷射系统单次喷射汽油，燃烧室喷射系统一次或多次喷射聚甲氧基二甲醚；所述直喷汽油机在大负荷工况时，进气道内单次喷射汽油，燃烧室内两次喷射聚甲氧基二甲醚；在压缩上止点前，第一次喷射聚甲氧基二甲醚，形成稀薄混合气并产生第一次低温燃烧；在压缩上止点之后，第二次喷射聚甲氧基二甲醚，在燃烧室中心形成理论混合气压燃，产生第二次高温燃烧。

2.根据权利要求1所述的双燃料发动机稀薄燃烧方法，其特征在于：所述直喷汽油机冷启动阶段采用点燃方式，保证可靠点火。

3.根据权利要求1所述的双燃料发动机稀薄燃烧方法，其特征在于：所述直喷汽油机在中小负荷工况时，进气道内单次喷射汽油，燃烧室内喷射一次聚甲氧基二甲醚。

4.根据权利要求1所述的双燃料发动机稀薄燃烧方法，其特征在于：所述燃烧室内第一次喷射开始时刻的范围是90℃A BTDC～60℃A BTDC，所述燃烧室内第二次喷射开始时刻的范围是0℃A BTDC～-10℃A BTDC。

5.根据权利要求4所述的双燃料发动机稀薄燃烧方法，其特征在于：所述进气道内喷射汽油燃料的比例为总燃料的60％～80％，燃烧室内第一次喷射聚甲氧基二甲醚的比例为总燃料的10％～20％，燃烧室内第二次喷射聚甲氧基二甲醚的比例为总燃料的10％～20％。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的双燃料发动机稀薄燃烧方法，其特征在于：所述直喷汽油机的排气后处理采用三效催化剂。