CN105201670A - 增压直喷发动机超级爆震的抑制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种增压直喷发动机超级爆震的抑制方法及装置，该方法在发动机的压缩冲程期间进行两次燃料喷射，能够有效地抑制增压直喷发动机超级爆震的发生而无需增加额外装置，同时优化发动机的油耗和排放性能，产业化前景好。

Description

增压直喷发动机超级爆震的抑制方法及装置

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种增压直喷发动机超级爆震的抑制方法及装置。

背景技术

汽车产业为我国重要的战略性支柱产业，其动力广泛地依靠发动机来支撑。增压直喷轻量化小排量发动机(Downsizing)相比于传统的自然吸气发动机而言具备大幅节能减排的潜力，日益成为发动机发展的主流方向之一。但应用增加直喷轻量化技术，发动机会在低速大负荷情况下发生一种对发动机危害极大的非正常燃烧现象——超级爆震，成为了该技术路线遇到的核心障碍。大众汽车公司称之为Unwantedpre-ignition，AVL公司称之为MegaKnock，IFP研究员称之为pre-ignition，Shell公司称之为Super-Knock，清华大学称之为Deto-knock。这种新的爆震模式能在连续几个发动机循环内对发动机产生致命的损坏，世界各大研究机构正在积极开展其机理探索和抑制措施研究。

2011年以后国内的奇瑞公司，清华大学，上汽集团等机构陆续开展抑制超级爆震的方法，主要的解决方案是采用加浓混合气和扫气。同期，国际各大研究机构提出了加浓混合气、分层混合气、冷却EGR和扫气等抑制超级爆震的控制策略，主要代表公司有大众汽车公司、GM、KIT、西南研究院、NGK、IFP等。但是上述控制方法会导致发动机或油耗偏高，或排放恶化，或装置复杂等一系列问题。因此，寻找一种有效抑制超级爆震的同时又能保证发动机动力性、经济性和排放特性的低成本方法成为目前重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种增压直喷发动机超级爆震的抑制方法及装置，能够抑制增压直喷发动机超级爆震的发生，同时优化发动机的油耗和排放性能。

为此目的，一方面，本发明提出一种增压直喷发动机超级爆震的抑制方法，在大负荷工况下，在发动机的压缩冲程期间进行两次燃料喷射，实现顺序空间分区压燃的燃烧模式。

优选地，第一次喷射开始时刻处于所述压缩冲程的中期，所述第一次喷射开始时刻的范围是-120℃AATDC～-60℃AATDC。

优选地，在发动机的活塞邻近压缩上止点位置时进行第二次喷射，所述第二次喷射开始时刻的范围是-30℃AATDC～10℃AATDC。

优选地，所述第一次喷射的喷射燃油比例为40％～60％。

优选地，所述第二次喷射的喷射燃油比例为60％～40％。

优选地，在所述两次喷射之后，所述发动机的气缸内的整体燃空当量比为1。

优选地，所述燃料为汽油或者含氧混合燃料。

另一方面，本发明提出一种增压直喷发动机超级爆震的抑制装置，在发动机大负荷工况下，该装置在发动机的压缩冲程期间通过向发动机的喷油器发送第一指令由所述喷油器根据所述第一指令进行燃料喷射，通过向所述喷油器发送第二指令由所述喷油器根据所述第二指令进行燃料喷射。

清华大学的研究结果表明，超级爆震起爆点多发生在末端混合气区域，原因是末端混合气处于高温高压状态，其中已产生大量活性基，如出现热点很容易产生爆轰，故本发明实施例所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制方法及装置，在增压直喷轻量化小排量发动机上，采用压缩冲程两次喷射燃料，实现顺序空间分区压燃的燃烧模式，由于该顺序空间分区压燃的燃烧模式，可消除末端混合气自燃的可能性，从而有效地切断爆轰波的传播途径，实现抑制超级爆震的目标，同时保证发动机的动力性和经济性，另外，整个燃烧室内总体保持理论空燃比，进而可使用三效催化剂(TWC,ThreeWayCatalyst)有效地降低排放，满足排放法规，此外，本燃烧模式使用的燃料不仅仅可以是汽油，还可以是醇类、醚类和脂类等含氧燃料或者其它混合燃料，具备广泛的适应性，该燃烧模式无需对发动机做任何更改，且能在抑制超级爆震的同时保证发动机的动力性、经济性和排放性，成本低，油品适应性强，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。

附图说明

图1为本发明一种增压直喷发动机超级爆震的抑制方法的第一次喷射示意图；

图2为本发明一种增压直喷发动机超级爆震的抑制方法的第二次喷射示意图。

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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

本发明提供一种新的抑制超级爆震的方法，其燃烧组织方法具体描述如下：

(1)在增压直喷轻量化小排量发动机上，采用压缩冲程两次喷射燃料(燃烧所使用的燃料不仅仅可以是汽油，还可以是醇类、醚类和脂类等含氧燃料或者其它混合燃料)，实现顺序空间分区压燃的燃烧模式；

(2)第一次喷射在压缩冲程中期(第一次喷射开始时刻的范围是-120℃AATDC～-60℃AATDC，第一次喷射燃料占缸内喷油量的比例为40％～60％)，在活塞顶部气缸周围形成稀薄混合气，该稀薄混合气可在上止点前先发生低温燃烧，消耗掉末端混合气中的活性基(如图1所示为第一次喷射示意图)；

(3)第二次喷射在压缩上止点附近(第二次喷射开始时刻的范围是-30℃AATDC～10℃AATDC，第二次喷射燃料占缸内喷油量的比例为60％～40％)，在燃烧室中心形成浓混合气，该区域浓混合气在上止点后发生高温燃烧(如图2所示为第二次喷射示意图)；

(4)在两次喷射之后，整个燃烧室中燃料和空气保持理论当量比1，保证燃烧后TWC对HC、CO和NOx排放的高效转化，实现发动机超低排放，满足排放法规要求。

本发明提供一种新的抑制超级爆震的装置，在发动机大负荷工况下，该装置(可以为计算机)在发动机的压缩冲程期间通过向发动机的喷油器发送第一指令由所述喷油器根据所述第一指令进行燃料喷射，通过向所述喷油器发送第二指令由所述喷油器根据所述第二指令进行燃料喷射。

此发明的优势：

a.本发明的燃烧组织方法，可有效切断超级爆震中爆轰的起爆源及传播途径，实现抑制超级爆震的目标，且能在抑制超级爆震的同时保证发动机的动力性、经济性，从而为增压直喷轻量化发动机的发展提供重要支撑；

b.采用三效催化剂进行排气后处理，可以达到严格排放法规；

c.发动机生产成本低，无需增压辅助装置抑制超级爆震；

d.本燃烧模式使用的燃料不仅仅可以是汽油，还可以是醇类、醚类和脂类等含氧燃料或者其它混合燃料，具备广泛的适应性。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种增压直喷发动机超级爆震的抑制方法，其特征在于，在大负荷工况下，在发动机的压缩冲程期间进行两次燃料喷射。

2.根据权利要求1所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制方法，其特征在于，第一次喷射开始时刻处于所述压缩冲程的中期，所述第一次喷射开始时刻的范围是-120℃AATDC～-60℃AATDC。

3.根据权利要求1或2所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制方法，其特征在于，在发动机的活塞邻近压缩上止点位置时进行第二次喷射，所述第二次喷射开始时刻的范围是-30℃AATDC～10℃AATDC。

4.根据权利要求2所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制方法，其特征在于，所述第一次喷射的喷射燃油比例为40％～60％。

5.根据权利要求3所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制方法，其特征在于，所述第二次喷射的喷射燃油比例为60％～40％。

6.根据权利要求1至5任一项所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制方法，其特征在于，在所述两次喷射之后，所述发动机的气缸内的整体燃空当量比为1。

7.根据权利要求1所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制方法，其特征在于，所述燃料为汽油或者含氧混合燃料。

8.一种增压直喷发动机超级爆震的抑制装置，其特征在于，在发动机大负荷工况下，该装置在发动机的压缩冲程期间通过向发动机的喷油器发送第一指令由所述喷油器根据所述第一指令进行燃料喷射，通过向所述喷油器发送第二指令由所述喷油器根据所述第二指令进行燃料喷射。

9.根据权利要求8所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制装置，其特征在于，第一次喷射开始时刻处于所述压缩冲程的中期，所述第一次喷射开始时刻的范围是-120℃AATDC～-60℃AATDC。

10.根据权利要求8或9所述的增压直喷发动机超级爆震的抑制装置，其特征在于，第二次喷射在发动机的活塞邻近压缩上止点位置时进行，所述第二次喷射开始时刻的范围是-30℃AATDC～10℃AATDC。