CN105736165A

CN105736165A - 缸内混合气成分和燃烧模式任意调制的发动机智能燃烧系统

Info

Publication number: CN105736165A
Application number: CN201610113039.3A
Authority: CN
Inventors: 吕兴才; 钱勇; 王小乐
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2016-07-06

Abstract

缸内混合气成分和燃烧模式任意调制的发动机智能燃烧系统。一种属于内燃机技术领域的发动机智能燃烧系统，包括进气管、燃料油箱、油泵、直喷燃料高压油轨、油管、直喷燃料回油管、电控喷油器、电子控制单元、排气管、EGR气管、EGR阀。本发明可以根据发动机所处的工况来控制燃烧模式以及燃料组分，从而采用最适合当前工况的燃烧模式，以及合理调节缸内混合气的活性燃料含氧率、辛烷值、高十六烷值等宏观参数，使发动机在不同工况下始终保持较好的燃烧性能以及较低的排放水平。本发明设计合理，结构简单，适用于发动机燃烧系统的优化设计。

Description

缸内混合气成分和燃烧模式任意调制的发动机智能燃烧系统

技术领域

本发明涉及的是一种内燃机技术领域的智能燃烧系统，具体涉及一种缸内混合气成分和燃烧模式任意控制的发动机智能燃烧系统。

背景技术

在内燃机领域，如何提高燃料的燃烧效率以及降低燃烧有害物的排放一直是研究的核心问题。传统的汽油机采用气口喷射均质充量，然而由于其低压缩比、部分负荷下节气门节流损失大，且存在火焰传播而使得火焰前锋产生较多的氮氧化物。因此，汽油机具有热效率低、一氧化碳和碳氢排放高的特点。而传统柴油机虽然燃烧效率较高，但是NOx和碳烟的排放也相对较高。为了改善传统汽柴油机的不足，近年来，世界各国的学者相继提出了很多新的适合内燃机的高效清洁燃烧模式。包括结合压燃式发动机高效和点燃式发动机碳烟排放低两者优势的HCCI(均质压燃)燃烧模式，为进一步有效控制均质燃料着火时刻和燃烧速率的RCCI(燃料活性控制压燃)燃烧模式，可同时降低NOx和碳烟排放的LTC低温燃烧概念，以及直接压燃高辛烷值燃料的GCI(汽油压燃)燃烧模式，可同时在不用点火方式的前提下，在低温燃烧前使燃料和空气混合均匀，同时减少碳烟和NOx的排放。这些新型的燃烧模式虽然可在一定程度上降低排放，甚至将发动机的热效率提高到很高的水平，但都有其应用的局限性，都难以保证在所有发动机工况下保持较好的燃烧和排放性能。

此外，为了应对能源危机以及改善发动机的燃油品质，各种清洁可再生替代能源，如生物燃料、乙醇等不断用于发动机测试，旨在替代传统燃料，满足发动机动力和排放需求。从燃烧设计的角度，为了获得较好的燃烧和排放性能，需要灵活控制缸内混合气组分以及化学性质。因此，如何灵活地控制发动机的燃烧模式以及燃料的组分及化学性质使得发动机在全工况下均保持高效低排放的状态是本领域急需解决的问题。

发明内容

本发明为了克服上述技术的不足，提供一种缸内燃料组分和燃烧模式任意控制的发动机智能燃烧系统，一方面，该系统可以通过灵活控制燃料的组分来控制燃料的化学性质，如含氧量、活性、高辛烷值、高十六烷值等。另一方面，该系统可以根据发动机的运行工况来选择采用不同的燃烧模式，例如传统燃烧模式、LTC燃烧模式、HCCI/DICI燃烧模式、GCI燃烧模式。针对各燃烧模式的优势与不足，通过灵活地选用，来充分发挥各自的优点，避免因发动机工况改变而导致的高排放或者动力不足、热效率低等缺点。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括进气管、排气管、第一油箱、第二油箱、第三油箱、第四油箱、第一油泵、第二油泵、第三油泵、第四油泵、第一电子控制单元、第一油管、排气再循环管、气口喷油器、缸内喷油器、排气再循环控制阀、第二电子控制单元、高压油轨、直喷油管、高压油泵、回油管、第五油箱、第二油管，进气管、排气管分别与发动机的进气道、排气道相连接，第一油泵、第二油泵、第三油泵、第四油泵分别布置在第一油箱、第二油箱、第三油箱、第四油箱内，四个气口喷油器均匀布置在进气管的四周，第一油泵、第二油泵、第三油泵、第四油泵分别通过第一油管与四个气口喷油器相连接，排气再循环管的两端分别与进气管、排气管相连接，排气再循环控制阀布置在排气再循环管上，缸内喷油器布置在气缸盖上，直喷油管的两端分别与缸内喷油器、高压油轨相连接，回油管、第二油管的两端均分别与高压油轨、第五油箱相连接，高压油泵布置在第二油管上，第一电子控制单元通过线束与气口喷油器相连接，第二电子控制单元通过线束分别与缸内喷油器、排气再循环控制阀、高压油轨相连接。

进一步地，在本发明中，在第一油箱、第二油箱、第三油箱、第四油箱、第五油箱内的燃料分别为汽油、二甲醚、醇类燃料、气体燃料和柴油。

更进一步地，在本发明中，可以在进气管不喷射燃料、喷射一种燃料、喷射两种燃料、喷射三种燃料、喷射四种燃料，并可以灵活控制各组分的比例。

更进一步地，本发明的控制策略为：在冷启动阶段采用直喷燃料的压缩着火燃烧模式；在暖机和怠速阶段，逐步增加气道燃料的供给量，逐渐减少直喷燃料的比例；在大负荷和全负荷下，采用汽油、醇、或者气体燃料单一燃料或者他们之间组合的压缩着火燃烧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一，本装置可以根据发动机所处的工况来控制燃烧模式以及燃料组分，使发动机在不同工况下始终保持较好的燃烧性能以及较低的排放水平；第二，可以同时喷射五种燃料也可以只喷射一种燃料，也可以喷射两种燃料、三种燃料、四种燃料，并可以灵活控制各组分的比例，来调节缸内混合气活性，燃料含氧率、辛烷值、十六烷值等宏观参数，使各燃料之间的化学性质互补；第三，可以分别控制气口喷射燃料和直喷燃料的量以及喷射时刻；第四，可以在各种工况下使各组分充分混合并保证喷射燃料良好的蒸发和雾化效果，避免燃油附壁现象；第五，可以通过调节EGR率来控制燃烧相位以及排放等燃烧参数；第六，可以通过使用新型清洁替代燃料来减少化石燃料的使用，显著节约化石燃料以及保护环境；第七，结构简单、技术成熟，开发成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

附图中的标号分别为：1、第一油箱，2、第二油箱，3、第三油箱，4、第四油箱，5、第一油泵，6、第二油泵，7、第三油泵，8、第四油泵，9、第一电子控制单元，10、第一油管，11、进气管，12、排气再循环管，13、气口喷油器，14、缸内喷油器，15、排气再循环控制阀，16、第二电子控制单元，17、排气管，18、高压油轨，19、直喷油管，20、高压油泵，21、回油管，22、第五油箱，23、第二油管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本发明的实施例如图1所示，本发明包括第一油箱1、第二油箱2、第三油箱3、第四油箱4、第一油泵5、第二油泵6、第三油泵7、第四油泵8、第一电子控制单元9、第一油管10、进气管11、排气再循环管12、气口喷油器13、缸内喷油器14、排气再循环控制阀15、第二电子控制单元16、排气管17、高压油轨18、直喷油管19、高压油泵20、回油管21、第五油箱22、第二油管23，进气管11、排气管17分别与发动机的进气道、排气道相连接，第一油泵5、第二油泵6、第三油泵7、第四油泵8分别布置在第一油箱1、第二油箱2、第三油箱3、第四油箱4内，四个气口喷油器13均匀布置在进气管11的四周，第一油泵5、第二油泵6、第三油泵7、第四油泵8分别通过第一油管10与四个气口喷油器13相连接，排气再循环管12的两端分别与进气管11、排气管17相连接，排气再循环控制阀15布置在排气再循环管12上，缸内喷油器14布置在气缸盖上，直喷油管19的两端分别与缸内喷油器14、高压油轨18相连接，回油管21、第二油管23的两端均分别与高压油轨18、第五油箱22相连接，高压油泵20布置在第二油管23上，第一电子控制单元9通过线束与气口喷油器13相连接，第二电子控制单元16通过线束分别与缸内喷油器14、排气再循环控制阀15、高压油轨18相连接；在第一油箱1、第二油箱2、第三油箱3、第四油箱4、第五油箱22内的燃料分别为汽油、二甲醚、醇类燃料、气体燃料和柴油。

本装置的工作流程是：第一，两个发动机电子控制单元首先读取和采集信号，判断发动机的运行工况和负荷大小，确定燃烧模式，从而分别确定气口喷射燃料和直喷燃料的喷射量、喷射时刻；第二，四个进气管气口燃料喷油器分别将不同组分的燃油喷至进气管，缸内喷油器14将直喷燃料喷射到缸内；第三，排气再循环控制阀15在第二电子控制单元16的控制下打开特定的幅度，控制排气再循环率；第四，气口喷射的燃料在进气管混合、蒸发、雾化，然后随进气一起进入缸体；第五，缸内混合气在压缩过程中被压燃。

为了说明本发明可以灵活控制缸内燃料组份和任意燃烧模式，假定第一油箱1、第二油箱2、第三油箱3、第四油箱4、第五油箱22内的燃料分别为汽油、二甲醚、醇类燃料、气体燃料和柴油。在实际操作中，可以在启动阶段采用直喷燃料的压缩着火燃烧模式；进入暖机和怠速阶段，可以增加气道燃料的供给量，逐渐减少直喷燃料的比例，此时为部分预混合压缩燃烧模式；到小负荷时，可以停止直喷燃料的喷射，而完全采用二甲醚气道喷射，从而运行无烟、超低氮氧化物的二甲醚HCCI燃烧；在中等负荷以后，可以逐渐减少二甲醚的量，增加汽油、醇、或者气体燃料的比例，发动机运行反应活性控制燃烧；在大负荷和全负荷下，可以采用汽油、醇、或者气体燃料单一燃料或者他们之间组合的压缩着火燃烧。

Claims

1.一种缸内混合气成分和燃烧模式任意调制的发动机智能燃烧系统，包括进气管(11)、排气管(17)，进气管(11)、排气管(17)分别与发动机的进气道、排气道相连接，其特征在于，还包括第一油箱(1)、第二油箱(2)、第三油箱(3)、第四油箱(4)、第一油泵(5)、第二油泵(6)、第三油泵(7)、第四油泵(8)、第一电子控制单元(9)、第一油管(10)、排气再循环管(12)、气口喷油器(13)、缸内喷油器(14)、排气再循环控制阀(15)、第二电子控制单元(16)、高压油轨(18)、直喷油管(19)、高压油泵(20)、回油管(21)、第五油箱(22)、第二油管(23)，第一油泵(5)、第二油泵(6)、第三油泵(7)、第四油泵(8)分别布置在第一油箱(1)、第二油箱(2)、第三油箱(3)、第四油箱(4)内，四个气口喷油器(13)均匀布置在进气管(11)的四周，第一油泵(5)、第二油泵(6)、第三油泵(7)、第四油泵(8)分别通过第一油管(10)与四个气口喷油器(13)相连接，排气再循环管(12)的两端分别与进气管(11)、排气管(17)相连接，排气再循环控制阀(15)布置在排气再循环管(12)上，缸内喷油器(14)布置在气缸盖上，直喷油管(19)的两端分别与缸内喷油器(14)、高压油轨(18)相连接，回油管(21)、第二油管(23)的两端均分别与高压油轨(18)、第五油箱(22)相连接，高压油泵(20)布置在第二油管(23)上，第一电子控制单元(9)通过线束与气口喷油器(13)相连接，第二电子控制单元(16)通过线束分别与缸内喷油器(14)、排气再循环控制阀(15)、高压油轨(18)相连接。

2.根据权利要求1所述的缸内混合气成分和燃烧模式任意调制的发动机智能燃烧系统，其特征在于在第一油箱(1)、第二油箱(2)、第三油箱(3)、第四油箱(4)、第五油箱(22)内的燃料分别为汽油、二甲醚、醇类燃料、气体燃料和柴油。

3.根据权利要求2所述的缸内混合气成分和燃烧模式任意调制的发动机智能燃烧系统，其特征在于可以在进气管不喷射燃料、喷射一种燃料、喷射两种燃料、喷射三种燃料、喷射四种燃料，并可以灵活控制各组分的比例。

4.根据权利要求3所述的缸内混合气成分和燃烧模式任意调制的发动机智能燃烧系统，其特征在于其控制策略为：在冷启动阶段采用直喷燃料的压缩着火燃烧模式；在暖机和怠速阶段，逐步增加气道燃料的供给量，逐渐减少直喷燃料的比例；在大负荷和全负荷下，采用汽油、醇、或者气体燃料单一燃料或者他们之间组合的压缩着火燃烧。