CN106968809A - 一种双燃料‑双直喷内燃机的燃烧控制方法 - Google Patents

一种双燃料‑双直喷内燃机的燃烧控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双燃料‑双直喷内燃机的燃烧控制方法，该燃烧控制方法包括以下步骤：步骤S1：在进气行程过程中，关闭第二喷油器；在进气行程早期，开启第一喷油器进行第一段燃料喷射；步骤S2：在压缩行程过程中，关闭第一喷油器；在压缩行程中期，开启第二喷油器进行第二段燃料喷射；在压缩行程后期，开启第二喷油器进行第三段燃料喷射；步骤S3：在压缩行程末期或者膨胀行程早期，即活塞达到上止点位置时，关闭所述第二喷油器，开启所述第一喷油器进行第四段燃料喷射。本发明公开的燃烧控制方法同时实现了低活性燃料和高活性燃料的分层，可利用浓度和活性的协同分层控制燃烧，有利于利用更加灵活自由的喷油策略，来控制整个燃烧放热规律。

Description

一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机领域，特别涉及一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法。
背景技术
由于过去40年石油资源的枯竭和环境污染的严重性，且内燃机消耗全球约三分之二的石油资源，也是大气污染（氮氧化物、PM2.5等）和温室气体二氧化碳的最大排放源之一。政府制定了轻型和重型发动机更为严格的排放法规，为应对此，各国研究人员不断的寻求新的，具有创新性的燃烧策略，来规避传统汽油机和柴油机固有的污染物排放，同时探索新的方法来提高燃油经济性。值得一提的是，压燃式发动机由于其较高的热效率和较低的燃烧消耗率，获得广泛的研究和关注。
在现有的内燃机节能减排技术中，燃烧技术创新是实现内燃机高效和清洁的最有效，最节约的途径。早形式的低温燃烧策略是均质压燃（HCCI）燃烧，利用完全均质的预混合气充量，在稀当量比下，压缩至自燃着火发生。HCCI燃烧依赖于长滞燃期，可以通过大比例空气或者废气稀释来实现。高度稀释的混合气充量，减小了最高燃烧温度，从而降低了NOx的排放，总体稀薄的混合气又使得颗粒物生成和排放较低。大量的研究集中于HCCI热分层现象，结果表明，HCCI自燃着火现象的传播，沿着缸内的温度梯度，从较高的温度区域开始进行。但是，HCCI燃烧也面临着极大的循环变动，这是因为燃烧相位对充量组分的变化，缸内热分层及热力学边界条件，都十分的敏感，且难以控制。HCCI燃烧也局限于较窄的运行工况范围，这与燃料的理化特性息息相关。高负荷下，较大的压力升高率可损坏发动机，低负荷下易于出现较高的UHC和CO排放，燃烧稳定性较差。大量的研究表明，这种以缸内净化为主的低温燃烧方式已被认为是传统压燃和点燃式内燃机最具潜力的替代燃烧方式；在采用该低温燃烧方式的基础上，为了加强内燃机领域的节能减排，如何进一步控制整个燃烧路径，实现分层燃烧模式，使得整个燃烧过程平缓柔和有序，提高燃烧效率，且实现燃料燃烧完全，仍是现在急需解决的关键技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法，所述内燃机包括活塞、第一喷油器、第二喷油器和电子控制单元，所述第一喷油器喷射低活性燃料，所述第二喷油器喷射高活性燃料，所述电子控制单元控制所述第一喷油器和第二喷油器的开启和关闭；
其中，所述内燃机的燃烧控制方法包括以下步骤：
步骤S1：在进气行程过程中，关闭所述第二喷油器；在进气行程早期，开启所述第一喷油器进行第一段燃料喷射，所述第一段燃料喷射结束后关闭所述第一喷油器；
步骤S2：在压缩行程过程中，关闭所述第一喷油器；在压缩行程中期，开启所述第二喷油器进行第二段燃料喷射，所述第二段燃料喷射结束后关闭所述第二喷油器；在压缩行程后期，开启所述第二喷油器进行第三段燃料喷射，所述第三段燃料喷射结束后关闭所述第二喷油器；
步骤S3：在压缩行程末期或者膨胀行程早期，即活塞达到上止点位置时，关闭所述第二喷油器，开启所述第一喷油器进行第四段燃料喷射，所述第四段燃料喷射结束后关闭所述第一喷油器。
优选地，所述低活性燃料为汽油、天然气或者醇类燃料。
优选地，所述高活性燃料为柴油、二甲醚或者生物柴油。
优选地，所述第一段喷射燃料的时间为曲轴转角为-360°~ -330°的时间段。
优选地，所述第二段喷射燃料的时间为曲轴转角为-90~ -50°的时间段。
优选地，所述第三段喷射燃料的时间为曲轴转角为-30°~ -15°的时间段。
优选地，所述第四段喷射燃料的时间为曲轴转角为-5°~ 10°的时间段。
优选地，在整个燃烧过程中，喷射的所述高活性燃料的总量为第一燃料量，喷射的所述高活性燃料与低活性燃料的总量为第二燃料量，所述第一燃料量占所述第二燃料量的燃料能量比为10%~20%。
优选地，所述第一喷油器喷射汽油类燃料，所述第二喷油器喷射柴油类燃料。
优选地，所述第一喷油器与第二喷油器的喷嘴均在所述内燃机的燃烧室内。
本发明实施例提供的一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法，具有以下积极地有益效果：
1. 实现更大梯度的不同活性燃料的协同分层，增加了高活性燃料对燃烧的控制性，优化了低温阶段和高温阶段的放热曲线过渡，使得放热率形状平缓柔和，减小峰值之间的波动效果，有利于提高热效率，减小污染物排放，形成更为理想的放热规律。
2. 第三段喷射燃料的喷射方法设计，第二次喷射高活性燃料，促进了高活性燃料的分层，增加了高活性燃料对燃烧的控制性，优化低温阶段和高温阶段的放热曲线过渡，使得放热率形状平缓柔和，减小峰值之间的波动效果，有利于提高热效率，减小污染物排放，形成更为理想的放热规律。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种双燃料-双直喷内燃机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法的喷油策略示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
本发明实施例提供一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法，该方法为dualdirect injection Stratification Compression Ignition (DDSC)燃烧模式。图1是本发明实施例提供的一种双燃料-双直喷内燃机的结构示意图，如图1所示，该内燃机包括缸盖1和活塞2，活塞2和缸盖1组合成燃烧室3，所述燃烧室的中心轴线为第一轴线6；所述缸盖1上设置有第一喷油器41和第二喷油器42，与第一喷油器41电连接的电子控制单元43，以及与第二喷油器电连接的电子控制单元44；所述第一喷油器41喷射低活性燃料，所述第二喷油器42喷射高活性燃料，所述电子控制单元（43，44）分别控制所述第一喷油器41和第二喷油器42的开启和关闭。从图1可以看出，所述第一喷油器41与第二喷油器42的喷嘴均在所述内燃机的燃烧室3内。
图2是本发明实施例提供的一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法的流程图，如图2所示，本发明实施例提供的双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法包括以下步骤：
步骤S1：在进气行程过程中，关闭所述第二喷油器；在进气行程早期，开启所述第一喷油器进行第一段燃料喷射，所述第一段燃料喷射结束后关闭所述第一喷油器；在进气行程早期喷射低活性燃料，使得低活性燃料拥有更长的预混合时间，让低活性燃料充分的分散于缸内燃烧室，从而形成大比例高度预混合充量，创造出一个低活性燃料的氛围，为制备适度的活性分层混合气做前期准备。且低活性燃料挥发性较好，易于形成均质混合气，可以防止“湿壁”现象，减小未燃碳氢（UHC）和一氧化碳CO的排放。
步骤S2：在压缩行程过程中，关闭所述第一喷油器；在压缩行程中期，开启所述第二喷油器进行第二段燃料喷射，所述第二段燃料喷射结束后关闭所述第二喷油器；在压缩行程后期，开启所述第二喷油器进行第三段燃料喷射，所述第三段燃料喷射结束后关闭所述第二喷油器；在压缩行程后期进行两段式喷射高活性燃料，形成高度分层的混合气，第二段燃料喷射，形成高活性燃料与低活性燃料之间的浓度分层和活性分层；第三段燃料喷射用于引燃整个混合气充量，从而第三段燃料喷射可以控制燃烧放热的时刻及放热率峰值大小；且第三段燃料喷射促进了高活性燃料的分层，实现更大梯度的不同活性燃料的协同分层，增加了高活性燃料对燃烧的控制性，优化了低温阶段和高温阶段的放热曲线过渡，使得放热率形状平缓柔和，减小峰值之间的波动效果，有利于提高热效率，减小污染物排放，形成更为理想的放热规律。
由于在压缩行程后期缸内温度和压力均较高，此时两次喷射的燃料为高活性燃料，这样有利于高活性燃料的雾化、蒸发，以及与低活性燃料的混合；解决了高活性燃料，例如柴油类燃料表面张力较大、粘性大、难以挥发的问题，另一方面，还可以防止燃料过早着火，使得发动机做负功，热效率下降。
本发明实施例提供的燃烧控制方法提到的浓度分层、活性分层是指，燃烧的主要特性指标（浓度、活性）并非完全均匀分布于气缸内部，而是存在一定程度的梯度，比如，浓度分层指的是缸内存在浓区与稀区，活性分层指的是缸内存在高活性区域和低活性区域。分层与均质两个概念是相对而言的，分层简而言之，就是气缸内部不均匀，存在相互差异的区域。
步骤S3：在压缩行程末期或者膨胀行程早期，即活塞达到上止点位置时，关闭所述第二喷油器，开启所述第一喷油器进行第四段燃料喷射，所述第四段燃料喷射结束后关闭所述第一喷油器。在上止点附近，也就是压缩行程末期或者膨胀行程早期，再次喷射低活性燃料，形成部分分层混合气，第四段燃料喷射用于控制燃烧放热率峰值及燃烧持续期长短，同时，低活性燃料直喷也有利于利用充量冷却效应，降低缸内平均温度，拓展负荷上限。
本发明实施例提供一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法，其具体实施方式还可以为，所述低活性燃料为汽油、天然气或者醇类燃料；所述高活性燃料为柴油、二甲醚或者生物柴油。优选地，所述第一喷油器喷射汽油类燃料，所述第二喷油器喷射柴油类燃料。
本发明实施例提供一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法，其具体实施方式还可以为，活塞顶离曲轴中心最大距离时的位置称为上止点；曲轴转角是指发动机曲轴旋转一圈为360度，通过以曲轴转角为基准，设定引燃式发动机的点火时间，压燃式发动机的燃料喷入时间，设定进排气门的开合时间与角度，控制活塞的导向分配。在本发明实施例中，所述内燃机上止点的曲轴转角为0°，图3是本发明实施例提供的一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法的喷油策略示意图，图3的横坐标为曲轴转角的度数，从图3可以看出，所述第一段喷射燃料的时间为曲轴转角为-360°~ -330°的时间段；所述第二段喷射燃料的时间为曲轴转角为-90~ -50°的时间段；所述第三段喷射燃料的时间为曲轴转角为-30°~ -15°的时间段；所述第四段喷射燃料的时间为曲轴转角为-5°~ 10°的时间段。本发明实施例提供的燃烧方法，采用四段式燃料喷射，可以实现缸内高活性和低活性燃料的同时分层，增加了燃烧控制手段的多样性，有利于实现燃烧路径的控制，达到高效清洁燃烧的目标。
本发明实施例提供一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法，其具体实施方式还可以为，在整个燃烧过程中，喷射的所述高活性燃料的总量为第一燃料量，喷射的所述高活性燃料与低活性燃料的总量为第二燃料量，所述第一燃料量占所述第二燃料量的燃料能量比为10%~20%。其中，燃料的能量是指燃料所包含的热值，所能释放的能量大小；第一燃料量占所述第二燃料量的燃料能量比是指，高活性燃料所包含的热值占总的燃料所包含的热值的百分比。
以上对本发明实施例所提供的一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种双燃料-双直喷内燃机的燃烧控制方法，其特征在于，所述内燃机包括活塞、第一喷油器、第二喷油器和电子控制单元，所述第一喷油器喷射低活性燃料，所述第二喷油器喷射高活性燃料，所述电子控制单元控制所述第一喷油器和第二喷油器的开启和关闭；
其中，所述内燃机的燃烧控制方法包括以下步骤：
步骤S1：在进气行程过程中，关闭所述第二喷油器；在进气行程早期，开启所述第一喷油器进行第一段燃料喷射，所述第一段燃料喷射结束后关闭所述第一喷油器；
步骤S2：在压缩行程过程中，关闭所述第一喷油器；在压缩行程中期，开启所述第二喷油器进行第二段燃料喷射，所述第二段燃料喷射结束后关闭所述第二喷油器；在压缩行程后期，开启所述第二喷油器进行第三段燃料喷射，所述第三段燃料喷射结束后关闭所述第二喷油器；
步骤S3：在压缩行程末期或者膨胀行程早期，即活塞达到上止点位置时，关闭所述第二喷油器，开启所述第一喷油器进行第四段燃料喷射，所述第四段燃料喷射结束后关闭所述第一喷油器。
2.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述低活性燃料为汽油、天然气或者醇类燃料。
3.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述高活性燃料为柴油、二甲醚或者生物柴油。
4.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述第一段喷射燃料的时间为曲轴转角为-360° ~ -330°的时间段。
5.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述第二段喷射燃料的时间为曲轴转角为-90° ~ -50°的时间段。
6.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述第三段喷射燃料的时间为曲轴转角为-30° ~ -15°的时间段。
7.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述第四段喷射燃料的时间为曲轴转角为-5° ~ 10°的时间段。
8.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，在整个燃烧过程中，喷射的所述高活性燃料的总量为第一燃料量，喷射的所述高活性燃料与低活性燃料的总量为第二燃料量，所述第一燃料量占所述第二燃料量的燃料能量比为10%~20%。
9.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述第一喷油器喷射汽油类燃料，所述第二喷油器喷射柴油类燃料。
10.根据权利要求1所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述第一喷油器与第二喷油器的喷嘴均在所述内燃机的燃烧室内。
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