CN108026854B - 通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机的燃烧的方法 - Google Patents

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Abstract

通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法；该控制方法提供以下步骤：建立待喷射到汽缸(2)中的燃料量(Q)；在进气冲程和/或压缩冲程期间，至少部分地喷射燃料量(Q)的第一部分(F1)，第一部分由没有主动加热装置的第一供给系统供给，且优选等于燃料量(Q)的至少70％；在压缩冲程的终点处且优选距离上止点(PMS)不超过60°，将燃料量(Q)的第二部分(F2)喷射到汽缸(2)中，第二部分由设有至少一个主动加热装置(12；13)的第二供给系统供给且等于燃料量(Q)的剩余部分；以及在将燃料量(Q)的第二部分(F2)喷射之前，将燃料量(Q)的第二部分(F2)加热到超过100℃的喷射温度(T)。

Description

通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机的燃烧的 方法
技术领域
本发明涉及通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机的燃烧的方法。
背景技术
在未来几年内，与限制机动车辆产生的污染气体的排放有关的国际标准(特别是在美国和欧洲)要求逐渐减少可释放到大气中的排放量(尤其是明显减少NOx和颗粒物)。
压燃式内燃机(按照狄塞尔循环(Diesel cycle，柴油机循环)运行并主要使用柴油作为燃料)具有具体的排放问题。
通过适当的技术升级，压燃式内燃机在未来也能够满足由这些标准确定的排放限制，同时还具有优异的能源效率(在最现代的发动机中超过40％)。通过适当的技术升级，正点火内燃机(按照奥托循环运行并主要使用汽油作为燃料)也能够在未来满足这些标准确定的排放限制；然而，正点火内燃机具有较低的能量效率(在最现代发动机中最多为33％-34％)。特别地，正点火内燃机的能量效率受到以下事实的限制：为了避免过度的爆燃(其在长期中损坏汽缸和活塞)，汽缸中的压缩比不能太高。
提高能量效率将会引起汽车市场越来越多地使用压燃式内燃机；然而，现有炼油厂(将继续运行多年)在炼油过程中将不得不生产一定量的汽油，因此大量(就算不是大多数)汽车发动机必须继续使用汽油作为燃料。因此，正在致力于提高使用汽油作为燃料的正点火式内燃机的能量效率。
过去，为了提高压缩比(从而提高能量效率)，同时防止过度爆燃，已经使用具有添加剂(通常为铅和/或锰)的具有较高辛烷值的汽油；然而，国际标准不再允许使用这些添加剂，因此必须找到其他策略来提高正点火内燃机的能效。
如已知的，燃料由两个指标表征：十六烷值和辛烷值，它们大致成反比。
十六烷值是点火期间燃料行为的指标；换句话说，其表示燃料对自燃的准备度，其中十六烷值越高，准备度就越大；而辛烷值表示燃料的防爆性能。柴油具有高反应性(高十六烷值和低辛烷值)，而汽油具有低反应性(高辛烷值和低十六烷值)。
文献US20140251278公开了向内燃机的汽缸内喷射燃料部分，该燃料部分通过特定的主动(active，有源)加热器来适当加热且随后通过单个喷射器喷射。在US20140251278中，所有部分都被加热到相同的温度且基本上具有相同的反应性。特别地，喷射的混合物必须优选处于超临界状态。主要目的是在超临界状态下提升喷射的均质化。
然而，该方案尤其是对于在压缩冲程终点处内燃机的通常高压环境(超过50巴)中的喷射具有缺点。如果热喷射发生得太早(由此需要降低压缩比并因此降低发动机的效率)，或者需要靠近上止点(top dead centre)来主要喷射热燃料，则使用单个喷射器并且最重要的是单个温度的限制会引起爆燃的风险，这会导致在燃烧的第一阶段期间难以控制燃烧和压力梯度。此外，靠近上止点的大量喷射会引起颗粒排放问题，特别是除非使用非常高的喷射压力(超过1000巴)。
正点火式或压燃式内燃机也已知使用汽油(或低反应性燃料)作为燃料的主要部分且使用柴油(或其他高反应性燃料)作为较小部分；在进气冲程期间，将汽油喷射到汽缸中，而在压缩冲程的终点处且接近活塞的上止点，将少量的柴油或高反应性燃料(即，高十六烷值)喷射到汽缸中。换句话说，该方案提供了分馏喷射，其中在两个不同的时间喷射两种不同的燃料。
例如在文献EP2682588中公开了这种类型的方案。利用该方案，通过将多种不同的燃料喷射到汽缸中，获得了浓度和反应性的分层，允许即使在没有点火火花塞的情况下也能够提升对触发燃烧的控制。该方案允许以非常高的压缩比(这是压燃式内燃机的特点)运行，同时使用主要量的汽油作为燃料，并且在具有高十六烷值的部分喷射之前不会引起过度爆燃。但是，另一方面，这种方案的生产成本非常高，而且生产复杂，需要双重燃料供应系统：事实上，汽油需要第一供应系统(喷射器、泵和油箱)，柴油(或其他高反应性燃料)需要第二供应系统(喷射器、泵和油箱)。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机的燃烧的方法，该方法不存在现有技术的问题，并且还可以容易且成本低廉地生产。
附图说明
以下将参考示出实施例的非限制性示例的附图来描述本发明，附图中：
图1至图4是根据形成本发明主题的控制燃烧的方法来操作的内燃机的不同实施例的示意图；以及
图5是图1至图4的内燃机的喷射器的示意性局部剖视图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1总体上表示内燃机，所述内燃机使用汽油作为燃料且设有至少具有进气冲程和压缩冲程的循环。
在下文的描述中，在不失一般性的情况下，将具体援引内燃机1是四冲程内燃机1的情况，然而该控制燃烧的方法当然也适用于二冲程内燃机1。
在优选实施例中，内燃机1是增压式内燃机1，然而也可以是自然吸气式内燃机1。
而且，内燃机1可以在内燃机1的进气冲程中设置有废气再循环系统EGR，下文将更好地描述。
如图1至图4所示，内燃机1是设有多个汽缸2(图1中仅示出其中的一个)的四冲程内燃机1，每个汽缸通过至少一个进入阀4连接到进入歧管3并通过至少一个排出阀6连接到排出歧管5。
如已知的，燃料由两个指标表征：十六烷值和辛烷值，这二者可以认为是大致成反比。十六烷值是燃料的点火期间的行为指标；换句话说，其表示燃料对自燃的准备度，其中十六烷值越高，准备度就越高；十六烷值是通过检测喷射和点火之间的延迟来实验地计算的，将十六烷(C16H34)赋值为100，将甲基萘(methylnaphathene)赋值为0(或将异十六烷赋值为15)。与十六烷值类似的是十六烷指数，其是考虑燃料的密度和挥发性来计算的，其大致接近十六烷值。辛烷值表示燃料的防爆性，即表示对自燃的抗性。柴油具有高反应性(高十六烷值和低辛烷值)，而汽油具有低反应性(高辛烷值和低十六烷值)。
每个汽缸2的内部设有活塞7，活塞适于在汽缸2的内部在上止点TDC和下止点BDC之间以往复运动的方式滑动。上止点TDC位于汽缸2的头部(head，盖)的供活塞7在其内部上滑动的区域中，特别地，位于最靠近头部的点(point，位置)中或具有由活塞7的冠端与内燃机1的汽缸头部(cylinder head，汽缸盖)之间产生的燃烧室C的最小容积。而下止点TDC位于距离内燃机1的缸体(block)最小距离处，即对应于活塞7的最大冲程的位置。
在图1所示的优选实施例中，内燃机1是四冲程内燃机1，在内燃机1的内部，活塞7在汽缸2的内部以往复运动的方式滑动以执行一系列燃烧循环，每个燃烧循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
内燃机1设有电子控制单元ECU、爆燃检测系统、压力检测系统、燃料喷射器8、燃料喷射器9和/或燃料喷射器11。燃料喷射器8和燃料喷射器11(如果存在的话)适于将汽油直接喷射到汽缸2中；而燃料喷射器9(如果存在的话)适于将汽油喷射到汽缸2的外部，即，喷射到进入管10中，这将在下文更好地说明。
电子控制单元ECU适于在待喷射的燃料量Q、分馏度(degree of fractionation)和喷射时间方面来控制燃料喷射。对于每个燃烧循环，电子控制单元ECU(以已知的方式)建立在燃烧循环期间待喷射的燃料(即汽油)的量Q及其分馏。具体地，如下文将更好描述的，燃料量Q被分成燃料量Q的部分F1和燃料量Q的部分F2，这两个部分彼此互补(即，两个部分F1和F2的总和等于燃料量Q)。
爆燃检测系统实时获取有关爆燃的数据。特别地，来自特定传感器(例如燃烧室C中的压力传感器或设置在内燃机1的汽缸头部区域中的加速度计)的数据将被处理，以便修改喷射参数。
在其检测到爆燃(早期的或显著的)的情况下，则电子控制单元ECU将按照优先顺序校正燃料量Q的部分F2的喷射阶段以防止爆燃。通常，会存在喷射时间的变化以及待喷射的燃料量Q的部分F2的变化。可选地，电子控制单元ECU还可以校正燃料量Q的部分F1的喷射阶段。
当不再检测到爆燃时，喷射将恢复到图谱值(map value，映射值)。该系统可以防止与重度爆燃(可能是由于局部过热而引起)相关的故障，或者产生图谱偏移来防止与轻微但连续的爆燃现象(例如由于具有不同特性的汽油)相关的损坏。
压力检测系统适于采集和控制燃烧过程中的压力梯度，以防止噪声和部件的机械损伤；藉由电子控制单元ECU通过调节喷射参数将压力梯度保持在规定值内。
燃料喷射器8适于喷射燃料(即汽油)，该燃料随后将在活塞7的冠端与内燃机1的汽缸头部之间产生的燃烧室C中直接燃烧。喷射分馏为由燃料喷射器8和由燃料喷射器9和/或由燃料喷射器11执行的两个分开的喷射，下文将更好地解释。具体地，如上所述，燃料量Q被分为燃料量Q的部分F1和燃料量Q的部分F2，这两个部分彼此互补(即，这两个部分F1和F2的总和等于燃料量Q)。
在进气冲程和/或压缩冲程期间至少部分地执行燃料量Q的部分F1的第一喷射。特别地，在压缩冲程开始期间，也可以部分地执行燃料量Q的部分F1的第一喷射。而在压缩冲程终点处(距上止点TDC不超过60°)执行燃料剩余量Q的部分F2的第二喷射。在进气冲程期间完全进行燃料量Q的部分F1的第一喷射，或者在进气冲程期间部分执行燃料量Q的部分F1的第一喷射且在压缩冲程开始期间(表示位于距下止点BDC的60°至100°，即距上止点TDC不超过60°)执行剩余部分的第一喷射。而在压缩冲程终点处且距离上止点TDC不超过60°，执行燃料量Q的部分F2(与部分F1互补以获得燃料量Q)的第二喷射。
换句话说，最初(即，在进气冲程期间和/或在压缩冲程开始期间)，喷射燃料量Q的部分F1，该部分F1等于燃料量Q的至少60％，优选在燃料量Q的70％至90％的范围内；而在朝向压缩冲程的终点，即略微在上止点TDC之前(距离上止点TDC不超过60°)，将燃料量Q的剩余部分F2直接喷射到汽缸2中，该剩余部分F2至多为燃料量Q的30％。
燃料量Q的部分F1的喷射可以通过燃料喷射器9和/或燃料喷射器11的单个开口进行，或者通过燃料喷射器9和/或燃料喷射器11的多个连续开口进行；即，燃料量Q的部分F1的喷射可以被分成在连续的时间点发生的几个部分。燃料量Q的部分F2的喷射可以通过燃料喷射器8的单个开口或者通过燃料喷射器8的多个连续的开口来进行；即，燃料量Q的部分F2的喷射可以被分成在连续的时间点发生的几个部分。
有利地，在两个不同的温度下喷射燃料量Q的两个部分F1和F2。
特别地，由不具有主动加热装置的供给系统来供给燃料量Q的部分F1(下文将更好地解释)。以这种方式，燃料量Q的部分F1的温度低于喷射温度T。
而由设置有主动加热装置的供给系统来供给燃料量Q的部分F2，这将在下面更好地解释。燃料量Q的部分F2的供给系统与燃料量Q的部分F1的供给系统是分开的且独立的。由于燃料量Q的部分F2被加热，因此其以喷射温度T被喷射。喷射温度T超过100℃，优选在100℃至420℃的范围内。
电子控制单元ECU(通常通过由实验确定的适当图谱)建立作为装载状态的函数的待喷射到汽缸2中的燃料量Q的分馏，并且还(通常通过由实验确定的适当图谱)建立燃料量Q的部分F2的喷射温度T(即，燃料量Q的部分F2的燃料在被喷射之前被加热到的喷射温度T)。特别地，电子控制单元ECU精确地建立燃料量Q的部分F1、F2的值和执行喷射的相关时间点以及燃料量Q的部分F2在被喷射之前被加热到的喷射温度T。
特别地，燃料量Q的部分F1、F2的值和执行喷射的相关时间点被建立为不同变量(例如内燃机1的每分钟转速、装载状态和喷射温度T)的函数。
燃料量Q的部分F1在没有任何加热的情况下被喷射(即，被喷射到燃料量Q的部分F1中的燃料不必具有特定的温度)。然而，由于燃料量Q的部分F1在喷射前经受的压缩，发生对喷射温度T的非主动加热。实际上，如从热力学得知的，由于摩擦功和在压缩期间改变流体的体积所需的做功，受压缩的流体被加热。换句话说，燃料量Q的部分F1的加热不是借助主动加热装置产生的。对于汽油，燃料量Q的部分F1的温度通常低于100℃。
而燃料量Q的部分F2必须预先被加热到喷射温度T然后再喷射，喷射温度T通常在100℃到420℃之间。该喷射温度T范围包括所有可能使用的燃料，而对于单独的汽油来说喷射温度T通常在100℃至350℃范围内(上限可能略高，但仍低于420℃)。在任何情况下，喷射温度T的精确值由电子控制单元ECU作为所使用的燃料的函数(主要)以及作为工作条件(例如发动机的操作点、内燃机1的冷却液的温度、装载率、在内燃机1具有废气再循环系统EGR的情况下的废气再循环的比例、在内燃机1增压的情况下的增压度等)的函数两者来确定。
燃料量Q的部分F2的加热引起其反应性增加，即燃料的十六烷值增加。实际上，室温下的汽油(其为内燃机1的燃料)的十六烷值低于30，而通过对汽油(其为内燃机1的燃料)加热，燃料量Q的部分F2具有与柴油的通常数值相当的反应性。换句话说，通过提高燃料量Q的部分F2的温度(即加热)，可以增加燃料量Q的部分F2的反应性。除了增加反应性外，加热燃料量Q的部分F2的另一效果是燃料量Q的部分F2的扩散率的变化；换句话说，喷射温度T在与空气混合中也具有重要效果，该重要效果在质量上类似于喷射压力的效果。对于给定的某一喷射温度T，喷射压力用于达到喷射的渗透和形状所需的空气-燃料混合。
从内燃机1的管理和控制的观点来看，燃料量Q的喷射分为燃料量Q的部分F1的第一喷射和燃料量Q的部分F2的第二喷射，意味着燃料量Q的部分F1(等于至少70％)在燃烧室C内部产生贫燃料的(即，具有少量燃料，因此基本没有爆燃倾向)且基本均匀的混合物。这样，燃料量Q的部分F2的喷射在燃烧室C内部产生燃料浓度的和反应性的分层。
燃料量Q的部分F1的喷射与进入空气以及任何废气循环一同产生贫燃料混合物(即，具有少量燃料)，并且可以防止爆燃的问题，即，在压缩期间防止燃料的自燃问题，即使压缩比率较高(例如范围从15到20)。换句话说，即使内燃机1的压缩比率较高(例如范围从15到20)，由于混合物是非常贫燃料的，其不会具有自燃的局部条件(浓度、温度和压力)且因而触发爆燃。
而且，由于加热的燃料量Q的部分F2的喷射发生在压缩冲程的终点处，特别是距离上止点TDC不超过60°，所以可以在没有高喷射压力(喷射压力通常低于500巴)的协助下进行喷射。除此之外，燃料量Q的部分F2被加热到喷射温度T(范围从100℃到420℃)，并在距上止点TDC的短距离处喷射；这样，燃料量Q的部分F2处于自燃的状态，换言之，燃料的点火延迟就会减少。因此，在应用上述控制方法的内燃机1中，火花塞(其通过电极激活燃烧)的辅助是可选的，因为预加热到喷射温度T的燃料量Q的部分F2具有高反应性(高十六烷值)并且因此能够自燃，确定了存在于燃烧室C中的所有燃料的连续燃烧(即，确定扩散的火焰触发，这也形成了燃料量Q的部分F1的自燃条件)。内燃机1因此也能够在没有点火火花塞的情况下运行，但是也可提供点火火花塞以用在特定条件下，例如当内燃机1(非常)冷和/或以最小每分钟转速运行时和/或可选地增加低装载瞬态下的燃烧稳定性。
根据不是本发明主题的实施例，燃料量Q的部分F1和F2的喷射都由相对于燃烧室C居中布置的燃料喷射器8执行。这样，燃料量Q的部分F1和F2(在由ECU控制单元建立的不同时间点)通过相同的燃料喷射器8直接喷射到燃烧室C中。换句话说，燃料量Q的两个部分F1和F2通过单个燃料喷射器8直接喷射到燃烧室C中，该单个燃料喷射器通向汽缸2中并且加热燃料量Q的部分F1和F2以及在两个不同时间点喷射它们。燃料量Q的部分F1的喷射可以在内燃机1的进气冲程期间至少部分地发生，而燃料量Q的部分F2的喷射在距离内燃机1的压缩冲程的终点短距离处发生。该方案还使得能够在燃料量Q的部分F1与F2之间产生浓度和反应性的一定分层。
根据图1所示的实施例，由两个不同的燃料喷射器8和9执行燃料量Q的部分F1和F2的喷射。特别地，燃料量Q的部分F1(燃料量Q的至少70％，优选为燃料量Q的70％至90％)的喷射由设置在进入阀4上游的燃料喷射器9执行。换句话说，燃料喷射器9设置在进入管10处。而燃料量Q的部分F2的喷射通过相对于燃烧室C居中设置并通向该燃烧室的燃料喷射器8进行。换言之，燃料量Q的两个部分F1和F2被喷射到内燃机1中的两个不同位置。燃料量Q的部分F1由燃料喷射器9喷射到进入管10中以便与空气形成混合物，而燃料量Q的部分F2由相对于燃烧室C居中设置的燃料喷射器8直接喷射到燃烧室C中。以这种方式，获得内燃机1的燃烧室C中所容纳的填充物的浓度和反应性的分层。关于喷射压力，燃料喷射器8以相对于燃料喷射器9的喷射压力高得多(通常至少高5倍)的压力喷射燃料。例如，燃料喷射器8的喷射压力可以在200至500巴的范围内，燃料喷射器9的喷射压力可以在10至50巴的范围内。
根据其它实施例，如图2和3所示，燃料量Q的部分F1通过燃料喷射器11至少部分地直接喷射到汽缸2中。换句话说，燃料喷射器11直接通向汽缸2，从而至少部分地喷射燃料量Q的部分F1。因此，燃料量Q的两个部分F1和F2分别由两个不同的燃料喷射器8和11分开喷射，这两个燃料喷射器都执行直接喷射到汽缸2中。
根据另一个实施例，除了喷射器8和11之外，还可以提供执行间接燃料喷射的喷射器9(在图2中用虚线表示)。在这种情况下，燃料量Q的部分F1的初始部分的喷射由设置在进入阀4的上游的燃料喷射器9在进气冲程期间执行。随后，在压缩冲程期间，燃料量Q的部分F2通过燃料喷射器8喷射。燃料量Q的部分F1的剩余部分可以通过喷射器11主要在压缩冲程期间且燃料量Q的部分F2喷射之前喷射。替代性地，燃料量Q的部分F1的剩余部分可以主要在燃料量Q的部分F2喷射之前喷射，且部分地在燃料量Q的部分F2喷射之后喷射。以这种方式，获得内燃机1的燃烧室C中所容纳的填充物在浓度和反应性方面的分层。
我们必须强调，如果在压缩冲程的起点处喷射燃料量Q的初始部分，那么燃料量Q的该部分将由直接通向汽缸2的燃料喷射器11强制喷射，而非由燃料喷射器9喷射。
根据图2和图3所示的内容，燃料喷射器11可以设置在相对于汽缸2的不同位置。特别地，如图2所示，燃料喷射器11可以设置在燃料喷射器8旁边。换句话说，燃料喷射器8和燃料喷射器11彼此相邻设置，并且两者都通向汽缸2的冠端。也就是说，燃料喷射器8和燃料喷射器11居中地喷射到燃烧室C中。
替代性地，如图3所示，燃料喷射器11可通向汽缸2的侧壁。换句话说，燃料喷射器11可侧向喷射到燃烧室C中。也就是说，燃料喷射器11以横向位置通向燃烧室C。特别地，可以在内燃机1的排出侧和进入侧都喷射。
根据以上描述，只有燃料量Q的部分F2必须在喷射之前被主动加热装置12加热到喷射温度T。换句话说，燃料量Q的部分F2必须被加热到喷射温度T，从而增加其反应性。而燃料量Q的部分F1不被加热装置12加热。
根据一个可行的实施例，燃料量Q的部分F2可以由与燃料喷射器8连接的加热装置12加热，如图5所示，并且下文将更好地描述。
如果如图1所示，由喷射器8和9来执行燃料量Q的部分F1和F2的喷射，则只有燃料喷射器8设有加热装置12。而执行燃料量Q的部分F1的间接喷射的燃料喷射器9不具有燃料加热装置12。
根据不是本发明主题的不同实施例，除了燃料喷射器8之外，燃料喷射器11也可以选择性地设有加热装置12。有利地，根据该实施例，喷射器8和喷射器11是相同类型的，以便减少备件的成本和数量。而如果设置执行燃料量Q的部分F1的间接喷射的燃料喷射器9的话，则该燃料喷射器9不具有燃料加热装置12。
在喷射的燃料量Q的部分F1要被加热的情况下，燃料喷射器11将燃料量Q的相应部分F1加热到比燃料量Q的部分F2的喷射温度T低的温度。因此，以这种方式能够获得填充物的浓度和反应性的改进分层。
根据以上描述，在正常情况下，燃料喷射器11将不喷射预热的燃料，其主要作用是使浓度分层，确保燃烧室C中容纳的燃料填充物的逐步自燃。
根据不是本发明主题的实施例，只存在燃料喷射器8，由于高的热惯性，燃料喷射器8会正常地加热燃料量Q的部分F1和F2，因为其不能仅加热燃料量Q的部分F2(即，其不能不同时加热燃料量Q的部分F1)。选择性地，燃料喷射器8能够将燃料量Q的部分F1加热到比燃料量Q的部分F2的加热稍微小一些的程度。
根据不同的实施例，燃料量Q的部分F2可以通过设置在燃料喷射器8的上游且高压供给泵14A的下游的主动加热装置13加热，该高压供给泵进而设置在从罐S抽取燃料的低压供给泵14B的下游。
根据图4所示的实施例，内燃机1包括共用轨道15，其接收来自高压供给泵14A的加压燃料并将加压燃料供给到喷射器8。在该实施例中，加热装置13被布置在共用轨道15的上游，使得在共用轨道15中，燃料已经具有期望的喷射温度T。被加热的燃料(即处于期望的喷射温度T)从共用轨道15被供给到喷射器8，该喷射器8将燃料量Q的部分F2喷射到汽缸2中。
而且，在该实施例中，内燃机1包括另一个共用轨道16，燃料在该另一个共用轨道中处于室温(即，不被主动加热装置加热)。如果如图4所示的共用轨道16必须对执行间接喷射的喷射器9进行加热，则该共用轨道16内的燃料的压力低。在这种情况下，共用轨道16接收高压供给泵14A的上游和来自低压泵14B的下游的燃料。而根据不同的实施例(未示出)，如果共用轨道16必须对执行直接喷射的喷射器11进行供给，则该共用轨道16内的燃料的压力较高。在这种情况下，共用轨道16接收高压泵14A的下游和加热装置13的上游的燃料。
根据图4中示出的内容，内燃机1还设有废气再循环系统EGR。在这种情况下，内燃机1将在全局贫燃料燃烧的情况下运行，并且过量的空气将由冷却的废气部分地替换。因此，系统EGR将有一个专用的冷却器。废气再循环系统EGR包括EGR管和EGR阀。通过与流过废气再循环EGR管的废气进行热交换，可以加热从罐S中抽取的燃料。燃料量Q的部分F1通过沿着供给管路设置的共用轨道16被供给到喷射器9，而不经受任何类型的加热。而燃料量Q的部分F2被加热装置13加热，且随后被供给到共用轨道15，并且最终通过喷射器8在压力下被喷射到汽缸2中。特别地，加热装置设有热交换器13A和电加热器13B。热交换器13A使用流过EGR管的废气的一部分热量，用其对燃料量Q的部分F2进行加热。而电加热器13B(其可以例如是感应加热器)构造为对燃料量Q的部分F2执行补充加热。换句话说，电加热器13B构造为在不存在热交换器13A或热交换器没有对燃料量Q的部分F2充分地加热的情况下对燃料量Q的部分F2进行补偿加热。因此，当在热交换器13A内与废气的热交换不足以将燃料量Q的部分F2加热到喷射温度T的情况下，电加热器13B被启动并且将加热燃料量Q的部分F2，以使其达到预定的喷射温度T。
图5示出了燃料喷射器8。该燃料喷射器8设有对称轴线X并且包括容纳致动器18和喷雾端20的主体17，致动器18移动柱塞19，喷雾端20容纳柱塞19的端部。燃料喷射器8还包括由柱塞19和加热装置12的移动来控制的喷射阀21。特别地，加热装置12设置在燃料喷射器8的喷雾端20的区域中，并且适于加热待喷射的燃料。
根据可行的实施例，加热装置12加热燃料喷射器8的喷雾端20，喷雾端20又通过传导加热流经喷雾端20的燃料。在这种情况下，加热装置12可以包括热敏电阻，热敏电阻由于燃料喷射器8的喷雾端20附近的焦耳效应而产生热量；替代性地，加热装置12可以包括通过感应来加热燃料喷射器8的喷雾端20的感应器。在该实施例中，加热装置12强制性地加热流经燃料喷射器8的所有燃料，因为热惯性不允许仅加热流经燃料喷射器8的燃料的一部分。
根据不同的实施例，燃料喷射器8的加热装置12产生电磁波，该电磁波与流经燃料喷射器8的喷雾端20的燃料相互作用以(直接)加热燃料。特别地，加热装置12可以包括电磁感应加热器(其产生随时间变化并且以电磁波形式传播的电磁场)，或者加热装置12可以包括微波加热器，微波加热器产生对燃料进行加热的电磁波。在该实施例中，加热装置12可以仅加热流过燃料喷射器8的燃料的一部分，或者可以仅加热燃料量Q的部分F2，由于直接加热燃料，其可以非常迅速地接通或关断。
在图5中，加热装置12被示出为从外部应用到燃料喷射器8的喷雾端20；然而，加热装置12也可以整合(嵌入)在燃料喷射器8的喷雾端20中。
根据不同的实施例(未示出)，加热装置12设置在燃料喷射器8附近。换句话说，在该实施例中，加热装置12不是从外部应用到燃料喷射器8的喷雾端20，而是设置在燃料喷射器8附近。这种方案将允许加热装置12被共享给内燃机1的同一个汽缸头部的多个燃料喷射器8。
如果由燃料喷射器8和9执行燃料量Q的部分F1和F2的喷射，则仅燃料喷射器8设置有加热装置12，以便将燃料量Q的部分F2加热到喷射温度T。
类似地，如果由喷射器8和11执行待喷射的燃料量Q的部分F1和F2的喷射，则仅燃料喷射器8设置有加热装置12，以便将燃料量Q的部分F2加热到喷射温度T。
上述通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机1的燃烧的方法具有多个优点。特别是，其允许在以汽油提供动力的内燃机中使用高压缩比，而不会出现不希望的爆燃现象；这使得内燃机1的效率提高(超过45％)。
而且，由上述内燃机1产生的污染气体的排放也大大减少。颗粒物排放的减少是由于混合物的较低分层程度(由于随后喷射的燃料量Q的部分F2)。而由于燃烧温度低(由于初始喷射的燃料量Q的部分F1的均匀性)实现了NOx排放的减少。事实上，低温燃烧减少了传递至燃烧室C的壁的热，因此具有较高的热效率。空气燃料混合物的平均比例将远高于化学计量比。贫燃料混合物(即具有少量燃料)确保在燃烧期间燃烧室C中的较低最大温度值，导致减少NOx的形成。如果需要，这可以避免废气的后处理。
就反应性而言，汽缸2中的燃料的分层引起可接受的压力梯度。因此，喷射燃料的高反应性和燃料量Q的部分F2的高喷射温度T，允许明确确定填充物的自燃延迟。反应性是内燃机1的每分钟转速和装载状态的函数。因此，与现有技术内燃机(其中均匀填充)相比装载的分层具有多种优点。
在内燃机1设有废气再循环系统EGR的情况下，为了实现NOx排放的减少，可行的是将进入空气与废气(如有必要该废气被冷却)预先混合，其目的是降低部分装载和完全装载状态下的燃烧温度。
在内燃机1被增压的情况下，该进气可以在进气增压装置(在涡轮的上游吸入高压)中或在压缩机(在涡轮下游吸入低压)之前进行。
不应低估能够使用具有低辛烷值和有限量添加剂(或不含添加剂)的低质量汽油的优点。
另一个优点在于，与压燃式内燃机(即GCI发动机)不同，也可以使用具有高辛烷值的商用汽油执行所提出的控制方法。因此，没有必要使用目前市场上不可获得的低辛烷值(例如具有为70的数值)的特殊燃料，这些燃料对于也使用超过1000巴的喷射压力的压燃式内燃机(即GCI发动机)是必需的。
通过本发明的分馏喷射，使用单一燃料(即汽油)并且因此使用单个燃料供给系统。
最后，汽缸2中的燃料(该燃料由燃料喷射器8供给)的供给压力相对较低(低于500巴)。
上述内燃机1使用汽油作为燃料；当然，上述的内燃机1也可以使用与汽油类似的另一类型的燃料(即，在室温下具有低十六烷值)代替汽油。例如，使用高喷射温度T的结果是简化了用于压燃发动机的汽油中的生物组分的使用，因为生物组分倾向于增加辛烷值并因此增加对自燃的抗性。
将单一类型的燃料用于两种喷射简化了内燃机1的布局，而无需具有单独的箱体、单独的泵等冗余。此外，还可以使用低压喷射系统(通常低于500巴)。
有利地，改变反应性的可能性允许与具有均匀喷射(即，没有分层)的现有技术内燃机相比简化了燃烧的控制，在类似的热效率方面提供优势。因此，反应性分层降低了自燃条件下的压力梯度，并因此允许在燃烧室C逐渐包含填充物的不同部分。
通过喷射温度以反应性控制来控制压缩喷射式内燃机1的燃烧的方法也提升了低温燃烧控制。因此，可以显著减少废气排放，从而显著减少(甚至消除)废气后处理系统。

Claims (17)

1.一种通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法；所述内燃机(1)设有至少一个活塞(7)，所述活塞在汽缸(2)的内侧上以往复运动的方式滑动，从而执行一系列的燃烧循环，每个燃烧循环至少包括进气冲程和压缩冲程；控制的方法包括以下步骤：
为每个燃烧循环建立待喷射到所述汽缸(2)中的燃料量(Q)；以及
在所述进气冲程和/或所述压缩冲程期间，至少部分地喷射所述燃料量(Q)的第一部分(F1)；
在所述压缩冲程的终点处，将所述燃料量(Q)的第二部分(F2)喷射到所述汽缸(2)中，所述第二部分等于所述燃料量(Q)的剩余部分；以及
在喷射所述燃料量(Q)的所述第二部分(F2)之前，将所述燃料量(Q)的所述第二部分(F2)加热到喷射温度(T)，所述喷射温度超过100℃；
所述控制的方法的特征在于：
通过第一燃料喷射器(9；11)喷射所述第一部分(F1)，所述第一燃料喷射器从没有主动加热装置的第一供给系统接收所述燃料，使得所述燃料量(Q)的所述第一部分(F1)具有低于所述喷射温度(T)的温度；以及
通过第二燃料喷射器(8)喷射所述燃料量(Q)的所述第二部分(F2)，所述第二燃料喷射器(8)与所述第一燃料喷射器(9；11)不同且独立，所述第二部分被直接喷射到所述汽缸(2)中，并且从与所述第一供给系统分开且独立的第二供给系统接收所述燃料，其中所述第二供给系统设有至少一个主动加热装置(12；13)，所述主动加热装置被操作以使所述燃料具有所述喷射温度(T)。
2.根据权利要求1所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，所述第一燃料喷射器(9)在所述汽缸(2)的外部喷射到所述汽缸的进入管(10)中。
3.根据权利要求1所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，所述第一燃料喷射器(11)直接喷射到所述汽缸(2)中。
4.根据权利要求3所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，所述第二燃料喷射器(8)和所述第一燃料喷射器(11)均通向所述汽缸(2)的顶端以居中地喷射到燃烧室(C)中；
并且所述第二燃料喷射器(8)和所述第一燃料喷射器(11)两者彼此相邻设置。
5.根据权利要求3所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，所述第一燃料喷射器(11)通向所述汽缸(2)的侧壁以便以横向位置通向燃烧室(C)。
6.根据权利要求1所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，所述加热装置(12)联接至所述第二燃料喷射器(8)。
7.根据权利要求1所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，所述加热装置(13)设置在供给泵(14)的下游且在所述第二燃料喷射器(8)的上游。
8.根据权利要求7所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，
所述内燃机(1)包括设有废气再循环管的废气再循环系统(EGR)；且所述加热装置(13)设有热交换器(13A)和电加热器(13B)，所述热交换器使用来自流过所述废气再循环管的废气的热量的一部分来加热所述燃料量(Q)的所述第二部分(F2)。
9.根据权利要求7所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，设有共用轨道(15)，所述共用轨道(15)将燃料在压力下供给到所述第二燃料喷射器(8)，且所述加热装置(13)设置在所述共用轨道(15)的上游。
10.根据权利要求6所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，
所述第二燃料喷射器(8)包括容纳致动器(18)和喷雾端(20)的主体(17)，所述致动器(18)用于移动柱塞(19)，所述喷雾端(20)容纳所述柱塞(19)的端部，所述第二燃料喷射器还包括由所述柱塞(19)的运动控制的喷射阀(21)；
所述加热装置(12)设置在所述第二燃料喷射器(8)的所述喷雾端(20)的区域内；并且
所述加热装置(12)加热所述第二燃料喷射器(8)的所述喷雾端(20)，所述喷雾端进而通过传导来加热流过所述喷雾端(20)的燃料。
11.根据权利要求6所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，
所述第二燃料喷射器(8)包括容纳致动器(18)和喷雾端(20)的主体(17)，所述致动器(18)用于移动柱塞(19)，所述喷雾端(20)容纳所述柱塞(19)的端部，所述第二燃料喷射器还包括由所述柱塞(19)的运动控制的喷射阀(21)；
所述加热装置(12)设置在所述第二燃料喷射器(8)的所述喷雾端(20)的区域内；并且
所述加热装置(12)产生电磁波，所述电磁波与流过所述第二燃料喷射器(8)的所述喷雾端(20)的燃料相互作用，以加热所述燃料。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，在所述压缩冲程的终点处且距离上止点(TDC)不超过60°，将所述燃料量(Q)的所述第二部分(F2)喷射到所述汽缸(2)中。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，在所述进气冲程期间，部分地喷射所述燃料量(Q)的所述第一部分(F1)，并且在所述压缩冲程期间喷射剩余部分。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，所述内燃机(1)未设置火花塞，且在所述压缩冲程的终点处所述燃料在所述汽缸(2)的内部自发地自燃。
15.根据权利要求1至11中任一项所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，作为装载状态的函数建立待喷射到所述汽缸(2)中的燃料量(Q)的分馏。
16.根据权利要求1至11中任一项所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，所述燃料量(Q)的部分(F1、F2)的值和执行喷射的相关时间点被建立为所述内燃机(1)的每分钟转速、装载状态和喷射温度(T)的函数。
17.根据权利要求1至11中任一项所述的通过喷射温度以反应性控制来控制压燃式内燃机(1)的燃烧的方法，其中，作为所使用的燃料的函数以及作为工作条件的函数两者建立所述喷射温度(T)的值。
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