CN110469411A - 一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法，所述内燃机包括进气门、排气门和电磁全可变气门装置，每个进气门和排气门上分别设置有一个用于控制其开启升程大小和开启相位角的电磁全可变气门装置，电磁全可变气门装置在排气冲程阶段驱动排气门开启，使得废气开始排出气缸外，在排气冲程中间某时刻，驱动进气门打开，使得部分废气回流至进气歧管内，电磁全可变气门装置控制进气门开启的升程随着发动机负荷的增高而降低。本发明可以实现在高负荷时采用小EGR率以减小均质压燃过程中的剧烈燃烧或爆震，在低负荷时采用较大的EGR率以减小均质压燃过程中的不完全燃烧或失火，从而实现均质压燃在更大的运行范围内的运行。

Description

一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，特别是一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法。
背景技术
随着环境污染形式越发严峻，车用内燃机的排放法规也越来越严格，其中降低内燃机的氮氧化物排放是降低内燃机有害排放物的重点之一。应用于汽油机上的均质压燃技术(Homogeneous Charge Compression Ignition)通过将缸内燃烧废气重新引入或保留一部分在气缸内，使得混合气的总体温度上升，从而在压缩上止点能够达到汽油的自燃温度，实现汽油机的均质压燃。同时混合工质燃烧时会与废气一起进行燃烧做功，燃烧废气中由于存在大量的二氧化碳，会在参与燃烧时降低燃烧温度，从而实现了混合气的低温燃烧和快速放热，因此降低了缸内氮氧化物的排放，提高了燃油经济性。
但是相对于电火花点火发动机来说，均质压燃的可运行范围较为狭窄，主要表现在：高负荷下压燃会导致燃料燃烧速度过快，从而导致发动机爆震或剧烈燃烧，而低负荷下燃料较为稀少，因此导致燃料燃烧速度偏慢，从而导致不完全燃烧或失火的发生。
发明内容
本发提供了一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法。
为了达到上面概述的目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法，所述内燃机包括进气门、排气门和电磁全可变气门装置，每个进气门和排气门上分别相应设置有一个用于控制其开启升程大小和开启相位角的电磁全可变气门装置，所述电磁全可变气门装置在排气冲程阶段驱动排气门开启，使得废气开始排出气缸外，在排气冲程过程中某时刻，电磁全可变气门装置驱动进气门打开，使得部分废气回流至进气歧管内，所述电磁全可变气门装置控制进气门开启的升程随着发动机负荷的增高而降低。
进一步地，所述电磁全可变气门装置包括内磁轭，电磁线圈，永磁体，外磁轭，线圈骨架，所述电磁线圈沿周向缠绕于线圈骨架上，所述线圈骨架为封底的筒形体，所述筒形体底部位于外磁轭的底部外侧、顶部伸入外磁轭内，所述线圈骨架能够沿外磁轭轴向运动，所述内磁轭设置于外磁轭内并位于所述筒形体的内部，所述永磁体位于所述线圈骨架与外磁轭之间。
进一步地，所述电磁全可变气门装置还包括气门，所述气门顶端与所述线圈骨架的底部固定连接。
进一步地，所述电磁全可变气门装置还包括气门弹簧，所述气门弹簧套设于气门的外部，所述气门弹簧顶部抵靠于所述线圈骨架的底端面、底部抵靠于气缸盖上部内。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
通过电磁全可变气门装置实现发动机进气门开启时间和开启升程的柔性可调，因此可以实现控制发动机进气门在不同负荷时的开度大小，实现发动机在不同负荷时的EGR率可调，从而实现在高负荷时采用小EGR率以减小均质压燃过程中的剧烈燃烧或爆震，在低负荷时采用较大的EGR率以减小均质压燃过程中的不完全燃烧或失火，从而实现均质压燃在发动机更大的运行范围内的运行，从而在更大的范围内降低了发动机的有害物排放和燃油消耗率。
下面将对上面所描述的目的、特征和优点及本发明的工作原理参照附图进行详细的说明和解释。
附图说明
图1是安装有电磁全可变气门装置的多缸汽油机示意图。
图2是电磁全可变气门装置的结构示意图。
图中，1为进气门，2为电磁全可变气门装置，3为排气门，4为发动机活塞，5为曲柄，6为内磁轭，7为电磁线圈，8为永磁体，9为外磁轭，10为线圈骨架，11为气门弹簧，12为气门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种应用电磁全可变气门的汽油机均质压燃方法，结合图1，所述内燃机包括进气门1、排气门3和电磁全可变气门装置2，每个进气门1和排气门3上分别相应设置有一个用于控制其开启升程大小和开启相位角的电磁全可变气门装置2，所述电磁全可变气门装置2在排气冲程阶段驱动排气门3开启，使得废气开始排出气缸外，在排气冲程中间某时刻，电磁全可变气门装置2驱动进气门1打开，使得部分废气回流至进气歧管内，所述电磁全可变气门装置2控制进气门1开启的升程随着发动机负荷的增高而降低。
结合图2，所述电磁全可变气门装置2包括内磁轭6，电磁线圈7，永磁体8，外磁轭9，线圈骨架10，所述电磁线圈7沿周向缠绕于线圈骨架10上，所述线圈骨架10为封底的筒形体，所述筒形体底部位于外磁轭9的底部外侧、顶部伸入外磁轭9内，所述线圈骨架10能够沿外磁轭9轴向运动，所述内磁轭6设置于外磁轭9内并位于所述筒形体的内部，所述永磁体8位于所述线圈骨架10与外磁轭9之间，图中永磁体8上的箭头表示磁化方向。
进一步地，所述电磁全可变气门装置2还包括气门12，所述气门12顶端与所述线圈骨架10的底部固定连接。
进一步地，所述电磁全可变气门装置2还包括气门弹簧11，所述气门弹簧11套设于气门12的外部，所述气门弹簧11顶部抵靠于所述线圈骨架10的底端面、底部抵靠于气缸盖上部内，气门12通过电磁全可变气门装置2直接驱动实现开启和关闭，电磁全可变气门装置2和气门12连接后直接安装在气缸盖上，发动机活塞4通过曲柄机构5驱动上下运动。
电磁线圈7处于永磁体8产生的永磁场中，当电磁线圈7中通以电流时，线圈骨架10和电磁线圈7会同时受到沿轴向方向的洛伦兹力，该力的大小和方向取决于电磁线圈7中通以电流的大小的方向，通过发动机控制单元控制电磁线圈7中电流的变化规律，即可实现对电磁全可变气门动子运动规律的控制。电磁全可变气门动子下端与发动机气门12相连接，通过控制电磁全可变气门动子的上下运动规律，即可实现对发动机进排气门12运动规律的控制。
本发明应用电磁全可变气门的汽油机均质压燃方法的具体实施过程如下：
(1)发动机电控单元控制汽油机进气门1开启，第一轮新鲜工质进入气缸内，并经历压缩冲程、火花塞点燃和做功冲程；
(2)在排气冲程阶段，电磁全可变气门装置2驱动排气门3开启，使得废气开始排出气缸外，在排气冲程中间某时刻，电磁全可变气门装置2驱动进气门1打开，使得部分废气回流至进气歧管内；
(3)在下一循环，新鲜工质进入进气歧管并与上一回合回流的废气充分混合，参与下一次的做功，实现发动机的内部废气再循环；
(4)通过控制电磁全可变气门装置2来控制进气门1的开启升程大小和开启相位角以控制回流入进气歧管的废气量。其中主要通过电磁全可变气门装置控制进气门二次开启时的升程随着发动机负荷的增高而逐渐降低，实现发动机不同负荷时EGR率的可调，且该EGR率在低负荷时较高，高负荷时较低，从而控制发动机在不同负荷时的缸内燃烧温度和燃烧速度，实现均质压燃在发动机的更高负荷和更低负荷工况下的运行，从而实现均质压燃工作范围的扩展。
应用于发动机上的电磁全可变气门技术通过取消传统发动机上的凸轮驱动气门装置，可实现车用发动机进气门和排气门的开闭相位角、开闭升程和开闭时间的全柔性可调。因此可以实现进气门在排气冲程的开启，实现内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)，并且通过电磁可变气门装置调节进排气门的开启时间和开启升程实现EGR率的可调。从而实现发动机在低负荷时采用较大的EGR率以提高缸内燃料的燃烧温度和燃烧速率，减小均质压燃时失火的产生；在高负荷时采用较小的EGR率降低缸内燃料的燃烧温度和燃烧速率，减小均质压燃时爆震的产生，最终实现发动机均质压燃运行范围向高负荷和低负荷的扩展。
本发明适用于配备有电磁全可变气门装置的汽油机。该发明的优势点在于：整体装置结构简单，节约成本，并且能够通过电磁全可变气门装置实现发动机EGR率的调节，从而实现在高负荷时采用小EGR率以减小均质压燃过程中的剧烈燃烧或爆震，在低负荷时采用较大的EGR率以减小均质压燃过程中的不完全燃烧或失火，从而实现均质压燃在发动机更大的运行范围内的运行。采用均质压燃技术，由于燃烧的混合气中存在上一循环燃烧剩余的部分废气，废气中包含大量的二氧化碳，所以会使得第二轮燃烧时实现燃料的低温燃烧，而低温燃烧可以大幅降低氮氧化物的排放，提高发动机的燃油经济性。而通过电磁全可变气门装置可以使得均质压燃在发动机更大的负荷范围内运行，从而在更大的范围内降低了发动机的有害物排放和燃油消耗率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法，所述内燃机包括进气门(1)、排气门(3)和电磁全可变气门装置(2)，每个进气门(1)和排气门(3)上分别相应设置有一个用于控制其开启升程大小和开启相位角的电磁全可变气门装置(2)，其特征在于，所述电磁全可变气门装置(2)在排气冲程阶段驱动排气门(3)开启，使得废气开始排出气缸外，在排气冲程过程中某时刻，电磁全可变气门装置(2)驱动进气门(1)打开，使得部分废气回流至进气歧管内，所述电磁全可变气门装置(2)控制进气门(1)开启的升程随着发动机负荷的增高而降低。
2.根据权利要求1所述的应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法，其特征在于，所述电磁全可变气门装置(2)包括内磁轭(6)，电磁线圈(7)，永磁体(8)，外磁轭(9)，线圈骨架(10)，所述电磁线圈(7)沿周向缠绕于线圈骨架(10)上，所述线圈骨架(10)为封底的筒形体，所述筒形体底部位于外磁轭(9)的底部外侧、顶部伸入外磁轭(9)内，所述线圈骨架(10)能够沿外磁轭(9)轴向运动，所述内磁轭(6)设置于外磁轭(9)内并位于所述筒形体的内部，所述永磁体(8)位于所述线圈骨架(10)与外磁轭(9)之间。
3.根据权利要求2所述的应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法，其特征在于，所述电磁全可变气门装置(2)还包括气门(12)，所述气门(12)顶端与所述线圈骨架(10)的底部固定连接。
4.根据权利要求3所述的应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法，其特征在于，所述电磁全可变气门装置(2)还包括气门弹簧(11)，所述气门弹簧(11)套设于气门(12)的外部，所述气门弹簧(11)顶部抵靠于所述线圈骨架(10)的底端面、底部抵靠于气缸盖上部内。
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