CN1279271C - 用两次喷射控制直喷式汽油机压缩着火燃烧的方法 - Google Patents

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Abstract

用两次喷射控制直喷式汽油机压缩着火燃烧的方法，该方法通过在缸内进行两次燃油喷射，形成浓稀不同的分层混合气，先使浓混合气自燃着火，由此产生的高温高压引起稀混合气自燃着火。调节两次喷油的时间和比例可以控制分层混合气形成的时间和浓度，因而可以调节和控制HCCI燃烧的着火时刻并减少失火；同时，由于形成了分区顺序燃烧，因而可以控制燃烧速率，避免粗暴燃烧。本发明具有时间响应快、着火时刻控制准确、简单易行等特点。在实际发动机上的试验表明，该方法可以提高汽油机HCCI的燃烧稳定性，实测NOx排放为0～20ppm，较相同负荷下汽油机降低NOx排放95%以上，无碳烟排放，燃油消耗率达到柴油机水平。

Description

用两次喷射控制直喷式汽油机压缩着火燃烧的方法
技术领域
本发明涉及一种控制直喷式汽油机压缩着火燃烧的方法，特别涉及汽油直喷式发动机采用均质混合气压缩着火燃烧方式工作时着火时刻及着火可靠性的控制方法，属于汽车发动机、内燃机燃烧技术领域。
背景技术
均质混合气压缩着火(HCCI)燃烧方式可以使汽油机的燃烧热效率显著改善，达到普通柴油机的水平，同时NOx的排放比普通汽油机降低95％以上，是目前国际上的研究热点。但实现这种燃烧方式的主要难点是如何精确控制着火时刻和燃烧速率，避免失火或粗暴燃烧。目前尚无有效控制技术措施，极大妨碍了这种新型燃烧方式的实际应用和产品化。
均质混合气压缩着火(HCCI)燃烧过程主要受化学反应动力学的控制，也就是说主要受反应温度和浓度的控制。目前已经采用的HCCI燃烧控制方法主要从温度控制角度考虑，如进气加热、废气再循环(EGR)、以及提高压缩比等。但这些方法不但控制精度较低、对工况变化敏感，而且存在响应速度慢等问题。
申请者认为，由于浓混合气(过量空气系数φa＝0.9～1.0)最容易压燃，这时的临界着火温度较稀混合气(φa＞1)时的要低，因此应同时考虑用可燃混合气浓度作为HCCI着火时刻的控制方法，即采用浓稀分层的混合气，在相同的压缩终点温度和压力下，浓混合气先发生自燃着火，由此产生的高温高压引起稀混合气发生自燃着火。由于形成浓混合气的时间可以用两次喷射的方法控制，因而可以控制着火时刻，减少失火，控制燃烧速率，避免粗暴燃烧。
发明内容
本发明的目的是提出一种用混合气浓度控制汽油机HCCI着火时刻和提高着火可靠性的方法，通过在缸内进行两次燃油喷射，形成浓稀不同的分层混合气，先使浓混合气自燃着火，由此产生的高温高压引起稀混合气自燃着火。调节两次喷油时刻和比例可以控制分层混合气形成的时间和浓度，因而可以调节和控制HCCI燃烧的着火时刻并减少失火。使发动机的热效率和NOx排放同时得到改善。
本发明的技术方案如下：
一种用两次喷射控制直喷式汽油机压缩着火燃烧的方法，其特征在于该方法是在同一工作循环内将燃料分两次喷入气缸，具体步骤如下：
1)在进气过程中进行第一次喷射，喷入70％～90％的燃料，使燃料在压缩上止点时形成均质稀薄混合气；
2)在压缩过程中进行第二次喷射，喷入10％～30％的燃料，在燃烧室凹坑中形成浓混合气，其过量空气系数φa＝0.8～1.1。
由于改变第二次喷射的喷油量和喷油时刻可以改变浓混合气区域的浓度和最易压燃混合气形成的时刻，因而可以有效地控制自燃着火时刻。同时，由于分两个区域先后着火，也可以减少粗暴燃烧的发生。而改变喷油量和喷油时刻对电控喷油系统是很容易实现的，与进气加热、改变压缩比等HCCI着火控制方法相比，具有时间响应快、着火时刻控制准确、简单易行等特点。由于这种用分层混合气控制着火的方法可以提高汽油机HCCI着火的可靠性，因而可用来扩大HCCI燃烧运行工况范围，以及提高过渡工况的稳定性。实测NOx排放为0～20ppm，较相同负荷下汽油机降低NOx排放95％以上，无碳烟排放，燃油消耗率达到柴油机水平。
附图说明
图1为汽油直喷式发动机燃烧系统的结构示意图。
图2为本发明实施例的着火时刻随喷油时刻变化的试验结果。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本发明作进一步的说明。
具体方案是，在缸内直喷式的汽油发动机上，将燃料分两次喷入气缸。其燃烧系统见图1，燃烧系统包括活塞顶部带凹坑的回转形燃烧室1、火花塞2、螺旋进气道3、、高压旋流喷油器4以及可进行多段喷油的电控喷油系统。在HCCI压燃模式的同一工作循环内中，在进气过程中进行第一次喷射，喷入70％～90％的燃料，喷油时刻为上止点后70～100°，这些燃料在压缩上止点时已形成均质稀薄混合气；然后在压缩过程中进行第二次喷射，喷入10％～30％的燃料，喷油时刻为第一次喷射后的150～200°，由于来不及充分扩散并且受燃烧室凹坑的限制，在燃烧室中心区域形成较浓混合气。这样，在压缩上止点时，气缸内可燃混合气形成浓度不同的两个区域，即分层混合气。当活塞压缩混合气至上止点附近时，压缩产生的高温高压低于稀混合气的临界着火温度，但超过了浓混合气的临界着火温度，因而浓混合气区域先发生自燃着火，引起燃烧室内温度和压力进一步迅速升高，极短时间内达到或超过稀混合气的临界着火温度，引燃稀混合气区域的自燃着火，从而完成整个压缩着火燃烧过程。
实施例：
在一气缸直径为95毫米的发动机上，保持最常用的涡流进气方式，燃烧室形状为一深10毫米、径深比为4的圆筒形凹坑；压缩比为13，用锥角为30°的高压漩流伞喷汽油电控喷油器，采用两次喷射。主要试验条件见下表。根据电控单元给出的喷油脉冲信号(控制喷油时刻和喷油量)，使喷油器在进气行程中进行第一次喷油，在压缩行程中进行第二次喷油。由此形成混合气浓稀不同的两个区域，其中浓混合气主要集中在燃烧室凹坑中，先发生自燃着火，由此产生的高温高压引燃稀混合气区域的自燃着火，从而完成整个压缩着火燃烧过程。
一般应使稀混合气区的过量空气系数φa＞＞1，而保证浓混合气区域φa＝0.8～1.1，这样就使总过量空气系数φa＞1，因而总体上仍然属稀混合气。浓混合气燃烧温度要高于稀混合气，因而生成NOx也多一些。为此，在保证可靠的自燃着火前提下，应尽量减少浓混合气所占比重，以保持HCCI燃烧所特有的超低NOx特点。
试验证明，当调节二次喷油时刻时，发动机实际着火时刻也随之提前或迟后(见图2)，二者之间存在良好的线性关系，说明这种方法可以有效的控制汽油机HCCI的着火时刻。这时发动机循环波动减小，燃烧状况稳定，说明这种方法可以提高汽油机HCCI的燃烧稳定性。实测NOx排放为0～20ppm，较相同负荷下汽油机降低NOx排放95％以上，无碳烟排放，燃油消耗率达到柴油机水平，这是典型的HCCI燃烧特征。
              实施工况例：
  废气再循环率EGR  20％
  压缩比ε  13
  转速n  1400r/min
  全局燃空当量比φ  0.5
第一次喷油  进气行程进气上止点后100°CA喷射喷入燃油75％
第二次喷油  压缩行程压缩上止点前110°CA喷射喷入燃油25％

Claims (1)

1.一种用两次喷射控制直喷式汽油机压缩着火燃烧的方法，其特征在于该方法是在同一工作循环内将燃料分两次喷入气缸，具体步骤如下：
1)在进气过程中进行第一次喷射，喷入70％～90％的燃料，喷油时刻为上止点后70～100°使燃料在压缩上止点时形成均质稀薄混合气；
2)在压缩过程中进行第二次喷射，喷入10％～30％的燃料，喷油时刻为第一次喷射后的150～200°，在燃烧室凹坑中形成浓混合气，其过量空气系数φa＝0.8～1.1。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101418753B (zh) * 2008-11-25 2010-10-27 中国第一汽车集团公司 稀燃天然气发动机燃气喷射方法
CN101324201B (zh) * 2007-06-15 2011-12-14 奇瑞汽车股份有限公司 一种二次喷油均质充量压缩点燃的方法
CN101619670B (zh) * 2009-01-20 2011-12-28 清华大学 一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧及控制方法
CN103764982A (zh) * 2011-07-28 2014-04-30 日产自动车株式会社 燃料喷射控制装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4404154B2 (ja) * 2008-06-09 2010-01-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
US9334811B2 (en) * 2012-06-06 2016-05-10 GM Global Technology Operations LLC Valve control systems and methods for homogenous charge compression ignition operation
CN103615331B (zh) * 2013-11-25 2016-06-15 清华大学 抑制双燃料发动机燃烧粗暴的方法
CN104712445B (zh) * 2013-12-13 2019-09-06 周向进 单燃料压燃与点燃混合的燃烧控制方法及内燃机
CN110953066B (zh) * 2018-09-26 2021-04-06 广州汽车集团股份有限公司 发动机及燃料缸内分层压燃方法
CN112146886A (zh) * 2020-09-10 2020-12-29 北京理工大学 一种低温环境下的喷油压力确定方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101324201B (zh) * 2007-06-15 2011-12-14 奇瑞汽车股份有限公司 一种二次喷油均质充量压缩点燃的方法
CN101418753B (zh) * 2008-11-25 2010-10-27 中国第一汽车集团公司 稀燃天然气发动机燃气喷射方法
CN101619670B (zh) * 2009-01-20 2011-12-28 清华大学 一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧及控制方法
CN103764982A (zh) * 2011-07-28 2014-04-30 日产自动车株式会社 燃料喷射控制装置
CN103764982B (zh) * 2011-07-28 2016-06-29 日产自动车株式会社 燃料喷射控制装置及燃料喷射控制方法

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