CN1504636A

CN1504636A - 双燃料多燃烧模式新概念发动机

Info

Publication number: CN1504636A
Application number: CNA021533962A
Authority: CN
Inventors: 尧命发; 郑尊清; 汪洋; 郑贵忠
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-06-16

Abstract

一种双燃料多燃烧模式新概念发动机，由发动机、双燃料罐、三元催化转化器和电子控制单元组成；双燃料罐分别与各自的电磁阀连接，该电磁阀安装在发动机进气歧管上，且与发动机进气道连接；三元催化转化器安装在发动机排气管上；发动机排气管与EGR阀连接，EGR阀与进气道连接；电子控制单元的输入端接收发动机发出的各种信号输出端与双燃料的电磁阀、火花塞和EGR阀连接。本发明的优点是：1.可以有效地扩展HCCI运行工况范围、控制着火时刻以及复合模式下的工况切换。2.可大大降低NOx、HC和CO排放。3.具有较高的热效率。4.可节约大量的石油资源。

Description

双燃料多燃烧模式新概念发动机

所属领域：

本发明属于一种发动机，特别涉及一种双燃料多燃烧模式新概念发动机。

背景技术：

针对石油资源日益匮乏和越来越严格的汽车排放法规，人们一直在寻找高效清洁燃烧新技术和内燃机新的替代燃料。传统的发动机根据燃料着火特性分为压燃式发动机(柴油机)和火花点燃式发动机(汽油机)，柴油机属于燃料喷雾扩散燃烧，由于非均质燃烧的固有性质，使柴油机存在碳烟和NOx排放的最低极限。汽油机属预混合均质燃烧，借助电火花点燃。由于汽油特性和爆震等诸多因素的限制，汽油机只能采用较低的压缩比，使热效率比柴油机低得多，且产生大量NOx和不完全燃烧产物。另外汽油机需要用节气门控制进气量，部分负荷时的泵气损失使机械效率降低。汽油机的燃料利用率比柴油机低30％。均质充量压缩燃烧(HCCI)结合了传统的压燃式发动机和点燃式发动机的优点：同传统压燃式发动机相比，HCCI是均质混合气压燃，没有扩散燃烧，因此大大降低了微粒排放；与传统的点燃式发动机相比，HCCI是压燃着火，没有节流损失，且可以采用较大的压缩比，因此具有较高的热效率；并且，HCCI与传统的压燃和点燃式发动机的燃烧不同，其燃烧过程在整个气缸容积内同时、均质发生，使燃烧温度较低，从而大大降低了氮氧化合物(NOx)的排放。而目前HCCI面临的主要问题有：发动机运行工况范围着火时刻控制、扩展发动机运行工况范围、发动机冷起动困难以及HC和CO排放高。

发明内容：

本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种以双燃料为燃料的双燃料多燃烧模式新概念发动机，该发动机可有效地扩展HCCI运行工况范围、控制着火时刻以及复合模式下的工况切换。且大大降低NOx、HC和CO排放。

本发明的技术方案是：一种双燃料多燃烧模式新概念发动机，其特征在于：由发动机、双燃料罐、三元催化转化器和电子控制单元组成；双燃料罐分别与各自的电磁阀连接，该电磁阀安装在发动机进气歧管上，且与发动机进气道连接；三元催化转化器安装在发动机排气管上；发动机排气管与EGR阀连接，EGR阀与进气道连接；电子控制单元的输入端接收发动机输出的发动机运行工况参数信号、油门位置信号、转速信号、曲轴转角信号、上止点信号、冷却水温度信号、进气温度和压力信号、废气中氧的浓度信号、爆震信号、双燃料燃料温度和压力信号，输出端与双燃料的电磁阀、火花塞和EGR阀连接。

上述双燃料罐分别装入高辛烷值燃料天然气和高十六烷值燃料二甲醚，并通过减压阀分别与天然气和二甲醚电磁阀连接。

本发明的优点是：(1)通过使用两种不同特性的燃料，实现HCCI燃烧的新方法，即从进气道电控顺序喷入两种气体燃料，以扩充发动机HCCI工况运行范围。(2)采用双燃料电控进气歧管喷射方案，将燃料出口延升到进气阀附近，通过双燃料喷射时刻控制实现两种燃料的分层，控制HCCI自燃着火时刻；通过缸内混合气组份的分层，实现顺序自燃，控制HCCI的燃烧速度，以改善HCCI燃烧，扩展HCCI运行工况范围。(3)发动机在全工况范围内实现HCCI和SI复合燃烧模式，实现发动机在常用工况范围内的高效低污染燃烧，并保证了发动机动力性。(4)在SI燃烧模式下，CNG两次喷气，实现缸内分层稀薄燃烧，使SI模式在高压缩比下运行，降低SI燃烧模式下有害排放物生成，提高热效率。(5)采用废气再循环(EGR)技术，一方面可以扩展HCCI燃烧模式的运行工况范围，将HCCI燃烧模式扩展到常用工况范围，实现HCCI发动机的高效低污染燃烧；另一方面通过EGR将发动机的空燃比控制在1，可以利用目前成熟的三元催化技术，降低发动机地有害气体(NOx、HC和CO)排放。(6)采用全电控制技术，实现燃料喷射量、顺序喷射时刻、双燃料比例、EGR比例和燃烧模式之间的切换以及发动机过渡工况的控制。(7)本发明同样也可以适用于其它燃料特性不同的双燃料组合，如汽油和柴油组合、二甲醚和醇类燃料组合，二甲醚和IG组合，该技术的采用将会产生较好的经济效益和社会效益，尤其适用城市公交和轻型车。

附图说明：

图1为本发明的结构原理框图

图2为本发明的燃烧系统示意图

图3为电控气道喷射装置结构示意图

图4为本发明的控制原理图

图5为本发明的电子控制单元控制原理示意图

图6为本发明在工作模式HCCI控制流程图

图7为本发明在点燃工作模式SI控制流程图

具体实施方式：

如图1、2、3所示：一种双燃料多燃烧模式新概念发动机，其特征在于：由发动机1、天然气(CNG)储存罐2、二甲醚(DME)储存罐3、三元催化转化器4和电子控制单元ECU组成；天然气储存罐和二甲醚储存罐分别通过减压阀8与天然气电磁阀5和二甲醚电磁阀6连接。两个电磁阀安装在发动机进气歧管11上，且与发动机进气道9连接；三元催化转化器安装在发动机排气管7上；发动机排气管与EGR阀连接，EGR阀与进气道连接；

如图5所示：电子控制单元的输入端接收发动机输出的发动机运行工况参数信号、油门位置信号、转速信号、曲轴转角信号、上止点信号、冷却水温度信号、进气温度和压力信号、废气中氧的浓度信号、爆震信号、DME温度和压力、CNG温度和压力，输出端与EGR阀、天然气电磁阀、二甲醚电磁阀和火花塞10连接。

如图4所示：ECU首先读取采集信号，通过采集信号判断发动机运行工况，确定发动机的燃烧模式。如图6所示：当发动机处于起动、暖车或怠速工况，此时发动机CNG电磁阀关闭，火花塞断电，发动机燃用DME，并以HCCI燃烧模式工作，读取MAP数据，控制DME的喷射脉宽和正时以及EGR阀的开度。当发动机处于小负荷和中高负荷工况范围内，火花塞断电，发动机燃用DME和CNG两种燃料，以HCCI燃烧模式工作，根据不同的工况，读取MAP数据，控制DME和CNG的喷射脉宽和正时以及EGR阀的开度，分析爆震传感器数据，判断是否向SI模式切换。如图7所示：当发动机处于大负荷工况，DME电磁阀关闭，火花塞通电，发动机燃用CNG单一燃料，以SI燃烧模式工作。读取MAP数据，采用两次喷气，实现SI模式下的分层稀薄燃烧，控制CNG喷射量和喷射时刻，分析爆震传感器数据，控制调整火花塞点火时刻以及EGR阀的开度。

Claims

1、一种双燃料多燃烧模式新概念发动机，其特征在于：由发动机、双燃料罐、三元催化转化器和电子控制单元组成；双燃料罐分别与各自的电磁阀连接，该电磁阀安装在发动机进气歧管上，且与发动机进气道连接；三元催化转化器安装在发动机排气管上；发动机排气管与EGR阀连接，EGR阀与进气道连接；电子控制单元的输入端接收发动机输出的发动机运行工况参数信号、油门位置信号、转速信号、曲轴转角信号、上止点信号、冷却水温度信号、进气温度和压力信号、废气中氧的浓度信号、爆震信号、双燃料燃料温度和压力信号，输出端与双燃料的电磁阀、火花塞和EGR阀连接。

2、根据权利要求1所述的双燃料多燃烧模式新概念发动机，其特征在于：上述双燃料罐分别装入高辛烷值燃料天然气和高十六烷值燃料二甲醚，并通过减压阀分别与天然气和二甲醚电磁阀连接。