CN2667179Y

CN2667179Y - 着火时刻可直接控制的内燃机均质压燃燃烧装置

Info

Publication number: CN2667179Y
Application number: CNU2003201309861U
Authority: CN
Inventors: 汪洋; 余本雄; 朱涛; 董明哲; 蒋宁涛
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2013-12-31

Abstract

本实用新型涉及一种可控自燃燃烧过程的点火燃烧技术，即着火时刻可直接控制的内燃机均质压燃燃烧装置。主要包括配气系统、燃油喷射系统、燃烧室、点火系统和电控单元等，点火系统中所用的是一个脉冲放电能量大于1焦耳的超高能火花塞，超高能火花塞与电控单元之间，设有一高能放电电源，电控单元通过高能放电电源控制火花塞的放电时刻及放电能量。由于缸内混合气的着火时刻可直接控制，相对于目前的CAI燃烧系统的间接控制着火时刻，其控制精度大幅度提高。同时本实用新型保留了CAI燃烧系统可以实现稀薄燃烧、快速燃烧的特点，因此可实现节能低排放的燃烧过程。

Description

着火时刻可直接控制的内燃机均质压燃燃烧装置

技术领域

本实用新型属于内燃机技术领域，更具体涉及一种着火时刻可直接控制的内燃机均质压燃的燃烧技术。

技术背景

常规汽油机的燃烧过程，属于火花塞点燃的均质混合气火焰传播燃烧过程，由于维持火焰传播的混合气浓度有一个稀燃极限(过量空气系数小于1.3)，混合气过稀时，会造成燃烧不稳定甚至丢火，因此小负荷时，必须依靠节气门减少进气量，进气过程的节流损失是目前汽油机效率低于柴油机的主要原因之一。为此，人们提出了可控自燃燃烧过程CAI(Controlled Auto-Ignition Combustion Process)，该过程属于均质混合气压缩自燃燃烧过程，采用压缩自燃代替火花塞点燃，可以大范围地扩大稀燃极限，因此可以提高节气门开度，减少节流损失，同时这种燃烧过程的燃烧速度较快，可以进一步提高汽油机的热效率，并且这种燃烧方式还保留了汽油机清洁燃烧的特点。然而，压缩自燃燃烧过程在克服传统汽油机缺点的同时，也失去了传统汽油机所具有的优点—着火过程可以利用火花塞直接控制，CAI燃烧过程的着火时刻只能依靠一些间接控制措施，例如：进气加热温度控制、内部废气循环率控制，虽然CAI发动机也装有火花塞，但是普通的火花塞点火装置不足以控制稀薄混合气的着火时刻，只有切换到普通汽油机燃烧模式(中、大负荷时)火花塞才起作用，因此CAI发动机着火时刻的控制精度和灵活性都比较差，这些缺点阻碍了CAI燃烧过程热效率的进一步提高，同时也造成CAI燃烧过程工况适用范围窄的缺陷，因此，到目前为止，CAI燃烧过程还不能用于实际发动机。CAI发动机实现CAI燃烧过程所采用的技术措施为：通过进气加热装置，或通过可变气门定时驱动机构实现内部废气再循环，提高发动机压缩温度，使缸内的稀薄均质混合气在活塞压缩到上死点附近发生压缩自燃，如文献[SAE PAPER 2002-01-0421]所述。

发明内容

本实用新型的目的是要解决目前CAI发动机的着火时刻只能通过间接控制手段来控制的缺点，提出了一种着火时刻可直接控制的内燃机均质压燃燃烧装置。

本实用新型的工作原理为：将着火时刻的控制过程分成两个步骤实现，首先是预混合气的准备，通过内部废气再循环，提高缸内混合气的温度，在压缩过程中，燃料和氧气发生初步的低温氧化反应，处于一种比较活泼又相对稳定的状态—亚稳态；然后是着火时刻的精确控制过程，在上死点附近，通过高能量的火花放电，激发处于亚稳态的缸内混合气，使之立刻发生快速的热焰反应。这种燃烧过程，其放热反应速度接近均质压燃，并且其着火时刻控制方式类似普通汽油机，可以直接精确地控制。为了实现上述的两个过程，本实用新型所提出的燃烧装置，包括由电子节气门体8、进气门4、进气道7、排气门5、排气道13组成的配气系统，电动燃油泵15、调压阀16、共轨管17、电控喷射器18组成的燃油喷射系统，缸盖底面19、活塞顶面20组成的燃烧室21和点火系统，以及电控单元2。点火系统中所用的火花塞1是一个超高能火花塞，其脉冲放电能量大于1焦耳，超高能火花塞与电控单元2之间，有一高能放电电源3，超高能火花塞的放电时刻以及放电能量，是电控单元2通过高能放电电源3控制。配气系统中的进气门4和排气门5的上端是两个可变气门定时驱动器6，可变气门定时驱动器6与电控单元2之间有驱动线相连，进气门4、排气门5的开启动作受电控单元2控制；在进气道7的上游，有一电子节气门体8，电子节气门体8与电控单元2之间有控制线相连，电子节气门的开度受电控单元2控制。

附图说明

下面结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型的一个具体实施例结构图。

图2是超高能火花塞的结构，以及与高能放电电源的连接示意图。

具体实施方式

如图1所示，着火时刻可直接控制的内燃机均质压燃燃烧装置包括5个部分：配气系统、燃油喷射系统、点火系统、燃烧室21、电控单元2。

其中配气系统的功能是定量地向发动机缸内提供所需空气，并根据需要，实现内部废气再循环(EGR)，达到提高缸内混合气温度的目的。该系统包括依次相连的电子节气门体8、进气道5、进气门4，以及依次相连的排气门5、排气道13。在进气门4与排气门5的上端是两个可变气门定时驱动器6，该驱动器可以采用电液驱动机构，也可以采用其它公知的形式。其中的电子节气门体8与电控单元2之间有控制线相连，其中的节气门开度受电控单元2控制。

燃油喷射系统的功能是定时、定量地向发动机缸内提供所需的燃油，该系统包括依次连接的：油箱14、电动燃油泵15、调压阀16、共轨管17、电控喷射器18，以及这些元件之间的连接管道，在调压阀16与排气道14之间，有一回油管22。

点火系统是一个超高能放电装置，可以定时地向缸内提供高能放电火花，激发处于活泼状态的缸内混合气燃烧。如图1所示，安装在发动机缸盖上的火花塞是一个超高能火花塞1，在超高能火花塞与电控单元2之间，有一高能放电电源3，这三者之间有控制线相连。如图2所示，所述的超高能火花塞由壳体23、高压电极24、高能电极25，以及三者之间的绝缘体26组成，高压电极的上端是高压电极输入端27，高能电极的上端是高能电极输入端28。所述的高能放电电源3具有一个输出脉冲电压在10000伏以上的高压输出端9，和一个输出电压在1000-3000伏之间的高能输出端10。高压输出端9通过控制线30与超高能火花塞1中的高压电极输入端27相连，高能输出端10通过控制线31与超高能火花塞1中的高能电极输入端28相连，电控单元2通过控制线32与高能放电电源3相连。

电控单元2，又叫ECU。在电控喷射器18、可变气门定时驱动器6、高能放电电源3、电子节气门体8与所述电控单元2之间分别有控制线33、34、35、36、37相联。如图1所示，发动机上还安装有角标信号传感器38，司机控制的油门踏板39上面，有一油门踏板位置传感器40，在角标信号传感器38、油门踏板位置传感器40与电控单元2之间，有信号线41和信号线42相连。电控单元2中储存有燃油喷射定时、燃油喷射量、节气门位置、配气定时、点火定时的数据表(又叫MAP)，在工作过程中，电控单元2根据发动机的角标信号，和司机的油门踏板位置信号，参考发动机其他状态信号43(水温、油温、大气压力等)，得出最佳的控制参数，并向电控喷射器18、可变气门定时驱动器6、高能放电电源3、电子节气门体8发出控制信号。

该燃烧装置实现的发动机工作过程如下：

(1)排气冲程。活塞上行，排气门5开启，缸内废气经排气门5、排气道13排出。

(2)进气冲程。活塞下行，开始时，进气门4保持关闭，排气门5保持开启，一部分废气经过排气门5重新吸入缸内，通过调整排气门5关闭的延迟量就能调整吸入缸内的废气量。然后排气门5关闭，进气门4开启，电控喷射器18喷出的燃油，以及新鲜空气经过电子节气门体8、进气道5、进气门4进入缸内。调节电子节气门体8开度可以调整进气量。

(3)压缩冲程。活塞上行，压缩缸内的混合气，由于缸内残余较多的热废气，缸内气体的温度较高，燃油与空气中的氧气发生部分氧化反应(冷焰反应)，此时缸内混合气处于相对活泼又比较稳定的状态，一直保持到超高能火花塞1放电前。

(4)做功冲程。在活塞运行到上死点附近，超高能火花塞1放电，缸内处于活泼状态的混合气在放电能量的激励下，迅速地开始热焰反应，缸内混合气的温度和压力迅速升高，推动活塞下行做功。

由于本实用新型提出的燃烧装置所实现的燃烧过程，是通过超高能火花塞1直接控制着火时刻的，相对于目前的CAI燃烧系统的间接控制，着火时刻的控制精度大幅度提高。同时该装置保留了CAI燃烧系统可以实现稀薄燃烧、快速燃烧的特点，因此可实现节能低排放的燃烧过程。

Claims

1.着火时刻可直接控制的内燃机均质压燃燃烧装置，主要包括配气系统、燃油喷射系统、燃烧室、点火系统和电控单元等，其特征在于：点火系统中所用的火花塞是一个脉冲放电能量大于1焦耳的超高能火花塞1，超高能火花塞1与电控单元2之间，设有一高能放电电源3，电控单元2通过高能放电电源3控制火花塞1的放电时刻及放电能量，配气系统中的进气门4和排气门5的上端是两个可变气门定时驱动器6，在进气道7的上游，有一电子节气门体8，其中可变气门驱动器6、电子节气门体8与电控单元2之间均有驱动线相连，均受电控单元2控制。

2.根据权利要求1所述的着火时刻可直接控制的内燃机均质压燃燃烧装置，其特征在于：所述的高能放电电源3具有一个输出脉冲电压在10000伏以上的高压输出端9，和一个输出电压在1000-3000伏之间的高能输出端10，高压输出端9通过控制线30与超高能火花塞1中的高压电极输入端11相连，高能输出端10通过控制线31与超高能火花塞1中的高能电极输入端12相连。