CN101324201B - 一种二次喷油均质充量压缩点燃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二次喷油均质充量压缩点燃的方法，是通过调整可变气门相位(VVT)机构，提前关闭排气门，截取大量的内部EGR。然后在排气冲程和进气冲程各进行一次喷油。在排气冲程进行第一次喷油，喷油量占单循环总喷油量的10％～40％，喷油时刻为-60°～-30°，使燃油改质，形成易于压燃的混合气；在进气冲程进行第二次喷油，喷油量为单循环总喷油量的60％～90％。喷油时刻为80°～120°，到压缩上止点附近能形成均质稀薄的混合气。过量空气系数1.0～1.7；在压缩比8～14，EGR率30％～70％的状况下，可以实现HCCI燃烧。试验表明，该方法可以提高燃烧稳定性，3000r/min以下工况的有效燃油消耗率相对于常规电控气道喷射汽油机节油20％以上。NOX排放在相同负荷下，相对于常规气道喷射汽油机降低了90％～99％。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机燃烧技术，尤其是涉及一种直喷式汽油机二次喷油均质充量压缩点燃的控制方法。
背景技术
均质充量压缩点燃(“Homogeneous Charge Compression Ignition”，缩写“HCCI”)是一种全新的内燃机燃烧概念。既不同于柴油机(非均质充量压缩点燃)，又不同于汽油机(均质充量火花点燃)。是一种火花点燃式发动机和压缩点燃式发动机概念的混合体。它结合了点燃式燃烧方式和压燃式燃烧方式的特点，既可以实现燃料和空气的预先混合，又可以用压燃方式点燃。HCCI燃烧具有非常小的循环偏差，而且不存在火焰传播过程。因此，HCCI具有节油和低排放两大优点，是一种非常理想的燃烧方式，可以大幅度提高发动机的热效率和大大降低有害废气的排放，代表着未来汽油发动机的发展方向。汽油实现HCCI燃烧模式有两种燃料供给方式：进气道喷射(PFI)和缸内直喷(GDI)。采用PFI，结构简单，容易在缸内形成均质可燃混合气，再辅之以控制适当的进气温度和当量比，可以实现HCCI燃烧。因此，比较适合于HCCI燃烧影响因素的研究。但是HCCI燃烧最大的困难之一是着火控制，采用GDI则喷油量控制精确，发动机燃烧性能响应快，喷射控制策略灵活，可以在缸内实现多次喷射，容易控制HCCI着火时刻和燃烧速率。高辛烷值燃料要在常温进气条件下实现HCCI燃烧必须提高混合气在缸内的温度，可以采用EGR技术和提高压缩比等方法。所以在GDI发动机的基础上，采用高压共轨***和进/排气双VVT机构，通过调整VVT机构和喷油策略，可实现汽油机均质混合气压缩点燃。中国专利CN200410091550.5公开了一种用二次喷射控制直喷式汽油机压缩着火燃烧的方法，它是采用进气和压缩冲程两次喷油和大幅度提高压缩比的方法来实现均质压燃。压缩冲程喷入的汽油经过压缩也可以形成易于燃烧的混合气体，但是由于其喷油时刻距压缩着火时刻非常接近，混合气不能充分混合均匀，燃烧将不稳定；过量空气系数也只能控制在0.8～1.1，并不能实现真正意义的稀薄燃烧。
申请人通过大量的发动机台架试验求证，找出了合理的二次喷油均质充量压缩点燃方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，为了弥补现有二次喷油均质充量压缩点燃方法的不足之处，而提供一种它既能使混合气能充分混合均匀，燃烧稳定；而且过量空气系数高，并能实现真正意义的稀薄燃烧的二次喷油均质充量压缩点燃的方法。
本发明为解决上述技术问题而采用如下的技术方案：一种高辛烷值燃料要在常温进气条件下实现HCCI燃烧，必须利用EGR技术和提高压缩比等方法提高混合气在缸内的温度。该方法是通过调整可变气门相位(VVT)机构，提前关闭排气门，截取大量的内部EGR。然后在排气冲程和进气冲程各进行一次喷油(在排气过程中喷油时，排气门已经关闭，燃油不会随着废气排出)。
具体技术方案如下：
内部EGR技术与两次喷油策略相结合，采用排气冲程末期和进气冲程两次喷油方法，调节两次喷油比例，可以控制HCCI燃烧。
1)在排气冲程进行第一次喷油，(定义此次喷油为I1)喷油量占单循环总喷油量的10％～40％，喷油时刻为-60°～-30°，使燃油改质，形成易于压燃的混合气；
2)在进气冲程进行第二次喷油，(定义此次喷油为I2)喷油量为单循环总喷油量的60％～90％。喷油时刻为80°～120°，到压缩上止点附近能形成均质稀薄的混合气。
所述的在进气冲程进行第二次喷油，到压缩上止点附近能形成均质稀薄的混合气，其过量空气系数1.0～1.7；EGR率为30％～70％。
所述的一种二次喷油均质充量压缩点燃的方法，所述的压缩点燃，其压缩比8～14。
本发明的积极效果是，由于采用第一次喷入的燃油，在高温EGR的氛围内，迅速雾化和蒸发，并被部分氧化改质，生成大量活性成分(醛，醚，过氧化物等)，缸内温度升高，使着火性能得以改善，到压缩上止点附近形成了带活性基的均质混合气，产生自燃。第二次喷入的燃油，在缸内较强气流作用下能很好的蒸发混合，到压缩上止点附近能形成均质稀薄的混合气，产生HCCI燃烧。通过控制两次喷油量、喷油比例和喷油时刻，就可以在缸内形成稳定的HCCI着火方式并对排放进行控制。
同时，利用废气能量使可燃混合气改质，并充分地均匀混合，在压缩比8～14，过量空气系数1.0～1.7，EGR率30％～70％的情况下，可以实现稳定的稀薄气体均质压燃。通过在样机上的实验证实此喷油策略可以实现压缩比8～14范围内的HCCI燃烧模式。
下面结合实施例和附图来进一步说明本发明。
附图说明
图1为缸内直喷燃烧***构造示意图。
图2为两次喷油时刻相对曲轴转角相位示意图。
图3为四缸缸内直喷HCCI汽油机运行范围内的油耗图。
图4为四缸缸内直喷HCCI汽油机运行范围内的NOx排放图。
图中：1.燃烧室、2.多孔型喷油器、3.火花塞、4.进气道、5.排气道、6.活塞。
具体实施方式
实施例如图1所示，一种汽油机缸内直喷燃烧***，包括燃烧室1、多孔型喷油器2、火花塞3、进气道4、排气道5、活塞6以及可进行多段喷油的电控喷油***。试验方案是在一汽缸直径为83.5毫米，冲程为90毫米，压缩比为10的四缸缸内直喷汽油发动机上，调整VVT机构，使排气门提前关闭，截取大量的内部EGR，(EGR率为30％～70％)，在进/排气阀负重叠期间(排气门提前关闭到进气门开启这段时间称之为负重叠期)，留在缸内的废气被压缩，在缸内形成高温内部EGR氛围。此时第一次喷入的汽油会迅速雾化和蒸发，并被部分氧化改质，生成大量活性成分(醛，醚，过氧化物等)，缸内温度升高，使汽油着火性能得以改善，到压缩上止点附近形成了带活性基的均质混合气，产生自燃。不但有助于提高燃烧稳定性，拓展HCCI极限，还能减少HC和CO排放。此次喷油量占单循环总喷油量的10％～40％，喷油时刻为-60°～-30°。喷油时刻相对曲轴转角相位如图2所示。通过实验证实在不同的EGR率下，通过调节喷油比例和喷油量以及喷油时刻，就能在实现工况点的HCCI燃烧。
在进气行程中喷入的第二次燃油，在缸内较强气流作用下能很好的蒸发混合，到压缩上止点附近能形成均质稀薄的混合气，产生HCCI燃烧。喷油量占单循环总喷油量的60％～90％，喷油时刻为80°～120°。喷油时刻相对曲轴转角相位如图2所示。
控制两次喷油量、喷油比例和喷油时刻，就能准确地控制混合气的温度、浓度分布及化学组分，从而实现对HCCI燃烧和排放过程的控制。随着I1增加，着火时刻提前，燃烧速率加快，燃烧持续期缩短，可以控制汽油HCCI燃烧的着火时刻和燃烧速率。通过这种两次喷油策略，可以有效控制HCCI燃烧。
下面通过试验证实I1+I2的喷油策略适用于控制HCCI燃烧。
图3示出了四缸HCCI汽油机在HCCI运行范围内的油耗图。HCCI多缸汽油机台架试验结果表明，在HCCI运行范围内，3000r/min以下工况的有效燃油消耗率相对于常规电控气道喷射汽油机节油20％以上。
图4示出了四缸HCCI汽油机在HCCI运行范围内的NOx排放。可以看出，在宽广的HCCI运行工况平面内，NOX排放在相同负荷下，相对于常规气道喷射汽油机降低90％～99％。
Claims (3)
1.一种二次喷油均质充量压缩点燃的方法，是通过调整可变气门相位机构，提前关闭排气门，截取30％～70％的EGR量，然后在排气冲程和进气冲程各进行一次喷油，具体步骤如下：
1)在排气冲程进行第一次喷油，喷油量占单循环总喷油量的10％～40％，喷油时刻为-60°～-30°，使燃油改质，形成易于压燃的混合气；
2)在进气冲程进行第二次喷油，喷油量为单循环总喷油量的60％～90％，喷油时刻为80°～120°，到压缩上止点附近能形成均质稀薄的混合气。
2.根据权利要求1所述的一种二次喷油均质充量压缩点燃的方法，其特征在于：所述的在进气冲程进行第二次喷油，到压缩上止点附近能形成均质稀薄的混合气，其过量空气系数1.0～1.7。
3.根据权利要求1所述的一种二次喷油均质充量压缩点燃的方法，其特征在于：所述的压缩点燃，其压缩比8～14。
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