CN103883387A - 一种燃烧组织方法和一种燃烧*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃烧组织方法和一种燃烧***，包括以缸内直接喷射方式在发动机的火花塞周围形成高能量密度燃料混合气，所述高能量密度燃料混合气的过量空气系数小于1，所述高能量密度燃料低热值大于或等于44000kJ/kg；以进气道喷射方式在发动机的气缸壁周围形成高辛烷值燃料混合气，所述高辛烷值燃料混合气的过量空气系数大于1，辛烷值大于或等于95，所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气在发动机气缸内部形成分层当量比混合气。本发明可以有效抑制高压缩比发动机的爆震现象，从而为发动机节能减排提供重要支撑，并且实现成本低，能够对现有发动机产品的技术升级提供有力支持，产业化前景良好。

Description

一种燃烧组织方法和一种燃烧***

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种燃烧组织方法和一种燃烧***。

背景技术

汽车产业是我国经济结构的重要组成部分，而大部分乘用车均以汽油机作为动力来源。缸内直喷汽油机（Gasoline Direct Injection，GDI）相比于传统汽油机而言有大幅节能减排的能力，已成为汽油机发展的主流，而增压直喷轻量化则成为GDI汽油机的产业化主要技术路线。

然而，对于采用增压直喷轻量化技术的GDI汽油机，其热效率仍小于柴油机，最主要原因之一是爆震限制其压缩比的提高，因此有效抑制汽油机的爆震并提高压缩比成为实现汽油机更高效燃烧的重要途径。研究表明，混合气浓度在理论空燃比附近时，最容易发生自燃从而引发爆震，浓或者稀的混合气都能对爆震起到抑制作用。在现有技术的实际车用发动机燃烧中，往往采用混合气加浓和推迟点火角来抑制爆震，这种方法的燃烧相位靠后，油耗高，极大损失了燃油经济性。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明提供一种燃烧组织方法和一种燃烧***，以解决现有技术中无法经济有效地在理论空燃比下抑制爆震的技术问题。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种燃烧组织方法，包括：

以缸内直接喷射方式在发动机的火花塞周围形成高能量密度燃料混合气，所述高能量密度燃料混合气的过量空气系数小于1，所述高能量密度燃料低热值大于或等于44000kJ/kg；

以进气道喷射方式在发动机的气缸壁周围形成高辛烷值燃料混合气，所述高辛烷值燃料混合气的过量空气系数大于1，辛烷值大于或等于95，所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气在发动机气缸内部形成分层当量比混合气。

进一步地，

所述高辛烷值燃料混合气为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、甲烷、乙烷、丙烷中的一种或多种。

进一步地，

所述高能量密度燃料为汽油。

进一步地，所述方法还包括：

通过调节所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气的比例，对爆震效果实现不同程度的抑制。

进一步地，

所述高辛烷值燃料混合气在气缸内所占质量分数为：40%～70%。

另一方面，本发明还提供一种燃烧***，包括：

缸内直喷装置，用于以缸内直接喷射方式在发动机的火花塞周围形成高能量密度燃料混合气，所述高能量密度燃料混合气的过量空气系数小于1，所述高能量密度燃料低热值大于或等于44000kJ/kg；

进气道喷射装置，用于以进气道喷射方式在发动机的气缸壁周围形成高辛烷值燃料混合气，所述高辛烷值燃料混合气的过量空气系数大于1，辛烷值大于或等于95，使得所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气在发动机气缸内部形成分层当量比混合气；

所述***的燃烧模式为火花点火点燃分层当量比混合气。

进一步地，

所述高辛烷值燃料混合气为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、甲烷、乙烷、丙烷中的一种或多种。

进一步地，

所述高能量密度燃料为汽油。

进一步地，所述***还包括：

调节控制装置，分别与所述缸内直喷装置和所述进气道喷射装置相连，用于通过调节所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气的比例，对爆震效果实现不同程度的抑制。

进一步地，

所述高辛烷值燃料混合气在气缸内所占质量分数为：40%～70%。

（三）有益效果

可见，在本发明提供的一种燃烧组织方法和一种燃烧***中，通过在火花塞周围形成偏浓的高能量密度燃料混合气，在气缸壁周围形成稀的高辛烷值燃料混合气，以形成缸内总体为分层当量比混合气，从而实现高压缩比下的高效清洁燃烧。由于气缸壁周围的稀的高辛烷值燃料混合气抗爆性好且能量密度小，可实现有效的抑制爆震；同时火花塞周围偏浓的高能量密度混合气可以加速燃烧抑制爆震，更能确保发动机的快速响应特性以及好的动力性，因此，本发明可以有效抑制高压缩比发动机的爆震现象，从而为发动机节能减排提供重要支撑。

并且，本发明的实现成本低，能够对现有发动机产品的技术升级提供有力支持，产业化前景良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例燃烧组织方法的基本流程示意图；

图2是本发明实施例燃烧***的基本结构示意图；

图3是本发明实施例燃烧***的一种优选结构示意图；

图4是本发明实施例1的燃烧***实现过程示意图；

图5是本发明实施例1的燃烧***结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例首先提供一种燃烧组织方法，参见图1，包括：

步骤101：以缸内直接喷射方式在发动机的火花塞周围形成高能量密度燃料混合气，所述高能量密度燃料混合气的过量空气系数小于1，所述高能量密度燃料低热值大于或等于44000kJ/kg。

步骤102：以进气道喷射方式在发动机的气缸壁周围形成高辛烷值燃料混合气，所述高辛烷值燃料混合气的过量空气系数大于1，辛烷值大于或等于95，所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气在发动机气缸内部形成分层当量比混合气。

可见，在本发明实施例提供的一种燃烧组织方法中，通过在火花塞周围形成偏浓的高能量密度燃料混合气，在气缸壁周围形成稀的高辛烷值燃料混合气，以形成缸内总体为分层当量比混合气，从而实现高压缩比下的高效清洁燃烧。由于气缸壁周围的稀的高辛烷值燃料混合气抗爆性好且能量密度小，可实现有效的抑制爆震；同时火花塞周围偏浓的高能量密度混合气可以加速燃烧抑制爆震，更能确保发动机的快速响应特性以及好的动力性，因此，本发明实施例可以有效抑制高压缩比发动机的爆震现象，从而为发动机节能减排提供重要支撑。

优选地，高辛烷值燃料混合气的辛烷值可以大于95，可以为如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、甲烷、乙烷、丙烷等高辛烷值替代燃料。

优选地，高能量密度燃料可以为相对高辛烷值燃料来说能量密度更高的气体，例如汽油等发动机燃料。

优选地，可以通过在线调节高能量密度燃料混合气和高辛烷值燃料混合气的喷射比例，以实现不同程度的抑制爆震效果和提升爆震线负荷效果：当提高高辛烷值燃料的辛烷值，或者提高进气道中高辛烷值燃料混合气的喷射比例时，可以起到更好地抑制爆震和提升爆震线负荷的作用。其中，所采用的高辛烷值燃料混合气在气缸内所占的质量分数可以是：40%～70%。

本发明实施例还提供一种燃烧***，参见图2，包括：

缸内直喷装置201，用于以缸内直接喷射方式在发动机的火花塞周围形成高能量密度燃料混合气，所述高能量密度燃料混合气的过量空气系数小于1，所述高能量密度燃料低热值大于或等于44000kJ/kg；

进气道喷射装置202，用于以进气道喷射方式在发动机的气缸壁周围形成高辛烷值燃料混合气，所述高辛烷值燃料混合气的过量空气系数大于1，辛烷值大于或等于95，使得所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气在发动机气缸内部形成分层当量比混合气；

所述***的燃烧模式为火花点火点燃分层当量比混合气。

优选地，高辛烷值燃料混合气的辛烷值可以大于95，可以为如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、甲烷、乙烷、丙烷等高辛烷值替代燃料。

优选地，高能量密度燃料可以为汽油。

优选地，***还可以包括：调节控制装置301，参见图3，分别与缸内直喷装置201和进气道喷射装置202相连，用于通过调节高能量密度燃料混合气和高辛烷值燃料混合气的比例，以对爆震效果实现不同程度的抑制。

优选地，高辛烷值燃料混合气在气缸内所占质量分数可以为：40%～70%。

实施例1：

本发明实施例1提供一种燃烧***，以详细说明本发明实施例的具体实现过程，参见图4：

步骤401：在高压缩比缸内直喷发动机上加装进气道喷射装置202喷射高辛烷值燃料混合气。

本实施例1中，所采用的为高压缩比（11～14）缸内直喷发动机，发动机内部包含有缸内直喷装置201，在本发动机的进气道1上加装一套进气道喷射装置202，见图5。当发动机运转时，利用进气道1喷射装置202在进气道1喷射高辛烷值燃料混合气2，包括甲醇、乙醇、甲烷等高辛烷值替代燃料。

步骤402：利用缸内直喷装置喷射高能量密度燃料混合气，形成分层当量比混合气。

本步骤中，气缸内部在压缩冲程通过缸内直喷装置201喷射高能量密度燃料混合气3，高能量密度燃料为汽油等发动机燃料，聚集在发动机火花塞4周围。在发动机点火前，气缸壁5周围形成稀的高辛烷值燃料混合气2，火花塞2周围形成偏浓的高能量密度燃料混合气3，整个气缸内部形成分层当量比混合气。

步骤403：进行发动机点火。

在分层当量比混合气形成后，通过火花点火点燃分层当量比混合气的燃烧模式进行发动机点火，并可以通过调节控制装置301调节两种气体的喷射比例来实现不同程度的抑制爆震效果和提升爆震线负荷效果，并可以大幅降低油耗以节能，燃烧后气体通过排气道6排出。

例如，以进气道1喷射甲醇，缸内喷射汽油为例，在甲醇的质量分数为54%的情况下，相比于GDI汽油机原机，可以实现爆震线负荷拓展11.7%，同时等热值比油耗降低14.1%的效果。

在本发明实施例中，可以采用三效催化剂进行排气后处理，达到欧洲第六级排放标准。本发明实施例的发动机生产成本几乎不变，但是节能减排实现的使用成本可以大幅降低。

可见，本发明实施例至少具有如下有益效果：

在本发明实施例提供的一种燃烧组织方法和一种燃烧***中，通过在火花塞周围形成偏浓的高能量密度燃料混合气，在气缸壁周围形成稀的高辛烷值燃料混合气，以形成缸内总体为分层当量比混合气，从而实现高压缩比下的高效清洁燃烧。由于气缸壁周围的稀的高辛烷值燃料混合气抗爆性好且能量密度小，可实现有效的抑制爆震；同时火花塞周围偏浓的高能量密度混合气可以加速燃烧抑制爆震，更能确保发动机的快速响应特性以及好的动力性，因此，本发明实施例可以有效抑制高压缩比发动机的爆震现象，从而为发动机节能减排提供重要支撑。

并且，本发明实施例的实现成本低，能够对现有发动机产品的技术升级提供有力支持，产业化前景良好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃烧组织方法，其特征在于，包括：

以缸内直接喷射方式在发动机的火花塞周围形成高能量密度燃料混合气，所述高能量密度燃料混合气的过量空气系数小于1，所述高能量密度燃料低热值大于或等于44000kJ/kg；

以进气道喷射方式在发动机的气缸壁周围形成高辛烷值燃料混合气，所述高辛烷值燃料混合气的过量空气系数大于1，辛烷值大于或等于95，所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气在发动机气缸内部形成分层当量比混合气。

2.根据权利要求1所述的燃烧组织方法，其特征在于：

所述高辛烷值燃料混合气为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、甲烷、乙烷、丙烷中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的燃烧组织方法，其特征在于：

所述高能量密度燃料为汽油。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧组织方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过调节所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气的比例，对爆震效果实现不同程度的抑制。

5.根据权利要求4所述的燃烧组织方法，其特征在于：

所述高辛烷值燃料混合气在气缸内所占质量分数为：40%～70%。

6.一种燃烧***，其特征在于，包括：

缸内直喷装置，用于以缸内直接喷射方式在发动机的火花塞周围形成高能量密度燃料混合气，所述高能量密度燃料混合气的过量空气系数小于1，所述高能量密度燃料低热值大于或等于44000kJ/kg；

进气道喷射装置，用于以进气道喷射方式在发动机的气缸壁周围形成高辛烷值燃料混合气，所述高辛烷值燃料混合气的过量空气系数大于1，辛烷值大于或等于95，使得所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气在发动机气缸内部形成分层当量比混合气；

所述***的燃烧模式为火花点火点燃分层当量比混合气。

7.根据权利要求6所述的燃烧***，其特征在于：

所述高辛烷值燃料混合气为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、甲烷、乙烷、丙烷中的一种或多种。

8.根据权利要求6所述的燃烧组织方法，其特征在于：

所述高能量密度燃料为汽油。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的燃烧***，其特征在于，所述***还包括：

调节控制装置，分别与所述缸内直喷装置和所述进气道喷射装置相连，用于通过调节所述高能量密度燃料混合气和所述高辛烷值燃料混合气的比例，对爆震效果实现不同程度的抑制。

10.根据权利要求9所述的燃烧***，其特征在于：

所述高辛烷值燃料混合气在气缸内所占质量分数为：40%～70%。

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