CN106677886A - 一种汽油直接压燃发动机的运行装置及控制方法 - Google Patents

一种汽油直接压燃发动机的运行装置及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106677886A
CN106677886A CN201710012722.2A CN201710012722A CN106677886A CN 106677886 A CN106677886 A CN 106677886A CN 201710012722 A CN201710012722 A CN 201710012722A CN 106677886 A CN106677886 A CN 106677886A
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve
air inlet
egr
cylinder
gasoline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710012722.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106677886B (zh
Inventor
刘海峰
马俊生
马桂香
尧命发
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710012722.2A priority Critical patent/CN106677886B/zh
Publication of CN106677886A publication Critical patent/CN106677886A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106677886B publication Critical patent/CN106677886B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0418—Layout of the intake air cooling or coolant circuit the intake air cooler having a bypass or multiple flow paths within the heat exchanger to vary the effective heat transfer surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/04—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being subdivided into two or more chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0493—Controlling the air charge temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0276—Actuation of an additional valve for a special application, e.g. for decompression, exhaust gas recirculation or cylinder scavenging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/006—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] using internal EGR
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0077—Control of the EGR valve or actuator, e.g. duty cycle, closed loop control of position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • F02D41/064—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting at cold start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/26—Pistons  having combustion chamber in piston head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/12—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating electrically
    • F02M31/13—Combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种汽油直接压燃发动机的运行装置，缸内装有电热塞，在经过中冷器的进气管中旁通了一段进气旁通管，管路的流向由一进气控制阀控制，ECU根据读取转速和油门位置信号判断发动机运行的负荷，当冷起动时，控制电热塞对缸内混合气加热、控制高温的压缩空气不经中冷器冷却；小负荷时，采用负气门叠开角的方式解决汽油压燃发动机在小负荷工况下部分燃烧的问题；中等负荷时，利用内外部EGR协同控制实现汽油压燃发动机的高效清洁燃烧；高负荷时，采用小的内部EGR，大的外部EGR，以抑制缸内的最大压力升高率。本发明可以实现汽油压燃发动机在宽负载范围内的高效清洁燃烧。在改善燃油消耗率的同时保持较低的氮氧化物和碳烟排放。

Description

一种汽油直接压燃发动机的运行装置及控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种汽油直接压燃发动机的运行装置及控制方法。
背景技术
随着汽油机技术的发展以及排放法规的日益严格，对现有汽油机技术提出了更为严峻的挑战。目前的较为先进的技术，如汽油机的分层稀薄混合气燃烧和缸内直喷，以及废气再循环、废气催化转化等，都难以满足新法规的要求。
近年来，为实现汽油机技术在性能和排放方面取得新的突破，国内外正在积极研究一种汽油压燃技术。均质混合气压燃燃烧(HCCI)、高预混合压燃燃烧(HPCI)、部分预混合压燃燃烧(PPCI)等多种技术都属于汽油压燃技术的范畴。
汽油压燃不同于传统的汽油机的燃烧过程，也不同于传统的柴油机燃烧过程，对于点燃式汽油机，氮氧化物产生的主要原因是因为燃烧温度高、富氧两个因素，采用汽油压燃后，虽然混合气浓度变稀，但由于多点燃烧的特征，燃烧温度降低，因此可有效的降低氮氧化物排放。此外汽油压燃技术可采用高的压缩比，从而提高了发动机的热效率，改善了燃油经济性。
虽然汽油压燃技术可提高汽油机性能、降低排放，但汽油压燃技术的应用仍存在以下几个难点，第一，冷起动时着火困难。汽油机压燃技术燃烧的起燃温度大致在1000K左右，冷起动时，燃烧室壁面温度低，不能从进气歧管吸收热量，也没有可用的高温废气，要在燃烧室内得到高温混合气比较困难，不容易使混合气实现压缩自燃。因此，若无温度补偿，在冷起动阶段要实现压燃非常困难。第二，运行工况有限。汽油压燃发动机在小负荷工况下由于稀薄燃烧，容易发生部分燃烧；在大负荷工况下，混合气过浓，燃烧非常迅速，极易发生爆震。因此目前汽油压燃技术只能运行在中小负荷工况。第三，汽油压燃的着火时刻和燃烧速率难以控制。汽油压燃的着火过程主要受化学反应动力学控制，着火时刻取决于混合气的成分、温度和压力，如果汽油压燃发动机燃烧控制较好，则汽油机可在较宽的大空燃比范围内进行高效稳定的燃烧，循环波动小，工作柔和。如果汽油压燃发动机燃烧组织的不好，则容易出现爆震或失火，发动机的性能反内变差。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种汽油直接压燃发动机的运行装置及控制方法，在冷起动时，解决起动困难的问题；在小负荷工况，解决部分燃烧的问题；在大负荷工况，解决爆震的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种汽油直接压燃发动机的运行装置，包括气缸，所述气缸内设有活塞，所述气缸的缸盖上安装有进气门和排气门，由缸盖、进气门、排气门、活塞和气缸套包围形成的空腔为燃烧室，进气由进气管通入燃烧室，排气由排气管从燃烧室内排出；所述进气管的末端安装有电热塞和汽油喷油器，所述汽油喷射器与电热塞并列位于缸盖下方，在所述进气管上沿着进气方向安装有压气机和中冷器，所述排气管上设有与所述压气机同轴连接的涡轮机；在进气管上、位于所述中冷器的两端与所述中冷器并联一进气旁通管，所述进气旁通管的进气端与所述进气管的交汇处设有进气控制阀，所述进气控制阀为三向阀；所述进气控制阀与ECU相连，所述ECU控制所述进气控制阀，从而实现进气是经过所述中冷器进入燃烧室还是经过进气旁管进入所述燃烧室；所述进气管的进气端与所述排气管的排气端之间连接有外部EGR循环管，所述外部EGR循环管上设有外部EGR阀；所述外部EGR阀与ECU相连；排气经所述排气管带动所述涡轮机转动，部分排气经外部EGR循环管流向所述进气管，所述ECU控制所述外部EGR阀的开度大小。
进一步讲，本发明中，所述缸盖为浅蓬顶形缸盖，在缸盖的中央位置处加工有一个浅的凹坑，所述活塞为浅坑宽径活塞，所述活塞的顶部为宽口径、浅坑深、轴向断面呈ω形的活塞顶部。
利用上述汽油直接压燃发动机的运行装置的控制方法，利用VVT控制进气门和排气门，步骤如下：
步骤一、ECU分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的工况；
步骤二、当冷起动时，ECU控制进气控制阀开向进气旁通管，使得高温的压缩空气不经中冷器冷却，ECU控制电热塞对燃烧室内的混合气进行加热；在非冷起动工况，电热塞不工作；
步骤三、根据步骤一判断的结果有以下几种情形之一：
如果判断结果为小负荷工况，则ECU控制进气控制阀开向进气旁通管，并采用负气门叠开角的方式，此时，ECU控制外部EGR阀关闭；利用内部EGR解决汽油压燃发动机在小负荷工况下部分燃烧的问题；
如果判断结果为中等负荷工况，则ECU控制进气控制阀开向中冷器，使进气经中冷器流向燃烧室；并采用内部EGR与外部EGR协同控制，通过负气门叠开角实现内部EGR，ECU控制外部EGR阀的开度实现外部EGR，利用内部EGR保证汽油压燃发动机在压缩上止点附近达到压燃温度，外部EGR抑制最大压力升高率；随着负荷的增加，缸内工作环境温度逐渐升高，减少内部EGR对混合气加热，增加外部EGR，实现抑制缸内的最大压力升高率，从而实现汽油压燃发动机的高效清洁燃烧；
如果判断结果为高负荷工况，ECU控制进气控制阀开向中冷器，使得进气经中冷器流向燃烧室，采用尽可能小的内部EGR，的外部EGR；并采用大的正气门叠开角，以减少内部EGR；随着负荷的增大，利用外部EGR以抑制缸内最大压力升高率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的运行装置中设置有进气旁通管，由进气控制阀控制进气走向。使得进气在冷起动与小负荷工况下，不经过中冷器冷却，保持进气经过压气机后较高的温度，有利于混合气达到其压燃温度。
(2)利用VVT控制进气门、排气门，实现在不同工况下合理的内部EGR。
(3)内部EGR与外部EGR的协同控制，解决汽油压燃发动机在实际应用过程中所遇到的问题。
(4)燃烧室的设计实现了更好的换气过程、更高的压缩比、更有利的分层控制、更小的面容比。
附图说明
图1是一种汽油直接压燃发动机的运行装置示意图。
图2是一种汽油直接压燃发动机的燃烧室结构示意图。
图3是一种汽油直接压燃发动机控制方法的控制原理图。
图4是汽油直接压燃发动机在不同工况下，进气门、排气门开闭时刻图。
图中：1-进气管，2-压气机，3-进气控制阀，4-中冷器，5-汽油喷油器，6-电热塞，7-进气门，8-燃烧室，9-排气门，10-进气旁通管，11-排气管，12-涡轮机，13-外部EGR阀，14-外部EGR循环管，15-气缸，81-缸盖、82-活塞、83-口径、84-坑深、85-凹坑。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明提出的一种汽油直接压燃发动机的运行装置，包括气缸15，所述气缸15内设有活塞82，所述气缸15的缸盖81上安装有进气门7和排气门9，由缸盖81、进气门7、排气门9、活塞82和气缸套包围形成的空腔为燃烧室8，进气由进气管1通入燃烧室8，排气由排气管11从燃烧室8内排出；所述进气管1的末端安装有电热塞6和汽油喷油器5，所述电热塞6用于加热进气，所述汽油喷射器5与电热塞6并列位于缸盖81下方，在所述进气管1上沿着进气方向安装有压气机2和中冷器4，在进气管1上、位于所述中冷器4的两端与所述中冷器4并联一进气旁通管10，所述进气旁通管10的进气端与所述进气管1的交汇处设有进气控制阀3，所述进气控制阀3为三向阀；所述进气控制阀3与ECU相连，所述ECU控制所述进气控制阀3，从而实现进气是经过所述中冷器4进入燃烧室8还是经过进气旁管10进入所述燃烧室8；所述排气管11上设有与所述压气机2同轴连接的涡轮机12；所述进气管1的进气端与所述排气管11的排气端之间连接有外部EGR循环管14，所述外部EGR循环管14上设有外部EGR阀13；所述外部EGR阀13与ECU相连；排气经所述排气管11带动所述涡轮机12转动，部分排气经外部EGR循环管14流向所述进气管1，所述ECU控制所述外部EGR阀13的开度大小。
本发明中，燃烧室8的结构是采用浅蓬顶、小ω形底的空腔结构形式，如图2所示，所述缸盖81为浅蓬顶形缸盖，在缸盖81的中央位置处加工有一个浅的凹坑85，所述活塞82为浅坑宽径活塞，所述活塞82的顶部为宽口径83、浅坑深84、轴向断面呈ω形的活塞顶部。本发明中强调的缸盖81的中央位置的浅的凹坑85及浅坑宽径活塞均是与传统发动机的对比，缸盖上的凹坑更浅、活塞顶部的口径更宽和更浅。
本发明中，浅蓬顶形缸盖81的设计与传统柴油机完全平的缸盖设计相比，可获得更高的表面积，从而可以将气门的直径增大，更有利于改善换气过程；浅蓬顶形缸盖81的设计与传统汽油机相比，没有传统汽油机那么深的凹坑85，从而减少了燃烧室8的容积，提高发动机的压缩比；浅坑宽径活塞82与传统柴油机燃烧室相比，具有更宽的口径83、更浅的坑深84，使得流动更弱，有利于汽油压燃通过分层来控制燃烧；浅蓬顶形缸盖81与传统汽油机相比，具有更浅的凹坑85，面容比减小，浅坑宽径活塞82与传统柴油机相比，具有更宽的口径83、更浅的坑深84，面容比减小，通过浅蓬顶形缸盖81、浅坑宽径活塞82减小面容比，从而有利于减少传热损失，达到节油的目的。
图3示出了本发明汽油直接压燃发动机的运行装置的控制方法的控制原理，ECU分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的负荷，ECU判断所在的工况，确定进气控制阀3的开向以及外部EGR阀13的开度大小，并利用VVT控制进气门7和排气门9；通过ECU确定所在的工况，并采取对应工况下的控制方法，实现汽油压燃发动机在宽负载范围内的高效清洁燃烧。在改善燃油消耗率的同时，并保持较低的氮氧化物和碳烟排放。具体步骤如下：
步骤一、ECU分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的工况；
步骤二、当冷起动时，ECU控制进气控制阀3开向进气旁通管10，使得高温的压缩空气不经中冷器4冷却，ECU控制电热塞6对燃烧室8内的混合气进行加热,通过旁通进气与混合气加热，更有利于混合气在进入燃烧室8内在气缸压缩上止点达到压燃温度。在非冷起动工况，电热塞6不工作；
步骤三、根据步骤一判断的结果有以下三种情形之一：
如果判断结果为小负荷工况，则ECU控制进气控制阀3开向进气旁通管10，使得高温压缩空气不经中冷器冷却。由于在小负荷工况下，在压缩上止点附近无法达到压燃温度，需利用内部EGR对混合气进行加热，此时采用负气门叠开角的方式使更多的缸内废气留在缸内(燃烧室8内)，即排气门在排气行程的上止点前提前关闭，而进气门在进气行程活塞从上止点下行一定曲轴转角时才开启，通过排气门早关、进气门晚开实现更多的缸内废气留在缸内对混合气进行加热；此时ECU控制外部EGR阀关闭。利用内部EGR解决汽油压燃发动机在小负荷工况下部分燃烧的问题。
如果判断结果为中等负荷工况，则ECU控制进气控制阀3开向中冷器4，使进气经中冷器4流向气缸即燃烧室8内；采用内部EGR与外部EGR协同控制，通过负气门叠开角实现内部EGR，ECU控制外部EGR阀13的开度实现外部EGR，利用内部EGR保证汽油压燃发动机在压缩上止点附近达到压燃温度，外部EGR抑制最大压力升高率。随着负荷的增加，缸内工作环境温度逐渐升高，减少内部EGR对混合气加热，增加外部EGR，实现抑制缸内的最大压力升高率，利用内部EGR与外部EGR的协同控制，实现汽油压燃发动机的高效清洁燃烧。
如果判断结果为高负荷工况，则ECU控制进气控制阀开向中冷器，使得进气经中冷器流向气缸内。在高负荷工况下，汽油压燃发动机易出现爆震，大负荷不需要内部EGR，但是内部EGR在发动机燃烧过程中，是不可能没有的，故采用尽可能小的内部EGR，尽可能大的外部EGR，可以采用外部EGR阀全开以获得尽可能大的外部EGR。随着负荷的增大，无需内部EGR加热混合气，且高温的内部EGR更容易促进爆震的产生，所以在大负荷工况，不采用负气门叠开角并且采用大的正气门叠开角，即排气门由原来的早关慢慢过渡到晚关，进气门由原来的晚开慢慢过渡到早开，以减少内部EGR。随着负荷的增大，利用外部EGR以抑制缸内最大压力升高率。
图4是汽油直接压燃发动机在不同工况下的气门开闭时刻图。在小负荷，此时希望尽可能大的内部EGR加热混合气，利于混合气在压缩上止点附近压燃，故采用负气门叠开角的方式使部分废气留在缸内，即排气门在排气行程上止点前关闭，进气门在进气行程活塞从上止点下行一定的曲轴转角才开启；在中等负荷，内部EGR的需求逐渐减少，故相对于小负荷，负气门叠开角逐渐减小；在大负荷，希望尽可能小的内部EGR，因为在大负荷工况下，汽油压燃发动机容易产生爆震，随着负荷的增加，负气门叠开角逐渐减小，并逐渐向正气门叠开角过渡，而正气门叠开角随着负荷的增大而增大。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种汽油直接压燃发动机的运行装置，包括气缸(15)，所述气缸(15)内设有活塞(82)，所述气缸(15)的缸盖(81)上安装有进气门(7)和排气门(9)，由缸盖(81)、进气门(7)、排气门(9)、活塞(82)和气缸套包围形成的空腔为燃烧室(8)，进气由进气管(1)通入燃烧室(8)，排气由排气管(11)从燃烧室(8)内排出；所述进气管(1)的末端安装有电热塞(6)和汽油喷油器(5)，所述汽油喷射器(5)与电热塞(6)并列位于缸盖(81)下方，在所述进气管(1)上沿着进气方向安装有压气机(2)和中冷器(4)，所述排气管(11)上设有与所述压气机(2)同轴连接的涡轮机(12)；其特征在于：
在进气管(1)上、位于所述中冷器(4)的两端与所述中冷器(4)并联一进气旁通管(10)，所述进气旁通管(10)的进气端与所述进气管(1)的交汇处设有进气控制阀(3)，所述进气控制阀(3)为三向阀；所述进气控制阀(3)与ECU相连，所述ECU控制所述进气控制阀(3)，从而实现进气是经过所述中冷器(4)进入燃烧室(8)还是经过进气旁管(10)进入所述燃烧室(8)；
所述进气管(1)的进气端与所述排气管(11)的排气端之间连接有外部EGR循环管(14)，所述外部EGR循环管(14)上设有外部EGR阀(13)；所述外部EGR阀(13)与ECU相连；排气经所述排气管(11)带动所述涡轮机(12)转动，部分排气经外部EGR循环管(14)流向所述进气管(1)，所述ECU控制所述外部EGR阀(13)的开度大小。
2.根据权利要求1所述汽油直接压燃发动机的运行装置，其特征在于，所述缸盖(81)为浅蓬顶形缸盖，在缸盖(81)的中央位置处加工有一个浅的凹坑(85)，所述活塞(82)为浅坑宽径活塞，所述活塞(82)的顶部为宽口径(83)、浅坑深(84)、轴向断面呈ω形的活塞顶部。
3.一种汽油直接压燃发动机的运行控制方法，其特征在于，采用如权利要求1或2所述汽油直接压燃发动机的运行装置，利用VVT控制进气门(7)和排气门(9)；步骤如下：
步骤一、ECU分别读取安装在发动机曲轴上传感器的转速信号、安装在油门踏板上传感器的位置信号并根据所读取的信号判断发动机运行的工况；
步骤二、当冷起动时，ECU控制进气控制阀(3)开向进气旁通管(10)，使得高温的压缩空气不经中冷器(4)冷却，ECU控制电热塞(6)对燃烧室(8)内的混合气进行加热；在非冷起动工况，电热塞(6)不工作；
步骤三、根据步骤一判断的结果有以下几种情形之一：
如果判断结果为小负荷工况，则ECU控制进气控制阀(3)开向进气旁通管(10)，并采用负气门叠开角的方式，此时，ECU控制外部EGR阀(13)关闭；利用内部EGR解决汽油压燃发动机在小负荷工况下部分燃烧的问题；
如果判断结果为中等负荷工况，则ECU控制进气控制阀(3)开向中冷器(4)，使进气经中冷器(4)流向燃烧室(8)；并采用内部EGR与外部EGR协同控制，通过负气门叠开角实现内部EGR，ECU控制外部EGR阀(13)的开度实现外部EGR，利用内部EGR保证汽油压燃发动机在压缩上止点附近达到压燃温度，外部EGR抑制最大压力升高率；随着负荷的增加，缸内工作环境温度逐渐升高，减少内部EGR对混合气加热，增加外部EGR，实现抑制缸内的最大压力升高率，从而实现汽油压燃发动机的高效清洁燃烧；
如果判断结果为高负荷工况，ECU控制进气控制阀(3)开向中冷器(4)，使得进气经中冷器(4)流向燃烧室(8)，采用尽可能小的内部EGR，的外部EGR；并采用大的正气门叠开角，以减少内部EGR；随着负荷的增大，利用外部EGR以抑制缸内最大压力升高率。
CN201710012722.2A 2017-01-06 2017-01-06 一种汽油直接压燃发动机的运行控制方法 Active CN106677886B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710012722.2A CN106677886B (zh) 2017-01-06 2017-01-06 一种汽油直接压燃发动机的运行控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710012722.2A CN106677886B (zh) 2017-01-06 2017-01-06 一种汽油直接压燃发动机的运行控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106677886A true CN106677886A (zh) 2017-05-17
CN106677886B CN106677886B (zh) 2019-04-30

Family

ID=58849203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710012722.2A Active CN106677886B (zh) 2017-01-06 2017-01-06 一种汽油直接压燃发动机的运行控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106677886B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108005829A (zh) * 2017-11-24 2018-05-08 天津大学 一种柴油机高原高寒地区冷起动的运行装置及控制方法
CN110469411A (zh) * 2019-08-12 2019-11-19 南京理工大学 一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法
CN110735708A (zh) * 2019-12-05 2020-01-31 潍柴动力股份有限公司 整车中冷器及其控制方法
CN111173635A (zh) * 2020-02-27 2020-05-19 山东理工大学 改善汽油压燃小负荷工况燃烧稳定性的控制方法及***
CN112879185A (zh) * 2019-11-29 2021-06-01 上海汽车集团股份有限公司 废气再循环***及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1632658A1 (en) * 1996-10-25 2006-03-08 Clyde C. Bryant Improved internal combustion engine and working cycle
JP2007132217A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Fuji Heavy Ind Ltd 圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置
WO2010081491A1 (de) * 2009-01-18 2010-07-22 Fev Motorentechnik Gmbh Kleiner direkt-einspritzender dieselmotor
CN103061908A (zh) * 2012-12-21 2013-04-24 天津大学 灵活双燃料hpcc发动机燃烧、排放控制方法和装置
CN103511146A (zh) * 2012-06-29 2014-01-15 马自达汽车株式会社 直喷发动机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1632658A1 (en) * 1996-10-25 2006-03-08 Clyde C. Bryant Improved internal combustion engine and working cycle
JP2007132217A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Fuji Heavy Ind Ltd 圧縮自着火エンジンの燃焼制御装置
WO2010081491A1 (de) * 2009-01-18 2010-07-22 Fev Motorentechnik Gmbh Kleiner direkt-einspritzender dieselmotor
CN103511146A (zh) * 2012-06-29 2014-01-15 马自达汽车株式会社 直喷发动机
CN103061908A (zh) * 2012-12-21 2013-04-24 天津大学 灵活双燃料hpcc发动机燃烧、排放控制方法和装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108005829A (zh) * 2017-11-24 2018-05-08 天津大学 一种柴油机高原高寒地区冷起动的运行装置及控制方法
CN108005829B (zh) * 2017-11-24 2019-05-17 天津大学 一种柴油机高原高寒地区冷起动的运行装置及控制方法
CN110469411A (zh) * 2019-08-12 2019-11-19 南京理工大学 一种应用可变气门的内燃机压燃运行范围扩展优化方法
CN112879185A (zh) * 2019-11-29 2021-06-01 上海汽车集团股份有限公司 废气再循环***及其控制方法
CN112879185B (zh) * 2019-11-29 2022-06-14 上海汽车集团股份有限公司 废气再循环***及其控制方法
CN110735708A (zh) * 2019-12-05 2020-01-31 潍柴动力股份有限公司 整车中冷器及其控制方法
CN111173635A (zh) * 2020-02-27 2020-05-19 山东理工大学 改善汽油压燃小负荷工况燃烧稳定性的控制方法及***
CN111173635B (zh) * 2020-02-27 2022-02-11 山东理工大学 改善汽油压燃小负荷工况燃烧稳定性的控制方法及***

Also Published As

Publication number Publication date
CN106677886B (zh) 2019-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106677886B (zh) 一种汽油直接压燃发动机的运行控制方法
CN103670759B (zh) 火花点火式直喷发动机
JP5589941B2 (ja) 過給機付ディーゼルエンジンの制御装置及び制御方法
US9097190B2 (en) Combustion control apparatus for an internal combustion engine
WO2014080266A1 (en) Internally cooled exhaust gas recirculation system for internal combustion engine and method thereof
CA2863474A1 (en) High-pressure spark-ignition and stratification device for an internal combustion engine
WO2008148256A1 (fr) Moteur à deux temps
US20170191406A1 (en) High-pressure spark-ignition and stratification device for an internal combustion engine
WO2019039554A1 (ja) 過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン
CN1934342A (zh) 超膨胀四行程内燃机
CN106762102A (zh) 一种高压缩比二冲程汽油压燃装置及控制方法
JP6555310B2 (ja) 過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン
JP6583370B2 (ja) 過給システム付きエンジン
JP6128091B2 (ja) ディーゼルエンジンおよびその製造方法
CN114017178B (zh) 一种稀薄燃烧控制方法、控制装置及氢气发动机***
JP6528818B2 (ja) 過給機付き圧縮自己着火式エンジン
CN110043363A (zh) 一种往复活塞式二冲程内燃发动机
CN105673247A (zh) 一种柴油发动机气缸进排气***及工作方法
JP6528816B2 (ja) 過給機付き圧縮自己着火式エンジン
JP2005163686A (ja) 混合気を圧縮自着火させる自着火運転が可能な内燃機関
JP2004211618A (ja) エンジン制御装置およびその方法
Peng et al. Study the ethanol SI/HCCI combustion mode transition by using the fast thermal management system
JP2019178639A (ja) 圧縮着火式エンジンの制御装置
JP2013213486A (ja) 空前の高効率内燃機関の構造
US8251041B2 (en) Accelerated compression ignition engine for HCCI

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant