一种发动机的复合燃烧控制方法技术

本发明专利技术公开一种发动机的复合燃烧控制方法，在发动机气缸内采用复合燃油喷射方式，大负荷时进行缸内直喷，在不同的阶段喷油形成燃油浓度梯度，在利用火花塞点燃分层混合气形成火焰，释放的能量使剩余混合气形成多点自燃着火，最后在膨胀行程再喷一次油，利用扩散燃烧的特性，控制放热率，抑制燃烧爆震。本发明专利技术可以改善大负荷下燃烧控制难的问题，扩展稀释发动机运行工况范围，从而提高燃烧的经济性和稳定性。

A Compound Combustion Control Method for Engine

【技术实现步骤摘要】
一种发动机的复合燃烧控制方法
本专利技术涉及发动机燃烧过程控制领域，特别是涉及一种发动机的复合燃烧控制方法。
技术介绍
高稀释低温燃烧由于其具有同时改善燃油经济性和发动机尾气排放的潜力而成为一种极具发展前景的新发动机燃烧技术。在高稀释低温燃烧的发展历史中，由于应用平台和控制策略的不同，其也被称为预混充量压燃着火技术、可控自燃燃烧技术和部分预混压燃技术等。高稀释低温燃烧技术的共同特点之一就是通过额外热源或者缸内高温残余废气的加热和发动机自身的压缩过程使得稀释或稀薄的空气燃油混合物在燃烧上止点附近自燃着火。高稀释低温燃烧技术在实际应用中需要解决燃烧过程的控制问题。汽油压燃燃烧过程受化学反应动力学控制，只有在缸内状态满足着火需求时，混合气才能够自燃着火。现阶段，汽油机的压燃缺少直接控制手段精确控制着火时刻。汽油压燃对于环境温度十分敏感，当发动机处于冷机状态或者小负荷时，压燃很难在此工况下正常燃烧。发动机工作在较高负荷工况时，由于缺乏足够的缸内充量对燃烧进行稀释，过快的放热速度会引起发动机的爆震现象，且过高的缸内压力升高率会导致发动机的机械负荷和热负荷过大，以致造成发动机的损坏，同时也会引起发动机的高噪声和高NOx排放，这不利于于发动机的长期稳定运行，会损害发动机的寿命。高稀释低温燃烧的运行范围受到了极大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服预混稀释混合气的着火及燃烧过程控制的难题，并满足拓展燃烧范围的需求。提供一种发动机的复合燃烧控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种发动机的复合燃烧控制方法，用以实现汽油机的燃烧过程控制，包括以下步骤：(1)以燃烧上止点为0℃A，由发动机燃烧信息及状态参数调节进排气门相位和升程，在发动机处于进气行程时，通过缸内直接喷油器喷射燃油，其中，喷射时刻为-360～-160℃A，喷射燃油比例为0.6-0.8,在缸内形成预混稀释均质空气燃油混合物；(2)在发动机处于压缩行程末期时，通过缸内直接喷油器喷射燃油,其中，喷射时刻为-160～0℃A，喷射燃油比例为0.1-0.3,在缸内局部空间形成浓度梯度分布的空气燃油混合物；使火花塞附近的空燃比趋近于1；(3)利用火花塞点燃步骤(2)中形成的局部空气燃油混合物形成火焰；利用该火焰传播释放的能量致使缸内预混稀释的均质空气燃油混合物形成稳定的快速燃烧或多点自燃燃烧；(4)在发动机处于膨胀过程初期时，通过缸内直接喷油器进行喷射，其中，喷射时刻为0-180℃A，喷射剩余燃油,在缸内形成扩散燃烧。进一步的，所述喷油器的喷油量、喷油时刻、喷油次数及点火时刻调控由喷油器控制模块执行。进一步的，所述发动机燃烧信息及状态参数，由燃烧信息采集分析模块采集的数据与发动机燃烧信息及状态参数比对、计算后生成。进一步的，所述进排气门相位和升程的调控由气门机构控制模块执行；其中，气门升程和相位的变动为连续可调。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本方法利用膨胀行程时晚喷技术，针对发动机大负荷工况进行优化，可拓展高稀释燃烧的运行范围，明显抑制大负荷下发动机爆震情况，应用在已有的RicardoHydra140型单缸发动机上，稀释燃烧的循环变动在本专利技术控制方法的作用下可降低到5％以下，与均质喷射的稀释燃烧方式相比可以明显改善燃油经济性。附图说明图1是本专利技术中同时具有进气道喷射和缸内直喷能力的单缸发动机系统结构图；图2是在图1所示发动机上进行直喷喷油器位置变换而形成的系统结构图；图3是在图1所示发动机系统上安装外部废气再循环系统后的系统结构图；图4是在图2所示发动机系统上安装外部废气再循环系统后的系统结构图；附图标记：1、缸内工作容积；2、活塞；3、连杆；4、排气门；5、进气门；6、进气道喷油器；7、喷油器；8、火花塞；9、涡轮机；10、压气机；11、中冷器；12、高压EGR回路；13、低压EGR回路；14、高压EGR回路EGR控制阀；15、低压EGR回路EGR控制阀。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1所示的是一台单缸往复式二冲程或者四冲程发动机的系统结构图。活塞2通过连杆3与曲轴相连，通过其往复运动而实现缸内工作容积1变化。发动机燃烧室至少配备一个进气门5和一个排气门4。安装在进气道中的进气道喷油器6用于在怠速和小负荷工况下进行进气道燃油喷射形成均质混合气。安装在发动机缸盖上的喷油器7为压电晶体外开式汽油喷油器，其针阀升起与落座响应快，可以在一个工作循环内实现多次喷油。一个火花塞8安装于气缸盖上用于点燃缸内均质混合气。图2展示了一台和图1相同的发动机，但是图2所示的发动机缸内直接喷射的喷油器较图1所示的发动机处于远离火花塞的位置。在此例应用中，为了在火花塞附近形成可用的分层混合气，需要活塞上设计专门的燃烧室进行配合。其设计方式按现有的壁面引导汽油直喷发动机中燃烧室设计即可。图3和图4分别展示的是在与图1和图2相同的发动机系统上，额外地加装了涡轮增压器。涡轮增压器由连接在排气道内的涡轮机9和连接在进气道内的压气机10组成。冷却的外部废气再循环回路(高压EGR回路12和/或低压EGR回路13)。在压气机10的下游加装有中冷器11，用以降低增压后的充量温度。部分废气是从涡轮机9的上游导出，经过一个换热器的冷却回到进气系统中压气机10的下游。其废气数量是通过高压EGR回路EGR控制阀14或低压EGR回路EGR控制阀15调节的。这种提取压力明显大于环境压力的EGR系统在本例中将会被称为高压EGR。此外，外部废气还可以从涡轮机9的下游引出回到进气系统中压气机10的上游。此时，外部废气的提取压力与环境压力接近，这种外部废气再循环回路在本例中将会被称为低压EGR。ECU根据发动机转速、负荷(节气门开度)、温度、进气流量、排气温度控制低压EGR回路EGR控制阀15或高压EGR回路EGR控制阀14适时打开，废气依次通过涡轮机9、压气机10和中冷器11，到达燃烧室。本专利技术提出的控制方法主要包含喷射策略。当判断发动机在高负荷情况下运转时，进气道内的稀释混合气是在图3所示的配有EGR系统的发动机上，通过在进气系统中引入外部废气再循环的方式实现的，无论是通过高压EGR回路12或低压EGR回路13或两种外部废气再循环回路兼用的方法均可。在得到预混稀释/稀薄混合气后，通过压缩冲程后期的合适时刻利用缸内直喷喷油器7，在活塞接近压缩上止点时进行喷射，在火花塞周围形成可点燃的接近当量比的混合气。此时在缸内形成分层混合气，即火花塞附近则是接近当量比的混合气，在燃烧室的其他位置填充的是预混的稀释混合气。进而利用火花塞8跳火的方式，在合理的时刻点燃分层混合气。火核首先在火花塞附近形成，然后逐步扩散到周围其他区域。借助火焰传播和发展过程中释放的热量和该过程造成的缸内压力升高以及活塞的继续压缩引起的压力升高使缸内其余未燃的预混稀薄或稀释混合气自燃着火，再于膨胀行程初期通过缸内直喷喷油器7喷射燃油，形成扩散燃烧，实现放热率的调控作用，抑制爆震。(1)以燃烧上止点为0℃A，由发动机燃烧信息及状态参数调节进排气门相位和升程，在发动机处于进气行程时，通过缸内直接喷油器喷射燃油，其中，喷射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发动机的复合燃烧控制方法，用以实现汽油机大负荷和全负荷的燃烧过程优化控制，其特征在于，包括以下步骤：(1)以燃烧上止点为0℃A，由发动机燃烧信息及状态参数调节进排气门相位和升程，在发动机处于进气行程时，通过缸内直接喷油器喷射燃油，其中，喷射时刻为‑360～‑120℃A，喷射燃油比例为0.5‑0.8,在缸内形成预混稀释均质空气燃油混合物；(2)在发动机处于压缩行程末期时，通过缸内直接喷油器喷射燃油,其中，喷射时刻为‑120～0℃A，喷射燃油比例为0.1‑0.3,在缸内局部空间形成浓度梯度分布的空气燃油混合物，使火花塞附近的空燃比趋近于1；(3)利用火花塞点燃步骤(2)中形成的局部空气燃油混合物形成火焰；利用该火焰传播释放的能量致使缸内预混稀释的均质空气燃油混合物形成稳定的快速燃烧或多点自燃燃烧；(4)在发动机处于膨胀过程初期时，通过缸内直接喷油器进行喷射，其中，喷射时刻为0‑180℃A，喷射剩余燃油,燃油比例为0.1‑0.4，在缸内形成扩散燃烧。

【技术特征摘要】
1.一种发动机的复合燃烧控制方法，用以实现汽油机大负荷和全负荷的燃烧过程优化控制，其特征在于，包括以下步骤：(1)以燃烧上止点为0℃A，由发动机燃烧信息及状态参数调节进排气门相位和升程，在发动机处于进气行程时，通过缸内直接喷油器喷射燃油，其中，喷射时刻为-360～-120℃A，喷射燃油比例为0.5-0.8,在缸内形成预混稀释均质空气燃油混合物；(2)在发动机处于压缩行程末期时，通过缸内直接喷油器喷射燃油,其中，喷射时刻为-120～0℃A，喷射燃油比例为0.1-0.3,在缸内局部空间形成浓度梯度分布的空气燃油混合物，使火花塞附近的空燃比趋近于1；(3)利用火花塞点燃步骤(2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈韬，史吏春，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12