專利名稱：一種汽油機火花點火激發均質壓燃燃燒及控制方法
技術領域：
本發明涉及內燃機技術領域，特別是涉及一種汽油機火花點火激發均質壓燃 的燃燒模式及其控制方法。
背景技術：
HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition)是可實現高效低NOx
和PM排放的內燃機燃燒技術，但其產業化面臨三個主要問題著火時刻和燃燒 速率的控制；HC和C0排放，運行范圍的拓展。從已有的文獻看，利用燃燒信號
反饋可以用于控制HCCI著火;利用三效催化劑可以解決HC和CO排放；目前HCCI 發動機最大挑戰是擴展高負荷運行范圍。在保證可接受的最大壓力升高率和最高 NOx排放的限制下，汽油機HCCI燃燒只能應用在中低負荷工況下。原因是采用 現有HCCI技術，在發動機中高負荷工況下，可燃混合氣同時自燃，燃燒速度過 快，導致壓力升高率及最大爆發壓力均過高，發動機出現爆震。
從2001年以來，已有大量研究[1 8]表明火花點火對HCCI燃燒有影響，尤 其在汽油機中低負荷區域火花點火燃燒模式(SI)和HCCI燃燒模式過渡的邊界 上容易出現。而本申請專利發明人的研究發現，汽油機采用較高壓縮比和較高 EGR率的當量比燃燒，在中高負荷區域能獲得一種穩定的火花點火激發均質壓燃 的新型燃燒模式，這種燃燒模式不同與傳統的SI和HCCI燃燒模式，具有兩階段 放熱的低壓升率燃燒特性、低N0x的排放特性和高熱效率的經濟性。這種燃燒模 式通過點火提前角和EGR率可以有效控制著火時刻和燃燒速率，通過三效催化劑 解決排放，可作為汽油機中高負荷區域的一種很有應用前景的高效低排放運行模 式。已有相關文獻
1. Lucien Koopmans， lngemar Denbratt. A Four Stroke Camless Engine, Operated in Homogeneous Charge Compression Ignition Mode with Commercial Gasoline. SAE 2001-01-3610
2. A Fuerhapter, W F Piock, G K Fraidl. CSI - controlled Auto Ignition - the best soluiion for the fuel consumption - versus emission trade-off SAE 2003-01-0754
3. Wang Zhi ， Wang Jian隱xin, Shuai Shi-Jin. Effects of Spark Ignition and Stratified (Charge on Gasoline HCCI Combustion with Direct Injection. SAE 2005-01-1037
4. Tomonori Urushihara, Koichi Yamaguchi, Koudai Yoshizawa and Teruyuki ltoh. A Study of a Gasoline-fueled Compression Ignition Engine. Expansion of ACCI Operation Range Using SI Combustion as a Trigger of Compression Ignition. SAE 2005-01-0180
5. Wanb Zhi， Wang Jianxin， Shuai Shijin， Tian Guo-hong. Study of Spark Ignition on Gasoline HCCI Combustion. Proceedings of the Institution of (Mechanical Engineers, Journal of Automobile Engineering, Jun 2006. 220(D6):817-825.
6. Warner Robert M， Edwards K. Dean, Daw C. Stuart. On the Nature of Cyclic Dispersion in Spark Assisted HCCI Combustion. SAE 2006-01-0418
7. Yan Zhang, Hui Xie， Nenghui Zhou, Tao Chen and Hua Zhao. Study of S卜HCC卜SI Transition on a Port Fuel Injection Engine Equipped with 4VVAS. SAE 2007-01-0199
8. Hakan Persson， Bengt Johansson, Alfredo Remon. The effect of swirl on spark assisted compression ignition (SACI). SAE 2007-01-185
發明內容
本發明提供一種適用于汽油機中高負荷的火花點火激發均質壓燃的燃燒模 式及其控制方法，可以提高燃油經濟性、降低NOx排放。
為達到上述目的，本發明實施例的技術方案提供一種汽油機火花點火激發均 質壓燃的燃燒控制方法，所述方法包括調整點火提前角和EGR率。實現方法可以 包括以下步驟在進氣過程中缸內進行第一次燃料噴射，在壓縮上止點時形成均 質稀薄混合氣；在壓縮沖程中缸內進行第二次燃料噴射，在火花塞周圍形成局部 較濃混合氣，火花塞點火點燃局部較濃混合氣產生火焰傳播，局部火焰傳播燃燒 放熱，壓縮周圍大面積稀混合氣溫度壓力升高達到自燃著火狀態，從而激發整個 缸內混合氣多點大面積自燃，并使全部混合氣快速燃燒完全。
本發明實施例的技術方案還提供一種采用火花點火激發均質壓燃(SICI)燃 燒模式的汽油發動機燃燒模式的區劃。發動機穩態運行時，一直保持節氣門全開， 發動機負荷的變化通過改變EGR率和噴油量來實現。在中低速中低負荷工況，采 用較高壓縮比(HCR)實現HCCI燃燒(稀燃，EGR = 40% 70%)，以達到極低的N0x排放和高熱效率；在中高負荷工況，采用較高壓縮比實現SICI燃燒(化學 計量比，EGR=10% 40%),以降低均質壓燃著火燃燒時缸內壓力升高率，獲得低 NOx排放和高熱效率；大負荷工況，采用SI燃燒方式(偏濃混合氣，無EGR)， 同時減小有效壓縮比(LCR)，以保證功率密度并抑制爆震。 與現有技術相比，本發明的技術方案具有如下優點
采用本發明時，采用火花點火激發均質壓燃(SICI)燃燒模式可以有效控制 著火時刻；SICI燃燒模式呈現兩階段放熱的燃燒特性可以顯著降低缸內壓力升 高率，抑制爆震，并獲得較高的燃油經濟性。另外，汽油當量比混合氣燃燒產生 的有害排放物，可以使用傳統汽油機三效催化劑有效地解決。
圖l是本發明火花點火激發均質壓燃燃燒模式的原理示意圖； 圖2是本發明汽油發動機新型燃燒模式的區劃；
圖3是本發明實施例的一種汽油機火花點火激發均質壓燃燃燒系統；
圖4是本發明實施例的一種汽油機火花點火激發均質壓燃燃燒實現方法的流 程圖5是本發明實施例的一種汽油機火花點火激發均質壓燃燃燒模式通過點火 角和EGR率控制在理論空燃比下的發動機穩定工況范圍。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下 實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
本發明實施例的一種汽油機火花點火激發均質壓燃(SICI)燃燒的方法如圖
3所示，包括以下步驟
步驟s201，在進氣過程中進行缸內燃料噴射，在壓縮上止點時形成稀均質 混合氣。
步驟s202，在壓縮沖程末期火花塞點火點燃局部區域混合氣，產生初始火 焰傳播。
步驟s203，局部區域的火焰傳播產生的燃燒放熱，壓縮周圍大面積混合氣
5溫度壓力升高至自燃著火狀態，由此激發出整個缸內未燃混合氣多點大面積自 燃，并快速燃燒完全。
本發明實施例的一種汽油發動機火花點火激發均質壓燃燃燒系統的結構示 意圖如圖3所示，其中，l為噴油器，2為火花塞，3為進氣，4為排氣，5為點 燃放熱區，6為壓燃放熱區，均質混合氣過量空氣系數入=1，點火角為壓縮上 止點前20。CA， EGR率為20X。該燃燒系統氣缸直徑為95毫米，壓縮比為13， 用錐角為60°的高壓旋流傘噴汽油電控噴油器。在同一工作循環內中，根據電 控單元給出的噴油脈沖信號(控制噴油時刻和噴油量)，在進氣過程中進行燃油 噴射，噴油時刻為進氣上止點后100° ，這些燃料在壓縮上止點時已形成均質混 合氣；然后在在壓縮沖程末期火花塞點火，使混合氣著火并形成火焰傳播；通過 點燃放熱，壓縮周圍混合氣，從而激發周圍混合氣壓燃，并使全部混合氣燃燒完 全。這樣，周圍混合氣壓燃時，氣缸內混合氣可分為兩個區域，即火花塞附近的 火花點火放熱區域，和周圍的壓燃放熱區域。從試驗結果可知，采用火花點火激 發均質壓燃(SICI)燃燒相比于均質混合氣壓燃(HCCI)燃燒，通過調整點燃放 熱比例，燃燒速率得到有效的控制，壓力升高率相對較低，從而有效抑制汽油混 合氣壓燃爆震。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾， 這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種汽油機火花點火激發均質壓燃燃燒方法，其特征在于所述燃燒方法是在汽油機中高負荷區域，利用火花點火產生的火焰傳播放熱激發可燃混合氣自燃。在進氣過程中進行第一次燃料噴射，在壓縮上止點時形成均質稀薄混合氣；它含有以下步驟(1)在壓縮沖程中進行第二次燃料噴射，在火花塞周圍形成局部較濃混合氣；(2)火花塞點火點燃局部較濃混合氣產生火焰傳播；(3)局部火焰傳播燃燒放熱，壓縮周圍大面積稀混合氣，使得溫度壓力升高達到自燃著火狀態，整個缸內混合氣多點大面積自燃，并使全部混合氣快速燃燒完全。
2、 如權利要求1所述的燃燒方法，其特征在于，所述混合氣的燃空當量比 EGR率的范圍為10% 40%。
3、 如權利要求1所述的燃燒方法，其特征在于，所述壓縮比為10 15。
4、 如權利要求1所述的燃燒方法，其特征在于，所述缸內混合氣總的過量 空氣系數入=1。
5、 一種汽油機火花點火激發均質壓燃燃燒控制方法，其特征在于所述控 制方法是通過點火提前角控制著火時刻，通過EGR率控制燃燒速率。
6、 如權利要求5所述的燃燒控制方法，其特征在于，所述點火提前角范圍 為50 °CA BTDC 0 。CA BTDC。
7、 如權利要求5所述的燃燒控制方法，，其特征在于，所述實現該方法的系 統包括噴油器，用于向缸內噴入燃料；電控單元，用于控制所述噴油器的噴油時刻和噴油量，使所述噴油器在進氣 過程中進行燃料噴射；火花塞，用于點燃所述燃料。
全文摘要
本發明公開了一種汽油機火花點火激發均質壓燃燃燒及控制方法，屬于內燃機技術領域。其控制方法為通過點火提前角控制著火時刻，通過EGR率控制燃燒速率。其實現方法可以包括以下步驟在進氣過程中進行第一次燃料噴射，在壓縮上止點時形成均質稀薄混合氣；在壓縮沖程中進行第二次燃料噴射，在火花塞周圍形成局部較濃混合氣，火花塞點火點燃局部較濃混合氣產生火焰傳播，局部火焰傳播燃燒放熱，壓縮周圍大面積稀混合氣溫度壓力升高達到自燃著火狀態，從而激發整個缸內混合氣多點大面積自燃，并使全部混合氣快速燃燒完全。另外，采用當量比混合氣燃燒產生的有害排放物，可以使用傳統汽油機三效催化劑有效地控制。
文檔編號F02B1/14GK101619670SQ20091007719
公開日2010年1月6日 申請日期2009年1月20日 優先權日2009年1月20日
發明者帆 徐, 志 王, 王建昕, 陽冬波 申請人:清華大學