一種雙模式直噴汽油機的全工況空燃比控制方法
2023-10-07 21:42:29 3
專利名稱：一種雙模式直噴汽油機的全工況空燃比控制方法
技術領域：
本發明涉及一種控制均質壓燃和火花點火兩種模式的直噴汽油機全工況空燃比的控制方法，特別涉及在均質壓燃區域和火花點火區域以及兩種燃燒模式切換區域的空燃比控制策略，屬於汽車發動機、內燃機燃燒技術領域。
背景技術：
均質混合氣壓縮著火(HCCI)燃燒方式可以使汽油機的燃燒熱效率顯著改善，達到普通柴油機的水平，同時NOx的排放比普通汽油機降低95％以上，是目前國際上的研究熱點。但是這種燃燒方式負荷範圍較小，雖然能夠滿足日常中低速巡航和大部分城市工況的要求，但不能滿足加速、高速巡航等高功率輸出要求，因此必須和普通火花點火(SI)燃燒模式混合使用。
通常來講，為了減小泵氣損失，壓燃模式燃燒在節氣門全開狀態下進行，空燃比略高於理論空燃比，隨負荷的變化發生變化，過量空氣係數φa在1.3到3之間波動。在點燃模式下，為了利用三效催化轉化器，空燃比通常控制在理論空燃比，過量空氣係數保持在φa＝1。在部分負荷時，節氣門處於部分開啟位置。
另外，在壓燃模式下，為了提高缸內混合氣溫度，採用負閥重疊的配氣相位，氣門開啟持續期短，氣門升程小，能夠形成大量的內部廢氣再循環。在點燃模式下，氣門配氣相位為普通的正氣門重疊角配氣相位。
因此，在壓燃和點燃兩種燃燒模式間進行切換時，需要改變節氣門位置和配氣相位。由於點燃模式的配氣相位有較長的持續期和較大的升程，因此進氣量較大。在負荷保持不變，也就是噴油量不變時切換燃燒模式，一旦將配氣相位切換為點燃模式的配氣相位，進氣量將會減小，導致過量空氣係數φa小於1，使燃燒受到衝擊。因此在模式切換時，還需要輔助以節氣門位置的變化來提高切換過程的平順性。而空燃比的控制在切換過程中是一個關鍵的控制參數。
對於缸內直噴汽油機，由於可以通過調整噴油策略實現理論空燃比燃燒或者稀燃，為模式切換提供了一種可能的解決方案。但是目前關於該領域的研究結果還不多見。
發明內容
本發明的目的是提出一種在雙模式直噴汽油機上全工況平面的空燃比控制策略，通過在不同的區域選擇不同的空燃比，兼顧排放、油耗和輸出功率多方面的要求，同時特別考慮了兩種不同燃燒模式切換時的空燃比策略。
本發明的技術方案如下
一種雙模式直噴汽油機的全工況空燃比控制方法，其特徵在於該方法包括如下部分1)壓燃模式下的空燃比a.在壓燃模式下，節氣門全開，空燃比由負荷大小以及缸內截獲廢氣量的多少決定，過量空氣係數φa在1.5～3之間變化；b.壓燃模式向點燃模式轉換時，關閉節氣門到5～8％，混合氣變濃，過量空氣係數φa為0.9～1.3；2)點燃模式下的空燃比a.在點燃模式下，節氣門部分或全部開啟，開啟度由負荷決定，過量空氣係數φa始終保持為0.95～1.0；b.點燃模式向壓燃模式轉換時，節氣門開度為5～8％，過量空氣係數φa為1.5～2.0；噴油採用兩段噴射，採用稀燃模式進氣行程一次噴油，噴油角為50～150℃A ATDC，噴油量為循環供油量的60％～80％；壓縮行程二次噴油，噴油角為200～300℃A ATDC，噴油量為循環噴油量的20％～40％。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果本發明通過在不同的區域選擇不同的空燃比，能夠兼顧兩種燃燒模式的優點，同時滿足降低油耗、限制排放和足夠的功率輸出的要求，避免各自的不足；對於模式切換過程，採用本發明的空燃比控制策略，能夠避免節氣門變換對切換過程的幹擾，簡化控制策略，在很大程度上提高模式切換過程的平順性，避免該過程中容易出現的爆震及失火等不正常的燃燒現象發生。
圖1為雙模式發動機全工況空燃比控制方法示意圖。
具體實施例方式
本發明提供的一種雙模式直噴汽油機的全工況空燃比控制方法，具體的控制手段如下1)壓燃模式下的空燃比a.在壓燃模式下，節氣門全開，空燃比由負荷大小以及缸內截獲廢氣量的多少決定(也就是噴油量的多少)，混合氣濃度稀於理論空燃比，過量空氣係數φa在1.5～3之間變化；b.壓燃模式向點燃模式轉換時，關閉節氣門到5～8％，使混合氣變濃，空燃比數值變小，過量空氣係數φa為0.9～1.3；2)點燃模式下的空燃比a.在點燃模式下，節氣門部分或全部開啟，開啟度由負荷決定，過量空氣係數φa始終保持為0.95～1.0。即正常的點燃模式下，節氣門部分開啟，開度隨負荷不同而變化，空燃比控制在理論空燃比，過量空氣係數φa等於1，以更好的利用三效催化轉化器，降低排放。在大負荷狀態下，為了提高輸出，空燃比略濃於理論空燃比，過量空氣係數φa為0.95～1之間。
b.點燃模式向壓燃模式轉換時，節氣門開度為5～8％，過量空氣係數φa為1.5～2.0；噴油採用兩段噴射，採用稀燃模式進氣行程一次噴油，噴油角為50～150℃A ATDC，噴油量為循環供油量的60％～80％；壓縮行程二次噴油，噴油角為200～300℃A ATDC，噴油量為循環噴油量的20％～40％。
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行進一步的說明。
圖1為雙模式發動機全工況空燃比控制方法示意圖，圖1中所示為整個工況的空燃比，一共包括5個區域的內容。圖中I所示為點燃模式高負荷區域，為保證輸出，該區域過量空氣係數φa為0.95到1，略濃於理論空燃比，節氣門全開；II區域為點燃模式區，該區域為了保證好的排放性能，過量空氣係數φa保持為1，節氣門隨負荷變化；圖中所標III區域點燃和壓燃過渡區域，兩種燃燒模式都可能存在，節氣門開度在兩種燃燒模式下都為5～8％，處於點燃模式時，過量空氣係數φa約為1.5～2.0，處於壓燃模式時，過量空氣係數φa約為0.9～1.3；圖中標註的IV區域為壓燃模式區，空燃比隨負荷變化，過量空氣係數φa約為1.5～3，節氣門處於全開位置；圖中標準的V區為怠速點燃區，過量空氣係數φa為1，節氣門全關。
採用上述空燃比控制方法，具體的控制手段如下a.壓燃模式下，即圖中的IV區域，節氣門全開，配氣相位採用負閥重疊配氣相位。空燃比根據負荷的不同有所變化，過量空氣係數φa在1.5到3之間波動。
b.點燃模式下，即圖中的II區域，節氣門部分開啟，開啟度和負荷水平相關，配氣相位為普通正氣門重疊配氣相位。空燃比保持在理論空燃比，可以使用三效催化轉化器。
c.點燃模式高負荷下，即圖中的I區域，節氣門位置為全開，配氣相位為普通正氣門重疊相位，空燃比為理論空燃比或略微濃於理論空燃比以保證功率輸出，可以使用三效催化轉化器。
d.模式轉換時，無論壓燃還是點燃模式都採用相同的節氣門開度，開度為5～8％。在點燃模式下，過量空氣係數φa為1.5～2，噴油採用兩段噴射，進氣行程一次噴油，噴油角為50～150℃A ATDC，噴油量為循環供油量的60％～80％，壓縮行程二次噴油，噴油角為200～300℃A ATDC，噴油量為循環噴油量的20％～40％；在壓燃模式下，由於採用負閥重疊的配氣相位，進氣量減少，過量空氣係數φa為0.9～1.3左右。在這個區域內，節氣門保持開度不變。
實施例在一臺氣缸直徑95毫米，壓縮比13，錐角為30°的高壓漩流傘噴汽油電控噴油器的兩氣門發動機上，在兩種模式下都進行了正常的運行，並成功進行了兩種模式間的轉換。
試驗證明，通過在不同的燃燒模式下採用不同的空燃比策略，可以有效發揮各自的優點。點燃模式下採用理論空燃比，可以有效使用三效催化轉化器，降低排放，而壓燃模式的NOx排放很低，同樣可以採用三效催化轉化器降低HC和CO排放，使整機的後處理裝置成本被有效的控制。在切換過程中，雖然點燃模式下有稀燃狀態，因為時間很短，NOx的排放不會造成太大的影響。
在模式切換時，採用該空燃比控制策略，有效的將配氣相位和節氣門位置這兩個控制參數進行解耦，無需同步調整，大幅度降低了控制難度，提高了切換過程的平順程度。
權利要求
1.一種雙模式直噴汽油機的全工況空燃比控制方法，其特徵在於該方法包括如下部分1)壓燃模式下的空燃比a.在壓燃模式下，節氣門全開，空燃比由負荷大小以及缸內截獲廢氣量的多少決定，過量空氣係數φa在1.5～3之間變化；b.壓燃模式向點燃模式轉換時，關閉節氣門到5～8％，混合氣變濃，過量空氣係數φa為0.9～1.3；2)點燃模式下的空燃比a.在點燃模式下，節氣門部分或全部開啟，開啟度由負荷決定，過量空氣係數φa始終保持為0.95～1.0；b.點燃模式向壓燃模式轉換時，節氣門開度為5～8％，過量空氣係數φa為1.5～2.0；噴油採用兩段噴射，採用稀燃模式進氣行程一次噴油，噴油角為50～150℃A ATDC，噴油量為循環供油量的60％～80％；壓縮行程二次噴油，噴油角為200～300℃A ATDC，噴油量為循環噴油量的20％～40％。
全文摘要
一種雙模式直噴汽油機的全工況空燃比控制方法，該方法在不同的燃燒模式下採用不同的空燃比控制燃燒在點火模式下，空燃比為理論空燃比以使用三效催化轉化器降低排放；在壓燃模式下採用節氣門全開的稀燃以提高燃油經濟性；在兩種燃燒模式過渡區域內，節氣門開度保持不變，點火模式的空燃比略高於理論空燃比，配合噴油策略實現分層稀燃，壓燃模式的混合氣濃於同等節氣門開度下的點火模式，空燃比接近理論空燃比。採用這種空燃比控制方法，能夠結合兩種燃燒模式各自的優點，避免不足，在全工況範圍內實現穩定的燃燒，尤其對於模式過渡過程，能夠簡化控制策略，提高平順性，避免該過程中容易出現的爆震及失火等不正常的燃燒現象發生。
文檔編號F02D41/00GK101082309SQ200710118468
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月6日 優先權日2007年7月6日
發明者田國弘, 王志, 王建昕, 帥石金 申請人:清華大學