一種汽油機混合燃燒模式的實現系統及方法
2023-08-03 06:47:26 1
專利名稱：：一種汽油機混合燃燒模式的實現系統及方法
技術領域：
：本發明涉及內燃機
技術領域：
，尤其涉及一種汽油機混合燃燒模式實現系統及方法。
背景技術：
：汽車已日益成為大眾化的代步工具，而在汽車消費中，尾氣排放及能源節約也越來越成為消費者關心的熱點問題。隨著三效催化劑技術的成熟，汽油發動機已經很好地解決了尾氣排放的問題。但與柴油車比較，目前汽油車的油耗仍要高大約30%。其主要原因之一是汽油機的負荷釆用進氣量調節，在中小負荷時因節氣門開度小造成泵氣損失大。為了解決汽油機中小負荷油耗差的問題，需要減少泵氣損失、實現高效燃燒、產生當量空燃比排氣氛圍，確保三效催化劑對有害排放物高效轉換。均質混合氣壓縮著火(HomogeneousChargeCompressionIgnition,HCCI)燃燒方式可以取消節氣門，使汽油機熱效率顯著改善，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。但目前要在汽油機上實現該種燃燒方式的方法是釆用進氣加熱[JohnE.Dec,MagnusSj6berg.AParametricStudyofHCCICombustion-theSourcesofEmissionsatLowLoadsandtheEffectsofGDIFuelInjection.SAE2003-01-0752]或內部廢氣再循環(ExhaustGasRecycle,EGR)技術[WangZhi,WangJianxing,ShuaiShijin,TianGuohong.ExperimentalandcomputationalstudiesongasolineHCCIcombustioncontrolusinginjectionstrategies.Journalofengineeringforgasturbinesandpower-TransactionsoftheASME.Jul2007,129(3):870-876]。而釆用進氣加熱對於車用發動機不實用，釆用內部EGR又必須釆用複雜的全可變配氣相位(VariableValveTiming,VVT)技術，成本太高；同時，因HCCI高負荷時容易爆震，必須切換到火花點火(SparkIgnition,SI)燃燒模式下工作，這種燃燒模式的切換又增加了車用發動機控制系統優化複雜性。
發明內容(一)要解決的技術問題本發明的目的是提供一種汽油機混合燃燒模式實現系統及方法，以解決現有技術中汽油機實現HCCI存在的上述問題。(二)技術方案為了達到上述目的，本發明的技術方案提出一種汽油機混合燃燒模式實現系統，包括多個氣缸，還包括模式控制裝置，根據發動機負荷的大小，改變內部廢氣再循環EGR閥的開閉狀態，控制所述氣缸分別以單純火花點火SI模式工作或HCCI/SI混合模式工作；設有所述EGR閩的排氣導流裝置，在所述氣缸以混合燃燒模式工作時，根據發火順序將SI模式工作氣缸的部分排氣引入其他氣缸，使所述其他氣缸實現以HCCI模式工作。上述的汽油機混合燃燒模式實現系統中，還包括尾氣處理裝置，利用三效催化劑對當量空燃比尾氣進行處理。上述的汽油機混合燃燒模式實現系統中，所述氣缸為四個，則所述模式控制裝置根據發動機負荷由小到大控制燃燒模式依次為一缸SI、一缸SI+—缸HCCI、兩缸SI、兩缸SI+兩缸HCCI、四fcSI。上述的汽油機混合燃燒模式實現系統中，設所述四個氣缸採用I-III-IV-II的發火順序，則所述排氣導流裝置將I缸及IV缸的排氣分流導入II缸及III缸。本發明的技術方案還提出一種汽油機混合燃燒模式實現方法，包括根據發動機負荷的大小控制汽油機的氣缸分別以單純SI模式或HCCI/SI混合模式工作；在所述氣缸以HCCI/SI混合模式工作時，將以SI模式工作的氣缸的部分排氣引入其他氣缸，使所述其他氣缸實現HCCI模式工作。上述的汽油機混合燃燒模式實現方法中，之後還包括利用三效催化劑對尾氣進行處理。上述的汽油機混合燃燒模式實現方法中，設所述氣缸為四個，則所述根據發動機負荷控制氣缸工作模式具體為，根據發動機負荷由小到大控制燃燒模式依次為一缸SI、一釭SI+—缸HCCI、兩缸SI、兩缸SI+兩缸HCCI、四缸SI。上述的汽油機混合燃燒模式實現方法中，設所述四個氣缸釆用i-ni-iv-n的發火順序，則所述將以si模式工作的氣缸的部分排氣引入其他氣缸具體為，將I缸及IV缸的排氣分流通過EGR閥導入II缸及III缸。(三)有益效果本發明技術方案的汽油機混合燃燒模式實現系統及方法，在現有汽油機上無需釆用可變配氣相位技術，節氣門全開，使得發動機中小負荷下的燃油消耗率接近柴油機水平。圖l為本發明汽油機混合燃燒模式實現系統實施例結構圖2為典型的SI/HCCI混合燃燒模式的配氣相位示意圖3為圖1所示實施例的發動機熱力系統示意圖4為本發明實施例的燃燒系統的結構示意圖5為本發明汽油機混合燃燒模式實現方法實施例流程圖。具體實施例方式以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。圖1為本發明實施例的發動機熱力系統示意圖，包括節氣門1、穩壓腔2、進氣歧管3、氣缸4、EGR管路5、EGR閥6、排氣歧管7。在中小負荷時，部分氣缸釆用SI燃燒模式大負荷高效工作，將SI燃燒氣缸的部分高溫廢氣作為外部EGR引入另一氣缸的進氣系統，使得此氣缸實現HCCI燃燒模式高效工作，保證總體上是當量比可燃混合氣。圖2為目前出現的典型的SI/HCCI混合燃燒模式的配氣相位示意圖，一般SI/HCCI發動機需要釆用複雜的可變配氣相位技術，大負荷釆用大氣門升程實現SI燃燒，小負荷切換到小氣門升程實現HCCI燃燒，這樣的SI/HCCI混合燃燒模式發動機成本高，控制難度大。圖3為實施例的發動機熱力系統示意圖，發動機特徵為2缸四衝程自然吸氣。圖4為本發明實施例的燃燒系統的結構示意圖，如圖所示，在一氣缸直徑為95亳米的雙缸發動機上，燃燒室形狀為一深IO亳米、徑深比為4的圓簡形凹坑；用錐角為60°的高壓漩流傘噴汽油電控噴油器。主要試驗條件見下表。l缸工作在當量空燃比下；將1缸部分排氣導入到2缸進氣道口形成外部熱EGR,與2缸新鮮空氣混合，並被加熱，2缸實現當量空燃比下的HCCI。具體實施工況例如下表l所示。節氣門全開，l缸為SI理論空燃比工作，1缸排氣50。/。EGR分流入2缸進氣道口(EGR溫度可達600。C)，與2缸進入的50%新鮮空氣(進氣溫度20。C)摻混後進氣為300。C。為保證2缸在理論空燃比下工作，則2缸噴油量為l缸噴油量的1/2。雖然由於引入l缸排氣使得NOx在2缸排氣管中依然大量存在(約1000ppm)，但總的排氣空燃比仍然為1，使得三效催化劑高效工作。通過實驗證明，雙缸汽油機釆用本方法後，發動機在1800rpm，5bar平均有效壓力下運轉穩定，油耗達240g/kW.h,同時三效催化劑後的NOx排放小於50ppm。complextableseeoriginaldocumentpage8本發明汽油機混合燃燒模式實現方法實施例如圖5所示，包括以下步驟5501、檢測發動機的負荷大小；5502、根據發動機負荷大小的檢測結果，控制氣缸的工作模式；根據發動機負荷大小的不同情況，可控制氣缸工作在單純SI模式或HCCI/SI混合模式。以四缸汽油機的具體情況為例，根據發動機負荷由小到大的順序，可控制氣缸的工作模式依次為一缸SI、一缸SI+—缸HCCI、兩缸SI、兩釭SI+兩虹HCCI、四缸SI。5503、利用三效催化劑對尾氣進行處理。三效催化劑不僅降低NOx，而且同時解決汽油機中三種主要有害排放物一一HC、CO、NOx。本發明中三效催化劑的重要作用類似常規汽油機一一同時大幅降低汽油機中的這三種有害排放成分。因為本發明中汽油機釆用混合燃燒模式，三種排放成分同時存在，因此本發明汽油機混合燃燒模式實現方法的實施例，可以產生當量空燃比排氣氛圍，從而確保三效催化劑對三種有害排放物同時高效轉換。以上為本發明的最佳實施方式，依據本發明公開的內容，本領域的普通技術人員能夠顯而易見地想到一些雷同、替代方案，均應落入本發明保護的範圍。權利要求1、一種汽油機混合燃燒模式實現系統，包括多個氣缸，其特徵在於，還包括模式控制裝置，根據發動機負荷的大小，改變內部廢氣再循環EGR閥的開閉狀態，控制所述氣缸分別以單純火花點火SI模式工作或HCCI/SI混合模式工作；設有所述EGR閥的排氣導流裝置，在所述氣缸以混合燃燒模式工作時，根據發火順序將SI模式工作氣缸的部分排氣引入其他氣缸，使所述其他氣缸實現以HCCI模式工作。2、如權利要求l所述的汽油機混合燃燒模式實現系統，其特徵在於，還包括尾氣處理裝置，利用三效催化劑對當量空燃比尾氣進行處理。3、如權利要求1或2所述的汽油機混合燃燒模式實現系統，其特徵在於，所述氣缸為四個，則所述模式控制裝置根據發動機負荷由小到大控制燃燒模式依次為一缸SI、一缸SI+—缸HCCI、兩缸SI、兩釭SI+兩feHCCI、四缸SI。4、如權利要求3所述的汽油機混合燃燒模式實現系統，其特徵在於，設所述四個氣缸釆用i-in-iv-n的發火順序，則所述排氣導流裝置將I缸及IV缸的排氣分流導入II缸及III缸。5、一種汽油機混合燃燒模式實現方法，其特徵在於，包括根據發動機負荷的大小控制汽油機的氣缸分別以單純SI模式或HCCI/SI混合模式工作；在所述氣缸以HCCI/SI混合模式工作時，將以SI模式工作的氣缸的部分排氣引入其他氣缸，使所述其他氣缸實現HCCI模式工作。6、如權利要求5所述的汽油機混合燃燒模式實現方法，其特徵在於，之後還包括利用三效催化劑對尾氣進行處理。7、如權利要求5或6所述的汽油機混合燃燒模式實現方法，其特徵在於，設所述氣缸為四個，則所述根據發動機負荷控制氣缸工作模式具體為，根據發動機負荷由小到大控制燃燒模式依次為一釭SI、一釭SI+—釭HCCI、兩缸SI、兩釭SI+兩缸HCCI、四缸SI。8、如權利要求7所述的汽油機混合燃燒模式實現方法，其特徵在於，設所述四個氣缸釆用i-ni-iv-n的發火順序，則所述將以si模式工作的氣缸的部分排氣引入其他氣缸具體為，將I缸及IV缸的排氣分流通過EGR閥導入II缸及III缸。全文摘要本發明涉及一種汽油機混合燃燒模式實現系統，包括多個氣缸，還包括模式控制裝置，根據發動機負荷的大小，改變內部廢氣再循環EGR閥的開閉狀態，控制氣缸分別以單純火花點火SI模式工作或HCCI/SI混合模式工作；設有EGR閥的排氣導流裝置，在氣缸以混合燃燒模式工作時，根據發火順序將SI模式工作氣缸的部分排氣引入其他氣缸，使其他氣缸實現以HCCI模式工作。本發明還涉及一種汽油機混合燃燒模式實現方法。本發明的技術方案，在現有汽油機上無需採用可變配氣相位技術，節氣門全開，使得發動機中小負荷下的燃油消耗率大幅度降低。文檔編號F02D43/00GK101344045SQ20081011796公開日2009年1月14日申請日期2008年8月18日優先權日2008年8月18日發明者帥石金,志王,王建昕,陽冬波申請人:清華大學