一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒的方法。適用于采用廢氣稀釋的缸內(nèi)直噴發(fā)動機的車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車保有量持續(xù)增加，隨之而來的能源和經(jīng)濟問題也逐漸顯著。隨著各項法規(guī)的逐漸嚴(yán)格，發(fā)動機的排放與經(jīng)濟性問題也越來越受到重視，新的發(fā)動機控制技術(shù)應(yīng)運而生。
[0003]缸內(nèi)直噴發(fā)動機具有更好的燃油經(jīng)濟性，更好的響應(yīng)性，更準(zhǔn)確的空燃比控制，以及減少了部分排放并加強整機系統(tǒng)優(yōu)化潛力的優(yōu)勢。但同時由于缸內(nèi)直噴技術(shù)本身的需求，對點火系統(tǒng)和噴油系統(tǒng)的要求較高，工作在分層模式下容易在火花塞處形成積碳。第一代缸內(nèi)直噴發(fā)動機主要采用了分層稀燃的工作模式，除了分層燃燒控制難度較大外，稀燃燃燒模式也為后處理系統(tǒng)增加了困難，專門的稀燃后處理系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的汽油機三效催化劑成本和制造難度增加很多。
[0004]廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)長期應(yīng)用在柴油機上用以降低缸內(nèi)的溫度進而降低NOx的排放。隨著汽油機的發(fā)展，缸內(nèi)直噴技術(shù)和增壓技術(shù)的出現(xiàn)引領(lǐng)了汽油機小型化的發(fā)展，更高的功率密度及更緊湊的形狀成為了發(fā)展的方向，同時這也導(dǎo)致了直噴汽油機NOx排放的增加。缸內(nèi)直噴汽油機采用廢氣再循環(huán)技術(shù)既可以減少NOx的排放，又可以減小泵氣損失，提高燃燒效率。廢氣在缸內(nèi)起到了容積稀釋、密度稀釋和活性稀釋作用，這些現(xiàn)象和稀薄燃燒的影響非常類似，稱作廢氣稀釋。廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)分為內(nèi)部EGR和外部EGR，采用外部EGR時EGR率受到一定限制，若要使用較大的EGR率需要采用內(nèi)部EGR，內(nèi)部EGR主要靠配氣相位的改變來實現(xiàn)，配氣相位的改變主要靠可變氣門正時機構(gòu)實現(xiàn)(VVT機構(gòu))。
[0005]為了使用成本較低、難度較小的三效催化劑，選擇使用當(dāng)量比混合氣進行燃燒。又為了進一步的提高燃油經(jīng)濟性，減小泵氣損失、控制排放，采用了廢氣再循環(huán)技術(shù)，通過這種廢氣稀釋的當(dāng)量比燃燒模式實現(xiàn)更高的燃油經(jīng)濟性和制造成本。但是由于EGR率過高時，缸內(nèi)的循環(huán)變動較大，燃燒惡化影響了發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，所以考慮在缸內(nèi)另外加入一種點火能量低、燃燒速度快、燃燒界限寬的氣體以實現(xiàn)在較大EGR率下穩(wěn)定的當(dāng)量比燃燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒模式，這種燃燒模式發(fā)生在較大的EGR條件下并且可以保證燃燒穩(wěn)定進行。通過這種新型的燃燒模式，進一步增大缸內(nèi)直噴汽油機的燃油經(jīng)濟性，并使用了傳統(tǒng)的三效催化劑減小了發(fā)動機的制造成本。這種新的燃燒模式在燃燒效率、廢氣排放和循環(huán)變動三個方面都具有一定的優(yōu)勢。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種廢氣稀釋的當(dāng)量比燃燒方法，所述方法包括以下步驟:換氣過程中，排氣門早關(guān)進氣門晚開，利用負閥重疊角(NVO)實現(xiàn)廢氣的滯留，NVO的大小決定了不同的EGR率；在進氣過程中實現(xiàn)主燃料的第一次噴射，在進氣沖程末期形成了均質(zhì)的稀薄混合氣；在壓縮過程中進行輔助燃料的第二次噴射，在火花塞周圍形成了輔助燃料的濃混合氣區(qū)；壓縮過程結(jié)束，火花塞點火，缸內(nèi)混合燃料進行燃燒。
[0008]其中，在所述壓縮過程中進行輔助燃料第二次噴射后，缸內(nèi)混合氣整體處于化學(xué)計量比，過量空氣系數(shù)為I。
[0009]其中，EGR率(EGR%)=(進氣中測量的C02濃度-環(huán)境中測量的C02濃度)/ (排氣管中測量的C02濃度-環(huán)境中測量的C02濃度)。
[0010]其中，所述稀薄混合氣的空燃當(dāng)量比λ>ι。
[0011]其中，所述稀薄混合氣區(qū)的空燃當(dāng)量比λ的范圍為1.3-2.1o
[0012]其中，所述濃混合氣的空燃當(dāng)量比λ〈I。
[0013]其中，所述弄混合氣區(qū)的空燃當(dāng)量比的范圍為0.6-0.8。
[0014]其中，所述第一次燃料噴射中噴入的主燃料量及第二次噴射的輔助燃料噴射量，及其兩種燃料的噴射比例由EGR率決定，在保證發(fā)動機缸內(nèi)燃燒平穩(wěn)進行的同時，使發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性達到最優(yōu)。
[0015]其中輔助燃料具有燃燒速度快，點火能量低，擴散系數(shù)大，熄火間隙小的特點，如氫氣等。主燃料采用汽油，利用輔助燃料自身的特點點燃混合氣實現(xiàn)缸內(nèi)的正常燃燒。
[0016]本發(fā)明還提供了一種雙燃料缸內(nèi)直噴分層當(dāng)量比燃燒的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:主燃料噴射器，用于向缸內(nèi)噴入主燃料；輔助燃料噴射器，用于向缸內(nèi)噴入輔助燃料；電控單元，用于控制兩種燃料的噴射時刻和噴射脈寬，實現(xiàn)進氣沖程噴入主燃料，壓縮沖程噴入輔助燃料的要求，通過對電控系統(tǒng)的優(yōu)化實現(xiàn)分區(qū)均質(zhì)；火花塞，用于實現(xiàn)缸內(nèi)點火。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有如下優(yōu)點:
[0018]1.利用廢氣稀釋技術(shù)解決了傳統(tǒng)直噴汽油機NOx排放較高的問題。
[0019]2.發(fā)動機缸內(nèi)整體為當(dāng)量比混合氣，可以采用三效催化劑，避免了使用較為昂貴的稀燃催化劑。
[0020]3.采用了廢氣稀釋和當(dāng)量比燃燒結(jié)合的方式，既得到了稀燃降低排放的性能又減少了發(fā)動機制造成本。
[0021]4.采用缸內(nèi)直噴雙燃料發(fā)動機，可以通過輔助燃料的優(yōu)勢在較大的EGR率下點燃混合氣，實現(xiàn)這種新型的燃燒模式。
【附圖說明】
[0022]圖1是控制流程圖。
[0023]圖2是結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是配氣相位的示意圖。
[0025]圖4是電控單元接受和發(fā)送信號的示意圖。
[0026]圖2中:發(fā)動機進氣管1、空氣濾清器2、主燃料罐3、管路壓力表4、蓄電池5、輔助燃料罐6、管路壓力表7、主燃料噴嘴8、火花塞9、輔助燃料噴嘴10、三效催化器11、排氣管12、活塞13、發(fā)動機ECU14、VVT機構(gòu)15。
[0027]下面結(jié)合附圖所示實施例進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0028]本發(fā)明實施例的一種采用廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒的方法如圖1所示，包括以下步驟:
[0029]步驟S101，ECU采集發(fā)動機的狀態(tài)信號，進行查表計算得出此時合適的EGR率，通過調(diào)整可變氣門正時機構(gòu)(VVT)得到相應(yīng)的負閥疊開角，進而得到E⑶發(fā)出的EGR率。E⑶還通過計算分別得出主燃料和輔助燃料的噴射時刻及噴射脈寬。
[0030]步驟S102，在進氣沖程中進行主燃料噴射，使得缸內(nèi)在壓縮上止點前形成均質(zhì)稀薄混合氣，所述稀薄混合氣的空燃當(dāng)量比λ>1，范圍為1.3-2.1。
[0031]步驟S103，在壓縮沖程末期進行輔助燃料噴射，使得火花塞周圍形成較濃的混合氣，所述濃混合氣區(qū)的空燃當(dāng)量比λ〈1，范圍為0.6-0.8。輔助燃料噴射結(jié)束后，缸內(nèi)混合氣整體處于化學(xué)當(dāng)量比的狀態(tài)，即總體λ = I。
[0032]步驟S104，火花塞點火，缸內(nèi)混合氣進行燃燒。
[0033]本發(fā)明實施例的一種采用廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，它由1、空氣濾清器2、主燃料罐3、管路壓力表4、蓄電池5、輔助燃料罐6、管路壓力表7、主燃料噴嘴8、火花塞9、輔助燃料噴嘴10、三效催化器11、排氣管12、活塞13、發(fā)動機ECU14、VVT機構(gòu)15組成。本發(fā)明實施例為了得到較大的EGR率采用了發(fā)動機內(nèi)部EGR,主要靠VVT機構(gòu)15改變發(fā)動機的配氣相位，獲得不同的負閥疊開角來調(diào)整EGR率。主燃料和輔助燃料皆為缸內(nèi)直噴，且通過管路壓力表4和7來監(jiān)控燃料供給線路。本發(fā)明實施例使用適合λ = I的三效催化劑大大減少了發(fā)動機的成本。
[0034]圖3是配氣相位圖，本發(fā)明實例中采用內(nèi)部EGR，在配氣相位中屬于負閥重疊狀態(tài)，通過VVT機構(gòu)調(diào)節(jié)負閥重疊角即圖中的Ts，Ts越大EGR率越高，反之Ts越小EGR率越小。
[0035]本發(fā)明實施例的一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒系統(tǒng)中電控單元接受和發(fā)送信號的示意圖如圖4所示，發(fā)動機ECU采集發(fā)動機實時傳來的發(fā)動機狀態(tài)，以此計算出合適的VVT機構(gòu)位置，主燃料噴射時刻，主燃料噴射脈寬，輔助燃料噴射時刻，輔助燃料噴射脈寬及火花塞點火時刻，通過對這些控制參數(shù)的配合實現(xiàn)了發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項】
1.本發(fā)明實施例的一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒系統(tǒng)，它由發(fā)動機進氣管空氣濾清器2、主燃料罐3、管路壓力表4、蓄電池5、輔助燃料罐6、管路壓力表7、主燃料噴嘴8、火花塞9、輔助燃料噴嘴10、三效催化器11、排氣管12、活塞13、發(fā)動機E⑶14、VVT機構(gòu)15組成。本發(fā)明實施例為了得到較大的EGR率采用了發(fā)動機內(nèi)部EGR，主要靠VVT機構(gòu)15改變發(fā)動機的配氣相位，獲得不同的負閥疊開角來調(diào)整EGR率。主燃料和輔助燃料皆為缸內(nèi)直噴，且通過管路壓力表4和7來監(jiān)控燃料供給線路。本發(fā)明實施例使用適合λ = I的三效催化劑大大減少了發(fā)動機的成本。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒系統(tǒng)，其特征在于，本發(fā)明實施例火花塞周圍較濃區(qū)域λ范圍為0.6-0.8，火花塞較遠出較稀區(qū)域λ范圍為1.3-2.1，缸內(nèi)整體λ為1，適合λ = I的三效催化器，大大減少了發(fā)動機的成本。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒系統(tǒng)，其特征在于，為了得到較大的EGR率采用了發(fā)動機內(nèi)部EGR，主要靠VVT機構(gòu)來改變發(fā)動機的配氣相位，獲得不同的負閥疊開角來調(diào)整EGR率。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒系統(tǒng)，其特征在于，主燃料和輔助燃料皆為缸內(nèi)直噴，主燃料為汽油，輔助燃料的基本要求為點火能量低、燃燒速度快，壁面淬熄距離小輔助燃料不固定。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒的方法，其特征在于，利用廢氣稀釋對容積稀釋、密度稀釋和活性稀釋的作用使得缸內(nèi)燃燒狀態(tài)類似于稀薄燃燒，提高經(jīng)濟性并減少排放。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒的方法，其特征在于，混合氣采用當(dāng)量比混合氣可以使用制造成本相對較低的三效催化劑，減小了改進發(fā)動機的成本。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒的方法，其特征在于，使用了缸內(nèi)噴射系統(tǒng)和進氣道噴射系統(tǒng)結(jié)合的方式，使得缸內(nèi)形成整體均質(zhì)并有一定濃度梯度的混合氣，保證缸內(nèi)燃燒順利進行，確保發(fā)動機在全工況下穩(wěn)定工作。
【專利摘要】本發(fā)明旨在提供一種廢氣稀釋的雙燃料發(fā)動機當(dāng)量比燃燒模式，這種燃燒模式發(fā)生在較大的EGR條件下并且可以保證燃燒進行。利用兩種燃料的理化特性保證發(fā)動機在分區(qū)均質(zhì)的當(dāng)量比混合氣下可以穩(wěn)定燃燒，利用大量的廢氣稀釋減少了發(fā)動機的排放并且維持缸內(nèi)混合氣空燃當(dāng)量比為1，可以使用成本較低的傳統(tǒng)的三效催化器。這種新的燃燒模式在提高燃燒效率、降低發(fā)動機排放和減少循環(huán)變動三個方面都具有一定的優(yōu)勢。
【IPC分類】F02D41/30, F02D19/06, F02D21/08, F02D13/02
【公開號】CN104963778
【申請?zhí)枴緾N201510408449
【發(fā)明人】于秀敏, 孫耀, 姜麟麟, 孫平, 董偉, 何玲, 顧家旗, 李國良
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月13日