[发明专利]用于操作受控自动点火四冲程内燃发动机的阀和燃料供给方案

说明书

技术领域

本发明涉及四冲程内燃发动机的操作。

背景技术

汽车工业正在不断研究新的方法来改善内燃发动机的燃烧过程，以提高燃料经济性，使其达到或超过排放控制指标，以及满足或超越消费者与排气排放、燃料经济性、产品差异化有关的期望。

大多数现代的普通内燃发动机试图工作在大约这样的化学计量(stoichiometric)的条件下。也就是说，所提供的最佳空气/燃料比基本上是14.6比1，这样可使输送到发动机中的燃料和氧气基本上全部消耗掉。这样的工作情况使得能够用三效催化剂进行排气后处理，以净化任何未消耗的燃料(碳氢化合物HC)和燃烧副产物如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。大多数现代发动机是燃料喷射的，包括节气阀体喷射(TBI)或多点燃料喷射(MPFI)，在多点燃料喷射中，若干喷射器的每一个靠近多缸发动机中每个气缸的进气口而布置。通过多点燃料喷射布置方式，可以实现较好的空气/燃料比控制；然而，象缸壁潮湿和进气通路动态特性这样的条件限制了这种控制的实现精度。燃料输送精度可以通过直接喷射(DI)得到改善。所谓的线性含氧传感器提供了较高程度的控制能力，而且当与直接喷射结合在一起时能够形成具有改进的缸至缸空气/燃料比控制能力的系统。然而，这样的话，缸内燃烧动力学变得更加重要，而且燃烧质量在排放控制中起到越来越重要的作用。于是，发动机制造商已经专心于这样的事情，例如喷射器喷射型式、进气涡流、活塞几何形状等，以实现改进了的缸内空气/燃料配合比和均匀性。

虽然化学计量的汽油四冲程发动机和三效催化剂系统有可能达到超低的排放指标，但是，这类系统的效率落后于所谓的贫燃系统。贫燃系统通过燃烧控制还有希望达到氮氧化物的排放指标，燃烧控制包括高排气稀释以及新出现的氮氧化物后处理技术。然而，贫燃系统仍然面对着其它的障碍，比如燃烧质量和燃烧稳定性，尤其是在部分负荷工作点和高排气稀释时。

从根本上讲，贫燃发动机包括所有工作时空气超过所供应燃料燃烧所需空气量的内燃发动机。有各种燃料供给和点火方法来区分贫燃技术。火花点火系统(SI)通过在燃烧室中提供放电作用来起动燃烧。压缩点火系统(CI)通过燃烧室状态，包括空气/燃料比、温度和压力等的组合，来起动燃烧。供给燃料的方法可以包括节气阀体喷射(TBI)、多点燃料喷射(MPFI)和直接喷射(DI)。均匀燃烧系统的特征是十分稳定，而且空气/燃料混合物中燃料的气化和分布十分充分，它可以通过进气循环初期的多点燃料喷射或直接喷射来实现。分层燃烧系统的特征是，空气/燃料混合物中燃料的气化和分布不太充分，而且一般来说对应于压缩循环末期的燃料直接喷射。

已知的汽油直接喷射发动机可以选择性地工作在均匀火花点火(homogeneous spark ignition)或分层火花点火(stratified spark ignition)模式下。均匀火花点火模式通常被选择用于较高负荷状态，而分层火花点火模式通常被选择用于较低负荷状态。

某些直接喷射式的压缩点火发动机采用基本上均匀的预热空气燃料混合物，并在发动机压缩循环中形成可引起点火的压力和温度条件，而不需要额外的火花能量。这一过程有时被称作受控自动点火。受控自动点火是一种可预见的过程，因此与火花点火式发动机有时所发生的不希望有的预点火情况不同。受控自动点火还不同于柴油发动机中所熟悉的压缩点火，在压缩点火中，燃料基本上在刚喷射到高预压缩的高温充气空气中时就产生点火，而在受控自动点火过程中，预热的空气和燃料在燃烧前的进气过程混合到一起，而且其压缩型式大体上与普通的火花点火四冲程发动机系统相一致。