[发明专利]一种低辛烷值汽油类燃料多段预混压燃方法

说明书

技术领域

本发明属于发动机燃烧控制领域，具体涉及一种使用电气控制的多段预混压燃的方法。

背景技术

能源与环境问题是当前世界范围内均面对的严峻问题，本领域研究者亦纷纷致力于发动机提高热效率、减少氮氧化物排放的研究，以提高化石能源利用率，减少排放污染。目前常规汽油机的热效率一般为30%左右，远小于柴油机40%的热效率，主要原因之一是其燃烧方式为当量比均质混合气火花点火燃烧，该燃烧方式固有的爆震问题限制了常规汽油机压缩比的提高；而且因使用三效催化剂而无法稀燃，导致其热效率较低。

近年来出现的均质充量压燃（HCCI）模式，实现了汽油机压燃工作，但这种燃烧模式的着火时刻和放热速率不易控制，容易出现燃烧不稳定现象；而且其可用负荷范围较小，虽然能够满足日常中低速巡航和大部分城市工况的要求，但不能满足加速、高速巡航等高功率输出要求，正是由于以上这些缺点导致这种模式的发动机目前还没有得到实用。

最近出现的汽油部分预混压燃（PPCI）模式采用缸内多段喷射实现混合气浓度分层，并以此来辖制燃烧放热速率，在一定程度上拓宽了汽油压燃模式的工作范围，向可控的高效清洁缸内直喷压燃汽油机前进了一步。但这种按照“喷油-喷油-燃烧”顺序排列的多段直喷压燃模式没能从根本上跳出为降低碳烟和氮氧化物排放需要燃油与空气混合得更加均匀，而要降低大负荷时过高的压力升高率又需要更多的燃油浓度分层这一矛盾关系，所以其本质是一种均质压燃和扩散压燃之间的折中产物。汽油PPCI模式在大负荷时压力升高率过高且氮氧化物排放较高的缺点证明了这种汽油压燃模式存在的局限性。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种实现高效清洁且可控的低辛烷值汽油类燃料多段预混压燃方法，以突破传统火花点火式汽油机热效率低、汽油均质充量压燃模式燃烧放热过程难于直接控制且无法拓宽负荷的问题，并克服汽油部分预混压燃模式大负荷时压力升高率和氮氧化物排放高的局限。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种低辛烷值汽油类燃料的多段预混压燃方法，该方法中，发动机在压缩上止点前160°CA（Crank Angle，曲轴转角）至压缩上止点后40°CA的范围内，采用喷油-燃烧多段燃烧模式。具体为在压缩上止点前160°CA至压缩上止点后40°CA的范围内采用多段喷油、多段预混压燃组合的模式，每次喷油之后跟随一次预混压燃过程。

采用这种称为汽油“多段预混压燃”的全新燃烧模式，即在发动机的压缩上止点附近，缸内燃油喷射过程和预混合燃烧过程按照“喷油-燃烧-喷油-燃烧”的顺序排列。这种“喷油-燃烧”的组合过程可以重复1-3次。本发明达到喷油过程和燃烧过程没有重叠，这一点已经被试验证实。每次喷油过程和燃烧放热过程交替出现，没有重叠，这样可以避免“火里喷油”的扩散燃烧过程出现，从而确保每次喷油之后的燃烧放热过程为预混合燃烧。

汽油多段预混压燃模式实现了内燃机中缸内压力升高过程和污染物生成过程的解耦，也就是说大负荷时压力升高率过高的问题可以通过采用多阶段的预混合燃烧过程得以解决，而通过仔细优化每一次的预混合燃烧过程，又能够使碳烟和氮氧化物的排放降到很低的水平。这样一来，汽油多段预混压燃模式就从根本上跳出了汽油部分预混压燃模式为了降低大负荷时的压力升高率需要更多的燃油浓度分层，而要降低碳烟和氮氧化物排放又需要更加均质的混合气浓度分布这一矛盾，真正实现了柔和可控的低污染燃烧过程。另外，由于预混合燃烧的速率较快，从而保证了整个燃烧放热过程的高等容度，以实现较高的热效率和低的燃油消耗。

其中，所述喷油-燃烧的模式进行1-3次。

其中，在发动机怠速及小负荷运行时，所述喷油-燃烧的模式进行1次。

理想情况下，可以在发动机整个工况平面内采用低辛烷值汽油类燃料多段预混压燃模式。但是，在怠速和小负荷工况下，由于喷入缸内的燃油量较少，燃烧过程的压力升高率不会太高，因此为了确保可靠压燃，将采用单次喷油模式，即“喷油-燃烧”的组合过程只有一次。在这种情况下，由于空气充足，因而同样能够实现高效低污染的稀薄燃烧过程，且燃烧放热过程同样可控。随着发动机负荷的增大，将根据需要增加喷油和预混燃烧的次数，以便在保持高效清洁燃烧目标的同时，把压力升高率和燃烧噪声控制在用户可以接受的范围之内。