[发明专利]一种发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机燃烧控制技术。

背景技术

汽油压燃着火燃烧方式(Gasoline compression ignition，GCI)由于其具有同时改善燃油经济性和发动机尾气排放的潜力而成为一种极具发展前景的新发动机燃烧技术。在汽油压燃着火技术的发展历史中，由于应用平台和控制策略的不同，其也被称为预混充量压燃着火技术、均质充量压燃技术、可控自燃燃烧技术和部分预混压燃技术等。以上何种技术虽然在实施上各有不同，但是其技术核心同属于压缩汽油着火燃烧的范畴。汽油压燃燃烧技术的共同特点之一就是通过额外热源或者缸内高温残余废气的加热和发动机自身的压缩过程使得稀释或稀薄的空气燃油混合物在燃烧上止点附近自燃着火。

所谓稀释混合气是指缸内充量除了燃油和空气外还存留有大量的已燃气体，其燃油和空气的比例并不局限于理论当量比。而所谓稀薄混合气是指缸内充量主要只包含燃油和空气，但是空气量与燃油的比例必大于理论上的空燃当量比。因此，稀释燃烧是指缸内着火燃烧时缸内充量为稀释混合气，而稀薄燃烧是指缸内着火燃烧时缸内充量为稀薄混合气。无论是稀释燃烧还是稀薄燃烧，其核心本质都是在发动机着火燃烧时，填充大量不参与燃烧的气体以控制发动机燃烧过程，无论填充的是已燃废气还是过量空气。

但是汽油压燃燃烧技术若要在实际应用，仍然需要解决燃烧过程控制中几个技术问题。首先需要解决汽油机压燃燃烧的控制问题。汽油压燃燃烧的着火取决于压缩过程中缸内预混充量的温度历程。只有当缸内状态满足着火需求时，缸内混合气才会自燃着火。因而汽油压燃燃烧缺乏直接的着火控制方法来实现着火时刻的精确控制。其次，汽油压燃燃烧对环境温度非常敏感，这就造成了在发动机处于冷机状态时很难正常工作于压燃燃烧方式。最后，由于缺乏着火时刻的控制手段，汽油压燃着火燃烧在大负荷很容易引起高的放热率和压力升高率。高的压力升高率对发动机长期稳定运行是不利的，过高的压力升高率会导致发动机的损害。

发明内容

为了克服预混稀释或稀薄混合气的着火及燃烧过程控制的难题，本发明提供一种发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法，该控制方法是基于同时具有火花点火、缸内直接喷射燃油、外部废气再循环和可变气门定时功能的发动机，即该发动机应具有的具体功能为：可以通过缸内直接喷射方式在点火时刻于火花塞附近形成当量比混合气；同时还可以通过在进气行程或压缩行程初期通过缸内直接喷射方式或者通过进气道喷射方式，在缸内形成稀薄或稀释的分层混合气。在合理的时刻使用火花点火的方式可以点燃分层混合气形成稳定火核。

本发明提出的发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法的技术方案是：发动机是一台每缸均配有火花塞、进气道喷油器、缸内直接喷油器以及至少一个进气门和一个排气门的四冲程内燃发动机；包括以下步骤：

步骤一、通过所述进气道喷油器向进气道喷射燃油，或在发动机处于进气行程或压缩行程初期时，通过缸内直接喷油器向缸内喷射燃油，从而在缸内形成预混稀释或稀薄的空气燃油混合物：

步骤二、在发动机处于压缩行程后期、且在燃烧开始前，通过安装在缸盖上的缸内直接喷油器进行一次或多次喷射，从而在火花塞附近制造分层混合气；

步骤三、利用火花塞点燃所述分层混合气形成火焰；

步骤四、利用该火焰传播释放的能量致使缸内其余的预混的稀释或者稀薄混合气形成稳定的快速燃烧或多点自燃燃烧。

本发明发动机稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法，其中，所述发动机上，还设有高压EGR回路和低压EGR回路；首先，通过所述高压EGR回路或者低压EGR回路，向进气道内引入冷却的已燃废气，从而在缸内形成预混的稀释混合气；所述稀释混合气的燃烧采用前述的稀薄或稀释燃烧的着火和燃烧控制方法来控制；增加EGR功能的优势是，在汽油压燃发动机遭遇爆震、最大压力升高率过大或最大爆发压力过大时，利用EGR对燃烧的抑制作用可以调整自燃放热的比例，如有需要甚至可将明显的自燃放热过程转换为快速的火焰传播燃烧，以维持发动机运行的可靠性。前述的快速火焰传播过程是指包含有局部自燃以致于放热速度快于稀释条件下火焰传播速度的火焰传播过程，并不等同于传统汽油机中的火焰传播过程。