[发明专利]一种多燃料充量压缩燃烧发动机燃烧系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种多燃料充量压缩燃烧发动机燃烧系统及控制方法，涉及内燃机技术领域，包括：燃烧室、传感系统、控制器、喷射系统，其特征在于，所述喷射系统被配置为能够向所述燃烧室喷射至少两种燃料以在所述燃烧室内形成混合气，所述控制器被配置为能够控制所述喷射系统对所述至少两种燃料的喷射，以使得所述燃烧室内的所述混合气形成浓度和活性分层，以在所述燃烧室内进行ICCI模式的燃烧。通过本发明的实施，可以灵活实现缸内混合气的浓度和活性分层，从而形成最佳的燃料活性梯度，确保发动机在各个工作状况下保持最佳的热效率和最低的排放，在机械工程领域，尤其在汽车发动机领域，具有非常突出的应用价值。

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，具体的涉及一种多燃料充量压缩燃烧发动机燃烧系统及控制方法。

背景技术

内燃机是一种通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的发动机，常见的内燃机有柴油机和汽油机。

传统的柴油机采用高压缩比汽缸，当活塞运动到上止点附近时，向缸内直喷高十六烷值燃料，利用发动机活塞压缩到接近上止点时的高压缩比，形成高温混合气，从而引发燃料自燃着火的工作方式，其具有热效率高、工作稳定、一氧化碳和碳氢化合物排放低的优点；但是由于平均缸内混合气浓度较稀、喷雾与空气的混合时间短，且燃料与空气不能均匀混合，因此，在燃烧过程中，缸内始终存在局部高温区域和局部富燃区域，使得氮氧化物和碳烟的排放均较高且不能同时大幅度降低的缺点。对直喷柴油机而言，降低碳烟排放的常用方法是采用微粒捕集器，但是微粒捕集器通常面临系统寿命过短以及再生等问题；降低氮氧化物排放的常用方法是采用选择性催化还原等手段，但是上述手段容易导致氨气泄漏等问题；因此，直喷柴油机的尾气后处理装置结构复杂、成本高、效果不理想、且可靠性差。

传统的汽油机采用低压缩比汽缸，通过气道口喷射高辛烷值燃料和火花塞点火燃烧的工作方式，由于存在火焰的传播过程，使得火焰前锋产生较多的氮氧化物，汽油机具有热效率低、一氧化碳和碳氢化合物排放高的缺点，但是，因为其可以采用三元催化的后处理装置，得到比较低的尾气排放。

部分汽油机也有采用直喷式的方案，但是其依然存在热效率低的不足。

在柴油机和汽油机中，EGR(废气再循环)技术得到广泛运用，EGR是指把发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入汽缸。由于废气中含有大量的CO₂等气体，而CO₂等气体不能燃烧且比热容高，进而吸收大量的热，从而使汽缸中混合气的最高燃烧温度降低，最终减少NO_x的生成量，EGR系统一般依靠EGR阀调节控制EGR废气的流量。

为了改善柴油机的高排放问题和汽油机的低热效率问题，逐步出现了均质充量压缩着火(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)燃烧模式,均质充量压缩着火燃烧模式采用均匀混合气，配合较高的压缩比，实现了混合气的压缩着火，由于混合气的放热反应是在整个燃烧室空间内同时发生，没有火焰传播过程，也不存在局部过浓或者局部高温现象，所以热效率非常高，同时氮氧化物、碳烟排放极低。但是由于均质充量压缩着火燃烧模式的着火过程完全依赖于化学发应动力学，其温度、压力、混合气理化特性等都会对着火时刻、放热速率产生影响，因而均质压燃模式存在着燃烧相位、速率难以控制的技术难题，小负荷容易失火、燃烧不稳定，大负荷则容易产生爆震，上述不足使得均质充量压缩着火燃烧模式的工作负荷范围极其狭窄，限制了均质充量压缩着火燃烧模式的实际应用和推广。