一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧及控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种汽油机火花点火激发均质压燃的燃烧模式及其控制方法。

背景技术

HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)是可实现高效低NOx和PM排放的内燃机燃烧技术，但其产业化面临三个主要问题：着火时刻和燃烧速率的控制；HC和CO排放，运行范围的拓展。从已有的文献看，利用燃烧信号反馈可以用于控制HCCI着火；利用三效催化剂可以解决HC和CO排放；目前HCCI发动机最大挑战是扩展高负荷运行范围。在保证可接受的最大压力升高率和最高NOx排放的限制下，汽油机HCCI燃烧只能应用在中低负荷工况下。原因是采用现有HCCI技术，在发动机中高负荷工况下，可燃混合气同时自燃，燃烧速度过快，导致压力升高率及最大爆发压力均过高，发动机出现爆震。

从2001年以来，已有大量研究[1～8]表明火花点火对HCCI燃烧有影响，尤其在汽油机中低负荷区域火花点火燃烧模式(SI)和HCCI燃烧模式过渡的边界上容易出现。而本申请专利发明人的研究发现，汽油机采用较高压缩比和较高EGR率的当量比燃烧，在中高负荷区域能获得一种稳定的火花点火激发均质压燃的新型燃烧模式，这种燃烧模式不同与传统的SI和HCCI燃烧模式，具有两阶段放热的低压升率燃烧特性、低NOx的排放特性和高热效率的经济性。这种燃烧模式通过点火提前角和EGR率可以有效控制着火时刻和燃烧速率，通过三效催化剂解决排放，可作为汽油机中高负荷区域的一种很有应用前景的高效低排放运行模式。

已有相关文献：

1.Lucien Koopmans，Ingemar Denbratt.A Four Stroke Camless Engine，Operated in Homogeneous Charge Compression Ignition Mode withCommercial Gasoline.SAE 2001-01-3610

2.A Fuerhapter，WF Piock，GK Fraidl.CSI-controlled Auto Ignition-thebest solution for the fuel consumption-versus emission trade-off？SAE2003-01-0754

3.Wang Zhi，Wang Jian-xin，Shuai Shi-Jin.Effects of Spark Ignition andStratified Charge on Gasoline HCCI Combustion with Direct Injection.SAE2005-01-1037

4.Tomonori Urushihara，Koichi Yamaguchi，Koudai Yoshizawa and TeruyukiItoh.A Study of a Gasoline-fueled Compression Ignition Engine.Expansion of HCCI Operation Range Using SI Combustion as a Trigger ofCompression Ignition.SAE 2005-01-0180

5.Wang Zhi，Wang Jianxin，Shuai Shijin，Tian Guo-hong.Study of SparkIgnition on Gasoline HCCI Combustion.Proceedings of the Institution ofMechanical Engineers，Journal of Automobile Engineering，Jun 2006.220(D6)：817-825.

6.Wagner Robert M，Edwards K.Dean，Daw C.Stuart.On the Nature ofCyclic Dispersion in Spark Assisted HCCI Combustion.SAE 2006-01-0418

7.Yan Zhang，Hui Xie，Nenghui Zhou，Tao Chen and Hua Zhao.Study ofSI-HCCI-SI Transition on a Port Fuel Injection Engine Equipped with4VVAS.SAE 2007-01-0199

8.Hakan Persson，Bengt Johansson，Alfredo Remon.The effect of swirl onspark assisted compression ignition (SACI).SAE 2007-01-1856

发明内容

本发明提供一种适用于汽油机中高负荷的火花点火激发均质压燃的燃烧模式及其控制方法，可以提高燃油经济性、降低NOx排放。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种汽油机火花点火激发均质压燃的燃烧控制方法，所述方法包括调整点火提前角和EGR率。实现方法可以包括以下步骤：在进气过程中缸内进行第一次燃料喷射，在压缩上止点时形成均质稀薄混合气；在压缩冲程中缸内进行第二次燃料喷射，在火花塞周围形成局部较浓混合气，火花塞点火点燃局部较浓混合气产生火焰传播，局部火焰传播燃烧放热，压缩周围大面积稀混合气温度压力升高达到自燃着火状态，从而激发整个缸内混合气多点大面积自燃，并使全部混合气快速燃烧完全。

本发明实施例的技术方案还提供一种采用火花点火激发均质压燃(SICI)燃烧模式的汽油发动机燃烧模式的区划。发动机稳态运行时，一直保持节气门全开，发动机负荷的变化通过改变EGR率和喷油量来实现。在中低速中低负荷工况，采用较高压缩比(HCR)实现HCCI燃烧(稀燃，EGR＝40％～70％)，以达到极低的NOx排放和高热效率；在中高负荷工况，采用较高压缩比实现SICI燃烧(化学计量比，EGR＝10％～40％)，以降低均质压燃着火燃烧时缸内压力升高率，获得低NOx排放和高热效率；大负荷工况，采用SI燃烧方式(偏浓混合气，无EGR)，同时减小有效压缩比(LCR)，以保证功率密度并抑制爆震。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

采用本发明时，采用火花点火激发均质压燃(SICI)燃烧模式可以有效控制着火时刻；SICI燃烧模式呈现两阶段放热的燃烧特性可以显著降低缸内压力升高率，抑制爆震，并获得较高的燃油经济性。另外，汽油当量比混合气燃烧产生的有害排放物，可以使用传统汽油机三效催化剂有效地解决。

附图说明

图1是本发明火花点火激发均质压燃燃烧模式的原理示意图；

图2是本发明汽油发动机新型燃烧模式的区划；

图3是本发明实施例的一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧系统；

图4是本发明实施例的一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧实现方法的流程图；

图5是本发明实施例的一种汽油机火花点火激发均质压燃燃烧模式通过点火角和EGR率控制在理论空燃比下的发动机稳定工况范围。