专利名称：一种稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法
技术领域：
本发明涉及内燃机燃烧技术领域，特别涉及一种稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩 着火的扩散燃烧方法。
背景技术：
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。目前已经应用的汽油缸内直喷技术(GDI)的燃烧方法主要分为两种，即分层稀薄 燃烧和均质当量比燃烧，其着火方式均为火花点火。分层稀燃GDI发动机的燃烧组织过程 复杂，控制难度大；而均质当量比GDI汽油机由于采用了当量比均质混合气点燃燃烧模式， 所以仍然无法克服常规汽油机所具有的爆震问题，而且由于不能稀燃，故其节能潜力有限。近年来出现的均质混合气压缩着火(HCCI)燃烧方法，实现了汽油机压燃工作，但 这种汽油机的着火时刻和燃烧放热速率不易控制，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发动机目前还没有得到实 用。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩 散燃烧方法，以突破常规汽油机和均质当量比GDI因为顾忌爆震而无法提高压缩比以及由 于不能稀燃而热效率较低的问题；并克服均质混合气压缩着火汽油机的燃烧始点和放热 速率难以精确控制，且运行负荷范围不易拓宽的困难，最终实现高效、清洁的汽油机燃烧技 术。( 二 )技术方案为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。本发明提供了一种稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法，包括在进气冲程中，通过进气增压提高进入气缸的空气温度；在压缩冲程中和膨胀冲程上止点附近，电子控制单元控制向所述气缸内高压喷入 汽油燃料并控制喷入汽油燃料的喷射时刻、喷射次数和每次喷油量，使得燃烧过程的总体 过量空气系数大于1.0，以实现高压缩比下汽油燃料无爆震的稀薄燃烧；在压缩冲程后期至膨胀冲程初期，所述汽油燃料经过一段滞燃期后开始多点同时 着火。优选地，所述汽油混合气的压缩比为大于等于13。优选地，所述稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法还包括在压缩冲程中和膨胀冲程上止点附近，所述电子控制单元通过控制喷油的时刻、次数和喷油速率 来控制着火时刻和燃烧放热速率。优选地，采用进气增压，实现稀薄燃烧，保证燃油和空气充分混合，减少碳烟和氮 氧化物排放，并提高热效率。(三)有益效果本发明的稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法通过进气增压使 得进入气缸的空气温度提高，加上采用较高的压缩比，确保了压缩冲程后期气缸内的温度 能够达到汽油的自燃温度。电子控制单元通过控制喷油的时刻、次数和喷油速率来控制燃 烧放热速率，使得压力升高率和最高爆压不至于太大，又能控制燃烧持续期不至于拖得太 长，从而使得该种缸内直喷汽油机压缩着火的扩散燃烧方法成为一种燃烧过程柔和可控且 热效率很高的汽油燃烧方式。汽油具有易挥发的特性，加上高压喷射和高速喷注形成的卷吸作用，以及气缸内 大的过量空气系数，使得喷入缸内的汽油能够在短时间内完成油滴破碎、燃油汽化和与空 气混合的过程；同时由于汽油的十六烷值较低，因此滞燃期相对较长，所以喷入缸内的汽油 得以与空气充分混合，抑制了大量碳烟的产生。电子控制单元控制喷油量使得燃烧过程的 总体过量空气系数大于1.0，实现了稀薄燃烧，保证了燃油和空气充分混合；同时由于稀燃 能够降低燃烧温度，减少了氮氧化物和碳烟的生成，并提高了热效率。
具体实施例方式本发明提出的稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法，结合实施例 详细说明如下。本发明提供的一种稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法，包括通 过进气增压使得进入气缸的空气温度提高，加上该汽油机采用较高的压缩比，例如，压缩比 ^ 13，确保了在压缩冲程后期气缸内的温度能够达到汽油的自燃温度。高压喷入缸内的汽 油燃料经过一段滞燃期后，便开始多点同时着火的燃烧过程，因而该种燃烧方式的燃烧始 点是灵活可控的。电子控制单元(ECU)通过控制喷油的时刻、次数和喷油速率来控制燃烧 放热速率，使得压力升高率和最高爆压不至于太大，又能控制燃烧持续期不至于拖得太长。 特别地，在进气冲程中，采用缸内多段燃油喷射，从而控制着火和放热速率。以上技术措施 使得该种缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法成为一种燃烧过程柔和可控且 热效率很高的汽油燃烧方式。汽油具有易挥发的特性，加上高压喷射和高速喷注形成的卷吸作用，以及气缸内 大的过量空气系数，使得喷入缸内的汽油能够在短时间内完成油滴破碎、燃油汽化和与空 气混合的过程；同时由于汽油的十六烷值较低，因此滞燃期相对较长，所以喷入缸内的汽油 得以与空气充分混合，抑制了大量碳烟的产生。ECU控制喷油量使得燃烧过程的总体过量空 气系数大于1. 0，以实现稀薄燃烧，保证燃油和空气充分混合；同时由于稀燃能够降低燃烧 温度，减少了氮氧化物和碳烟的生成，并提高了热效率。通过缸内燃油喷射控制汽油的压缩着火和放热速率，采用高压缩比和进气增压， 实现稀薄燃烧。基于该燃烧模式的各种增压方式(如机械增压、涡轮增压、多级复合增压 等)和各种增压比，以及基于该燃烧模式的各种负荷调节方式(如质调节、量调节等)均应为该专利的保护范围。在理想的情况下，可以在整个工况平面内采用单一的汽油压缩着火 的扩散燃烧模式，但将其它汽油燃烧模式(例如均质点燃等)和该燃烧模式在整个工况平 面内混合使用的汽油燃烧方法也应当在本专利的保护范围之内。 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法，其特征在于，所述稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法包括在进气冲程中，通过进气增压提高进入气缸的空气温度；在压缩冲程中和膨胀冲程上止点附近，电子控制单元控制向所述气缸内高压喷入汽油燃料并控制喷入汽油燃料的喷射时刻、喷射次数和每次喷油量，使得燃烧过程的总体过量空气系数大于1.0，以实现汽油燃料无爆震的稀薄燃烧；在压缩冲程后期至膨胀冲程初期，所述汽油燃料经过一段滞燃期后开始多点同时着火。
2.如权利要求1所述的稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法，其特征 在于，所述汽油混合气的压缩比为大于等于13。
3.如权力要求1或2所述的稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法，其 特征在于，所述稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法还包括在压缩冲程中和膨 胀冲程上止点附近，所述电子控制单元通过控制喷油的时刻、次数和喷油速率来控制着火 时刻和燃烧放热速率。
4.如权力要求3所述的稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法，其特征 在于，采用进气增压，实现稀薄燃烧，保证燃油和空气充分混合，减少碳烟和氮氧化物排放， 并提高热效率。
全文摘要
一种稀燃缸内直喷汽油机无爆震压缩着火的扩散燃烧方法，属于内燃机燃烧技术领域。本发明采用高压缩比和增压，通过缸内燃油喷射控制汽油的压缩着火和放热速率，避免汽油在压缩着火条件下的爆燃。该方法所采用的压缩比(≥13)明显高于传统火花点火汽油机的压缩比，以达到压燃汽油和提高汽油机热效率的目的。高压汽油直接喷入缸内，经过一段滞燃期后开始着火燃烧，因而燃烧始点可控；且通过多段燃油喷射来控制燃烧放热速率，以实现无爆震的柔和燃烧。该燃烧方法采用进气增压，实现稀薄燃烧，保证燃油和空气充分混合，减少碳烟和氮氧化物排放，并提高热效率。
文档编号F02D43/00GK101943075SQ20101024522
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者帅石金, 杨洪强, 王建昕, 王志 申请人:清华大学