一种抑制汽油机爆震的燃烧组织方法及系统与流程

1.本发明涉及发动机领域，特别是涉及一种抑制汽油机爆震的燃烧组织方法及系统。


背景技术：

2.随着“双碳”目标的推进，发动机领域面临着诸多的挑战，发动机的技术发展向着低碳化和高效率方向不断进步。随着小型增压发动机技术的流行，发动机的压缩比越来越高，对热效率的要求也越来越高，而阻碍发动机热效率提升的最大问题就是汽油机的爆震问题。汽油机的爆震问题源于末端未燃气体受高温高压的影响在火焰前锋面到达前发生自燃，剧烈的自燃现象引起缸内压力急剧升高，同时在气缸内生成压力波和压力振荡，造成缸体剧烈振动，轻则影响功率输出，重则损坏机体。此外，随着混合动力技术得到市场的青睐和政策的支持，热效率越来越成为发动机的重要属性，同时由于车辆的驱动单元转为电机，整车对发动机动力性能的要求逐渐降低。因此，采取有效的技术手段抑制汽油机爆震成为重要问题。
3.现有技术在实际应用中，往往采用推迟点火角的方法来抑制爆震，这种方法的燃烧相位推后，以损失热效率为代价，得不偿失。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种抑制汽油机爆震的燃烧组织方法及系统，通过在气缸内形成汽油-氨气的分层混合气，降低混合气的自燃倾向，从而抑制爆震。
5.一种抑制汽油机爆震的燃烧组织方法，包括：
6.将氨气喷入气缸，以在气缸壁周围形成高自燃点燃料混合气；
7.将汽油喷入气缸，以在火花塞附近形成高能量密度燃料混合气；
8.所述高自燃点燃料混合气和所述高能量密度燃料混合气在汽油机气缸内部形成分层混合气；
9.其中，所述高自燃点燃料为氨气，所述高能量密度燃料为汽油。
10.在其中一个实施例中，所述燃烧组织方法还包括：
11.通过调节所述高自燃点燃料混合气和所述高能量密度燃料混合气的比例，对爆震实现不同程度的抑制。
12.在其中一个实施例中，氨气以气态形式或者液态形式喷入气缸。
13.在其中一个实施例中，以缸内直喷或者进气道喷射的方式喷入氨气。
14.在其中一个实施例中，以缸内直喷的方式喷入汽油。
15.一种抑制汽油机爆震的燃烧系统，包括：
16.氨气喷射装置，用于将氨气喷入气缸，以在气缸壁周围形成高自燃点燃料混合气；
17.汽油喷射装置，用于将汽油喷入气缸，以在火花塞附近形成高能量密度燃料混合气；
18.其中，所述高自燃点燃料为氨气，所述高能量密度燃料为汽油，所述高自燃点燃料混合气和所述高能量密度燃料混合气在汽油机气缸内部形成分层混合气。
19.在其中一个实施例中，所述燃烧系统还包括：
20.调节控制装置，分别与所述氨气喷射装置和所述汽油喷射装置连接，用于调节所述高自燃点燃料混合气和所述高能量密度燃料混合气的比例，以对爆震实现不同程度的抑制。
21.在其中一个实施例中，所述氨气喷射装置为氨气缸内直喷装置。
22.在其中一个实施例中，所述氨气喷射装置为氨气进气道喷射装置。
23.在其中一个实施例中，所述汽油喷射装置为汽油缸内直喷装置。
24.上述抑制汽油机爆震的燃烧组织方法及系统，通过在汽油机气缸内形成汽油-氨气的分层混合气，在火花塞周围区域分布着汽油-空气混合气，有利于点火过程及火核的发展，从而保证燃烧质量；在容易发生自燃的末端高温未燃区域，氨气的存在降低了混合气的自燃倾向，从而抑制了爆震。
附图说明
25.图1为一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧组织方法的流程图；
26.图2为一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧系统的示意图；
27.图3为另一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧系统的示意图；
28.图4为又一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧系统的示意图；
29.图5为再一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧系统的示意图；
30.其中：201-进气道，202-进气门，211-进气道气体喷射器，212-气体直喷器，213-氨水直喷器，220-缸内直接喷油器，205-火花塞，206-排气道，207-排气门，208-活塞。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
32.图1为一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧组织方法的流程图，如图1所示，一种抑制汽油机爆震的燃烧组织方法，包括：
33.s110，将氨气喷入气缸，以在气缸壁周围形成高自燃点燃料混合气；
34.s120，将汽油喷入气缸，以在火花塞附近形成高能量密度燃料混合气；
35.s130，所述高自燃点燃料混合气和所述高能量密度燃料混合气在汽油机气缸内部形成分层混合气；
36.其中，所述高自燃点燃料为氨气，所述高能量密度燃料为汽油。
37.具体地，氨气是一种广泛使用的工业原料，制备简单，成本低廉。随着发动机低碳化发展，氨气作为一种零碳可燃气体，其燃烧后的产物为氮气和水，因此氨气具有成为发动机清洁燃料的潜力，但氨气燃烧速度较慢，单独燃用不符合高速发动机的需求。氨气的自燃温度高达651.1℃，而汽油的自燃温度为228～501℃。显然，氨气更不易自燃，且其燃烧速度较慢，在内燃机内燃烧不易发生爆震。
38.进一步地，首先，可以将氨气通过缸内直喷或进气道喷射的方式首先喷入气缸内，以在气缸壁周围形成高自燃点混合气；之后，通过缸内直喷的形式喷入汽油，以在火花塞附近形成高能量密度燃料混合气。这样，在气缸内形成分层可燃混合气，从而实现高压缩比下的高效清洁燃烧。由于气缸壁周围的高自燃点燃料混合气抗爆性好且能量密度小，可实现有效的抑制爆震效果；同时火花塞附近的高能量密度混合气可以加速燃烧抑制爆震，更能确保发动机的快速响应特性以及良好的燃烧相位。即使存在未能完全燃烧的高自燃点燃料气体，其也可由排气系统中的后处理装置收集，以还原发动机燃烧生成的氮氧化物。因此，本发明可以有效抑制高压缩比发动机的爆震现象，从而为发动机节能减排提供重要支撑。并且，本发明的实现成本低，能够对现有发动机产品的技术升级提供有力支持，产业化前景良好。
39.在其中一个实施例中，所述燃烧组织方法还包括：
40.通过调节所述高自燃点燃料混合气和所述高能量密度燃料混合气的比例，对爆震实现不同程度的抑制。
41.具体地，所述高自燃点燃料混合气在气缸内所占质量分数可以是5％-20％。
42.在其中一个实施例中，氨气可以以气态形式或者液态形式喷入气缸。
43.具体地，当氨气以液态形式喷入气缸时，液体氨蒸发吸热，降低了气缸内的温度，从而进一步降低了爆震倾向。
44.在其中一个实施例中，可以以缸内直喷或者进气道喷射的方式喷入氨气。
45.在其中一个实施例中，可以以缸内直喷的方式喷入汽油。
46.一种抑制汽油机爆震的燃烧系统200，包括：
47.氨气喷射装置210，用于将氨气喷入气缸，以在气缸壁周围形成高自燃点燃料混合气；
48.汽油喷射装置220，用于将汽油喷入气缸，以在火花塞附近形成高能量密度燃料混合气；
49.其中，所述高自燃点燃料为氨气，所述高能量密度燃料为汽油，所述高自燃点燃料混合气和所述高能量密度燃料混合气在汽油机气缸内部形成分层混合气。
50.具体地，所述燃烧系统200的燃烧模式为火花点燃式分层混合气。
51.在其中一个实施例中，所述燃烧系统200还包括：
52.调节控制装置230，分别与所述氨气喷射装置210和所述汽油喷射装置220连接，用于调节所述高自燃点燃料混合气和所述高能量密度燃料混合气的比例，以对爆震实现不同程度的抑制。
53.在其中一个实施例中，所述氨气喷射装置210为氨气缸内直喷装置。
54.在其中一个实施例中，所述氨气喷射装置210为氨气进气道喷射装置。
55.在其中一个实施例中，所述汽油喷射装置220为汽油缸内直喷装置。
56.图3为另一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧系统的示意图，如图3所示，汽油机内部包含有缸内直接喷油器220，在汽油机的进气道201上加装一套进气道气体喷射器211。当汽油机运转时，利用进气道气体喷射器211在进气道201喷射高自燃点燃料，即氨气。随后，利用缸内直接喷油器220在进气冲程末期或压缩冲程中向气缸内喷射高能量密度燃料，即汽油，使汽油充分雾化、蒸发，并在火花塞205周围与空气形成可燃混合气。其中，空气进
气方式可以是自然吸气也可以是增压方式。在汽油机点火前，气缸壁周围形成高自燃点燃料混合气，火花塞205周围形成高能量密度燃料混合气，整个气缸内部形成分层可燃混合气。由于气缸壁周围高自燃点燃料混合气的存在，气缸火焰传播末端的未燃气体不易自燃，因此对爆震产生了抑制效果。
57.图4为又一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧系统的示意图，如图4所示，汽油机内部包含有中置缸内直接喷油器220，在汽油机的缸盖侧边加装一套侧置的气体直喷器212。当汽油机运转时，利用气体直喷器212在进气冲程阶段向气缸内喷射高自燃点燃气，即氨气。随后，利用缸内直接喷油器220在进气冲程末期或压缩冲程中向气缸内喷射高能量密度燃料，即汽油，使汽油充分雾化、蒸发，并在火花塞205周围与空气形成可燃混合气。在汽油机点火前，气缸壁周围形成高自燃点燃料混合气，火花塞205周围形成高能量密度燃料混合气，整个气缸内部形成分层可燃混合气。
58.图5为再一个实施例中抑制汽油机爆震的燃烧系统的示意图，如图5所示，汽油机内部包含有缸内直接喷油器220。由于氨气易溶于水，因此氨气的存储和供应均可以氨水的形式进行。在汽油机的缸盖侧边加装一套侧置的氨水直喷器213。当汽油机运转时，利用氨水直喷器213在进气冲程阶段向气缸内喷射高自燃点燃料，即氨水，氨水在气缸内快速挥发，分解出氨气，同时其中的水在高温下快速蒸发，起到了吸热降温的效果，同样对爆震有抑制效果。随后，利用缸内直接喷油器220在进气冲程末期或压缩冲程中向气缸内喷射高能量密度燃料，即汽油，使汽油充分雾化、蒸发，并在火花塞205周围与空气形成可燃混合气。在汽油机点火前，气缸壁周围形成高自燃点燃料混合气，火花塞205周围形成高能量密度燃料混合气，整个气缸内部形成分层可燃混合气。
59.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
60.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。