[发明专利]用于操作直喷火花辅助的压燃式发动机的方法

说明书

技术领域

本公开涉及直喷压燃式内燃机。

背景技术

在该部分中的声明仅提供与本发明相关的背景信息，并且不一定构成现有技术。

内燃机可包括火花点火式发动机和压燃式发动机。已知的火花点火式发动机通过将空气和燃料的混合物引入发动机的燃烧室来操作。活塞压缩该混合物，并在预定的曲轴角处，火花塞点燃燃料和空气的混合物，以产生传播通过燃烧室的火焰前锋。来自燃烧燃料的热的快速增长触发向下推动活塞的压力的增长。火花塞的使用允许精确定时的燃烧事件。保持发动机的压缩比相对低，以避免火花爆震。当燃料和空气的混合物在火花点火之前自燃时发生火花爆震，并且火花爆震可造成发动机损坏。因此，火花点火发动机设计成具有在8：1与11：1之间的几何压缩比。

压燃式发动机以在15：1与22：1的范围内的相对高的几何压缩比操作、在特定的实施例中以更高的几何压缩比操作。更高的压缩比提高压燃式发动机的热效率。压燃式发动机通过将不节流的空气引入燃烧室来操作，从而通过降低泵送损失来提高效率。在压燃式发动机中，当燃烧室内的俘获空气处于或高于燃料的自燃温度时，点火定时由压缩冲程即将结束时喷入燃烧室中的燃料喷射而控制。燃烧过程的放热造成缸内压力提高，以与火花点火式发动机相同的方式向下推动活塞。

压燃式发动机产生包括颗粒物质和氮氧化物(NOx)的排放。颗粒物质由燃烧室内局部浓的空气/燃料混合物的燃烧形成。这些浓区域的出现是由于在点火时燃料与空气不完全的预混合所引起的燃料/空气充量的不均匀性。已知的用于减少颗粒物质的后处理装置包括颗粒过滤器。颗粒过滤器俘获颗粒物质，并在高温再生事件期间周期地被净化。

氮氧化物的形成与燃烧化学密切相关。在空气/燃料混合物在相对高的温度的燃烧之后，压燃式发动机在排气流中产生相对高的NOx排放。已知的用于NOx还原的后处理系统包括转化器系统、诸如用于以稀空气/燃料比操作的发动机的选择性催化还原(SCR)装置。SCR装置包括促进NOx与诸如氨或尿素的还原剂反应的催化剂，以产生氮和水。还原剂可注入SCR装置上游的废气供入流，需要喷射系统、还原剂源和控制模式。另外，发动机运行可使用三效催化剂(TWC)，以产生用作还原剂的氨。较低的压缩比可降低燃烧温度，从而降低NOx排放，但较低的压缩比可能降低燃烧效率，并在相对冷的温度时增大发动机起动难度。

压燃式发动机的一个实施例可包括以预混合充量压燃(PCCI)燃烧模式操作发动机。PCCI燃烧模式将压燃燃烧系统与高流速的冷却的废气再循环(EGR)和早的喷射开始(SOI)正时结合。将高EGR率和早的SOI结合导致燃烧开始(SOC)之前长的点火延迟周期。点火延迟周期在PCCI燃烧期间超过燃料喷射持续时间，导致SOC时的预混合燃烧事件。与高EGR率一起，燃料与空气充分的预混合减少有助于颗粒物质的形成的局部浓的区域的形成。高EGR率用作充量稀释剂，该充量稀释剂将燃烧温度抑制到低于形成相当大的NOx量的温度。

PCCI燃烧模式在相对低的发动机转速和负荷时有效，在相对低的发动机转速和负荷下，燃料的喷射量相对低并且可用于预混合的时间相对长。当发动机负荷增大时，在快速预混合燃烧过程中释放的热量变大至足以产生过度的燃烧噪音。即使在点火延迟周期期间存在充分的燃料与空气的预混合，上述情形也出现。过度的燃烧噪音令消费者不快。因此，已将PCCI燃烧局限于相对低的发动机负荷。

发明内容

压燃式内燃机包括以四冲程燃烧循环操作的多个燃烧室，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作。用于操作发动机的方法包括通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成燃料/空气充量，其中在燃烧室内的所有燃烧之前完成喷射。该方法还包括：操作发动机，以将燃烧室中的燃料/空气充量的温度管理至低于燃料/空气充量的自燃点；和在喷射燃料之后并在燃料/空气充量达到自燃温度之前在燃烧室中提供火花放电。

本发明提供以下技术方案：

方案1.一种用于操作压燃式内燃机的方法，所述压燃式内燃机包括以四冲程燃烧循环操作的多个燃烧室，并构造成以大于10：1的几何压缩比操作，所述方法包括：

通过在压缩冲程期间将燃料喷射入各燃烧室来形成燃料/空气充量，在所述燃烧室内的所有燃烧之前完成所述喷射；

操作所述发动机以管理所述燃烧室中的所述燃料/空气充量的温度为低于所述燃料/空气充量的自燃点；以及

在喷射燃料之后并在所述燃料/空气充量达到自燃温度之前在所述燃烧室中提供火花放电。