[发明专利]灵活双燃料HPCC发动机燃烧、排放控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种由进气道喷射与缸内直喷相结合的适应灵活多种燃料的双燃料发动机全工况范围的燃烧、排放控制方法和装置。

背景技术

在能源与环境危机的双重压力下，必须突破传统内燃机最高热效率和最低排放的极限，研究者们提出了以均质压燃（Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI）为代表的新一代内燃机燃烧技术。HCCI虽可同时降低NOx及碳烟排放并保持较高的热效率，但燃烧过程主要受化学动力学所控制，致使其着火时刻及燃烧反应速度难以控制，运行工况范围狭窄。

早期的HCCI燃烧强调均质的概念，实际上通过大量的研究发现，HCCI等燃烧模式尽管主要受化学动力学影响，但局部可控制的不均匀性更有利于燃烧过程的控制，实现内燃机高效清洁燃烧的重要途径就是合理地利用充量成分的不均匀性和温度不均匀性控制着火及燃烧过程。适当的混合气分层可以使HCCI在低负荷工况下燃烧更为稳定，有利于向小负荷工况扩展，同时分层也可以降低HCCI高负荷工况下的最大压力升高率，有利于向大负荷工况扩展。因此，对于HCCI的燃烧过程控制，先进的混合气控制策略比简单的“均质混合气”更为重要。

大量有关燃料燃烧化学反应动力学的研究表明，燃料化学特性对燃烧及燃烧反应速度控制有着决定性的影响，要实现高效清洁燃烧，燃烧边界条件参数的控制需要与燃料化学特性相适应，其实质就是燃烧过程的化学时间尺度与物理时间尺度相适应，具体表现为在HCCI某一特定工况存在一种最佳的理化特性的燃料，低负荷需要高十六烷值燃料，高负荷则适合高辛烷烷值燃料，而且受燃料活性（即辛烷值）影响的压缩点燃同样受转速的影响，即燃料特性影响高效清洁燃烧的运行工况范围。美国埃克森美孚公司Bessonette的研究结果指出：着火性介于汽油和柴油之间的燃料可提供HCCI最大的高负荷运行能力。因此，动态控制HCCI发动机不同工况下所需的燃料特性，可有效控制着火时刻和燃烧反应速度，拓宽运行工况范围并提高热效率。

近年来随着石化燃料资源紧张，内燃机燃料向多元化方向发展，因此在实现内燃机高效清洁燃烧这一目标的过程中，多种燃料的适应性也是需要考虑的一个重要因素。为适应未来“智能化发动机”的要求，须对燃烧过程进行精细化控制，即燃烧路径、燃烧相位和燃烧反应速率控制。从燃烧路径优化控制的角度上讲，“理想”燃烧过程的实现需要混合与化学反应的优化协同控制。而燃烧精细化控制则须通过燃烧边界条件与燃料特性的灵活可控等得以实现。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种灵活双燃料HPCC发动机燃烧、排放控制方法和装置，适应灵活多种燃料的双燃料高比例预混合低温燃烧(HighlyPremixed Charge Combustion,HPCC)发动机的燃烧、排放控制方法和装置。基于混合与化学反应的协同控制理论，提供一种可采用灵活多种燃料的双燃料HPCC发动机全工况范围的燃烧、排放控制方法，以满足未来严格的排放法规，由进气道喷射高辛烷值燃料及缸内直喷高十六烷值燃料，并借助于发动机电子控制单元(Electronic ControlUnit,ECU)实现发动机燃烧、排放控制。

本发明提出了一种灵活双燃料HPCC发动机燃烧、排放控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，发动机的电子控制单元ECU分别读取发动机转速信号及油门位置信号，判断发动机的运行工况，进而确定燃烧模式；

步骤2，如果步骤1的判断结果为发动机处于低负荷工况，则发动机采用以缸内直喷高十六烷值燃料的预混合压燃燃烧模式工作；发动机的电子控制单元ECU读取MAP数据，控制高十六烷值燃料的喷射脉宽及喷油时刻，并引入大量的EGR以延长滞燃期，促进缸内油气混合；