[发明专利]单燃料压燃与点燃混合的燃烧控制方法及内燃机

说明书

一种单燃料压燃与点燃混合的燃烧控制方法及内燃机，使用低辛烷值汽油。在进气行程，向气缸内喷射燃料，形成低浓度均质混合油气；在做功行程活塞到达上止点之前，将燃料喷射进入气缸，采用压燃点火的方法实现非均质压燃；用压燃燃烧的火焰点燃气缸中预混合的油气，实现均质稀薄点燃燃烧。由于这种点燃的特点是多点点火，所以燃烧速度快。气缸压缩比为12‑22。这种燃烧控制方法的优点是，实现了高压缩比和稀薄燃烧，以及快速燃烧，但是却避免了爆震，大幅度提高发动机的热功转换效率。

技术领域

机械工业的内燃机领域。

背景技术

内燃机是一项成熟的技术，关于内燃机的结构和原理，这里不作赘述。

内燃机一般分为点燃式汽油机和压燃式柴油机。

内燃机的一个做功行程，一般只有一种燃烧控制模式，要么点燃式，要么压燃式。

均质油气点燃燃烧控制模式的缺点是，从火花塞点火到油气燃烧完全，火焰扩散速度慢，或者出现爆震；难以实现稀薄燃烧，热功转换效率低。

非均质压燃燃烧控制模式的缺点是，燃烧的尾气存在较多碳烟，造成燃料浪费。尤其是大负荷和空燃比不是很高的情况下，问题和矛盾突出。

近十年，有人研究均质压燃式汽油机，采用多点点火的方式，同时控制燃烧速度和燃烧室温度，避免爆震。这样，这种内燃机只能在相对固定的单一的负荷下工作，负荷变化就会引起热功转换效率显著降低，或者引起爆震，因此应用范围很窄，至今没有得到大规模应用。

到现在，没有一种内燃机，使用单一燃料，在气缸的一个做功行程内，既采用压燃式燃烧控制模式，又采用点燃式燃烧控制模式，而且是多点点火的点燃式燃烧控制模式。

发明内容

1、一种新的内燃机及其控制方法，气缸的压缩比为12-22，典型的压缩比为17；使用辛烷值(研究法，RON)小于69的汽油或者类似汽油的燃料，典型的辛烷值为40，使用单一燃料；两次或者多次喷射燃料；在内燃机的进气行程，向气缸内喷射汽油燃料，空气与燃料比例控制在15-50，典型的空燃比是18；在压缩行程，活塞接近上止点之前，向气缸内再次喷射少量汽油燃料，后喷射的汽油燃料在气缸内高温高压的油气混合气中扩散和自燃；自燃的油气混合气包括一部分先喷射进入气缸预混合的汽油；自燃的油气对先喷射进入气缸与空气预混合的汽油的混合气(未与后喷射进入的汽油混合的部分油气混合气)进行点火，由于点火强度高，并且是多点点火，原来因为燃料浓度过稀，空燃比过高，而难以着火的预混合油气被点燃，同样是因为多点点火，预混合油气的燃烧速度很快，但是由于预混合油气的浓度低，所以不会出现爆燃或者爆震现象。

后喷射进入气缸的汽油量，约占总喷油量的10-30％，典型的比例是20％，具体的量，以喷射进入气缸能够实现压燃点火为下限。台架试验或者现有技术可以确定不同条件下喷射进入气缸能够实现压燃点火的最低的低辛烷值汽油量。

先喷射进入气缸的汽油与空气预混合，混合油气的空燃比以燃烧过程中不发生爆震为下限，以被点火后能够顺利燃烧为上限。运行过程中，尤其是大负荷时，预混合的油气被点燃燃烧的过程中，可能会出现爆震。检测到(出现)爆震时，通过进一步增加空燃比，降低燃料浓度的方法，消除爆震，但是空燃比不能过分增加，以便油气混合气仍然可以被火焰点燃燃烧。台架试验或者现有技术可以确定不同条件下(各种工况、负荷)喷射进入气缸的预混合汽油的空燃比的上限和下限。

当空燃比例超过15时，可以采用部分尾气循环利用，与新鲜空气混合后进入气缸。预混合部分的空燃比越高，后喷射进入气缸的用于压燃部分的燃料的比例可以相对增加，而不会产生太多的碳烟。

可以采用涡轮增压装置或者机械增压装置提高气缸进气压力，或者同时采用涡轮增压装置和机械增压装置。

在低温启动或者低负荷运行阶段，可以采用常规的火花塞点燃燃烧控制模式。