[发明专利]燃料组分实时定量控制的缸内均质梯级压燃式内燃机

说明书

技术领域

本发明属于发动机燃烧控制领域，具体涉及一种均燃料组分实时定量控制的缸内均质梯级压燃式内燃机燃烧控制系统，其中均质混合气里包含m种不同组分的燃料。 

背景技术

20世纪90年代后期，随着各国排放法规日趋严格和石油供求矛盾日趋尖锐，研究人员发现传统内燃机存在最高热效率和最低排放两个极限。汽油机属于预混合均质燃烧，由于采用较低的压缩比，同时部分负荷工况产生的泵气损失，燃料利用率比柴油机低20％～30％。柴油机属于燃料喷雾扩散燃烧，燃料与空气的混合严重不均匀形成了高温富氧区和高温过浓区，分别产生大量的NOx和碳烟排放。 

为了突破这些极限，开始了新一代内燃机燃烧技术的探索研究，发现常规燃料HCCI燃烧过程是一种全新的内燃机燃烧过程。它是通过燃料与空气形成均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至自行着火燃烧的方式。它结合了传统压燃式柴油机和火花点燃式汽油机的优点，随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，可以实现与柴油机相当的高热效率和汽油机的无碳烟排放，同时由于是稀混合气燃烧，NOx排放也极低。 

发明内容

本发明解决的问题是：常规燃料HCCI燃烧过程主要受化学反应动力学所控制，这就出现了着火时刻与燃烧速率控制问题。高辛烷值的燃料不容易压燃着火，在低负荷条件下，容易失火，燃烧较难实现；而高十六烷值燃料，自然性好，容易着火，但普遍存在着燃烧相位过早，容易爆震，因此常规燃料HCCI燃烧模式存在着只能在中低负荷范围运行的问题。 

本发明采用的技术方案是：通过发动机电控板(ECU)的控制，可以定量喷射出多种组分的燃料，并与定量的新鲜空气在混合腔内混合形成均质混合气，再与废气回流管理单元(EGR)回收的废气在进气总管混合，配置出发动机所需要的均质混合气，以实现着火时刻与燃烧速率控制。均质混合气中的各种组分自然性和抗爆性是不同的，从而导致各种组分依次被压燃的时刻不同，最终导致燃烧过程呈阶梯型压燃放热，每个梯级的燃烧都是多点同时发生的压燃，没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，仍具有较高的热效率，同时由于多个梯级的存在，降低了压力升高率，避免了发动机工作过于粗暴。 

一种燃料组分实时定量控制的缸内均质梯级压燃式内燃机，由空气管理单元Ⅰ、燃料组分定量管理单元Ⅱ、控制单元Ⅲ、压燃式发动机Ⅳ、废气回流管理单元Ⅴ和混合腔5构成。其主要特征是空气管理单元Ⅰ和燃料组分定量管理单元Ⅱ均连接至混合腔5，在腔内充分混合形成均质混合气后再进入压燃式发动机Ⅳ，同时燃料组分定量管理单元Ⅱ可以定量喷射出m种性质不同组分的燃料，按照组分1、组分2、…、组分i、…组分m依次排列顺序，辛烷值成分逐渐减低，十六烷值成分逐渐升高。其中，空气管理单元Ⅰ由空气滤清器1、压气机2、电控节流阀3和空气预热器4串联组成；燃料组分定量管理单元Ⅱ由各自组分i对应喷油器 6和供油泵7连接组成；控制单元Ⅲ中的发动机转速传感器8、油门踏板位置传感器9、起动开关10与发动机电控板(ECU)11相连，同时ECU11又直接控制着电控节流阀3、空气预热器4、喷油器6、EGR阀16和内部废气回流管理系统(内部EGR)的驱动构件19；压燃式发动机Ⅳ由进气总管12、发动机气缸13和排气总管14串联组成；废气回流管理单元Ⅴ由三通15、EGR阀16、EGR过滤器17、EGR冷却器18和内部EGR的驱动构件19组成。 

一种燃料组分实时定量控制的缸内均质梯级压燃式内燃机燃烧方式通过以下步骤实现： 

1)发动机开始工作时，ECU11采集发动机转速传感器8信号和油门踏板位置传感器9信号，确定功率需求P_e，从而得到各缸的循环加热量需求Qb＝P_e/(η_et*n)。 

2)通过实验标定出各种组分i的能够起燃的最低温度T_mi和最低浓度ρ_mi,大流程循环初值j＝1。 

3)j自加，然后将j的值赋给i，此时i为小流程循环的初值。