[发明专利]一种基于混合气稀释的当量燃烧系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于混合气稀释的当量燃烧系统及其控制方法，装置包括通过进气道总管依次相连的涡轮增压器压气机、电动增压器、进气加热器、进气中冷器、压力传感器、温度传感器、气道喷油器以及气缸的进气口，EGR管路一端与进气加热器、进气中冷器之间的进气道总管相通并且另一端依次连接EGR单向阀、电控EGR阀、EGR中冷器以及排气管与气缸的排气口相连接的部分；聚甲氧基二甲醚直喷喷油器安装在气缸内，排气管依次连接气缸的排气口、废气涡轮、排气氧传感器和三效催化器；在汽缸盖上安装有进气门晚关装置，在气缸内安装有缸压传感器。采用本装置和方法在改善燃油消耗率的同时保持超低氮氧化物和碳烟排放。

技术领域

本发明涉及内燃机领域，特别是涉及一种基于混合气稀释的当量比燃烧系统及其控制方法。

背景技术

柴油/汽油双燃料高预混合压燃(HPCC)燃烧模式采用缸内直喷柴油燃料引燃气道喷射的汽油燃料，通过燃料化学活性和浓度分层协同控制，能够在较为宽广的工况范围内部分解决柴油机不能同时降低NO_x和碳烟的难题，同时保持了较高的热效率。但是无法从根本上突破柴油机低温燃烧的缺陷，受制于着火和放热过程难以控制，大负荷扩展首先受限于燃烧速率过快导致峰值压升率过高的问题，如果要扩展柴油/汽油双燃料HPCC的大负荷，需要更大比例的废弃再循环(EGR)稀释，同时降低压缩比，然而在实际的发动机中仍然难以覆盖全负荷工况，一方面大比例的EGR会带来进气量不足以至难以保证大负荷工况下新鲜空气的需求量，同时会引起烟度排放和不完全燃烧产物骤升。如果通过提高进气增压度来满足进气量和稀释度的需求，又会产生缸内爆压升高的问题，当前的技术条件和成本限制下，难以通过大幅提高柴油机的峰值爆压限值来满足双燃料HPCC低温燃烧模式的需求，而过度降低压缩比又不利于小负荷或高转速工况的性能。另外在HPCC的小负荷工况区域为了保证预混度以及抑制缸内平均温度，必须保证一定的EGR率和气道汽油喷射热值比例，然而稀薄的混合气和点火能量不足会保证燃烧的不稳定性，较低的氧浓度不利于HC和CO的完全氧化，不完全燃烧产物排放比传统柴油机高出几个量级，即便是在高效的中、高负荷条件下柴油/汽油双燃料HPCC的燃烧效率仍比传统柴油机低2％以上，有研究表明，由于不完全燃烧产物的排放量极高，在小负荷工况柴油发动机氧化型催化剂对双燃料HPCC低温燃烧模式的HC和CO转化效率几乎为0，而在相同的排温条件下的传统柴油机燃烧模式的转化效率分别为80％和100％，为满足HC和CO的排放要求就需要针对HPCC开发一种全新的低温高效催化氧化反应器。难以满足日趋严格的排放法规对HC/CO的需求，需要采用在全负荷范围的高效清洁燃烧的实现仍是HPCC的主要技术瓶颈。

双燃料HPCC燃烧模式的缸内混合气的浓度、活性分层由缸内直喷主导，因此直喷燃料的理化特性对缸内混合气的制备，燃烧过程的控制以及排放物的生成均有着重要的影响。