等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，它屬于內(nèi)燃機(jī)燃燒領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒已被證明是同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好經(jīng)濟(jì)性和超低排放的先進(jìn)燃燒方式。而預(yù)混合氣制備、著火相位控制、燃燒速率控制等問(wèn)題阻礙了內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒的實(shí)用化，其中著火相位控制是核心問(wèn)題，解決著火相位控制是突破負(fù)荷范圍限制的必要前提。有研宄者提出了燃料設(shè)計(jì)、外部EGR、內(nèi)部EGR、可變氣門正時(shí)、可變壓縮比等措施來(lái)控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒的著火相位，取得了一定的效果，但都需要復(fù)雜控制系統(tǒng)，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的要求高，達(dá)到精確控制著火相位的目的比較困難。等離子體射流點(diǎn)火技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)電火花點(diǎn)火技術(shù)性能得到很大提升，點(diǎn)火能量大，可實(shí)現(xiàn)極稀薄燃燒，保證低熱值燃料和冷啟動(dòng)點(diǎn)火的可靠性，降低燃料消耗，已開(kāi)始在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了達(dá)到主動(dòng)控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，該控制方法所用的燃燒系統(tǒng)應(yīng)采用低壓縮比、高壓升比、高膨脹比熱力循環(huán)。在壓縮行程或進(jìn)氣行程向燃燒室內(nèi)噴入燃料，或采用進(jìn)氣道噴射，形成預(yù)混合氣，低的有效壓縮比保證活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，混合氣不會(huì)著火；在壓縮上止點(diǎn)附近，通過(guò)等離子束射流火焰引燃缸內(nèi)射流經(jīng)過(guò)區(qū)域的少量預(yù)混合氣，產(chǎn)生強(qiáng)的壓力波，壓燃大量未燃混合氣，有效的控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒的著火相位。同時(shí)，通過(guò)廢氣再循環(huán)技術(shù)，控制預(yù)混合燃燒速率，從而達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)高效清潔工作的目標(biāo)。
[0004]本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案:一種等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，該控制方法采用的燃燒系統(tǒng)包括一個(gè)燃燒室、一個(gè)燃料噴射器、一個(gè)等離子流點(diǎn)火器，所述燃料噴射器安裝在燃燒室或進(jìn)氣道內(nèi)，燃料噴射器在進(jìn)氣行程或壓縮行程向燃燒室內(nèi)或在進(jìn)氣行程向進(jìn)氣道內(nèi)噴射燃料，形成預(yù)混合氣；采用低壓縮比、高膨脹比熱力循環(huán)；在壓縮上止點(diǎn)前，通過(guò)等離子流點(diǎn)火器產(chǎn)生的等離子束射流火焰區(qū)引燃燃燒室內(nèi)射流經(jīng)過(guò)區(qū)域的混合氣，產(chǎn)生壓力波壓燃未燃混合氣，形成多點(diǎn)自燃區(qū)，控制著火相位，實(shí)現(xiàn)預(yù)混合壓縮燃燒。
[0005]所述燃料噴射器、等離子流點(diǎn)火器安裝于燃燒室內(nèi)。
[0006]所述燃料噴射器安裝于進(jìn)氣道內(nèi)，等離子流點(diǎn)火器安裝于燃燒室內(nèi)。
[0007]所述燃料采用柴油、汽油、氣體燃料、混合燃料、寬餾分燃料或混合燃料，根據(jù)燃料的著火特性調(diào)整氣門正時(shí)，使壓縮比小于混合氣壓縮自燃著火的最小有效壓縮比。
[0008]所述燃燒系統(tǒng)采用廢氣再循環(huán)技術(shù)控制燃燒速率。
[0009]上述方案的指導(dǎo)思想是:著火相位控制，是實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒的關(guān)鍵。本發(fā)明著重于通過(guò)等離子束射流控制預(yù)混合壓燃的著火相位，達(dá)到控制預(yù)混合壓縮燃燒的目的。首先通過(guò)缸內(nèi)早噴或進(jìn)氣道噴射，使燃料和空氣充分混合，形成高質(zhì)量的預(yù)混合氣；其次控制其壓縮溫度，保證缸內(nèi)混合氣不會(huì)自燃，而是通過(guò)等離子束射流控制預(yù)混合氣壓縮燃燒的著火相位；同時(shí)還要控制燃燒速度；拓展內(nèi)燃機(jī)工作負(fù)荷范圍，使內(nèi)燃機(jī)在全工況內(nèi)均能高效清潔的工作。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:這種內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒的控制方法能夠保證良好的經(jīng)濟(jì)性、排放性和動(dòng)力性。所述燃燒系統(tǒng)采用等離子束射流控制的預(yù)混合壓燃方式工作，而內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓燃本身具有超低的NOx和碳煙排放的優(yōu)點(diǎn)，可省去成本較高的廢氣后處理裝置；合理的氣門正時(shí)能夠使膨脹比大于壓縮比，其有效壓縮比要小于燃燒室內(nèi)混合氣自燃著火的最小壓縮比，這樣內(nèi)燃機(jī)高的熱效率能夠得到保證；還可采用增壓冷卻進(jìn)氣，增加進(jìn)氣量，彌補(bǔ)低壓縮比產(chǎn)生的進(jìn)氣量少的問(wèn)題，提高動(dòng)力性能；通過(guò)高能量等離子流點(diǎn)火器點(diǎn)火，不但保證點(diǎn)火的可靠性，而關(guān)鍵是射流火焰區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)的壓力波，將大量未燃混合氣進(jìn)一步壓縮，進(jìn)而多點(diǎn)同時(shí)自燃，著火相位控制在上止點(diǎn)附近，發(fā)揮了混合氣燃燒做功的最大效率；而等離子流點(diǎn)火同時(shí)可以極大的拓展稀薄燃燒點(diǎn)火極限，確保冷啟動(dòng)點(diǎn)火的可靠性；壓縮終點(diǎn)混合氣溫度較低，延長(zhǎng)了滯燃期，降低了燃燒速度；同時(shí)采用廢氣再循環(huán)技術(shù)，降低燃燒速度，拓展了預(yù)混合壓縮燃燒負(fù)荷上限，保證了該燃燒系統(tǒng)在較大的負(fù)荷范圍內(nèi)高效清潔的工作。
【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]圖1是一種采用缸內(nèi)直噴式的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒系統(tǒng)示意圖。
[0013]圖2是缸內(nèi)直噴式燃燒系統(tǒng)開(kāi)始形成等離子束射流火焰區(qū)示意圖。
[0014]圖3是缸內(nèi)直噴式燃燒系統(tǒng)形成等離子束射流火焰區(qū)和多點(diǎn)自燃區(qū)示意圖。
[0015]圖4是一種采用進(jìn)氣道噴射式的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒系統(tǒng)示意圖。
[0016]圖5是進(jìn)氣道噴射式燃燒系統(tǒng)開(kāi)始形成等離子束射流火焰區(qū)示意圖。
[0017]圖6是進(jìn)氣道噴射式燃燒系統(tǒng)形成等離子束射流火焰區(qū)和多點(diǎn)自燃區(qū)示意圖。
[0018]圖中:1、燃燒室，2、燃料噴射器，3、等離子流點(diǎn)火器，4、進(jìn)氣道，5、等離子束射流火焰區(qū)，6、多點(diǎn)自燃區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1、圖2、圖3所示的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒系統(tǒng)，燃料噴射器安裝于燃燒室I內(nèi)。
[0020]圖4、圖5、圖6所示的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒系統(tǒng)，燃料噴射器安裝于進(jìn)氣道4內(nèi)。
[0021]在圖1所示的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒系統(tǒng)中，燃料噴射器2在進(jìn)氣行程或壓縮行程向燃燒室I內(nèi)噴射燃料，形成預(yù)混合氣。進(jìn)氣方式采用自然吸氣或增壓進(jìn)氣。采用增壓進(jìn)氣時(shí)，增壓空氣需冷卻，或采用進(jìn)氣加濕，噴水等方式，并調(diào)整氣門正時(shí)，降低壓縮上止點(diǎn)溫度，保證混合氣不會(huì)自燃。如圖2所示，上止點(diǎn)附近，給點(diǎn)火器信號(hào)，產(chǎn)生高溫等離子束火焰。如圖3所示，并瞬時(shí)形成等離子束射流火焰區(qū)5，產(chǎn)生強(qiáng)的壓力波，壓燃大量未燃混合氣，形成大的多點(diǎn)自燃區(qū)6，控制著火相位。
[0022]在圖4所示的等離子體射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒系統(tǒng)中，燃料噴射器2在進(jìn)氣行程向進(jìn)氣道4內(nèi)噴射燃料，形成預(yù)混合氣。進(jìn)氣方式采用自然吸氣或增壓進(jìn)氣。采用增壓進(jìn)氣時(shí)，增壓空氣需冷卻，或采用進(jìn)氣加濕，噴水等方式，并調(diào)整氣門正時(shí)，降低壓縮上止點(diǎn)溫度，保證混合氣不會(huì)自燃。如圖5所示，上止點(diǎn)附近，給點(diǎn)火器信號(hào)，產(chǎn)生高溫等離子束火焰。如圖6所示，并瞬時(shí)形成等離子束射流火焰區(qū)5，產(chǎn)生強(qiáng)的壓力波，壓燃大量未燃混合氣，形成大的多點(diǎn)自燃區(qū)6，控制著火相位。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，該控制方法采用的燃燒系統(tǒng)包括一個(gè)燃燒室(1)、一個(gè)燃料噴射器(2)、一個(gè)等離子流點(diǎn)火器(3)，其特征是:所述燃料噴射器(2)安裝在燃燒室(I)或進(jìn)氣道(4)內(nèi)，燃料噴射器(2)在進(jìn)氣行程或壓縮行程向燃燒室(I)內(nèi)或在進(jìn)氣行程向進(jìn)氣道(4)內(nèi)噴射燃料，形成預(yù)混合氣；采用低壓縮比、高膨脹比熱力循環(huán)；在壓縮上止點(diǎn)前，通過(guò)等離子流點(diǎn)火器(3)產(chǎn)生的等離子束射流火焰區(qū)(5)引燃燃燒室(I)內(nèi)射流經(jīng)過(guò)區(qū)域的混合氣，產(chǎn)生壓力波壓燃未燃混合氣，形成多點(diǎn)自燃區(qū)(6 )，控制著火相位，實(shí)現(xiàn)預(yù)混合壓縮燃燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，其特征是:所述燃料噴射器(2)、等離子流點(diǎn)火器(3)安裝于燃燒室(I)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，其特征是:所述燃料噴射器(2 )安裝于進(jìn)氣道(4)內(nèi)，等離子流點(diǎn)火器(3 )安裝于燃燒室(I)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，其特征是:所述燃料采用柴油、汽油、氣體燃料、混合燃料、寬餾分燃料或混合燃料，根據(jù)燃料的著火特性調(diào)整氣門正時(shí)，使壓縮比小于混合氣壓縮自燃著火的最小有效壓縮比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，其特征是:所述燃燒系統(tǒng)采用廢氣再循環(huán)技術(shù)控制燃燒速率。
【專利摘要】一種等離子束射流控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓縮燃燒著火相位的方法，其屬于內(nèi)燃機(jī)燃燒領(lǐng)域。該控制方法的燃燒系統(tǒng)并不限制燃料，采用缸內(nèi)早噴或進(jìn)氣道噴射方式，形成預(yù)混合氣；采用低壓縮比、高膨脹比方式工作，其有效壓縮比略低于能使預(yù)混合氣壓縮自燃著火的最小壓縮比，保證混合氣不會(huì)自燃；上止點(diǎn)附近，等離子流點(diǎn)火器射流產(chǎn)生高溫等離子束火焰，射流經(jīng)過(guò)區(qū)域少量混合氣被點(diǎn)燃，瞬時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)的壓力波，大量未燃混合氣迅速被二次壓縮，溫度和壓力急劇上升，達(dá)到著火條件，開(kāi)始多點(diǎn)自燃，從而主動(dòng)控制內(nèi)燃機(jī)預(yù)混合壓燃著火相位，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)和汽油機(jī)的統(tǒng)一。
【IPC分類】F02P23-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104612880
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410837691
【發(fā)明人】隆武強(qiáng), 陳雷, 田江平, 田華, 馮立巖
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日