用于操作直噴火花輔助的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于操作直噴火花輔助的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)是于2011年I月27提交的申請(qǐng)?zhí)枮?01110029639.9的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的發(fā)明創(chuàng)造名稱(chēng)也為《用于操作直噴火花輔助的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法》。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開(kāi)涉及直噴壓燃式內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]在該部分中的聲明僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，并且不一定構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]內(nèi)燃機(jī)可包括火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。已知的火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)將空氣和燃料的混合物引入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室來(lái)操作。活塞壓縮該混合物，并在預(yù)定的曲軸角處，火花塞點(diǎn)燃燃料和空氣的混合物，以產(chǎn)生傳播通過(guò)燃燒室的火焰前鋒。來(lái)自燃燒燃料的熱的快速增長(zhǎng)觸發(fā)向下推動(dòng)活塞的壓力的增長(zhǎng)?；鸹ㄈ氖褂迷试S精確定時(shí)的燃燒事件。保持發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比相對(duì)低，以避免火花爆震。當(dāng)燃料和空氣的混合物在火花點(diǎn)火之前自燃時(shí)發(fā)生火花爆震，并且火花爆震可造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。因此，火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成具有在8:1與11:1之間的幾何壓縮比。
[0005]壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)以在15:1與22:1的范圍內(nèi)的相對(duì)高的幾何壓縮比操作、在特定的實(shí)施例中以更高的幾何壓縮比操作。更高的壓縮比提高壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)將不節(jié)流的空氣引入燃燒室來(lái)操作，從而通過(guò)降低栗送損失來(lái)提高效率。在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)燃燒室內(nèi)的俘獲空氣處于或高于燃料的自燃溫度時(shí)，點(diǎn)火定時(shí)由壓縮沖程即將結(jié)束時(shí)噴入燃燒室中的燃料噴射而控制。燃燒過(guò)程的放熱造成缸內(nèi)壓力提高，以與火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)相同的方式向下推動(dòng)活塞。
[0006]壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生包括顆粒物質(zhì)和氮氧化物(NOx)的排放。顆粒物質(zhì)由燃燒室內(nèi)局部濃的空氣/燃料混合物的燃燒形成。這些濃區(qū)域的出現(xiàn)是由于在點(diǎn)火時(shí)燃料與空氣不完全的預(yù)混合所引起的燃料/空氣充量的不均勻性。已知的用于減少顆粒物質(zhì)的后處理裝置包括顆粒過(guò)濾器。顆粒過(guò)濾器俘獲顆粒物質(zhì)，并在高溫再生事件期間周期地被凈化。
[0007]氮氧化物的形成與燃燒化學(xué)密切相關(guān)。在空氣/燃料混合物在相對(duì)高的溫度的燃燒之后，壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在排氣流中產(chǎn)生相對(duì)高的NOx排放。已知的用于NOx還原的后處理系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)、諸如用于以稀空氣/燃料比操作的發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇性催化還原(SCR)裝置。SCR裝置包括促進(jìn)NOx與諸如氨或尿素的還原劑反應(yīng)的催化劑，以產(chǎn)生氮和水。還原劑可注入SCR裝置上游的廢氣供入流，需要噴射系統(tǒng)、還原劑源和控制模式。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行可使用三效催化劑(TWC)，以產(chǎn)生用作還原劑的氨。較低的壓縮比可降低燃燒溫度，從而降低NOx排放，但較低的壓縮比可能降低燃燒效率，并在相對(duì)冷的溫度時(shí)增大發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)難度。
[0008]壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例可包括以預(yù)混合充量壓燃(PCCI)燃燒模式操作發(fā)動(dòng)機(jī)。PCCI燃燒模式將壓燃燃燒系統(tǒng)與高流速的冷卻的廢氣再循環(huán)(EGR)和早的噴射開(kāi)始(SOI)正時(shí)結(jié)合。將高EGR率和早的SOI結(jié)合導(dǎo)致燃燒開(kāi)始(SOC)之前長(zhǎng)的點(diǎn)火延遲周期。點(diǎn)火延遲周期在PCCI燃燒期間超過(guò)燃料噴射持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致SOC時(shí)的預(yù)混合燃燒事件。與高EGR率一起，燃料與空氣充分的預(yù)混合減少有助于顆粒物質(zhì)的形成的局部濃的區(qū)域的形成。高EGR率用作充量稀釋劑，該充量稀釋劑將燃燒溫度抑制到低于形成相當(dāng)大的NOx量的溫度。
[0009]PCCI燃燒模式在相對(duì)低的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷時(shí)有效，在相對(duì)低的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，燃料的噴射量相對(duì)低并且可用于預(yù)混合的時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大時(shí)，在快速預(yù)混合燃燒過(guò)程中釋放的熱量變大至足以產(chǎn)生過(guò)度的燃燒噪音。即使在點(diǎn)火延遲周期期間存在充分的燃料與空氣的預(yù)混合，上述情形也出現(xiàn)。過(guò)度的燃燒噪音令消費(fèi)者不快。因此，已將PCCI燃燒局限于相對(duì)低的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]壓燃式內(nèi)燃機(jī)包括以四沖程燃燒循環(huán)操作的多個(gè)燃燒室，并構(gòu)造成以大于10:1的幾何壓縮比操作。用于操作發(fā)動(dòng)機(jī)的方法包括通過(guò)在壓縮沖程期間將燃料噴射入各燃燒室來(lái)形成燃料/空氣充量，其中在燃燒室內(nèi)的所有燃燒之前完成噴射。該方法還包括:操作發(fā)動(dòng)機(jī)，以將燃燒室中的燃料/空氣充量的溫度管理至低于燃料/空氣充量的自燃點(diǎn)；和在噴射燃料之后并在燃料/空氣充量達(dá)到自燃溫度之前在燃燒室中提供火花放電。
[0011]本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
方案1.一種用于操作壓燃式內(nèi)燃機(jī)的方法，所述壓燃式內(nèi)燃機(jī)包括以四沖程燃燒循環(huán)操作的多個(gè)燃燒室，并構(gòu)造成以大于10:1的幾何壓縮比操作，所述方法包括:
通過(guò)在壓縮沖程期間將燃料噴射入各燃燒室來(lái)形成燃料/空氣充量，在所述燃燒室內(nèi)的所有燃燒之前完成所述噴射；
操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)以管理所述燃燒室中的所述燃料/空氣充量的溫度為低于所述燃料/空氣充量的自燃點(diǎn)；以及
在噴射燃料之后并在所述燃料/空氣充量達(dá)到自燃溫度之前在所述燃燒室中提供火花放電。
[0012]方案2.根據(jù)方案I所述的方法，其中操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)以管理所述燃燒室中的所述燃料/空氣充量的溫度包括:控制廢氣再循環(huán)閥，以將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的廢氣再循環(huán)至進(jìn)氣歧管。
[0013]方案3.根據(jù)方案I所述的方法，其中操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)以管理所述燃燒室中的所述燃料/空氣充量的溫度包括:控制可變壓縮比活塞。
[0014]方案4.根據(jù)方案I所述的方法，其中操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)以管理所述燃燒室中的所述燃料/空氣充量的溫度包括:對(duì)構(gòu)造成控制進(jìn)氣閥的打開(kāi)和關(guān)閉的可變凸輪相位系統(tǒng)的定相進(jìn)行控制。
[0015]方案5.根據(jù)方案I所述的方法，其中通過(guò)在壓縮沖程期間將燃料噴射入各燃燒室來(lái)形成所述燃料/空氣充量包括:在壓縮沖程中足夠早地將燃料噴射入各燃燒室，以提供燃料與進(jìn)氣的預(yù)混合。
[0016]方案6.根據(jù)方案5所述的方法，其中所述燃料/空氣充量具有小于2的燃料/空氣當(dāng)量比。
[0017]方案7.根據(jù)方案6所述的方法，其中所述燃料/空氣當(dāng)量比小于I。
[0018]方案8.根據(jù)方案I所述的方法，其中通過(guò)在壓縮沖程期間將燃料噴射入各燃燒室來(lái)形成所述燃料/空氣充量還包括在進(jìn)氣沖程晚期將燃料噴射入各燃燒室。
[0019]方案9.根據(jù)方案5所述的方法，其中在噴射燃料脈沖之后的預(yù)定消逝時(shí)段之后在所述燃燒室中提供火花放電。
[0020]方案10.根據(jù)方案I所述的方法，還包括:在進(jìn)氣沖程期間將燃料脈沖噴射入進(jìn)氣歧管。
[0021]方案11.根據(jù)方案I所述的方法，其中所述燃燒室中的火花放電點(diǎn)燃所述燃料/空氣充量的一部分，以將所述燃料/空氣充量溫度提高至足以使所述燃料/空氣充量自燃。
[0022]方案12.根據(jù)方案11所述的方法，其中在自燃期間燃燒所述燃料/空氣充量的大部分。
[0023]方案13.根據(jù)方案I所述的方法，還包括:以預(yù)混合充量壓燃燃燒模式操作所述發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0024]方案