CN105443272B - 内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧方法，它包括以下步骤：在发动机运行过程中，电控单元读取安装在进气总管上的温度传感器的温度信号，当发动机的进气温度低于电控单元的设定温度值时，电控单元依次向高压废气再循环旁通阀、低压废气再循环旁通阀、中冷器旁通阀、储气罐阀直到满足设定温度为止。本发明保证进气温度高效智能可调。

Description

内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧装置及方法

技术领域

本发明涉及内燃机领域，特别涉及一种内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧装置及方法。

背景技术

“均质压燃、低温燃烧”理论被认为是最有潜力的高效清洁内燃机替代燃烧技术，从而受到越来越多的重视。但是这种燃烧方式的燃烧过程主要受化学反应动力学控制。它的着火时刻和燃烧反应速率控制困难；而且这一燃烧方式运行工况范围狭窄，混合气过稀或高辛烷值燃料在小负荷和怠速工况下容易“失火”，而在大负荷工况下则容易出现“爆震燃烧”(尤其是高十六烷值燃料)，因此其运行工况范围需要向大负荷和小负荷工况扩展。此外，在这一燃烧方式中，废气再循环(EGR)成为燃烧过程中最重要的燃烧控制手段，高辛烷值燃料需要通过残余废气提高混合气的温度使其能够压燃着火，而高十六烷值燃料则需要采用外部冷却废气稀释降低燃烧反应速度，并且废气的稀释可以降低燃烧火焰温度，从而抑制NOx生成。

为了避免，在怠速和小负荷工况，缸内燃烧温度较低，很难形成稳定的自燃着火条件下HCCI发动机失火现象的发生。可以采用废气再循环技术，传统的方法是采用可变气门技术，让热废气直接留在缸内，提高进气温度，从而改善燃烧，这种方法称为内部EGR。但是用这种方法引入的热废气，需要复杂的可变气门技术，尤其是基于柴油机的需要大驱动力的可变气门机构更加复杂，尚未有商品化应用的报道。另一方面，对于传统外部EGR方法，将废气冷却后引入到进气管，用以控制“均质压燃、低温燃烧”大负荷下较高的燃烧反应速率或延长燃油空气混合时间，但其弊端是，形成的最终进气温度不可调节，不能很好地满足发动机小负荷稳定燃烧的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种提高最终进入进气总管的进气温度、保证进气温度高效智能可调的内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧装置，它包括与发动机进气口相连的进气总管和与发动机排气口相连的排气总管，空气进气管顺次连接空气滤清器、压气机、进气中冷控制系统以及进气总管，所述的进气中冷控制系统由并联设置的中冷器和中冷器旁通阀组成，第一管路一端与排气总管连通并且另一端顺次连接高压废气再循环控制系统、单向阀以及进气总管，所述的高压废气再循环控制系统由并联设置的高压废气再循环冷却器和高压废气再循环旁通阀组成，所述的压气机的轴与涡轮的轴固定相连，所述的排气总管的出口与涡轮的进气口相连，所述的涡轮的出气口与两个支路相连，其中第一支路安装有排气背压阀并且该支路出口与大气连通，第二支路的另一端顺次连接低压废气再循环控制系统和空气进气管，所述的低压废气再循环控制系统由并联设置的低压废气再循环冷却器和低压废气再循环旁通阀组成，第二管路一端连接第一支路出口端并且另一端顺次连接进口单向阀、储气罐、出口单向阀、储气罐阀以及进气总管,在所述的进气总管上安装有温度传感器,电控单元分别与中冷器旁通阀、高压废气再循环旁通阀、低压废气再循环旁通阀和储气罐阀通过控制线相连。

本发明的内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧方法，它包括以下步骤：

步骤一、在发动机运行过程中，电控单元读取安装在进气总管上的温度传感器的温度信号，当发动机的进气温度低于电控单元的设定温度值时，电控单元向高压废气再循环控制系统输出控制信号，打开高压废气再循环旁通阀至开度为50％，使涡轮之前的废气绕过高压废气再循环冷却器，再经过单向阀，汇入进气总管；若检测到此时进气温度高于设定温度，则高压废气再循环旁通阀以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则高压废气再循环旁通阀以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若高压废气再循环旁通阀开度增至100％，进气温度仍然低于设定温度，则低压废气再循环旁通阀开始响应；

步骤二、电控单元向低压废气再循环控制系统发出指令，打开低压废气再循环旁通阀至开度为50％，使涡轮之后的废气绕过低压废气再循环冷却器，之后汇入压气机前端；若检测到此时进气温度高于设定温度，则低压废气再循环旁通阀以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则低压废气再循环旁通阀以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若低压废气再循环旁通阀开度增至100％，进气温度仍然低于设定温度，则中冷器旁通阀开始响应；

步骤三、电控单元向进气中冷控制系统发出指令，打开中冷器旁通阀至开度为50％，使压气机之后的进气绕过中冷器，之后汇入进气总管；若检测到此时进气温度高于设定温度，则中冷器旁通阀以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则中冷器旁通阀以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若中冷器旁通阀开度增至100％，则储气罐阀开始响应；

步骤四、电控单元向高温废气储气罐系统发出指令，打开储气罐阀至开度为50％，以引入储气罐内的高温废气至进气总管；若检测到此时进气温度高于设定温度，则储气罐阀以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则储气罐阀以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％直到满足设定温度为止。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一、高压EGR控制系统、低压EGR控制系统、进气中冷控制系统和高温废气储气罐系统，会接受ECU发出的指令，按照优先级的先后顺序发出响应，提高最终进入进气总管的进气温度；第二、各个控制系统内的旁通阀遵循二分法原理执行命令语句，保证进气温度高效智能可调；第三、四个控制系统互不干扰独立工作，并且拓宽了进气温度域；第四、本装置及方法不但能通过引入热废气保证小负荷的稳定燃烧，而且还可以冷却废气后保证大负荷工况稳定，更重要的是较复杂的可变气门机构更加简化和便宜。

附图说明

图1是本发明的内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧装置的示意图；

图2是本发明的内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧进气温度控制方法的控制图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示的本发明的内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧装置，它包括与发动机进气口相连的进气总管3和与发动机排气口相连的排气总管4，空气进气管顺次连接空气滤清器13、压气机12、进气中冷控制系统以及进气总管3，所述的进气中冷控制系统由并联设置的中冷器8和中冷器旁通阀9组成，第一管路一端与排气总管4连通并且另一端顺次连接高压废气再循环控制系统、单向阀7以及进气总管3，所述的高压废气再循环控制系统由并联设置的高压废气再循环冷却器5和高压废气再循环旁通阀6组成，所述的压气机12的轴与涡轮11的轴固定相连，所述的排气总管4的出口与涡轮11的进气口相连，所述的涡轮11的出气口与两个支路相连，其中第一支路安装有排气背压阀10并且该支路出口与大气连通，第二支路的另一端顺次连接低压废气再循环控制系统和空气进气管，所述的低压废气再循环控制系统由并联设置的低压废气再循环冷却器14和低压废气再循环旁通阀15组成，第二管路一端连接第一支路出口端并且另一端顺次连接进口单向阀17、储气罐18、出口单向阀19、储气罐阀20以及进气总管3,在所述的进气总管上安装有温度传感器,电控单元16分别与中冷器旁通阀9、高压废气再循环旁通阀6、低压废气再循环旁通阀15和储气罐阀20通过控制线相连。

本发明装置的进排气流动方向如图1中的箭头所示。空气经过空气滤清器13，在压气机12内增压后进入中冷器8和中冷器旁通阀9，再经过进气总管3进入缸体2；发动机排出的废气，经过排气总管4产生一个支路流向高压废气再循环冷却器5和高压废气再循环旁通阀6，经过单向阀7，汇入进气总管3；排气总管4另一支路的废气流进涡轮11，在涡轮内做功后分为两路，一路经排气背压阀10排到大气中，另一路进入低压废气再循环冷却器14和低压废气再循环旁通阀15，再汇入压气机12前端。第一支路出口端的高温废气通过进口单向阀17存储于储气罐18中，再经过出口单向阀19和储气罐阀20汇入进气总管中。

如图2所示为基于二分法原理进气温度控制图，分四步控制进气温度。

内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧方法，它包括以下步骤：

步骤一、在发动机运行过程中，电控单元16读取安装在进气总管上的温度传感器的温度信号以监控进气温度，当发动机的进气温度低于电控单元16的设定温度值时，电控单元16向高压废气再循环控制系统输出控制信号，打开高压废气再循环旁通阀6至开度为50％，使涡轮11之前的废气绕过高压废气再循环冷却器5，从而提高高压废气再循环废气温度，再经过单向阀7，汇入进气总管3；若检测到此时进气温度高于设定温度，则高压废气再循环旁通阀6以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则高压废气再循环旁通阀6以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若高压废气再循环旁通阀6开度增至100％，进气温度仍然低于设定温度，则低压废气再循环旁通阀15开始响应；

步骤二、电控单元16向低压废气再循环控制系统发出指令，打开低压废气再循环旁通阀15至开度为50％，使涡轮11之后的废气绕过低压废气再循环冷却器14，从而提高低压废气再循环废气温度，之后汇入压气机12前端；若检测到此时进气温度高于设定温度，则低压废气再循环旁通阀15以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则低压废气再循环旁通阀15以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若低压废气再循环旁通阀15开度增至100％，进气温度仍然低于设定温度，则中冷器旁通阀9开始响应；

步骤三、电控单元16向进气中冷控制系统发出指令，打开中冷器旁通阀9至开度为50％，使压气机12之后的进气绕过中冷器8，从而提高压气机12后的进气温度，之后汇入进气总管3；若检测到此时进气温度高于设定温度，则中冷器旁通阀9以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则中冷器旁通阀9以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若中冷器旁通阀9开度增至100％，则储气罐阀20开始响应；

步骤四、电控单元向高温废气储气罐系统发出指令，打开储气罐阀20至开度为50％，以引入储气罐18内的高温废气至进气总管3；若检测到此时进气温度高于设定温度，则储气罐阀20以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则储气罐阀20以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％直到满足设定温度为止。

需要说明的是本发明装置拓宽了进气温度域，完全覆盖所需的进气温度。

实施例1

步骤一、在发动机运行过程中，电控单元16读取安装在进气总管上的温度传感器的温度信号，温度为25℃，电控单元16的设定温度值为45℃，电控单元16向高压废气再循环控制系统输出控制信号，打开高压废气再循环旁通阀6至开度为50％，使涡轮11之前的废气绕过高压废气再循环冷却器5，从而提高高压废气再循环废气温度，再经过单向阀7，汇入进气总管3；检测到此时进气温度为28℃，高压废气再循环旁通阀6依次增加开度至75％、87.5％、100％后，再次检测到进气温度为30℃，则低压废气再循环旁通阀15开始响应；

步骤二、电控单元16向低压废气再循环控制系统发出指令，打开低压废气再循环旁通阀15至开度为50％，使涡轮11之后的废气绕过低压废气再循环冷却器14，从而提高低压废气再循环废气温度，之后汇入压气机12前端；检测到此时进气温度为33℃，低压废气再循环旁通阀15依次增加开度至75％、87.5％、100％后，再次检测到进气温度为35℃，则中冷器旁通阀9开始响应；

步骤三、电控单元16向进气中冷控制系统发出指令，打开中冷器旁通阀9至开度为50％，使压气机12之后的进气绕过中冷器8，从而提高压气机12后的进气温度，之后汇入进气总管3；检测到此时进气温度为38℃，中冷器旁通阀9依次增加开度至75％、87.5％、100％后，再次检测到进气温度为40℃，则储气罐阀20开始响应；

步骤四、电控单元向高温废气储气罐系统发出指令，打开储气罐阀20至开度为50％，以引入储气罐18内的高温废气至进气总管3；检测到此时进气温度为43℃，储气罐阀20增加开度至87.5％后，再次检测进气温度为45℃，满足设定温度45℃。至此基于二分法原理进气温度控制流程结束。

——经过检测，本发明的温度控制装置及方法可以提高进气温度至设定值，满足内燃机低温燃烧在怠速和小负荷时稳定燃烧。

Claims (2)

1.内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧装置，其特征在于:它包括与发动机进气口相连的进气总管和与发动机排气口相连的排气总管，空气进气管顺次连接空气滤清器、压气机、进气中冷控制系统以及进气总管，所述的进气中冷控制系统由并联设置的中冷器和中冷器旁通阀组成，第一管路一端与排气总管连通并且另一端顺次连接高压废气再循环控制系统、单向阀以及进气总管，所述的高压废气再循环控制系统由并联设置的高压废气再循环冷却器和高压废气再循环旁通阀组成，所述的压气机的轴与涡轮的轴固定相连，所述的排气总管的出口与涡轮的进气口相连，所述的涡轮的出气口与两个支路相连，其中第一支路安装有排气背压阀并且该支路出口与大气连通，第二支路的另一端顺次连接低压废气再循环控制系统和空气进气管，所述的低压废气再循环控制系统由并联设置的低压废气再循环冷却器和低压废气再循环旁通阀组成，第二管路一端连接第一支路出口端并且另一端顺次连接进口单向阀、储气罐、出口单向阀、储气罐阀以及进气总管,在所述的进气总管上安装有温度传感器,电控单元分别与中冷器旁通阀、高压废气再循环旁通阀、低压废气再循环旁通阀和储气罐阀通过控制线相连。

2.内燃机低温燃烧小负荷稳定燃烧方法，其特征在于,它包括以下步骤：

步骤一、在发动机运行过程中，电控单元读取安装在进气总管上的温度传感器的温度信号，当发动机的进气温度低于电控单元的设定温度值时，电控单元向高压废气再循环控制系统输出控制信号，打开高压废气再循环旁通阀至开度为50％，使涡轮之前的废气绕过高压废气再循环冷却器，再经过单向阀，汇入进气总管；若检测到此时进气温度高于设定温度，则高压废气再循环旁通阀以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则高压废气再循环旁通阀以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若高压废气再循环旁通阀开度增至100％，进气温度仍然低于设定温度，则低压废气再循环旁通阀开始响应；

步骤二、电控单元向低压废气再循环控制系统发出指令，打开低压废气再循环旁通阀至开度为50％，使涡轮之后的废气绕过低压废气再循环冷却器，之后汇入压气机前端；若检测到此时进气温度高于设定温度，则低压废气再循环旁通阀以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则低压废气再循环旁通阀以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若低压废气再循环旁通阀开度增至100％，进气温度仍然低于设定温度，则中冷器旁通阀开始响应；

步骤三、电控单元向进气中冷控制系统发出指令，打开中冷器旁通阀至开度为50％，使压气机之后的进气绕过中冷器，之后汇入进气总管；若检测到此时进气温度高于设定温度，则中冷器旁通阀以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则中冷器旁通阀以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％，直到满足设定温度为止；若中冷器旁通阀开度增至100％，则储气罐阀开始响应；

步骤四、电控单元向高温废气储气罐系统发出指令，打开储气罐阀至开度为50％，以引入储气罐内的高温废气至进气总管；若检测到此时进气温度高于设定温度，则储气罐阀以50％开度为基础依次减小开度至25％、12.5％、0，直到满足设定温度为止；若检测到此时进气温度低于设定温度，则储气罐阀以50％开度为基础依次增加开度至75％、87.5％、100％直到满足设定温度为止。