一种缸内直喷双气体燃料点燃式燃烧及控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及车用内燃机技术领域，具体涉及气体燃料内燃机控制及缸内直接喷射发动机。
【背景技术】
[0002]随着汽车保有量的逐年增加，汽车所消耗的石油量亦逐年增加。加之所探明的世界石油存储量不断减少，汽车燃烧石油燃料后排出的有害气体对环境造成的污染愈加严重且不可逆转，所以汽车发展对高效节能的要求也越来越高。随着空气污染程度的加剧以及排放法规的日益严格，为汽车寻找优质的发动机替代燃料和对发动机新型燃烧模式的探索已经势在必行。优质的发动机代用燃料可以减轻汽车给石油资源紧缺带来的压力，减轻能源危机。新型燃烧模式的发动机理论上既能降低发动机燃料的消耗，又可以减少有害物质的排放，同时达到降低能耗和减少污染的目的。汽车发展必须走一条与能源环境和谐共处的可持续发展之路。
[0003]近年来，气体燃料发动机受到关注程度不断增加，但是传统的气体燃料发动机有一定的缺点，气体燃料和空气一起进入发动机缸内，气体燃料占进气体积的一部分，使得进气量减少，充气效率降低；气体燃料的净能量密度低于石油燃料，使发动机的功率下降导致稀燃时功率不能满足驾驶要求等。基于上述的技术背景及现有气体燃料发动机存在的问题，本实用新型涉及的双燃料发动机克服了现有气体燃料发动机的缺点，而且能实现多种燃烧模式，并可通过不同燃烧模式之间的转换，实现发动机高效率低排放的燃烧。
[0004]缸内直喷技术，是指将喷油嘴安置在进排气门之间，将高压燃油直接注人燃烧室平顺高效地燃烧，通过均匀燃烧和分层燃烧的方式实现了在保证动力输出的情况下达到降低燃油消耗率的一种技术，尤其是使小负荷下的燃油消耗降低，同时使得爆震倾向也大大下降，动力性却得到很大提升的一种技术。目前，缸内直喷发动机的燃烧方式主要有两种，一种是分层燃烧的方式，另一种是均质燃烧的方式。在国内，缸内直喷发动机的燃烧方式是均质燃烧模式，这是由于分层燃烧模式对油品质量的要求较高，国内的油品不能使之长时间稳定的工作，而且在短时间内难以改善油品的质量，所以国内的缸内直喷发动机一直是采用均质燃烧模式。但是均质燃烧模式很难实现发动机的稀燃，进而限制发动机经济性的
【发明内容】
[0005]本实用新型是一种缸内直喷双气体燃料点燃式燃烧装置，目的在于解决传统气体燃料发动机存在的缺点与国内缸内直喷发动机不能实现分层燃烧及燃烧产物难以控制的问题。本实用新型还可以使发动机在更大的空燃比下燃烧，在较高的压缩比下工作。通过控制系统，使发动机在不同工况下以不同的燃烧模式工作，使发动机在各种工况下都能对应最优的燃烧模式，在最优模式下稳定、高效工作。
[0006]本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现，并结合附图做出具体说明。
[0007]参阅图1所示，本实用新型为一种缸内直喷双气体燃料分层燃烧装置，由发动机1、废气涡轮增压器4、双燃料存储罐2和3、三效催化转换器6、EGR阀14、电子控制装置5组成；双燃料存储罐2和3分别经过减压阀7和10与各自的喷嘴9和12相连，两种燃料均采用发动机的缸内直喷，废气涡轮增压器4与发动机的排气总管13相连，对发动机的进气进行增压；EGR阀14与发动机的排气管13和进气管15相连，废气随新鲜空气一起进入增压器4，电子控制装置5接收发动机的各种运转信号，控制双燃料发动机的喷油器9和12、火花塞16、增压器4、EGR阀14以及发动机上其他需电控的装置。
[0008]发动机由进气系统、排气系统、双气体燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统等组成。双燃料供给系统由燃料存储罐2和3、气体燃料管路、气体燃料减压装置7和10、高压气轨17和18、气体燃料喷嘴9和12、气体燃料泄漏报警装置20和21等组成，气体燃料存储罐2、3与各自的喷嘴9、12相连，每个喷嘴均直接将燃料喷入发动机缸内。发动机增压器4与发动机的排气管15相连，对发动机的进气进行增压。EGR系统与发动机的排气管和进气管相连，使尾气随空气一起进入增压器。电子控制装置5接收发动机的各种运行参数信号，具体包括:油门踏板位置信号、发动机转速信号、曲轴位置信号、凸轮轴位置信号、润滑油压力信号、润滑油温度信号、冷却水温度信号、进气温度和压力信号、废气中氧气的浓度信号、爆震信号、双燃料温度和压力信号，输出端控制双燃料发动机的喷嘴、火花塞、增压器、EGR阀等装置。上述双燃料罐中气体燃料并非特定两种燃料，所述气体燃料A (辅助燃料)的火焰传播速度要高于燃料B (主燃料)，点火能量要低于燃料B的点火能量，同时燃料A的辛烷值要高。对燃料B的主要要求有燃料B的辛烷值要高，并且燃料B的净能量密度要相对较高。
[0009]本实用新型，一种缸内直喷双气体燃料燃烧及控制装置，该装置中的发动机是点燃式发动机。本实用新型的目的在于实现发动机的分层燃烧及发动机在更大的空燃比下稳定燃烧，发动机稀燃后，发动机的爆震倾向降低，可以适度提高发动机的压缩比以使发动机的经济性得到进一步提高。我们将发动机的压缩比设计为12，比传统汽油机的压缩比高，可以使发动机的热效率提高；另外值得一提的一点是，本实用新型取消了传统点燃式发动机的节气门，减少了部分负荷时发动机的泵气损失，提高了充气效率。国内的缸内直喷稀燃汽油机只有在大负荷下节气门全开，而中小负荷节气门是没有全开的，因此，发动机在中小负荷存在节流损失，本实用新型在发动机所有工况下都不存在节流损失，进气效率得到很大提高。发动机双燃料均采用缸内直喷，具有直喷发动机的一切优点。发动机的双直喷系统也经过特殊的设计，目的是使一种燃料的喷油器在火花塞附近，配合活塞的特殊形状，可以在火花塞附近形成局部浓区，以实现可靠的点火；另一种燃料可以与空气形成较稀的混合气，实现发动机的整体稀燃，并且可以实现多种燃烧模式的转换。其中燃料A的喷嘴和火花塞的位置配合以及燃料A的喷嘴位置和活塞形状的配合，利用气流引导和壁面引导使燃料A与空气形成的混合气可以在火花塞附近形成易于点燃的混合气，即在火花塞附近形成燃料A和空气的局部浓混合气，使之易于点燃，进而点燃由燃料B和空气形成的混合气，使发动机平稳工作。特殊的设计要求特殊的控制，本实用新型中，两种燃料的缸内直接喷射，还要配合火花的点火，这样就出现了两个喷射时刻和一个点火时刻，这三个时刻的控制对本实用新型是尤为重要的。为了控制好这三个边界条件，本实用新型针对这三个边界条件进行的大量的仿真，目的在于寻找出在不同工况下三个时刻最佳的配合，在不同的工况下实施最优控制。并且在每一种燃烧模式下都做同样的仿真实验，找出最优控制参数，以实现对发动机的控制。本实用新型中发动机的双燃料供给和双燃料的缸内直喷可以使发动机在不同工况实现与此工况相对应的最优的燃烧模式:
[0010]1、启动和暖机工况(A型燃烧模式):传统的发动机在启动工况时需要给发动机较浓的混合气，以使发动机可靠地启动，但是启动工况混合气的燃烧不完全，使发动机在启动工况时燃油经济性和排放性能都变恶化，与传统发动机相比本实用新型在启动时有与启动工况相对应的燃烧模式即A型燃烧模式，具体实现方法是:发动机单独使用燃料A，进气行程中开始向缸内供给燃料A，使缸内形成燃料A与空气较为均匀的混合气，在压缩行程末期再次向缸内喷射燃料A，使之在火花塞附近形成局部较浓的混合气。由于燃料A的点火能量低，火焰传播速度快，燃烧持续期短，可以在短时间内使发动机实现启动，并且快速完成发动机的暖机过程。当发动机冷却水温度达到发动机正常工作温度时，逐渐添加燃料B，同时减少燃料A的供给，保证燃料的总放热量保持不变。燃料的总放热量=燃料A的热值*燃料A的质量+燃料B的热值*燃料B的质量。根据仿真出的控制参数逐渐增大燃料的过量空气系数，使发动机在较大的空燃比下怠速运转。
[0011]2、小负荷工况(多A少B型燃烧模式):本发明中的燃料分层有两种，燃料A—空气形成的混合气和燃料B—空气形成的混合气之间的分层与燃料B与空气的分层。在这里强调文中所提及的分层没有特殊说明都是指燃料B和空气形成的分层。小负荷时，使发动机在分层稀燃模式下工作，燃料B的喷嘴在压缩冲程开始喷射且实施多次喷射，多次喷射配合气体流动形成分层混合气，在接近压缩上止点时，燃料A的喷嘴打开，开始喷射燃料A，在火花塞处形成燃料A和空气相对较浓的混合气，火花塞跳火使之点燃，进而点燃燃料B和空气形成的稀薄混合气，使发动机正常运转。由于发动机的分层燃烧，又由于发动机缸壁附近的空气层降低了发动机的传热损失，提高发动机的热效率。
[0012]3、大负荷工况(少A多B型燃烧