壓燃式發動機制造技術

本發明專利技術提供了一種可在低溫燃燒模式下運行的壓燃式發動機，該發動機包括：多個汽缸，每個汽缸均形成有燃燒室，該發動機用于輸送空氣和燃料并在每個燃燒室內混合空氣和燃料，該混合處于或接近化學計量的混合；控制裝置，包括用于感測發動機負載的傳感器；包括氧氣的氣體源，連接至控制裝置，其中，響應于感測到的向高發動機負載的過渡，控制裝置用于在向每個燃燒室增加燃料之前或同時向每個燃燒室供應氣體。

【技術實現步驟摘要】
壓燃式發動機
本專利技術涉及壓燃式發動機。特別地但非唯一地，本專利技術涉及用于車輛且可在高負載下運行的均質混合氣壓燃式(HCCI)發動機。
技術介紹
眾所周知，由于具有非常高的壓縮比，柴油機或壓燃式發動機是用于將燃料能量轉化成有用功的熱效率最高的發動機。具體地，當處于低功率且發動機怠速時，柴油機比汽油機高效得多。與諸如汽油機的火花點火發動機不同，柴油機采用壓縮熱量來啟動點火以燃燒燃燒室內的燃料。HCCI發動機已嘗試進一步提高效率。能量釋放分布在燃燒室的整個容積內，而不是局限在火焰內。在局部上，化學反應慢，這是因為溫度低，但是因為能量釋放分布在整個燃燒室體積內，因此整體熱釋放速率能夠匹配或超過由火焰引起的能量釋放所獲得的熱釋放速率。眾所周知，低溫燃燒(LTC)可減少排放物并提高效率。對于排放物，當使用空氣與燃料的化學計量混合氣時，NOx低且不會生成顆粒物。對于效率，通過在燃燒室內保持較低的溫度，可增加單位體積膨脹的輸出功。然而，至今為止，仍存在一些技術問題。汽缸內條件的控制一直存在挑戰，但該問題已經在一定程度上得以解決。另一問題是過渡到較負載并在高負載下達到性能。LTC的目標是通過自動點火來獲得體積能量釋放。為減緩壓力上升速率，所使用的空氣燃料比接近化學計量混合氣的配比。為達到較負載，必須將更多燃料引入汽缸。然而，當使用化學計量混合時，添加燃料明顯增加了排放物，而對增加發動機輸出影響不大。而對于汽車應用，發動機輸出的增加會急劇發生，諸如在幾十毫秒內發生。此外，降低空氣燃料比(通過添加燃料)會引起甚至更高的峰值壓力和熱釋放速率。另外，HCCI發動機所使用的很多控制策略需要對混合氣進行預熱。這降低了密度并因此降低了燃燒室中的空氣/燃料混合氣的質量，如此會降低功率。提升功率的兩種已知方式為采用具有不同自動點火特性的燃料，及對混合氣熱分層以便壓縮混合氣中的不同點具有不同溫度并因此在不同時間燃燒，這會降低熱釋放速率。然而，這些策略不夠靈活或難以控制，或者會降低采用均質混合氣所獲得的優勢。期望提供一種可在高負載下運行的壓燃式發動機。期望提供一種能夠從低負載快速且高效地過渡到高負載的壓燃式發動機。
技術實現思路
根據本專利技術的第一方面提供了一種可在低溫燃燒模式下運行的壓燃式發動機，該發動機包括:多個汽缸,每個汽缸均形成有燃燒室，其中，該發動機用于輸送空氣和燃料并在每個燃燒室內混合空氣和燃料，這種混合處于或接近化學計量的混合；控制裝置，包括用于感測發動機負載的傳感器；包括氧氣的氣體源，連接至控制裝置，其中，響應于傳感器感測到的向高發動機負載的過渡，控制裝置用于在向每個燃燒室增加燃料之前或同時向每個燃燒室供應氣體。該發動機可適于采用化學計量的空氣燃料比運行。該控制裝置可適于在燃料增加之前或同時向每個燃燒室供應氣體，使得能夠大致維持化學計量的空氣燃料比。該氣體可為氧氣。可選地，該氣體可為空氣。氣體源可包括用于產生氧氣的重整裝置。該發動機可包括流體連接至每個汽缸來向每個燃燒室輸送空氣的進氣歧管。該控制裝置可用于向進氣歧管輸送氣體。該發動機可包括向進氣歧管供應氣體的氣體噴射器。該氣體噴射器可為低壓氣體噴射器。該控制裝置可包括發動機控制單元。該控制裝置可用于控制輸送至每個燃燒室的燃料量。該發動機可包括流體連接至每個汽缸以向每個燃燒室輸送燃料的燃料輸送系統。該發動機可包括用于使發動機排氣的一部分再循環至每個燃燒室的排氣再循環(EGR)系統。該控制裝置可用于隨著向每個燃燒室供應氣體而使排氣再循環至每個燃燒室，直到達到預定空氣燃料比。該控制裝置可用于隨后降低或中斷向每個燃燒室的氣體供應。一種車輛，包括根據本專利技術的第一方面的發動機。根據本專利技術的第二方面提供了一種以低溫燃燒模式運行壓燃式發動機的方法，該方法包括:向發動機的汽缸輸送空氣和燃料，其中，每個汽缸均形成有燃燒室；在每個燃燒室內混合空氣和燃料，其中，所輸送的空氣和燃料的量產生處于或接近化學計量混合的混合物；感測發動機負載；響應于感測到的向高發動機負載的過渡，向每個燃燒室供應包括氧氣的氣體；以及增加向每個燃燒室的燃料供應。該方法可包括以大致化學計量的空氣燃料比運行發動機。該方法可包括向每個燃燒室供應氣體，使得能夠大致維持該化學計量的空氣燃料比。該方法可包括通過流體連接至每個汽缸的進氣歧管向每個燃燒室輸送空氣。該方法可包括向進氣歧管供應氣體。該方法可包括以低壓向進氣歧管噴射氣體。該方法可包括使排氣循環至每個燃燒室。該方法可包括隨著向每個燃燒室供應氣體而使排氣再循環至每個燃燒室，直到達到預定空氣燃料比。該預定空氣燃料比可大致為化學計量的空氣燃料比。該方法可包括隨后減少或中斷向每個燃燒室供應氣體。【附圖說明】現參照附圖僅通過實例描述本專利技術的實施例，其中:圖1為示出低溫傳統燃燒模式下的空氣燃料比和溫度并指出高排放區域的已知曲線圖；圖2是根據本專利技術的發動機的示意圖。【具體實施方式】圖1是壓燃式發動機中空氣燃料比隨火焰溫度變化的曲線圖。該曲線圖示出了區域100和區域102，處于低溫模式且處于低至中等負載的發動機通常在區域100中運行，以高負載運行的傳統柴油機通常在區域102中運行。同時還在曲線圖中示出了兩個獨立的高排放分區:區域110，涉及較高空氣燃料比和產生高水平NOx的溫度；和區域112，涉及低空氣燃料比和產生高水平顆粒物的中溫。通常，對于輕型商用車發動機，低負載可達3巴BMEP (Brake Mean EffectivePressure,制動平均有效壓力)，而高負載可為大于該負載的負載。然而，這些值基于發動機和條件。期望使用所描述的方法從I巴BMEP提升至3巴BMEP，或從4巴BMEP提升至更高負載。對于處于低溫模式并以低至中等負載運行的發動機，溫度通常低于2，000° K，并因此通常可避免兩個高排放區域。除性能外，這是更傾向于采用低溫燃燒的主因。另一方面，傳統壓燃式發動機傾向于在低至中等負載下由于較高溫度而產生較高水平的NOx和/或顆粒物。僅在較高負載下(涉及較高溫度和降低空氣燃料比的高燃料供應)才能避免高排放區域。然而，應當注意，以高負載運行的傳統壓燃式發動機(通過在圖1的右下角區域運行)能夠產生可接受的低水平排放。圖2示出了根據本專利技術的發動機10。發動機10為能夠以低溫燃燒模式運行的壓燃式發動機。發動機10包括多個汽缸12 (圖2中僅示出兩個)，這些汽缸中的每一個均形成有燃燒室14。燃料輸送系統包括燃料箱20，且燃料泵22流體連接至每個汽缸12用于向每個燃燒室14輸送燃料。同時，進氣歧管30流體連接至每個汽缸,用于向每個燃燒室14輸送空氣。發動機10用于輸送空氣和燃料并在每個燃燒室14內混合空氣和燃料，以獲得處于或接近化學計量混合的混合物。發動機10還包括具有發動機控制單元40的控制裝置。發動機控制單元40連接至燃料輸送系統并選擇性控制燃料泵22來控制輸送至每個燃燒室的燃料量。控制裝置還包括用于感測發動機負載的傳感器42。當感測到較高發動機負載時，發動機控制單元單元40能夠控制燃料泵22來增加輸送至每個燃燒室的燃料。配置有產生氧氣的重整設備50。氧氣被輸送至儲存容器52，在此以低壓進行儲存。儲存容器52通過閥門54連接至進氣歧管30。發動機控制單元40控制閥門54，用于選本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可在低溫燃燒模式下運行的壓燃式發動機，所述發動機包括：多個汽缸，每個均形成有燃燒室，其中，所述發動機用于輸送空氣和燃料并在所述燃燒室內混合空氣和燃料，所述混合處于或接近化學計量的混合；控制裝置，包括用于感測發動機負載的傳感器；包括氧氣的氣體源，連接至所述控制裝置，其中，響應于所述傳感器感測到的向高發動機負載的過渡，所述控制裝置用于在向每個燃燒室增加燃料之前或同時向每個燃燒室供應氣體。

【技術特征摘要】
2013.02.26 GB 1303381.61.一種可在低溫燃燒模式下運行的壓燃式發動機，所述發動機包括: 多個汽缸，每個均形成有燃燒室，其中，所述發動機用于輸送空氣和燃料并在所述燃燒室內混合空氣和燃料，所述混合處于或接近化學計量的混合； 控制裝置，包括用于感測發動機負載的傳感器； 包括氧氣的氣體源，連接至所述控制裝置， 其中，響應于所述傳感器感測到的向高發動機負載的過渡，所述控制裝置用于在向每個燃燒室增加燃料之前或同時向每個燃燒室供應氣體。2.根據權利要求1所述的發動機，其中，所述發動機適于采用化學計量的空氣燃料比運行。3.根據權利要求1或2所述的發動機，其中，所述控制裝置適于在燃料增加之前或同時向所述每個燃燒室供應所述氣體以大致維持所述化學計量的空氣燃料比。4.根據前述任一項權利要求所述的發動機，其中，所述氣體為氧氣。5.根據前述任一項權利要求所述的發動機，其中，所述氣體源包括用于產生氧氣的重整裝置。6.根據前述任一項權利要求所述的發動機，其中，所述發動機包括流體連接至每個汽缸來向所述每個燃燒室輸送空氣的進氣歧管，并且所述控制裝置用于向所述進氣歧管供應所述氣體。7.根據權利要求6所述的發動機，其中，所述發動機包括向所述進氣歧管供應所述氣體的氣體噴射器。8.根據前述任一項權利要求所述的發動機，其中，所述控制裝置包括發動機控制單元。9.根據前述任一項權利要求所述的發動機，其中，所述控制裝置用于控制輸送至每個燃燒室的燃料量。10.根據前述任一項權利要求所述的發動機，其中，所述發動機包括流體連接至每個汽缸以向每個燃燒室輸送燃料的燃料輸送系統。11.根據前述任一項權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：伊恩·格雷厄姆·佩格，安迪·戴維·斯卡瑞斯布雷克，
申請(專利權)人：福特環球技術公司，
類型：發明
國別省市：美國;US