[发明专利]使用直接喷射酒精的多燃烧模式发动机

说明书

技术领域

本发明涉及使用直接喷射酒精的多燃烧模式发动机。

背景技术

内燃机可以以多种燃烧模式运行。一种示例模式是均匀充气压缩点火(HCCI)，其中均匀的或近似均匀的空气和燃料混合物达到燃烧可以自动点燃而不需要点火装置执行点燃的温度和/或压力。自动点燃定时可以通过调节一个或多个初始充气温度、残留的或再循环的废气的量、实际的和/或有效的压缩比率，等等来改变。然而，与其它燃烧模式相比，在选定的条件下，HCCI能够具有更高的燃料效率和更低的氮氧化物(NOx)产品，但是由于需要大量的热和压力来形成燃烧，还是受限制的。而且，HCCI模式的转换入和转换出也呈现出各种控制问题。通常，HCCI燃烧可以通过增加汽缸的压缩率来提高到较大的运行范围。但是，HCCI运行和类似模式的运行，比如PCCI(预混合压燃，其中空气/燃料混合物分层次)可以被限制到低负载(转矩)。

可以使用的另一示例模式是火花点火(SI)燃烧。SI燃烧可以用于在高负载期间和/或瞬变运行状态下增加转矩输出并保证充分控制燃烧定时。而且，调节火花点火定时可以用来减少不合需要的发动机运行条件，比如发动机的持续爆燃。但是，虽然延迟火花可以减轻发动机爆燃，但是这也能够减少发动机的燃料效率。这样，在SI燃烧期间，发动机就需要在较低的实际或有效压缩比率下运行以避免爆燃。

这样，在适用于HCCI运行的高压缩比率和用于SI运行的低压缩比率之间通常就会出现不相容性，限制了原本可以获得的好处。虽然通过可变的阀门定时、可变的阀门升程、可变的压缩比等等可以调节压缩比，但是调节到必要水平可能要求大量附加的发动机硬件和增加的费用。而且，即使存在这种硬件，快速且有效地控制爆燃和压燃的能力也受到机械设备变换时间特性等的限制。

发明内容

因此，此处发明者在此意识到上述问题可以在一个示例中通过一种操作发动机的方法来解决，该方法包括在第一运行条件期间执行均匀充气压缩点火；在第二运行条件期间执行火花点火燃烧，其中所述均匀充气压缩点火和所述火花点火燃烧中的至少其中之一中的一定量的酒精相应于发动机的至少一个操作参数而改变。由于大量的抗爆来自于燃料/空气充气时的蒸发冷却，所以直接喷射酒精是一种尤其有利的用于控制操作的途径。这能够用来使火花点火发动机在实质上为较高压缩比时运行。

以这种方式，例如，当发动机在SI燃烧模式下运行时，有可能使用高压缩比的发动机运行而没有爆燃限制，从而扩展了设计范围(即提高了压缩比)，并提高了火花点火燃料经济。同样地，此处发明者也已经意识到也有可能利用调节酒精的相对量或供酒精的可变定时来控制HCCI燃烧的定时，从而进一步提高运行和瞬变性能。

需要注意的是，对酒精的量可以进行各种调节，比如调节酒精的量与其它燃料(例如汽油)的量的比例、调节酒精的绝对量、调节酒精的浓度，和/或它们的组合。

附图说明

图1图示了发动机系统的示意图。

图2图示了发动机的示例性实施例的局部视图。

图3图示了如图2所示的包括涡轮增压器的发动机。

图4-9图示了描述控制程序示例的流程图。

图10-11图示了选定的瞬变之前和之后的汽缸的空气/燃料比，以及汽油/乙醇比。

具体实施方式

汽油发动机，尤其是那些带有增压设备的，可以使用抗爆燃料的各种直接喷射来提高性能，比如使用酒精或酒精混合物。如一个已知的示例所示，与较大尺寸传递相同的转矩和动力的自然吸气式火花点火的发动机相比，除汽油喷射以外还具有可选且可变的直接喷乙醇包含有涡轮增压器和高压缩比的发动机可以提高20％-30％的效率。直接喷乙醇通过充入燃料/空气在发动机汽缸内的蒸发冷却来提供大的抗爆效果。这种效率上的提高能够使得发动机实质性的减小尺寸和/或在较高压缩比下运行，同时可以提供类似的性能水平。这种效率的获得甚至还可以进一步通过使用一种受控的自动点燃来提高，例如在一些运行条件下运行的均匀充气压缩点火(HCCI)模式能够提高燃料经济并减少排放物。由于抗爆燃料混合物可以作为用于控制HCCI燃烧定时和通过在提高的压缩比下运行而获得好处的另一种控制，HCCI和可选的使用抗燃燃料混合物的协作效果应促进了提高效率和使HCCI燃烧可靠性。如另一已知的示例所示，极端的稀燃料或较高的EGR运行也将由于这种协作效应而把整个的效率增益增加到30％-40％的范围内。

图1图示了发动机10接收多个物质(1，2，......，N)通过箭头8的传递。各种物质可以包括多种不同的燃料、混合燃料、喷射位置，或各种其它替代品。