[发明专利]适用于中重型车的汽油发动机燃烧控制方法及汽油发动机

说明书

本发明公开了适用于中重型车的汽油发动机燃烧控制方法及汽油发动机，是在传统柴油机平台上，通过对进气道和缸盖的改造加装进气道喷水系统、火花塞，同时匹配一套EGR系统，使改造后的汽油机在中小负荷工况采用EGR策略，在大负荷工况采用EGR和进气道喷水耦合策略。本发明能够克服传统汽油机排量小、热效率低的问题，大负荷工况通过EGR耦合进气道喷水抑制爆震，可以有效拓宽高效清洁燃烧的范围，使其满足在中重型车上的应用，同时利用三元催化转化器可满足严格的排放法规。

技术领域

本发明涉及一种适用于汽油发动机的燃烧控制方法，尤其设计一种中重型车的汽油发动机的燃烧控制方法及适用于该方法的发动机。

背景技术

近年来，根据卡车能源多元化的发展趋势以及汽油燃料卡车良好的应用前景，有必要开发及优化应用于中重型车的汽油机和增程式混合动力系统。但目前对于中重型车汽油发动机的开发和优化工作并不是很充分，传统意义上的汽油机排量低，难以满足中重型车市场的需求。

参考天然气重型火花点燃式发动机的设计，如果能在柴油机平台上实现汽油点火燃烧，利用柴油机高机体强度、可承受较高爆压的特点，采用高增压比、高压缩比、超高压喷射(400bar)等先进的燃烧技术，有望实现汽油机热效率的进一步提升，使其满足在中重型车上的应用要求。然而，由于缸径大、滚流较弱、以及随着压缩比和增压比的不断提高所导致的更加严苛的热力学环境，必然会增加爆震的发生概率，反过来限制几何压缩比提高的潜力，最终制约燃油经济性的提升。因此，亟需探索有效的燃烧控制策略控制发动机抑制爆震，从而扩展高效清洁燃烧的负荷范围。

已有研究表明，废气再循环(EGR)一方面能够降低末端混合气温度及燃烧速度，另一方面废气中的惰性气体组分会增加淬熄反应的程度，延长末端混合气的自燃时间，从而有效抑制爆震。Alger等人对EGR应用在GDI发动机中的研究结果表明，在小负荷部分负荷工况，EGR可以通过减小泵气损失降低4％的油耗，NOx减少；而在较高负荷，EGR的引入有效优化燃烧相位，降低排气温度，从而抑制爆震，并且避免了燃油加浓，因此油耗降低10％～20％。Lattimore等人研究在中小负荷工况研究改变EGR(0-13％)对非增压的GDI汽油机的影响，结果发现随着EGR率的增加，爆震可以得到抑制，燃烧相位得到优化。但是，由于采用高浓度EGR通常会降低火焰传播速度，循环波动增加，需要配合采用其他方式来加快燃烧速度，从而提高EGR在部分负荷工况的容忍度。

喷水同样可以改善末端混合气的热力学状态，抑制爆震。研究表明，如果能对发动机的设计进行优化，喷水策略将不仅能提高功率输出、降低排放，而且具有明显的节油能力。水作为携带热能的工质，主要有以下特点：(1)蒸发潜热大(2430kJ/kg)，是RON95E5汽油(～397kJ/kg)的6倍，是乙醇(～952kJ/kg)的2.5倍；(2)比空气的比热容大。所以在压缩和燃烧过程中会带来额外的冷却作用，降低缸内的燃烧温度，一方面减少传热，另一方面替代燃油加浓，抑制爆震，优化燃烧相位，从而在获得显著改善油耗、提升热效率。然而，由于进气组分中存在惰性气体(水)，尽管量少，但它会同时影响到层流火焰速度和末端气体的自燃倾向，因此需要优化水和汽油的喷射策略，从而在保持一定层流火焰速度的前提下最大程度的延长末端气体的滞燃期。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种在柴油机平台基础上实现汽油火花点火燃烧，增加排量，提高中小负荷工况的热效率，在大负荷工况拓宽负荷的适用于中重型车的汽油发动机燃烧控制方法及汽油发动机。

本发明的适用于中重型车的汽油发动机燃烧控制方法，包括以下步骤：

一种适用于中重型车的汽油发动机燃烧控制方法，其特征在于：分为中小负荷工况控制方法以及大负荷控制方法；

所述的中小负荷工况控制方法，包括以下步骤：