專利名稱：在循環(huán)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中通過(guò)均質(zhì)燃燒基點(diǎn)火(hcri)或部分hcri的燃燒控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)施例總的涉及在通過(guò)使用選擇的基點(diǎn)燃種類在發(fā)動(dòng)機(jī)中氫、乙 醇和碳?xì)浠衔锶剂弦约叭剂?水性燃料組合的燃燒的改進(jìn)的控制初始 化和增加中涉及的普通熱流體化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃("IC")發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎在八十年來(lái)已成為主要的動(dòng)力源。因 此，雖然目前進(jìn)行了針對(duì)開(kāi)發(fā)新概念發(fā)動(dòng)機(jī)(電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料電池 發(fā)動(dòng)機(jī)，混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)等)的許多努力，但更多的努力仍致力于持 續(xù)增強(qiáng)循環(huán)式(往復(fù)和旋轉(zhuǎn))內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于此進(jìn)程更新的是對(duì)于 共同演變的"燃料設(shè)計(jì)"和"發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)"的努力，以更好地相互相 容。并且此工作的大部分仍保持為關(guān)注于用于燃燒開(kāi)始("SOC")的 火花點(diǎn)火("SI")和壓縮點(diǎn)火("CI")模式。然而，盡管許多相關(guān) 的進(jìn)步，但與這些點(diǎn)火模式的常規(guī)形式相關(guān)的以及與這兩個(gè)模式的更 新的變化相關(guān)的困難和限制持續(xù)存在。這些抑制因素的原因來(lái)源于以 這些模式進(jìn)行的燃燒的本質(zhì)。
在常規(guī)的SI初始化火焰?zhèn)鞑ト紵?，?dāng)燃料和空氣的均質(zhì)混合物足夠富集以維持火焰且在一點(diǎn)處被火花點(diǎn)火時(shí)，火焰中心形成且從點(diǎn) 燃點(diǎn)作為燃燒鋒面前進(jìn)。然而，此鋒面以其自身固有的速度擴(kuò)展通過(guò) 主室，且因此有效地超過(guò)任何進(jìn)一步的控制。另外，在化學(xué)活性的此 區(qū)域(鋒面)內(nèi)，反應(yīng)種類的比放熱功率和駐留時(shí)間不能被控制。在 此移動(dòng)的燃燒區(qū)域內(nèi)的迅速膨脹(由于放熱能量的釋放)趨向于導(dǎo)致 其反應(yīng)微粒過(guò)早排出(從移動(dòng)的鋒面排出)。因此，燃燒速度降低且 燃燒不完全而帶有有害的排放物。
在常規(guī)的直接噴射("DI" ) CI中，燃料以可獲知的入口速度引 入。燃料當(dāng)進(jìn)入燃燒室內(nèi)時(shí)被霧化為小滴組，其個(gè)數(shù)密度足夠高以形 成充分地緊密分開(kāi)的燃料小滴的云，以使得火焰在周圍建立而作為包 絡(luò)。然后，它們的鋒面通過(guò)由噴霧引入時(shí)施加的動(dòng)量被驅(qū)動(dòng)越過(guò)壓縮 的空氣充量。在火焰包絡(luò)內(nèi)側(cè)氧被完全耗盡，而燃料在鋒面處被完全 消耗。燃料在火焰鋒面處達(dá)到其最大溫度，因此穩(wěn)定了燃燒過(guò)程。然 而，這也用于最大化氮氧化物的形成。另外，燃料當(dāng)接近缺乏氧的高
溫區(qū)域時(shí)被熱解(pyrolize)為碳煙。并且如在常規(guī)的SI的情況中，在 SOC后，在此常規(guī)過(guò)程中的燃燒有效地超過(guò)了任何另外的控制。對(duì)此過(guò) 程的常規(guī)增強(qiáng)已一般地限制于空氣燃料混合物的功效。 '
在常規(guī)SI和常規(guī)DI的CI中，點(diǎn)燃過(guò)程通過(guò)相對(duì)"較高"溫度的化 學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制驅(qū)動(dòng)。取決于燃料，負(fù)責(zé)初始化這些機(jī)制的鏈?zhǔn)匠跏蓟?反應(yīng)涉及直接燃料氧化或燃料分裂。燃料分裂可能由于較高溫度的自 身(熱分裂)導(dǎo)致，或由于在(取決于)較高溫度的第三體反應(yīng)導(dǎo)致。 因此，在其常規(guī)形式中，這兩個(gè)模式都要求相對(duì)地高的熱水平以使燃 燒開(kāi)始(與在一些更新的開(kāi)發(fā)中需要的水平相比)。同樣，為使由這 些模式初始化的燃燒可持續(xù)，典型地要求燃料相對(duì)于氧的相對(duì)較高的 濃度(與更新的點(diǎn)燃改變中的一些點(diǎn)燃改變所需濃度相比)。
與常規(guī)的SI和常規(guī)的CI相比，均質(zhì)燃燒的過(guò)程可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燃所需熱 的降低和維持燃燒所需的燃料與氧的比的降低。均質(zhì)燃燒需要在點(diǎn)燃期間主燃燒室空氣-燃料充量的大體積的同時(shí)包絡(luò)。燃燒事件在整個(gè)混 合物內(nèi)被初始化(即，多點(diǎn)點(diǎn)燃)，且在無(wú)可見(jiàn)的移動(dòng)火焰鋒面情況 下而前進(jìn)。因此，使用均質(zhì)燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)的行為一般地類似于壓燃式 攪動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器。在均質(zhì)燃燒的過(guò)程中，反應(yīng)中的燃料-空氣混合物的 化學(xué)動(dòng)力學(xué)主要通過(guò)種類濃度、溫度或它們的組合初始化。在后文中， 均質(zhì)燃燒通過(guò)種類濃度的化學(xué)誘導(dǎo)稱為RI ("基點(diǎn)燃")，且通過(guò)溫 度的誘導(dǎo)稱為TI ("熱點(diǎn)燃")。TI是CI的改變。
RI誘導(dǎo)的均質(zhì)燃燒的早期例子在Goossak的美國(guó)專利No. 3,092,088; No. 3,230,933; No. 3，283,751和No. 3，802，827中描述。在 Goossak的"LAG"四沖程往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料富集的混合物在 小的預(yù)室內(nèi)的火花點(diǎn)火之后是燃料稀薄的混合物在較大的主室內(nèi)的燃 燒。為將這些室連接，Goossak的低溫點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)利用了小通道。此通 道撕開(kāi)且熄滅了從預(yù)室發(fā)出的燃燒的氣體，使得火焰不通過(guò)。相反地， 僅非燃燒的不完全燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量射流被傳遞到主燃燒室。在一定的 運(yùn)行條件下，然后可見(jiàn)燃燒從許多小的產(chǎn)物核在主燃燒室的空氣-燃料 充量的大體積內(nèi)同時(shí)發(fā)展，該小的產(chǎn)物核由預(yù)室質(zhì)量射流的湍流尾跡 導(dǎo)致。在這樣的運(yùn)行條件下，此多點(diǎn)點(diǎn)燃跟隨了這些核的實(shí)際上的準(zhǔn) 均質(zhì)散布。
由于中間種類和例如CH3、 H202、 CH20、 C2、 CH和H的基(通過(guò)
富集混合物在預(yù)室內(nèi)的不完全燃燒產(chǎn)生)導(dǎo)致的高化學(xué)活性與高湍流
強(qiáng)度水平(通過(guò)質(zhì)量射流生成)聯(lián)合一起產(chǎn)生了LAG發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃燒 室內(nèi)的早期點(diǎn)燃和迅速燃燒。雖然并非負(fù)責(zé)在LAG發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的分層進(jìn) 氣均質(zhì)燃燒的所有種類都是基，但因?yàn)镚oossak且在下文中RI被理解為 主要由高反應(yīng)性中間種類和/或基(一起稱為"RI種類")的存在導(dǎo)致 的自燃。不幸的是，因?yàn)檫@取決于在同一個(gè)循環(huán)中產(chǎn)物核的流體動(dòng)力 學(xué)散布，所以LAG發(fā)動(dòng)機(jī)僅能制成為在總體發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍的有限的 部分內(nèi)有效運(yùn)行。Blaser等披露了對(duì)于RI的不同的解決方法。對(duì)此解決方法的后續(xù)工 作導(dǎo)致數(shù)個(gè)實(shí)際的四沖程往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)(美國(guó)專利No. 4，S98,135; No. 5，862,788和No. 6,178,942)。此解決方法實(shí)現(xiàn)了在一個(gè) 循環(huán)內(nèi)的RI種類生成以用于下一個(gè)循環(huán)，從而克服了LAG發(fā)動(dòng)機(jī)的散 布限制。在最近的稱為SCS ( "Sonex燃燒系統(tǒng)")的例子中，在LAG 發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫點(diǎn)燃中所具有的相同的主要效果通過(guò)此活塞微室構(gòu)造而 形成即"RI種類"和強(qiáng)湍流。不幸的是，此技術(shù)具有缺點(diǎn)。 一個(gè)缺 點(diǎn)是可能僅提供平均總體發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍優(yōu)化以用于同時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)效 率改進(jìn)和排放降低。因?yàn)榈湫偷乇仨殞?duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的總體運(yùn)行范圍條件 進(jìn)行優(yōu)化，所以此基于活塞的技術(shù)在高負(fù)荷期間產(chǎn)生了過(guò)多的基且在 低負(fù)荷期間產(chǎn)生了不足的基。為補(bǔ)償，發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置必須將燃料噴 射正時(shí)超調(diào)，以實(shí)現(xiàn)希望的SOC正時(shí)。因此，在高轉(zhuǎn)速下，噴射正時(shí)必 須很大以晚于燃料的充分混合，從而降低了燃燒的均質(zhì)程度且增加了 CO和其他污染物的產(chǎn)生。因此，不能利用在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍的所有點(diǎn) 處的RI的完全潛能。在一些運(yùn)定點(diǎn)處，這實(shí)際上降低了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
轉(zhuǎn)到TI，其早期的例子是Noguchi等人的美國(guó)專利No. 4,317,432。 此專利描述了在汽油二沖程往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中稱為Toyota-Soken ("TS")燃燒的低溫自點(diǎn)燃燃燒過(guò)程。在此TI變化中，進(jìn)氣口一排 氣口的設(shè)計(jì)造成了在離開(kāi)的已燃?xì)怏w和進(jìn)入的新鮮進(jìn)氣之間的重疊。 這允許了將熱傳遞(且也攜帶了一些化學(xué)活性產(chǎn)品)到冷的新鮮進(jìn)氣。 TS燃燒的一些特征模仿了現(xiàn)有技術(shù)LAG和SCS發(fā)動(dòng)機(jī)的特征。大約在 同時(shí)開(kāi)發(fā)的ATAC (Active-Thermo-Atmosphere Combustion)發(fā)動(dòng)機(jī)也 涉及了基本上與TS相同的TI現(xiàn)象(SAE論文No. 7卯501 [Onishi等])。 雖然在Ishibashi和Asai的此發(fā)動(dòng)機(jī)類型的進(jìn)步中強(qiáng)調(diào)了包括了基(SAE 論文No. 980757和美國(guó)專利No. 5,697,332)，但與在LAG和SCS發(fā)動(dòng)機(jī) 中的總體基活性相比，已發(fā)現(xiàn)這樣的活性在TS和ATAC發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)最小。 另外，與SCS發(fā)動(dòng)機(jī)相比，在此發(fā)動(dòng)機(jī)中RI種類不從一個(gè)循環(huán)攜帶到下 一個(gè)循環(huán)。因此，目前的TS和ATAC與均質(zhì)進(jìn)氣壓縮點(diǎn)火(HCCI)發(fā) 動(dòng)機(jī)分類在一起。HCCI是TI,且因此是CI的改變。Najt和Foster (SAE論文No. 830264)拓展了對(duì)排氣的熱能的使用， 以導(dǎo)致在四沖程往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的TI均質(zhì)燃燒。他們的工作和更近 期的帶有EGR的數(shù)值計(jì)算(SAE論文No. 2001-28-0048 [Blank等人]， 在此通過(guò)參考合并)一起證實(shí)了TI包括在進(jìn)氣和氧稀釋的熱學(xué)加熱中的 均質(zhì)點(diǎn)燃。另外，被發(fā)現(xiàn)對(duì)于LAG和SCS發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的自燃誘導(dǎo)負(fù)責(zé)的主 要的"RI種類"在此更近期的計(jì)算研究的EGR IT燃燒排氣中未發(fā)現(xiàn)。 因此，RI種類不包括在四沖程HCCI變化中。HCCI燃燒的多種其他名稱 包括預(yù)混合進(jìn)氣壓縮點(diǎn)火("PCCI")和壓縮點(diǎn)火均質(zhì)進(jìn)氣("CIHC")。
隨后進(jìn)行了更多的工作以擴(kuò)展TI在二沖程和四沖程往復(fù)式內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)應(yīng)用中的可利用性。然而，在PCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的某些運(yùn)行條件下，至 今還存在未解決的問(wèn)題。在HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒通過(guò)壓縮導(dǎo)致的"低" 溫度燃料氧氣鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)導(dǎo)致的自燃而開(kāi)始。因?yàn)槿剂?空氣進(jìn)氣 混合物在上止點(diǎn)("TDC")前很好地形成，所以點(diǎn)燃可以在壓縮過(guò) 程期間多次發(fā)生。因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，點(diǎn)火正時(shí)趨向于提前 且燃燒速度趨向于增加。另外，由于在TDC之前的早期熱量釋放，熱 效率可能降低，且由于更快和更早的燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行可能變得粗 暴。相反地，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，點(diǎn)火正時(shí)趨向于延遲。這可能最終導(dǎo)致 點(diǎn)火不良以及排放物的增加。另外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)速度增加時(shí)，因?yàn)橛糜?稀釋的混合物的低溫主要反應(yīng)的時(shí)間更短，所以用于主熱量釋放的時(shí) 間被延遲。在此情況中，如果可利用的時(shí)間變得不充分，則也可能發(fā) 生點(diǎn)火不良。
這些PCCI問(wèn)題可以替代地從壓縮比("CR")的角度觀察。對(duì)于 給定的一組的使用特定的燃料的開(kāi)始條件的增強(qiáng)(通過(guò)CI)存在一個(gè) CR。如果CR (在后文中稱為"有效充氣CR")與"發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械壓 縮比"相同，則燃燒將在"正確"的時(shí)間開(kāi)始，即典型地燃燒初始在 活塞處于TDC時(shí)發(fā)生，且使得峰值缸壓一般地在曲軸的10度轉(zhuǎn)角內(nèi)發(fā) 生。然而，如果有效進(jìn)氣CR (自燃CR)低于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械CR，則燃燒將在活塞TDC前開(kāi)始，且發(fā)動(dòng)機(jī)將不可接受地敲缸。如果自燃CR高
于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械CR，則將發(fā)生點(diǎn)火不良且發(fā)動(dòng)機(jī)將不運(yùn)行。因此，TI
的主要限制是缺少對(duì)于實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)所需的在可能的運(yùn)行條件(包括燃 料十六烷值和辛垸值、環(huán)境溫度、負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)速度等)范圍內(nèi)控制
預(yù)混合的HCCI和SCCI (分層進(jìn)氣壓燃)(共同地PCCI)的可接受的方 式。
進(jìn)行了更多的工作以擴(kuò)展RI模式的使用。密切地基于LAG概念的 熱化學(xué)特征，Oppenheim等人開(kāi)發(fā)了脈沖射流燃燒(PJC)點(diǎn)火系統(tǒng)和 隨后的稱為射流羽煙(Jet Plume)噴射和燃燒(JPIC)系統(tǒng)的第二系統(tǒng) (美國(guó)專利No. 4,924,828 ; No. 4,926,818 ; No. 4,974,571和No. 5,271,365;和SAE論文No. 2000-01-0194和No. 2000-01-0199)。然 而，在他們的JPIC系統(tǒng)中，燃燒控制依賴于反應(yīng)物成分和流體力學(xué)，且 因此受到與LAG發(fā)動(dòng)機(jī)中相同發(fā)現(xiàn)的限制相同的限制。
LAG概念的基于催化劑的延伸是稱為Smartplug的現(xiàn)有技術(shù)(美國(guó) 專利No. 4,977,873; No. 5,109,817; No. 5，297，518和No. 5,421,299)。 Smartplug引入件提供了與火花點(diǎn)火的燃料富集預(yù)室相同的效果，但沒(méi) 有預(yù)室燃料供給的增加的復(fù)雜性。然而，作為通過(guò)質(zhì)量射流輸送不完 全燃燒產(chǎn)物的替代，這主要是TI形式，從而將熱能通過(guò)火焰射流發(fā)射。 因此，Smartplug不涉及RI且其優(yōu)點(diǎn)主要限制于帶有其較低的熱效率潛 能的預(yù)混合進(jìn)氣應(yīng)用。
在美國(guó)專利No. 6，092，512和No. 6,345，610中提及了在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒 氣缸外側(cè)生成不完全燃燒產(chǎn)物直接用于增加氣缸內(nèi)的燃燒控制的兩個(gè) 近期的努力。雖然這兩個(gè)努力實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)量的量的不完全燃燒產(chǎn)物的 合適的使用以適合于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況，但第一個(gè)應(yīng)用依賴于改變 排氣狀況且第二個(gè)應(yīng)用簡(jiǎn)單地是移動(dòng)到進(jìn)氣歧管的LAG概念自身。它
們?cè)诟咚俸透哓?fù)荷情況下可能不是有效的。因此，它們都不能提供使 得均質(zhì)燃燒在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍上發(fā)生且工作所需的控制。因?yàn)檫@些原因，建議了雙模式解決方法，該方法合并了僅在輕負(fù)荷下的LAG
技術(shù)(見(jiàn)美國(guó)專利No. 6,595,181)。從此簡(jiǎn)要的回顧中，數(shù)個(gè)情況變得 顯見(jiàn)。主要地，僅RI和TI變化(CI的變化)能在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生均質(zhì) 燃燒。然而，有效的TI現(xiàn)有技術(shù)限制于預(yù)混合燃料的應(yīng)用(且因此限制 于較低的效率)且限制于僅在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍的有限部分內(nèi)的運(yùn)行。 DI燃料引入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)變化提供了較高的效率潛能且不受發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行 范圍的限制，但不幸地它們不能是均質(zhì)燃燒運(yùn)行。在常規(guī)的RI發(fā)動(dòng)機(jī) 中，示出為能在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)使用燃料DI的單獨(dú)模式均質(zhì)運(yùn) 行的唯一變化是SCS發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，在此RI變化中對(duì)于燃燒的控制的進(jìn) 行遠(yuǎn)遠(yuǎn)是有限的，且在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍的一定的部分內(nèi)此變化實(shí)際上 使燃燒退化。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施例一般地涉及用于控制燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃燒室內(nèi)的點(diǎn)燃所 需的熱量和相對(duì)于氧濃度的所需的燃料濃度的降低的方法。方法包括 提供在至少一個(gè)前次燃燒循環(huán)中在與發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃燒室相關(guān)的次級(jí)室 內(nèi)生成的多個(gè)基點(diǎn)燃種類，其中多個(gè)基點(diǎn)燃種類通過(guò)至少一個(gè)OH基點(diǎn) 燃種類驅(qū)動(dòng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制生成。方法也包括引導(dǎo)多個(gè)基點(diǎn)燃種類 的一部分到主燃燒室。方法進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)主燃燒室的基點(diǎn)燃種類的 部分的積累和生成的基點(diǎn)燃種類，以調(diào)節(jié)在主燃燒室內(nèi)燃料的點(diǎn)燃事 件。
另一個(gè)實(shí)施例一般地涉及用于使用預(yù)定量的多個(gè)基點(diǎn)燃種類而化 學(xué)地調(diào)節(jié)燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒的過(guò)程。過(guò)程包括提供通過(guò)至少一個(gè) 管道連接到可變體積的主燃燒室的至少一個(gè)次級(jí)室，且將至少部分地 在至少前一個(gè)循環(huán)中在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)生成的預(yù)定量的多個(gè)基點(diǎn)燃種類引導(dǎo) 到可變體積主燃燒室，以在主壓縮事件的結(jié)束前與可變體積主燃燒室 的新的空氣進(jìn)氣混合。過(guò)程也包括在主壓縮事件期間將可變體積主燃 燒室空氣的第二部分和燃料保留在至少一個(gè)次級(jí)室內(nèi)，且使用在可變 體積主燃燒室內(nèi)的預(yù)定量的基點(diǎn)燃種類來(lái)作為化學(xué)劑(agent)，以通過(guò)驅(qū)動(dòng)涉及經(jīng)由基的燃料分解的預(yù)點(diǎn)燃化學(xué)反應(yīng)而首先激活燃料的預(yù) 點(diǎn)燃事件，然后初始化點(diǎn)燃事件的點(diǎn)燃化學(xué)反應(yīng)的開(kāi)始，該點(diǎn)燃事件 經(jīng)由OH驅(qū)動(dòng)燃料分解。方法進(jìn)一步包括使用通過(guò)點(diǎn)燃事件和燃料燃燒 生成的峰值壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)OH和能量從可變體積主燃燒室到至少一個(gè)次級(jí) 室內(nèi)。方法再進(jìn)一步包括使用從可變體積主燃燒室傳來(lái)的OH和能量和 存在于次級(jí)室內(nèi)的第二多個(gè)基點(diǎn)燃種類以在至少一個(gè)次級(jí)室內(nèi)驅(qū)動(dòng)一
個(gè)OH基種類驅(qū)動(dòng)的燃料分解子機(jī)制或多個(gè)OH基種類驅(qū)動(dòng)的燃料分解 子機(jī)制，以用于另外的基點(diǎn)燃種類的生成。
再另一個(gè)實(shí)施例總地涉及包括氣缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的設(shè)備，其中
氣缸進(jìn)一步包括至少一個(gè)可變體積燃燒室，該燃燒室由做功動(dòng)力產(chǎn)生
部件限定，該部件在外側(cè)上由氣缸殼體限定的空間內(nèi)移動(dòng)。氣缸構(gòu)造
為周期性地接收燃料和空氣進(jìn)氣且實(shí)施燃燒循環(huán)，該燃燒循環(huán)包括進(jìn)
氣、主壓縮、燃燒、做功膨脹和排氣部分階段。設(shè)備包括在至少一個(gè)
可變體積燃燒室附近的圍繞氣缸的氣缸殼體布置的至少一個(gè)微室，其 中至少一個(gè)微室構(gòu)造為用作多個(gè)基點(diǎn)燃種類的產(chǎn)生的發(fā)源地點(diǎn)。設(shè)備
也包括至少一個(gè)連接管道，該至少一個(gè)連接管道構(gòu)造為將至少一個(gè)微 室與相關(guān)的至少一個(gè)可變體積燃燒室聯(lián)接，其中至少一個(gè)連接管道也 構(gòu)造為允許在燃燒循環(huán)的不同階段期間多個(gè)基點(diǎn)燃種類、空氣、燃料 和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物出入至少一個(gè)微室的流動(dòng)。設(shè)備進(jìn)一步包括與至少一 個(gè)微室相關(guān)的至少一個(gè)控制器，該至少一個(gè)控制器構(gòu)造為基于施加到 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和速度要求而調(diào)節(jié)提供到至少一個(gè)可變體積燃燒室的多 個(gè)基點(diǎn)燃種類的量。


因?yàn)閰⒖既缦碌膶?shí)施例的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖更好地理解實(shí)施例 的多種特征，因此可以更完全地認(rèn)識(shí)到該實(shí)施例的多種特征。
圖1描繪了根據(jù)HCRI過(guò)程100的一般的HCRI熱流體化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。圖2A是利用了在圖1中示出的HCRI過(guò)程100的示例性HRCI發(fā)動(dòng)機(jī) 200的單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的復(fù)合的示意圖。
圖2B是用于圖2A中示出的一般的HRCI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的示例性電 子控制系統(tǒng)的示意圖。
圖3描繪了用于氫、乙醇和碳?xì)浠衔锶剂系囊话愕狞c(diǎn)燃極限的曲 線圖。
圖4A是描繪了利用了在圖1中示出的根據(jù)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的HCRI 過(guò)程100的典型的四沖程HRCI旋轉(zhuǎn)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)(HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300)的單 獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的內(nèi)部的示意圖。
圖4B描繪了在圖4A中示出的利用了 HCRI過(guò)程的四氣缸HRCI旋轉(zhuǎn)
燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的頂視圖。
圖4C描繪了用于在圖4A中示出的利用了HCRI過(guò)程的四氣缸HRCI
旋轉(zhuǎn)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的安裝在殼體外周的微室組件的通過(guò)截面 (A-A)的頂視圖。
圖4D描繪了用于在圖4A中示出的利用了HCRI過(guò)程的四氣缸HRCI
旋轉(zhuǎn)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸內(nèi)的轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖。
圖5A描繪了利用了在圖1中示出的根據(jù)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的HCRI過(guò)
程100的典型的HRCI二沖程往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400)的一個(gè)發(fā)
動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的示意性的內(nèi)部軸截面圖(通過(guò)線E-E的截面)。
圖5B描繪了利用了HCRI過(guò)程的在圖5A中示出的HRCI二沖程往復(fù)
式發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的內(nèi)部頂部(通過(guò)頂部的包括
線E-E的徑向截面)的示意圖。
圖5C描繪了利用了HCRI過(guò)程的在圖5A中示出的HRCI二沖程往復(fù)
式發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的內(nèi)部底部(通過(guò)線G-G和H-H
的氣缸的底部的徑向截面的頂視圖，且也示出了在這些線下方的活塞)
的示意圖。
圖6A描繪了利用了在圖1中示出的根據(jù)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的HCRI過(guò) 程100的典型的HRCI四沖程往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500)的一個(gè)發(fā) 動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的內(nèi)部軸截面(通過(guò)線D-D的截面)的示意圖。
圖6B描繪了利用了HCRI過(guò)程的在圖6A中示出的HCRI四沖程往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的內(nèi)部軸截面(通過(guò)線J-J和線K-K)的
示意圖。
圖6C描繪了使用了HCRI過(guò)程的在圖6A中示出的HCRI四沖程往復(fù) 式發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的內(nèi)部頂部(通過(guò)氣缸蓋的包括線D-D 和J-J的徑向截面)的示意圖。
圖6C描繪了使用了HCRI過(guò)程的在圖6A中示出的HCRI四沖程往復(fù) 式發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的內(nèi)部底部(包括線K-K的底部的徑向 截面)的示意圖。
圖7A是示出了對(duì)于完全DI的HRCI四沖程往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的初級(jí)室 和次級(jí)室的釆樣壓力與曲柄角("CA")值的關(guān)系的曲線圖，該發(fā)動(dòng) 機(jī)采用C2HsOH燃料和17.5:l的CR (P, —主室，P2 —微室)。
圖7B是示出了對(duì)于完全DI的HRCI四沖程往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的初級(jí)室 和次級(jí)室的采樣溫度與曲柄角("CA")值的關(guān)系的曲線圖，該發(fā)動(dòng) 機(jī)采用C2H50H燃料和17.5:1的CR (l —主室，丁2 —微室)。
具體實(shí)施例方式
為簡(jiǎn)化和圖示的目的，本發(fā)明的原理通過(guò)主要參考其典型實(shí)施例 來(lái)描述。然而，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到相同的原理等同 地適合于且可以實(shí)施在所有類型的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中，且任何這樣的變化 不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍。此外，在如下的詳細(xì)描述中，參考 了附圖，該附示了特定的實(shí)施例。可以對(duì)實(shí)施例進(jìn)行電氣、機(jī)械、 邏輯和結(jié)構(gòu)改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。如下的詳細(xì)描述因此 不具有限制性意義且本發(fā)明的范圍通過(guò)附帶的權(quán)利要求和它們的等價(jià) 物限定。
實(shí)施例一般地涉及點(diǎn)燃控制過(guò)程。更特別地，點(diǎn)燃控制過(guò)程是熱 流體化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，該過(guò)程構(gòu)造為提供對(duì)于在循環(huán)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi) 的均質(zhì)燃燒和接近均質(zhì)燃燒的RI種類初始化的嚴(yán)格控制，該發(fā)動(dòng)機(jī)使 用了不同的氫、乙醇和碳?xì)浠衔锶剂虾腿剂?水性燃料混合物。點(diǎn)燃 控制過(guò)程通過(guò)利用RI種類，即基(radical)和高反應(yīng)性的中間種類實(shí)現(xiàn)了此嚴(yán)格控制，以"支配"循環(huán)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的點(diǎn)燃和燃燒。在 這樣的條件下的自燃可以稱為通過(guò)基點(diǎn)燃("RI")模式。
其他實(shí)施例涉及以可以適合于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)的任何點(diǎn)的方式 調(diào)節(jié)循環(huán)式(往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)式)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒。這些其他 的實(shí)施例可以實(shí)施為循環(huán)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)被修改以使用 點(diǎn)燃控制過(guò)程。除使用RI的單獨(dú)點(diǎn)火模式發(fā)動(dòng)機(jī)外，點(diǎn)燃控制過(guò)程的 實(shí)施例也可以增強(qiáng)多個(gè)另外的循環(huán)式IC發(fā)動(dòng)機(jī)的范圍內(nèi)的SI和CI。
這些RI種類增強(qiáng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)使用了 RI種類來(lái)以"幫助"(而非支配) 在主要使用這些較舊的點(diǎn)火模式的常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的修改形式中的點(diǎn) 燃和燃燒。在所有三個(gè)點(diǎn)火模式情況中，點(diǎn)燃控制過(guò)程的使用可能實(shí) 現(xiàn)了帶有增加的效率和降低的總體排放的改進(jìn)的燃燒。
在比較了通過(guò)RI用于SOC的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制與通過(guò)其他點(diǎn)火模 式和SOC相關(guān)的一般機(jī)制時(shí)，對(duì)CI模式的TI ("熱點(diǎn)燃")改變用 作良好的參考點(diǎn)。與典型地與DI的CI和SI相關(guān)的"較高"的溫度相 比，帶有預(yù)混合燃料TI的SOC—般地在"低"溫度下發(fā)生。另外，用 于TI的在"低"溫度下的鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)最典型地是燃料氧化反應(yīng)。 相反，在相對(duì)于TI的"低"溫度的"較低"溫度下發(fā)生了受控RI過(guò)程。 同樣，用于RI的鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)主要涉及RI種類H202和H02，而非 燃料02的反應(yīng)。另外，用于RI的在"較低"溫度下的基于RI種類的 鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)典型地比用于TI的在"低"溫度下的基于燃料氧化的 鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)更快。
此外，TI的支配的燃料02鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)高度地受到空燃比的影 響。另一方面，因?yàn)檫@基于非常不同的機(jī)制，所以用于RI的支配的鏈 式初始化反應(yīng)毫不取決于空燃比。替代地，支配的RI鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng) 更多地取決于RI種類的存在強(qiáng)度(濃度)。這些TI和RI的比較應(yīng)用 于DI燃料和均質(zhì)燃燒RI ( "HCRI")的預(yù)混合燃料子類。此外，因 為此存在強(qiáng)度通過(guò)點(diǎn)燃控制過(guò)程變?yōu)榭煽氐挠幸嫖锲?，所以此新的過(guò)程發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對(duì)與用于預(yù)混合和DI燃料情況的SI模式和CI點(diǎn)火模式 的修改相關(guān)的昂貴的現(xiàn)有技術(shù)的潛能的更深的挖掘。
點(diǎn)火控制過(guò)程的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣 缸，它們帶有便于主壓縮、主燃燒、做功膨脹、排氣和進(jìn)氣事件的裝 置，這對(duì)于本領(lǐng)域的一般的旋轉(zhuǎn)和往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)族是普通的。 對(duì)于這些發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)特的是靜止的次級(jí)RI種類生成室，該室位于氣缸的 初級(jí)燃燒室附近。在二沖程和四沖程往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)中，這些次級(jí)室(稱 為微室)位于氣缸蓋和/或氣缸套內(nèi)或附近，該氣缸蓋和/或氣缸套與活 塞一起圍繞(且因此限定)了初級(jí)燃燒室(稱為主室)。在旋轉(zhuǎn)式燃 燒發(fā)動(dòng)機(jī)中，這些微室典型地位于氣缸殼體外周內(nèi)或附近的功能等價(jià) 的位置處，所述的氣缸殼體外周與轉(zhuǎn)子一起限定了多種初級(jí)室(主室)。
這些微室("M-C")與初級(jí)室通過(guò)管道聯(lián)接。管道定尺寸為使
得在M-C和主室之間的流動(dòng)在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的幾乎所有運(yùn)行速度 下被節(jié)流。管道的尺寸也設(shè)計(jì)為在主室事件期間在達(dá)到M-C前在管道 內(nèi)熄滅火焰。M-C和它們的管道也可以位于氣缸的移動(dòng)部分(例如， 活塞或轉(zhuǎn)子)內(nèi)。
這些實(shí)施例構(gòu)造為包括控制設(shè)備，該控制設(shè)備與M-C內(nèi)的RI種 類產(chǎn)生和跟隨此M-C產(chǎn)生的其他過(guò)程相關(guān)。這些控制設(shè)備使得能調(diào)節(jié) RI種類的總體產(chǎn)生和/或總體輸送，以在后一個(gè)循環(huán)中在主室內(nèi)使用。 對(duì)總體產(chǎn)生和/或輸送的調(diào)節(jié)取決于RI種類的最終的量，在隨后的循環(huán) 期間這些RI種類必須存在于給定的主室內(nèi)，以幫助便于通過(guò)RI種類 以希望的方式且取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件(組合的負(fù)荷、燃料、速度 等)而發(fā)生燃燒事件。因此，當(dāng)產(chǎn)生控制在靜止的M-C的一些M-C中 執(zhí)行時(shí)，在這些室內(nèi)對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)，其方式為考慮到由氣缸的所有M-C 生成的RI種類的總量以及任何可預(yù)先確定的主室生成和補(bǔ)充生成和在 下一個(gè)燃燒事件開(kāi)始前向后發(fā)生的任何可預(yù)先確定的輸送。在M-C內(nèi)，RI種類自然地通過(guò)特殊的"OH-RI種類"驅(qū)動(dòng)的燃料 分解反應(yīng)而生成。對(duì)于這些特殊的燃料分解反應(yīng)的OH供給是在主燃燒
事件期間生成的大的量，且在隨后的點(diǎn)燃期間和之后峰值的主室比微
室壓力導(dǎo)致的質(zhì)量傳遞期間傳送到M-C。此"OH-RI種類"驅(qū)動(dòng)的RI 種類生成過(guò)程的總體生成水平主要受到三個(gè)因素的影響。第一因素是 多種種類在M-C中的相對(duì)濃度。第二因素是反應(yīng)M-C組成的溫度。第 三因素是M-C的總體體積。在這些因素的第一個(gè)因素中，基本地，燃 料與OH的比和燃料與RI種類的比最重要。這些比可能又部分地通過(guò) 調(diào)整控制流體到可調(diào)節(jié)M-C內(nèi)的引入而被調(diào)節(jié)。第二因素可以部分地 通過(guò)M-C增強(qiáng)設(shè)備來(lái)控制，該M-C增強(qiáng)設(shè)備能調(diào)整M-C表面或/和內(nèi) 部溫度。第三因素可以通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)控制，該設(shè)計(jì)能調(diào)節(jié)M-C的體積。 也可以使用其他類型的M-C RI種類生成控制增強(qiáng)設(shè)備。
在HCRI循環(huán)內(nèi)的一些點(diǎn)處，存在于M-C內(nèi)的新造成的RI種類的 部分將典型地轉(zhuǎn)變?yōu)?凍結(jié)平衡"的非反應(yīng)性狀態(tài)或轉(zhuǎn)變?yōu)榈?接近 凍結(jié)平衡"的非常低的反應(yīng)性狀態(tài)。RI種類的此部分的一部分將維持 保留在M-C內(nèi)，直至它可以用于幫助形成種子且孕育隨后的主室氣體 進(jìn)氣以用于完全的HCRI或(SI或CI的)RI種類增加的目的。
無(wú)論在調(diào)節(jié)M-C RI種類生成過(guò)程中的控制程度，主室的隨后的 具有RI種類的種子形成和孕育由另外的可預(yù)測(cè)的子過(guò)程支持。這些另 外的子過(guò)程的一些也是可控的。僅在主燃燒事件完成后的短時(shí)調(diào)整開(kāi) 始時(shí)，兩個(gè)可預(yù)測(cè)的子過(guò)程在膨脹和排氣事件期間在主室內(nèi)發(fā)生。在 第一子過(guò)程中，在膨脹期間從M-C排出的RI種類的大部分被保留在主 室內(nèi)一段時(shí)間。在相同的期間，第二RI種類生成過(guò)程在主室內(nèi)發(fā)生， 該過(guò)程類似于上文的M-C RI種類生成過(guò)程。因?yàn)橹魇襉H (由主燃燒 事件產(chǎn)生的)與排放到(在膨脹和吹下期間)主室內(nèi)的M-C氣體的混 合，所以此第二生成過(guò)程出現(xiàn)。
在這兩個(gè)子過(guò)程中涉及的RI種類的許多在排氣期間失去。然而，在循環(huán)期間，可以引起其他可控制的子過(guò)程以調(diào)整這些RI種類的保持 且進(jìn)一步增加在主室內(nèi)存在的RI種類。進(jìn)一步增加的方式之一是另外 的生成，該另外的生成部分地通過(guò)較早生成的RI種類的一些部分驅(qū)動(dòng)。 而且，在排氣和進(jìn)氣事件期間，可以引發(fā)控制測(cè)量以進(jìn)一步調(diào)整RI種
類到主室的輸送。在此以M-C引發(fā)的總體RI種類生成和輸送進(jìn)程中，
點(diǎn)燃控制過(guò)程的所有可預(yù)測(cè)和可調(diào)節(jié)的部分被協(xié)調(diào)以實(shí)現(xiàn)在主室內(nèi)的
RI種類的希望的存在。
這些RI種類在后一個(gè)循環(huán)的主室進(jìn)氣中的存在實(shí)現(xiàn)了可控的點(diǎn)燃 和燃燒。在RI種類支配的發(fā)動(dòng)機(jī)中，在此存在中的較大的長(zhǎng)度用于切 換支配的鏈?zhǔn)匠跏蓟窂降皆?與具有相同的燃料的用于SI和CI的典 型的鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)相比)"較低"的溫度下和以較快的反應(yīng)率發(fā)生 的鏈?zhǔn)匠跏蓟窂?。此新穎的一般RI種類導(dǎo)致的點(diǎn)燃子機(jī)制使得在較 稀薄的條件下采用更少的供給熱量的點(diǎn)燃時(shí)可能的。且在RI種類增加 的發(fā)動(dòng)機(jī)中，點(diǎn)燃和燃燒化學(xué)反應(yīng)典型地是此RI種類支配的化學(xué)反應(yīng) 和更常規(guī)的點(diǎn)火模式的化學(xué)反應(yīng)的混合。
點(diǎn)燃控制過(guò)程基于RI種類生成和輸送進(jìn)程的調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)以M-C 在一個(gè)循環(huán)內(nèi)開(kāi)始以影響在另一個(gè)循環(huán)的主室內(nèi)的點(diǎn)燃和燃燒。無(wú)論 以支配角色還是以增加角色起作用，點(diǎn)燃控制過(guò)程可以同時(shí)降低在本 領(lǐng)域中的旋轉(zhuǎn)和往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的排放、升高其熱效率且增 加其運(yùn)行燃料范圍。在這些內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，此控制過(guò)程可以對(duì)于預(yù)混 合和DI燃料引入的兩種情況進(jìn)行所有這些。然而，此點(diǎn)燃控制過(guò)程的 初級(jí)實(shí)現(xiàn)使得具有DI的單獨(dú)點(diǎn)火模式RI在均質(zhì)狀況(DI HCRI)下實(shí) 現(xiàn)，其方式適合于循環(huán)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的單一的運(yùn)行狀況。
圖1描繪了用于HCRI熱流體化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程100(在后文中稱為 HCRI過(guò)程100)的典型的過(guò)程流程圖。HCRI過(guò)程100是一系列復(fù)雜 的可以在內(nèi)部燃燒("IC")中發(fā)生的一般性事件。圖2A至圖2B圖 示了典型的HCRI內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)200 (在下文中稱為HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200)，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)使用了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的HCRI過(guò)程100。因此，參考
圖2A至圖2B解釋HCRI過(guò)程100。
在圖2A至圖2B中描繪的典型的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200是根據(jù)多個(gè)其 他可能的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)饑構(gòu)造的能使用HCRI過(guò)程100的抽象描述。HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)200因此是一般性內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例，它包含了與其他使用了 HCRI過(guò)程100的可能的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例相同的元件。多種元件及其 與HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的運(yùn)行的關(guān)系的論述在下文中給出。
HCRI過(guò)程IOO使用了基和高度反應(yīng)性中間種類，這些種類在后文 中稱為基點(diǎn)燃("RI")種類。RI種類在后文中理解為包括H202 (過(guò) 氧化氫)和H02 (過(guò)氧羥自由基)，用于氫、碳?xì)浠衔锖鸵掖既剂?以及燃料/水性燃料混合物。另外，當(dāng)這樣的燃料/燃料混合物的燃料分 子包括至少一個(gè)碳原子時(shí)(例如單獨(dú)的燃料甲烷和甲醇)，則在后文 中理解的是RI種類也可以包括CH02 (甲醛)。另外，當(dāng)這樣的燃料/ 燃料混合物的燃料分子包括至少兩個(gè)或更多的碳原子(例如，單獨(dú)的 燃料乙烷、乙醇和帶有更大的分子的燃料)時(shí)，在后文中理解的是RI 也可以包括CH3HCO (乙醛)。氫、碳?xì)浠衔锖鸵掖既剂虾腿剂?水 性燃料混合物在后文中稱為"燃料"。最后，取決于燃料，在后文中 理解的是RI種類也可以包括其他基和高度反應(yīng)性中間種類。
在一個(gè)實(shí)施例中，完全的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)是其中在HCRI過(guò)程100 中的IC由RI種類支配的發(fā)動(dòng)機(jī)?；c(diǎn)燃種類增加("RIS增加")的 發(fā)動(dòng)機(jī)是作為另一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中在HCRI過(guò)程100中的IC 由RI種類輔助但不由RI種類支配。在后文中，主壓縮事件理解為在 排氣和進(jìn)氣事件完成后開(kāi)始。在再另一些實(shí)施例中，在HCRI過(guò)程100 中使用了在主壓縮事件開(kāi)始之前由一些方式引入的燃料的完全的 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)稱為HCRI過(guò)程100的"預(yù)混合進(jìn)氣HCRI過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)" (或PC-HCRI過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī))，且根據(jù)再另一些實(shí)施例，在HCRI過(guò)程 100中使用了在主壓縮事件開(kāi)始后某時(shí)開(kāi)始的燃料直接噴射("DI")的完全的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)稱為HCRI過(guò)程100的"DI-HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)"。
類似地，在一些實(shí)施例中，在HCRI過(guò)程100中使用了在主壓縮 事件開(kāi)始前通過(guò)一些方式引入的燃料的RIS增加的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為HCRI 過(guò)程IOO的"預(yù)混合RIS增加的發(fā)動(dòng)機(jī)"，且在其他實(shí)施例中，在HCRI 過(guò)程100中使用了在主壓縮事件開(kāi)始后某時(shí)開(kāi)始的燃料DI的RIS增加 的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為HCRI過(guò)程100的"DI RIS增加的發(fā)動(dòng)機(jī)"。取決于使 用的支配的點(diǎn)火模式是火花點(diǎn)火(SI)還是壓縮點(diǎn)火("CI")，這些 HCRI過(guò)程100 RIS增加的燃料引入選擇(預(yù)混合和DI)的每個(gè)具有與 它們相關(guān)的子選擇。因此，存在HCRI過(guò)程100的四個(gè)基本的RIS增加 的實(shí)施例。這些實(shí)施例涉及了 RIS增加的PCCI、 RIS增加的PCSI、 RIS 增加的DICI、 RIS增加的DISI。
HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的循環(huán)部分地包括進(jìn)氣事件、主壓縮事件、主燃 燒事件、做功膨脹事件和排氣事件。取決于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的實(shí)施例， 這些事件中的一些可以同時(shí)發(fā)生。
'如在圖1中示出，情況1， 105: HCRI過(guò)程100以來(lái)自前一個(gè)循 環(huán)的RI種類被輸送到本循環(huán)而開(kāi)始和結(jié)束。這些RI種類在一個(gè)主室 34或多個(gè)主室以及一個(gè)微室("M-C" ) 32或多個(gè)微室("M-C") 內(nèi)/通過(guò)一個(gè)主室34或多個(gè)主室以及一個(gè)微室("M-C" ) 32或多個(gè)微 室("M-C")被攜帶到本循環(huán)(圖2A)。
在新循環(huán)開(kāi)始時(shí)，在主室34和M-C 32內(nèi)的大量的RI種類典型地 處于"凍結(jié)平衡"(或"接近"凍結(jié)平衡)狀態(tài)。RI種類然后典型地 在新循環(huán)內(nèi)早期時(shí)存在的相對(duì)較低的溫度下維持非反應(yīng)性。在RI應(yīng)用 中，種類當(dāng)具有零化學(xué)反應(yīng)率時(shí)則處于凍結(jié)平衡的狀態(tài)。"凍結(jié)平衡" 相對(duì)于RI的完全意義和含義在SAE學(xué)報(bào)論文No. 2004-01-1677 (Blank) 中論述，在此通過(guò)參考將其合并。在此期間，多個(gè)排氣68通過(guò)普通的排氣設(shè)備60離開(kāi)主室34，且 多個(gè)進(jìn)氣66通過(guò)普通的進(jìn)氣設(shè)備58進(jìn)入主室34。取決于總體排氣-進(jìn) 氣事件過(guò)程的體積和混合效率，包含在排氣66內(nèi)的大部分的主室RI 種類從發(fā)動(dòng)機(jī)排出。
當(dāng)排氣68通過(guò)普通的排氣再循環(huán)設(shè)備(系統(tǒng))62再循環(huán)時(shí)，另外 的量的RI種類保持在主室34內(nèi)或與進(jìn)氣66 —起返回到主室34。與進(jìn) 氣66 —起返回的RI種類的量可以通過(guò)一個(gè)一般的排氣RI種類增加設(shè) 備64或多個(gè)排氣RI種類增加設(shè)備64 (存在于多個(gè)修改的進(jìn)氣68'內(nèi)) 來(lái)調(diào)整。同樣，與進(jìn)氣66 —起返回的RI種類的量可以通過(guò)一個(gè)一般 的進(jìn)氣RI種類生成控制增加設(shè)備70或多個(gè)進(jìn)氣增加設(shè)備70調(diào)整。
當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)使用預(yù)混合燃料(對(duì)于HCRI過(guò)程100的PC-HCRI 或預(yù)混合RIS增加發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)混合燃料)時(shí)，燃料可 以在一般的進(jìn)氣設(shè)備58處通過(guò)一般的進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備燃料引入設(shè)備44D 經(jīng)過(guò)燃料引入孔48引入到進(jìn)氣66內(nèi)。燃料通過(guò)燃料供給分配系統(tǒng)88 (圖2B)通過(guò)至少一個(gè)燃料供給管線52分配到進(jìn)氣燃料引入設(shè)備44D。 供給到進(jìn)氣燃料引入設(shè)備44D的燃料的量通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30 的一部分被調(diào)節(jié)，該電子控制系統(tǒng)30控制了燃料供給分配系統(tǒng)98。所 提供的燃料的量和燃料引入的正時(shí)符合HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的運(yùn)行要求。
在室之間自然地發(fā)生的壓力差異導(dǎo)致攜帶到M-C32中的每個(gè)內(nèi)的 RI種類中的一些通過(guò)至少一個(gè)連接管道42傳遞到主室34，在連接管 道42處它們?nèi)缓笈c保留的氣體和進(jìn)氣66以及任何再循環(huán)的排氣68和 68'混合。混合的方式可以隨所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行要求而改變。
在情況2， 110中，在壓縮事件中間的某時(shí)間處，在主室34內(nèi)的 氣體("氣體進(jìn)氣")已經(jīng)變得高度含有來(lái)自前一個(gè)(多個(gè))循環(huán)的 RI種類。在情況3， 115中，當(dāng)在主室34內(nèi)發(fā)生氣體壓縮時(shí)，RI種類和主
室氣體的混合變得更均勻。此主室壓縮導(dǎo)致壓力升高，并且由壓力導(dǎo)
致的溫度升高。隨著這些溫度升高，在主室34內(nèi)的RI種類的活性開(kāi) 始增加。而且，壓力差異形成在主室34和M-C32之間，且傳遞到M-C 32內(nèi)的氣體的節(jié)流發(fā)生在管道、2內(nèi)。節(jié)流又導(dǎo)致這些室(32和34) 之間的壓力差異進(jìn)一步形成，從而導(dǎo)致形成高速質(zhì)量射流或多個(gè)高速 射流(每個(gè)管道42—個(gè)射流)。這些射流將主室氣體(包括進(jìn)氣)的 部分傳遞("促使")到M-C 32內(nèi)，從而更新了 M-C空氣(且因此 氧)供給。如果在進(jìn)氣66內(nèi)存在預(yù)混合燃料，則燃料也通過(guò)管道42 經(jīng)過(guò)質(zhì)量射流進(jìn)入M-C 32。
在情況4， 120中，當(dāng)存在燃料的DI(如在HCRI過(guò)程100的DI-HCRI 和DI-RIS-增加發(fā)動(dòng)機(jī)中)時(shí)，燃料到主室34內(nèi)的噴射開(kāi)始("SOI") 的正時(shí)典型地在主室壓縮事件的中晚期部分中。在此情況中，燃料通 過(guò)主室燃料子部件和一個(gè)或多個(gè)多流體引入設(shè)備44A的子部件和/或通 過(guò)單獨(dú)的主室燃料引入設(shè)備48B或多個(gè)單獨(dú)的引入設(shè)備48B經(jīng)由(對(duì) 于所有這樣的引入設(shè)備44A和44B)至少一個(gè)燃料引入孔48引入到主 室34內(nèi)。燃料經(jīng)過(guò)燃料供給分配系統(tǒng)98通過(guò)燃料供給管線52分配到 引入設(shè)備44A和44B，以在主室34內(nèi)使用。供給到這些引入設(shè)備44A 和44B中的每個(gè)的燃料的量通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30的部分被調(diào) 節(jié)，該電子控制系統(tǒng)30控制了燃料供給分配系統(tǒng)98。所提供的燃料的 量和燃料引入的正時(shí)符合HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的運(yùn)行要求。
對(duì)于HCRI過(guò)程100的DI-HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)，此DI燃料引入的開(kāi)始的 正時(shí)的特征是相對(duì)于希望的點(diǎn)火正時(shí)早(與常規(guī)的DI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行 相比)。對(duì)于這些實(shí)施例，SOI和EOI ("噴射結(jié)束")正時(shí)為使得噴 射在燃燒開(kāi)始("SOC")前充分地完成，且使得自燃(SOC)直至可 移動(dòng)做功動(dòng)力產(chǎn)生部件40通過(guò)上止點(diǎn)("TDC")后很短時(shí)間時(shí)才開(kāi) 始(其中TDC是可移動(dòng)做功動(dòng)力產(chǎn)生部件40的使得主室34的體積最 小的位置)。這允許了用于使燃料最終變得與至少以準(zhǔn)均質(zhì)分層方式含有RI種類的主室氣體進(jìn)氣混合更徹底的時(shí)間。在DI應(yīng)用中，噴射 的主室燃料的一些可以通過(guò)擴(kuò)散(在主室氣體進(jìn)氣內(nèi))且通過(guò)伴隨的
對(duì)流而進(jìn)入M-C 32的質(zhì)量射流。此燃料因此由這些質(zhì)量射流攜帶經(jīng)過(guò) 管道42到達(dá)M-C 32且被保留。
在情況5,125中，在HCRI過(guò)程100的DI-HCRI實(shí)施例中，對(duì)于 相對(duì)于SOC的早期引入的主室燃料的全部(與常規(guī)的DI CI相比)， 一般地也保證了很好地?cái)嚢璧娜剂系臈l件。即使在較高的負(fù)荷情況下， 通過(guò)"TDC后"增加之前的某時(shí)，主室燃料—空氣氣體進(jìn)氣到至少準(zhǔn) 均質(zhì)水平的混合典型地在HCRI過(guò)程100的DI-HCRI實(shí)施例中得以保 證。然而，如在LAG發(fā)動(dòng)機(jī)中在RI種類支配的影響下，即使在燃料 一空氣氣體進(jìn)氣略微一中等分層時(shí)RI均質(zhì)燃燒也能發(fā)生(SAE學(xué)報(bào)論 文No. 2004-01-1677 [Blank])。這些保證遵循了兩個(gè)因素因?yàn)镽I 種類的存在而比正?？衫玫幕旌蠒r(shí)間更長(zhǎng)，和比典型湍流程度高很 多。
這些因素中的第一個(gè)，比正?？衫玫幕旌蠒r(shí)間長(zhǎng)，是RI種類存 在的結(jié)果。RI種類的存在實(shí)現(xiàn)了更低的壓縮比("CR")或超燃料稀 薄的運(yùn)行。當(dāng)CR (與"功能等價(jià)"的常規(guī)CI發(fā)動(dòng)機(jī)相比)大大地低 時(shí)，DI燃料引入可以比當(dāng)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200在中等稀薄情況下運(yùn)行時(shí) 更早。因此，直接噴射的燃料可能有效地混合到均質(zhì)點(diǎn)。替代地，當(dāng) CR僅為中等較低時(shí)，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200可以在非常稀薄的條件下運(yùn)行， 且燃料引入可以再次更早且再次均勻地混合。取決于負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)速 度，存在必須地需要更稀薄運(yùn)行的條件(較高負(fù)荷和速度)。在這樣 的條件下，RI種類生成因此被降低，使得燃料引入可以仍相對(duì)于希望 的自燃點(diǎn)早。
這些因素的第二個(gè)，比在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200內(nèi)維持的典型的湍流 程度高很多，可以具有多種原因。然而，對(duì)于所有HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例 普遍的是由M-C 32生成的強(qiáng)的湍流。此湍流生成很強(qiáng)的原因在SAE2007-01-0047[Blank]， SAE 2007-01-0135 [Blank]禾B SAE 2007-01-1254 [Blank]中給出。
在情況6，130中，在DI和預(yù)混合燃料的情況中，因?yàn)楦咄牧骱蚏I 種類的存在，所以即使在相對(duì)地"遠(yuǎn)遠(yuǎn)更低"于在主室內(nèi)存在的"正 常"溫度(比對(duì)于常規(guī)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)點(diǎn)燃活動(dòng)所需的低)時(shí)，典型 地在主壓縮事件結(jié)束前某時(shí)，主室RI種類、燃料和空氣開(kāi)始明顯的預(yù) 點(diǎn)燃活動(dòng)。取決于燃料的特性、運(yùn)行條件和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的技術(shù) 規(guī)格，此活動(dòng)可以甚至經(jīng)常在主壓縮事件中較早地開(kāi)始。
典型地，在循環(huán)的這些期間，燃料一空氣氣體進(jìn)氣在主室34內(nèi)的 狀態(tài)過(guò)渡通過(guò)圖3中示出的"慢燃燒區(qū)域"。對(duì)于燃料的一般點(diǎn)燃極 限的此圖基于低溫點(diǎn)燃極限的Semenov半島(Semenov， N.N.， Some Problems in Chemical Kinetics and Reactivity,普林斯頓大學(xué)出版社 (Princeton University Press) ，1958)。
對(duì)于作為F的氫分子或較小分子的乙醇或較小分子的碳?xì)浠?br> 物，在導(dǎo)致RI和RIS增加的自燃的預(yù)自燃化學(xué)反應(yīng)中，如下的鏈?zhǔn)匠?br> 始化反應(yīng)組 <formula>formula see original document page 31</formula> (1)
包含了起到支配作用的反應(yīng)中的一些反應(yīng)，其中是帶有比 F少一個(gè)H的分子。例如，對(duì)于乙醇，在組(N廣2)內(nèi)存在兩個(gè)支配 的反應(yīng)，其中i J是CH3CHOH和C2H4OH (SAE論文No. 2007-01-0623 [Blank],在此通過(guò)參考將其完整合并)。注意到的是此反應(yīng)組導(dǎo)致高 度反應(yīng)性的中間種類11202的形成。
除此組外，在自燃期間占優(yōu)勢(shì)的一般的"H202 + M"鏈?zhǔn)匠跏蓟?反應(yīng)(式(2))(且因此在后文中描述)和在自燃期間占優(yōu)勢(shì)的鏈?zhǔn)?分支OH燃料分解反應(yīng)組(式(3))(且因此在后文中描述)都典型地在預(yù)自燃期間運(yùn)行中的其他支配反應(yīng)中。在此相同的循環(huán)期間發(fā)生 的這些和其他支配的預(yù)自燃反應(yīng)導(dǎo)致RI種類的緩慢建立。雖然占優(yōu)勢(shì) 的預(yù)自燃鏈?zhǔn)匠跏蓟玩準(zhǔn)椒种C(jī)制在具有較大的碳?xì)浠衔锘蜉^大 的乙醇分子F的情況下變得更復(fù)雜，但相同的原理是適用的，其中過(guò) 氧羥自由基(H02—)(在燃料的鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)分解中)和氫氧基
(OH一)(在燃料的鏈?zhǔn)椒种Х磻?yīng)分解中)的作用都在預(yù)點(diǎn)燃活動(dòng)期間
是占支配地位的。 .
一般地，這些一般的H02—和OH—驅(qū)動(dòng)的"遠(yuǎn)遠(yuǎn)更低"的溫度子機(jī) 制表示了在非常低的溫度下的直接燃料分解，從而設(shè)定了通過(guò)在HCRI 過(guò)程100(DI-HCRI和PC-HCRI)的完全HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)中的RI種類(RI) 對(duì)于"較低"溫度自燃的階段，和用于在HCRI過(guò)程IOO的RIS增加的
發(fā)動(dòng)機(jī)中的點(diǎn)燃輔助的階段。
此描述也應(yīng)用于雙燃料(和多燃料)引入運(yùn)行，其中與所有(燃 料的)成分的H0r和OH一的反應(yīng)是相容的。在此情況中， 一般的機(jī)制 是類似的，其中對(duì)于每個(gè)成分的支配反應(yīng)具有相同的形式(當(dāng)然帶有 它們自己的F， R;和其他種類)(SAE論文No. 2004-01-0047 [Blank])。 在其中燃料的不同成分與H02—和OH—的反應(yīng)性不類似的運(yùn)行中，典型 地至少在初始時(shí)， 一般反應(yīng)子機(jī)制符合成分的活性，其活性與H02—或 OH-的更明顯的一個(gè)的反應(yīng)性一起是占支配地位的(絕對(duì)項(xiàng)上取決于在 預(yù)自燃期間哪個(gè)基分解，哪個(gè)成分更快)。
在HCRI過(guò)程100中，來(lái)自過(guò)去循環(huán)的RI種類和在此"遠(yuǎn)遠(yuǎn)更低" 溫度預(yù)點(diǎn)火活動(dòng)期間生成的RI種類隨后一起以三個(gè)方式之一在主室IC 內(nèi)使用(1)支配且因此初始化完全HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的自燃(RI); (2)增加在RIS增加的PCCI和在DI CI發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的自燃(CI)的效 率且維持對(duì)自燃的正時(shí)的更好的控制；和(3)增加在RIS增加的PCSI 和在DISI發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的火花點(diǎn)火(SI)的效率。在兩個(gè)完全HCRI情況 中(DI-HCRI和PC-HCRI)，因?yàn)镽I種類的存在，所以存在放熱的預(yù)點(diǎn)燃活動(dòng)，該活動(dòng)緩慢(首先)地將燃料一空氣氣體進(jìn)氣沿著預(yù)定化 學(xué)動(dòng)力學(xué)路徑向下攜帶(取決于許多因素)到RI種類導(dǎo)致的自燃。在 四個(gè)RIS增加的情況中，在此相同期間的活動(dòng)水平將不與這些情況中 的常規(guī)(非RIS增加的)變化的水平一樣高，而是比其更高的水平(取 決于增加的程度)。 —
返回到圖2A， HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的外殼包括"頂部"殼體外周36 和"側(cè)面"殼體外周38 (或多個(gè)側(cè)殼體外周38)。 一般地從在主壓縮 事件中晚期的循環(huán)中的一個(gè)時(shí)刻開(kāi)始，控制流體可以被引入到安裝在 這些頂部和/或側(cè)殼體外周36和38中的M-C 32的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)。通過(guò) 單獨(dú)的RI種類生成控制流體引入設(shè)備44C或通過(guò)多個(gè)或雙流體的引入 設(shè)備44A的控制流體子部件進(jìn)行引入。到M-C 32的實(shí)際引入通過(guò)一個(gè) 或多個(gè)M-C RI種類生成控制流體引入孔46?？刂屏黧w經(jīng)由微室RI種 類生成控制流體供給分配系統(tǒng)96通過(guò)至少一個(gè)M-C RI種類生成控制 流體供給管線50分配到引入設(shè)備44A和44C，以在這些M-C內(nèi)使用。
不須將相同的控制流體或相同量的控制流體引入到使用了控制流 體的M-C 32的每個(gè)內(nèi)。在HCRI過(guò)程IOO的三個(gè)DI發(fā)動(dòng)機(jī)類型中， 控制流體典型地為燃料，但不必須是與在主室34內(nèi)使用的燃料相同的 燃料。另一方面，在HCRI過(guò)程100的三個(gè)預(yù)混合發(fā)動(dòng)機(jī)類型中，控制 流體典型地為空氣或能夠幫助稀釋M-C 32的燃料濃度的一些其他流 體。引入到M-C 32的每個(gè)內(nèi)的控制流體的量被修正測(cè)量以保證可以由 所有的M-C 32生成正確總量的RI種類，以幫助或支配隨后循環(huán)的主 室(多個(gè)主室)34的點(diǎn)燃。由用于每個(gè)M-C32的控制流體供給分配系 統(tǒng)96發(fā)出的量通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30的另一個(gè)部分調(diào)節(jié)。 一般 地，在較高的負(fù)荷下(當(dāng)需要更多主室燃料時(shí))，對(duì)于主室點(diǎn)燃要求 更少量的生成的RI種類，且反之亦然。這在HCRI過(guò)程100的應(yīng)用中 適合于所有的不同的完全HCRI和RIS增加的情況。
除使用控制流體外，存在多個(gè)另外的增加，這些增加可以用于實(shí)現(xiàn)在殼體外周安裝的M-C 32內(nèi)的RI種類生成過(guò)程。通過(guò)引導(dǎo)裝置的
M-C 32組件的可變冷卻控制對(duì)于輔助在這些室內(nèi)的M-C RI種類生成 過(guò)程的直接控制是有效的。其他控制增加包括催化表面和設(shè)備(包括 其中催化表面積可以變化的一些設(shè)備)，燃料重整設(shè)備，化學(xué)添加劑 引入設(shè)備，加熱腔設(shè)備(例如通過(guò)快速電流放電，等)，快速等離
子體生成設(shè)備，快速紫外光放電設(shè)備，微波設(shè)備，快速冷卻/加熱設(shè)備，
M-C體積改變?cè)O(shè)備，M-C壓力調(diào)節(jié)設(shè)備，M-C流暈改變?cè)O(shè)備，M-C幾 何形狀改變?cè)O(shè)備，M-C連接管道幾何形狀改變?cè)O(shè)備，M-C連接管道流 量改變?cè)O(shè)備，M-C管道進(jìn)入燃料調(diào)節(jié)設(shè)備，等。例如(但不限制于) 這些設(shè)備的設(shè)備可以都用于在M-C中的RI種類生成中起作用(且有助 于間接控制在循環(huán)中主室的后期中的RI種類生成)。所有這樣的設(shè)備 —起在圖2A至圖2B中表示為一個(gè)或多個(gè)一般的微室RI種類生成控制 增加設(shè)備54。
接收了控制流體或裝配有且運(yùn)行地使用RI種類生成控制增加設(shè)備 54的任何M-C 32也考慮為"主動(dòng)控制的"。它們也通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控 制系統(tǒng)30的一部分(圖2B)調(diào)節(jié)，該控制系統(tǒng)30根據(jù)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī) 200的運(yùn)行要求控制了它們的功能'。
在情況7， 135中，在HCRI過(guò)程100的完全HCRI實(shí)施例中，自 燃(RI)通過(guò)RI種類支配。因此，這些實(shí)施例的普通化學(xué)反應(yīng)是高度 確定性的。而且，HCRI過(guò)程IOO的所有CI和SI RIS增加發(fā)動(dòng)機(jī)也都 具有此確定性的普通化學(xué)反應(yīng)而作為共同的特征。另外，這些RIS增 加的發(fā)動(dòng)機(jī)將"非增加"化學(xué)反應(yīng)的元素保持為與它們自己的常規(guī)特 征相關(guān)。這些RIS增加發(fā)動(dòng)機(jī)使用完全HCRI的確定性的普通化學(xué)反應(yīng) 的程度涉及RI種類增加("RIS增加")的程度。
這樣HCRI過(guò)程100部分地由代表了完全HCRI的確定的普通化學(xué) 反應(yīng)的共同特征被限定。且屈此，對(duì)于情況7， 315，這些確定性化學(xué) 反應(yīng)的細(xì)節(jié)在此描述。為比較目的，與RIS增加的實(shí)施例的常規(guī)方面相關(guān)的"非增加"化學(xué)反應(yīng)的部分在后文中提出(在HCRI過(guò)程100
的這些HCRI過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)的一般區(qū)別的詳細(xì)的單獨(dú)的論述內(nèi))。
在完全HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)中，點(diǎn)燃過(guò)程由涉及在"較低"溫度下的燃 料OH分解鏈?zhǔn)椒种Х磻?yīng)組的子機(jī)制支配。這與典型地在常規(guī)的PCCI 中的相同的燃料中發(fā)現(xiàn)的更傳統(tǒng)的"較低"溫度直接-02燃料氧化鏈?zhǔn)?初始化化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制相對(duì)照。這也與和常規(guī)的SI和DI CI中的相同 的燃料的燃燒相關(guān)的"較高"溫度相對(duì)照。常規(guī)的SI和DI CI的鏈?zhǔn)?初始化反應(yīng)機(jī)制典型地涉及分裂(熱的和/或通過(guò)第三體的)反應(yīng)或和 直接的燃料-02分解反應(yīng)。
在使用燃料(氫、乙醇、碳?xì)浠衔锶剂虾腿剂?水性燃料混合物) 的均質(zhì)燃燒RI的一般情況中，為維持"較低"溫度燃料一OH分解子 機(jī)制所需要的OH最初通過(guò)支配的鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)生成 H202 + M <=> OBT十Off+M (2)
(其中M是第三體種類且可以因此是多個(gè)種類的一個(gè))。此一般 RI鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)明顯地比常規(guī)HCCI的常規(guī)的"低"溫度預(yù)混合進(jìn) 氣壓縮點(diǎn)火的典型的一般的燃料-02鏈?zhǔn)匠跏蓟趸磻?yīng)組更快。例 如，此H202+M反應(yīng)的前進(jìn)率常數(shù)在1050 K時(shí)比甲烷的預(yù)混合CI (HCCI)的支配鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)的前進(jìn)率常數(shù)在1200 K時(shí)快大于105 的倍數(shù)(SAE論文No. 2007-01-0047 [Blank])。
對(duì)于作為F的氫分子或較小分子的乙醇或較小分子的碳?xì)浠?物，由此通用的HCRI過(guò)程100鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)(式(2))生成的OH— 的量又使用在一般支配的鏈?zhǔn)椒种Х磻?yīng)組中
<formula>formula see original document page 35</formula> (3)
其中Rj-是比F少一個(gè)H的分子。對(duì)于以乙醇為例的完全HCRI， F是C2H5OH且多種R/分子是CH3CH20和CH3CHOH(SAE論文No. 2007-01-0623 [Blank])。一般的完全HCRI自燃事件也支配地受到其他關(guān)鍵RI種類的可利 用濃度的影響。雖然用于所有這些的子機(jī)制可能相當(dāng)復(fù)雜(且因此更
難于歸納)，但其他RI種類也有助于在自燃期間加速OH—的生成(如 在預(yù)點(diǎn)燃期間那樣)。這又有助于通過(guò)支配的燃料-OH鏈?zhǔn)椒种Х磻?yīng) 組(式(3))"驅(qū)動(dòng)"更多的燃料分解。 一旦燃料的分子被OH-分解， 則此組的R」—分子產(chǎn)物中的一些可以直接進(jìn)一步通過(guò)02在這些較低的 溫度下分解。雖然支配的自燃鏈?zhǔn)椒种C(jī)制對(duì)于作為F的較大的碳?xì)?化合物或較大的乙醇分子變得更復(fù)雜，但相同的原理是適用的，其中 羥基(Off)的作用保持在燃料分解中占支配地位，直至很多燃料(如 果不是大部分)被消耗。
存在數(shù)個(gè)原因，這些原因解釋了為何此自燃活動(dòng)(通過(guò)反應(yīng)式(2)、 反應(yīng)組式(3)和其他RI種類驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)支配)可以在低于與常規(guī)的 PCCI相關(guān)的"低"溫度且低于與常規(guī)的SI和DICI相關(guān)的"較高"溫 度的溫度下開(kāi)始。 一個(gè)原因是這些涉及RI種類的反應(yīng)對(duì)于它們的活動(dòng) 要求了比一般地致使PCCI內(nèi)的初始化燃燒的燃料-02鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng) 所需的總能量低很多的總能量(且因此要求了低很多的供給熱)。對(duì) 于通過(guò)式(2)的11202的第三體分裂和通過(guò)式(3)的Off驅(qū)動(dòng)的燃料 分解所需的溫度一般相當(dāng)?shù)氐陀趯?duì)于直接02驅(qū)動(dòng)的燃料分解所需的 "低"溫度，而對(duì)于相同燃料的直接熱分裂和第三體分裂所需的溫度 經(jīng)常高于對(duì)于02驅(qū)動(dòng)的燃料分解所需的溫度。另外，因?yàn)檫@些與RI 種類相關(guān)的反應(yīng)相對(duì)地更取決于RI種類的濃度，所有它們也相比較低 地依賴于空氣與燃料的濃度比。這實(shí)現(xiàn)了在比典型地對(duì)于常規(guī)的SI， PCCI和DI CI可能的條件遠(yuǎn)更稀薄的條件下的點(diǎn)燃。同樣，當(dāng)其進(jìn)行 時(shí)，較低溫度的RI自燃活動(dòng)用于生成更多的RI種類。
驅(qū)動(dòng)此RI活動(dòng)的支配的反應(yīng)和反應(yīng)組的反應(yīng)率是由關(guān)鍵反應(yīng)劑的 濃度和反應(yīng)中的主室氣體溫度決定的。因此，在過(guò)程100的完全HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)中，此自燃活動(dòng)的總體"節(jié)奏速度(tempo)"建立，直至節(jié)奏速度在文字上描述為"減弱"的點(diǎn)。雖然這些支配的反應(yīng)在此"減弱" 點(diǎn)后一段時(shí)間持續(xù)占支配(只要燃料供給維持)，但最終其他子機(jī)制 發(fā)揮作用，從而最終導(dǎo)致高溫化學(xué)反應(yīng)，該高溫化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致了 H20 禾口 C02。
完全HCRI的此一般化的描述適用于雙燃料(和多燃料)RI化學(xué) 反應(yīng)，其中(燃料的)所有成分與Off的反應(yīng)性是相容的。在這樣的情 況中， 一般機(jī)制將是相同的，其中對(duì)于燃料的每個(gè)成分的支配反應(yīng)是 相同形式的(當(dāng)然具有它們自己F， R/和其他種類)(SAE論文No. 2007-01-0047 [Blank]和組合的SAE i侖文No. 2007-01-1912和JSAE 論文No. 20077210 [Blank],在此通過(guò)參考將其完整合并)。在其中燃 料成分與OH—的反應(yīng)性不類似的運(yùn)行中，最初至少一般反應(yīng)子機(jī)制將典 型地跟隨其與OH—的反應(yīng)性占支配地位的燃料成分的活動(dòng)。
在對(duì)于均質(zhì)燃燒的自燃期間，在主室內(nèi)的所有燃料被消耗。而且， 在燃料的均質(zhì)燃燒期間，也產(chǎn)生了相對(duì)大量的OH基。在自燃結(jié)束前， 主室Off的濃度達(dá)到峰值。此外，放熱率遠(yuǎn)快于在未增加的CI和SI 的變化中的點(diǎn)燃的放熱率。因此，在均質(zhì)然燃燒完成時(shí)，主室34內(nèi)的 氣體的比內(nèi)能狀態(tài)達(dá)到峰值。因此，主室氣體的壓力和溫度也幾乎在 自燃完成后迅速達(dá)到峰值。因此，在主室34和M-C 32之間形成了巨 大的壓力差。這又使得在這些室34和32之間的質(zhì)量射流速度和質(zhì)量 流量達(dá)到峰值，從而在極高的湍流水平下驅(qū)動(dòng)了相對(duì)大量的OIT和能量 到M-C 32內(nèi)。
除共享完全HCRI的確定的普通化學(xué)反應(yīng)外，HCRI過(guò)程100的 RIS增加的發(fā)動(dòng)機(jī)也共享了在完全HCRI點(diǎn)燃和燃燒期間具有的其他特 征中的許多特征。例如，燃燒在HCRI過(guò)程100的RIS增加的PCCI發(fā) 動(dòng)機(jī)中也是均質(zhì)的。另外，在HCRI過(guò)程100的四個(gè)主要RIS增加發(fā)動(dòng) 機(jī)中的燃燒事件期間，主室氣體的壓力、溫度、OH—濃度和比內(nèi)能也達(dá) 到峰值。作為結(jié)果，在這些實(shí)施例中也形成了高質(zhì)量流量，從而在極高的湍流水平下攜帶了相對(duì)大量的OH—、其他化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物和能量到
M-C 32內(nèi)。
作為在HCRI過(guò)程100的完全HCRI和PCCI RIS增加的發(fā)動(dòng)機(jī)中 的選擇步驟，緊在其處自燃活動(dòng)的"節(jié)奏速度"將要"減弱"的循環(huán) 中的點(diǎn)之前，可以使用一般的主室點(diǎn)火正時(shí)增加設(shè)備56 (圖2A)。在 完全HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)且在PCCI RIS增加發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的點(diǎn)火正時(shí)增加設(shè)備56 的目的不是初始化自燃。而該目的是有助于點(diǎn)(循環(huán)內(nèi)的位置)的正 時(shí)的精度，在該點(diǎn)處自燃活動(dòng)的"節(jié)奏速度"在字面意義上"減弱"。 在完全HCRI循環(huán)中或在PCCIRIS增加的循環(huán)中，在此點(diǎn)處，因?yàn)閴?縮熱和RI種類活性的組合一起已經(jīng)使得主室燃料一空氣混合物準(zhǔn)備用 于點(diǎn)燃(通過(guò)廣泛的OH—生成)，所以壓力和溫度的任何小的聯(lián)合上升 將導(dǎo)致燃料一空氣氣體進(jìn)氣在一個(gè)進(jìn)行中的大量點(diǎn)燃(其定義為均質(zhì) 燃燒)。點(diǎn)火正時(shí)增加設(shè)備56的例子可以包括火花塞類型的設(shè)備，催 化點(diǎn)燃設(shè)備，等離子體射流生成設(shè)備，火焰射流生成設(shè)備等，其中這 樣的設(shè)備的目的是在主室燃料一空氣氣體進(jìn)氣的某個(gè)部分內(nèi)生成相對(duì) 地小(或甚至大)的但/且非常突然的內(nèi)能增加。在HCRI過(guò)程100的 兩個(gè)SIRIS增加的實(shí)施例中，此步驟不是選擇的。'
對(duì)于在M-C 32內(nèi)新RI種類的生成的關(guān)鍵是"OH-RI種類導(dǎo)致" (驅(qū)動(dòng))的化學(xué)反應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)通過(guò)主室OH—到M-C 32的含有RI 種類的氣體內(nèi)的很好地正時(shí)的流入導(dǎo)致。此流入在點(diǎn)燃期間或剛點(diǎn)燃 后發(fā)生。此流入也實(shí)現(xiàn)了 M-C32中的極高的湍流水平。因此，存在羥 基與M-C氣體(包括燃料和RI種類)在更小的湍流長(zhǎng)度規(guī)模下的迅速 混合?？赡芘c在M-C 32內(nèi)的RI種類生成同等重要的是相對(duì)高量的焓， 該焓也從主室34接收在M-C 32內(nèi)，從而導(dǎo)致M-C溫度開(kāi)始迅速升高。
在情況8， 140中，此較高(且一端時(shí)間增加)量的OIT在M-C32 內(nèi)的突然存在作為"驅(qū)動(dòng)力"起作用而迅速將存在的M-C燃料轉(zhuǎn)換為 更多的RI種類。而且，M-C32的總體化學(xué)活動(dòng)進(jìn)一步通過(guò)迅速升高的溫度(由于相對(duì)大量的焓傳遞)加速。M-C 32設(shè)計(jì)且控制為使得在主 壓縮事件的最后部分期間且在做功膨脹事件的第一部分期間，它們的 氣體的狀態(tài)熱學(xué)地維持在圖3的"冷火焰"和/或"慢燃燒"區(qū)域內(nèi)(如
果火焰具有冷的火焰區(qū)域)。有時(shí)(如在SAE論文No. 2007-01-0623 [Blank]中)也有利的是在突然的導(dǎo)管42流動(dòng)反向(部分地由于在主室 34內(nèi)的做功膨脹事件)使?fàn)顟B(tài)回到區(qū)"A"(圖3)內(nèi)而不點(diǎn)燃M-C 氣體前非常短暫地使M-C氣體的狀態(tài)稍微進(jìn)入圖3的區(qū)"B"或"點(diǎn) 燃"區(qū)域內(nèi)。
一般地，對(duì)于作為F的氫分子或分子較小的乙醇或分子較小的碳 氫化合物，在對(duì)于微室OH導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)中的一般子機(jī)制中發(fā)現(xiàn)的主 要的支配反應(yīng)中再次為一般反應(yīng)組
<formula>formula see original document page 39</formula> (4)
其中如前所述，Rj—是比分子F少一個(gè)H的分子。雖然用于在M-C 中的OH-燃料反應(yīng)的支配機(jī)制對(duì)于作為F的較大的碳?xì)浠衔锘蜉^大 的乙醇分子變得更復(fù)雜，但相同的原理是適用的。 .
用于隨后將多種Rj.(和其他子機(jī)制生成的種類)轉(zhuǎn)換為RI種類 的子機(jī)制更復(fù)雜，嚴(yán)重地依賴于已經(jīng)存在于微室內(nèi)的燃料、RI種類的 明顯的濃度。且當(dāng)新量的RI種類增加(由于這些子機(jī)制)時(shí)，所生成 的新的11202的部分然后被犧牲以通過(guò)放熱反應(yīng)式(2)產(chǎn)生另外的011—， 以幫助加速燃料的OH—分解為多種Rj-和其他種類。類似地，在M-C32 內(nèi)存在的其他RI種類有助于更多的OH—和更多的RI種類在復(fù)雜的化學(xué) 動(dòng)力學(xué)子機(jī)制中的生成。因此，總體RI種類生成機(jī)制是OH驅(qū)動(dòng)的和 RI種類驅(qū)動(dòng)的，或"OH-RI種類驅(qū)動(dòng)的"。雖然支配的自燃鏈?zhǔn)椒种?機(jī)制對(duì)于作為F的較大的碳?xì)浠衔锘蜉^大的乙醇的分子變得更復(fù)雜， 但相同的原理是適用的，其中羥基(OH—)的作用在燃料分解中是支配 的。此一般化的M-C RI種類生成過(guò)程對(duì)于HCRI過(guò)程100的所有完全 HCRI和所有RIS增加的實(shí)施例是通用的。但此一般化的描述也基于被 引入到主室34和M-C 32中的相同的燃料(當(dāng)被引入到M-C中的流體 實(shí)際上是燃料時(shí))，在雙燃料或多燃料引入運(yùn)行中，這對(duì)于所有引入 到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的成分(燃料的成分)成立。在這樣的情況中，如果所有 成分(燃料成分)與OH—的反應(yīng)性相容，則對(duì)于每個(gè)的支配反應(yīng)是相同 的形式的(當(dāng)然具有它們自己的F， Rj-和其他種類)(SAE論文No. 2004-01-0047 [Blank]和ISAE論文No. 20077210 [Blank])。在其中燃 料成分與OH-的反應(yīng)性不類似的運(yùn)行中，最初至少一般反應(yīng)子機(jī)制將典 型地符合其與OH—的反應(yīng)性是支配的燃料成分的活動(dòng)。此RI種類生成 過(guò)程持續(xù)強(qiáng)化，直至從主室34的OH-的供給被以上所述的(且部分地 由于做功膨脹事件導(dǎo)致的)突然的M-C向主室管道42的流動(dòng)反向切斷， 然后，此過(guò)程結(jié)束。
基于M-C RI種類生成過(guò)程的此簡(jiǎn)化的化學(xué)動(dòng)力學(xué)描述，可描述控 制梳體的作用。相對(duì)于空氣，燃料在M-C32內(nèi)的濃度越高，則此子機(jī) 制將產(chǎn)生另外的RI種類越快。這反過(guò)來(lái)也成立。這在SAE論文No. 2007-01-0013 [Blank]中論證，在此通過(guò)參考將其完整合并。'此完全的 化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究顯示了為何主室34自燃的正時(shí)(SOC)可以在HCRI 過(guò)程100的完全HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)中直接通過(guò)引入到M-C32內(nèi)的控制流體 的量的調(diào)節(jié)而被控制。此參考論證了引入到M-C32內(nèi)的控制流體的量 精確地確定了在M-C 32內(nèi)生成的RI種類的量(用于下一個(gè)主室燃燒 事件)。因此，RI種類生成過(guò)程可以直接通過(guò)使用發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系 統(tǒng)30(圖2B)來(lái)控制。在正確的時(shí)間(取決于特定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況) 時(shí)，電子控制系統(tǒng)30指導(dǎo)微室RI種類生成控制流體供給分配系統(tǒng)96 發(fā)送正確量的控制流體通過(guò)控制流體供給管線50 (圖2B)到一定的 M-C 32的控制流體引入設(shè)備44A和/或44C (圖2A)。這些控制流體 引入設(shè)備將控制流體通過(guò)控制流體引入孔46輸送到這些M-C 32。
在HCRI過(guò)程100的PC-HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)預(yù)混合燃料RIS增加發(fā)動(dòng)機(jī)中，控制流體可能是液體或氣體，該液體或氣體可以用于按需 要來(lái)稀釋M-C的燃料濃度(相對(duì)于空氣濃度)。更多的稀釋降低了RI
種類生成率且更少的稀釋增加了 RI種類生成率。相反，在HCRI過(guò)程 100的DI-HCRI實(shí)施例和兩個(gè)DI燃料RIS增加中，控制流體最好是燃 料(或燃料的成分)。以這樣的控制流體，當(dāng)需要增加或降低RI種類 生成時(shí)，M-C的燃料濃度相應(yīng)地被強(qiáng)化或削弱。
基于對(duì)M-C RI種類生成過(guò)程的簡(jiǎn)要的化學(xué)動(dòng)力學(xué)描述，也可以描 述一般的M-C RI種類生成控制增加設(shè)備54的作用。 一般的M-C RI 種類生成控制增加設(shè)備54可以是能通過(guò)一些裝置增加或降低M-C RI 種類生成的化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的總體速率。特別地，這些M-C增加設(shè)備 54加快或減緩了反應(yīng)組
義 { F + OH_<=> Rf + H20〗
(其中F是較小的分子)(式(4))的總體反應(yīng)率，或加快或減 緩了其更復(fù)雜的等價(jià)物(當(dāng)F是較大的分子時(shí))與用于隨后將R/種類 (和其他子機(jī)制生成的種類)轉(zhuǎn)換為另外的RI種類和更多的OIT的子 機(jī)制。特別地，在RI種類生成機(jī)制內(nèi)包含的支配的放熱反應(yīng)
H202十M <=>OET + OIT + M (式(2))
的總體反應(yīng)率對(duì)于溫度且對(duì)于&02的濃度高度敏感。式(4)的 反應(yīng)的總體反應(yīng)率及其更復(fù)雜的等價(jià)物(對(duì)于較大的分子燃料成分) 對(duì)于溫度且對(duì)于OH—的濃度高度敏感。最后，用于將反應(yīng)組(式(4)) 的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為新的RI種類的支配的隨后反應(yīng)對(duì)于溫度和現(xiàn)有的RI種 類的濃度高度地敏感。
因此，能以受控的方式影響M-C的氣體的溫度和/或能以受控的方 式增加M-C內(nèi)的Off的濃度和/或任何RI種類的濃度的多種設(shè)備都在 被考慮為M-C RI種類生成控制增加設(shè)備54的設(shè)備中。例如， 一個(gè)完 全的化學(xué)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)示出，僅M-C壁的溫度的調(diào)節(jié)可用于控制在M-C 32內(nèi)生成的RI種類的量和控制在主室34內(nèi)的自燃時(shí)間(SAE論文 No. 2007-01-0047 [Blank],在此通過(guò)參考將其完整合并)。替代地，能改變M-C32的體積或能將
其他化學(xué)添加劑引入到M-C 32內(nèi)或能具有可幫助調(diào)節(jié)通過(guò)M-C 32生 成的RI種類的量的其他功能的設(shè)備也被考慮為M-C RI種類生成控制 增加設(shè)備54。這些M-C增加設(shè)備54可以單獨(dú)使用(或與控制流體引 入的合適的調(diào)節(jié)聯(lián)合使用)，以直接控制通過(guò)M-C 32生成的RI種類 的量。在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30的直接控制下，這些增加設(shè)備54(與 同步的控制流體引入一起或單獨(dú)地)用于調(diào)節(jié)在主動(dòng)控制的M-C32內(nèi) 的RI種類生成過(guò)程的速率。
在情況9， 145中，在一些點(diǎn)處(典型地在做功膨脹事件的"適當(dāng) 地在中期前"部分)發(fā)生了突然的管道42流動(dòng)反向(在前文中提及)。 一般地，這僅作為主室做功膨脹和在M-C內(nèi)的升高的溫度和壓力(由 于放熱RI種類生成過(guò)程)的結(jié)果發(fā)生。這些自然地相反的過(guò)程導(dǎo)致壓 力比反轉(zhuǎn)(使得M-C 32的壓力大于主室34的壓力)。緊靠此點(diǎn)后， 發(fā)展了高度湍流的質(zhì)量射流，從而將RI種類、未使用的燃料、未使用 的氧、焓、其他化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物等從M-C32攜帶出且攜帶到主室34內(nèi)， 它們與主室34熱流體連通。取決于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例和M-C 32的 物理位置，雖然此傳遞典型地到其中發(fā)生了點(diǎn)燃和燃燒的相同的主室 內(nèi)，但在一些內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中也可以是另外的主室34。在這樣的情況中， 流動(dòng)反向可能替代地由于在M-C管道42將連通轉(zhuǎn)移到其他主室34時(shí) 的壓力下降導(dǎo)致。在任一情況中，在此之后且因?yàn)榭焖俚臑鬟f，受 影響的M-C32內(nèi)的壓力開(kāi)始更快速地下降。在"中期前"做功膨脹期 間的此壓力下降導(dǎo)致這些M-C 32的溫度下降。在受影響的M-C 32內(nèi) 的大量基種類隨后達(dá)到凍結(jié)(或接近凍結(jié))平衡的狀態(tài)。
雖然在做功膨脹事件的部分的"合適地在中期到后期前"存在主 室34內(nèi)的伴隨有主室壓力下降的快速溫度下降，但主室34內(nèi)的溫度 仍對(duì)于主室RI種類活動(dòng)足夠高。雖然在主室內(nèi)的OIT濃度也隨溫度降 低，但在做功膨脹過(guò)程的"中期到后期"部分期間，其濃度保持恒定。 因此，因?yàn)樵谑?32和34)之間的壓力差，所以未消耗的M-C燃料和氧與大量的微室RI種類等一起從那些M-C 32傳遞到主室34內(nèi)，它們
是通過(guò)高速的高度湍流射流的排放質(zhì)量。這些量因此直接排放到主室
34的嚴(yán)重地含有OH—的氣體內(nèi)，且迅速地混合。此情況導(dǎo)致循環(huán)的第 二 OH— RI種類導(dǎo)致(驅(qū)動(dòng))的RI種類生成過(guò)程，從而產(chǎn)生新的主室 RI種類。此過(guò)程持續(xù)通過(guò)(且經(jīng)常超過(guò))排氣事件的吹下部分。因此， 對(duì)于在隨后的循環(huán)(多個(gè)循環(huán))中的基點(diǎn)燃所需的RI種類的供給也落 在主室34內(nèi)發(fā)生的兩個(gè)自燃后過(guò)程上。
第一自燃后過(guò)程是RI種類保持。典型地，(在做功行程和吹下期 間)存在于MC-32內(nèi)的很多RI種類(特別是CH3HCO和CH20，取決 于燃料)當(dāng)它們排出到主室34內(nèi)時(shí)未被消耗，而是被保持且用作用于 第二過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力的部分。然而，因?yàn)樽畛醯母邷囟?當(dāng)主室氣體的 狀態(tài)仍在圖3的點(diǎn)燃區(qū)域的"B"區(qū)中時(shí))，典型地，排放的M-C RI 種類的部分(包括H02的一些和&02的更多)在適當(dāng)?shù)卦谥衅诘酵砥?做功膨脹流動(dòng)反向前的時(shí)間和主室氣體從"點(diǎn)燃區(qū)域"的"B"區(qū)回到 "緩慢燃燒區(qū)域"的"A"區(qū)的過(guò)渡之間失去(消耗)。
(自燃后過(guò)程的)第二過(guò)程是主室RI種類生成。這在主室內(nèi)的氣 體的狀態(tài)過(guò)渡回到"A"區(qū)(見(jiàn)圖3)期間的某時(shí)開(kāi)始，從而主要地 導(dǎo)致11202，但也導(dǎo)致更多的HCV (最初)，和更多的其他的RI種類。 此生成過(guò)程被供給燃料且通過(guò)來(lái)自M-C 32的相對(duì)高量的燃料和RI種 類和仍存在于主室34內(nèi)的充分地高的OIT濃度驅(qū)動(dòng)。 一般地，此生成 過(guò)程在兩個(gè)階段中發(fā)生，每個(gè)階段帶有其自身的獨(dú)特的子機(jī)制。第一 階段子機(jī)制在過(guò)渡到"A"區(qū)期間開(kāi)始，且持續(xù)直至主室吹下的開(kāi)始。 第二階段在主室吹下開(kāi)始后開(kāi)始且持續(xù)一段時(shí)間。
在此相對(duì)地高的OIT環(huán)境中，對(duì)于作為F的氫分子或較小分子的 乙醇或較小分子的碳?xì)浠衔?，貫穿在主?4RI種類生成過(guò)程的兩個(gè) 階段中的支配的一般反應(yīng)再次是(如在M-CRI種類生成過(guò)程中)反應(yīng) 組〉，{ F + OH- <=> Rf + H20)
(式(4))。
雖然用于主室34內(nèi)的OH-燃料降低的支配機(jī)制對(duì)于作為F的較大 的碳?xì)浠衔锘蜉^大的乙醇的分子變得更復(fù)雜，但相同的原理是適用 的。然而，用于隨后將R/種類(和其他子機(jī)制生成的種類)轉(zhuǎn)換為RI 種類的子機(jī)制典型地與M-CRI種類生成過(guò)程的子機(jī)制不同。同樣，用 于將R/種類(且其他子機(jī)制生成的種類)轉(zhuǎn)換為RI種類的子機(jī)制一般 地對(duì)于兩個(gè)主室階段不同。這些子機(jī)制中的不同主要是由于在各階段 期間在主室34內(nèi)存在的溫度值的不同導(dǎo)致的。
除在HCRI過(guò)程100的所有完全的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)生外，當(dāng)RIS 增加的程度高于有意義的閾值時(shí)，此一般化的主室RI種類生成過(guò)程以 及HCRI過(guò)程100的所有RIS增加的實(shí)施例出現(xiàn)。且雖然此一般化的描 述基于引入到主室34和M-C 32內(nèi)的相同的燃料成分(如果燃料成分 實(shí)際上是用于主動(dòng)控制的M-C的控制流體時(shí))，但在雙燃料或多燃料 引入運(yùn)行中，這也可以對(duì)于引入的每個(gè)燃料成分成立。在多燃料成分 情況中，(在做功膨脹和噴下期間)排出的M-C燃料成分中的一些在 任何情況中比在主壓縮事件期間保留在M-C 32內(nèi)的主室燃料成分更 早。此外，如果所有燃料成分與OH-的反應(yīng)性相容，則對(duì)于每個(gè)成分的 的支配反應(yīng)具有相同的形式(當(dāng)然帶有其自己的F、 R,和其他種類)。 然而，在其中燃料成分與Off的反應(yīng)性不類似的運(yùn)行中，最初至少一般 反應(yīng)子機(jī)制將典型地符合其與OH—的反應(yīng)性是支配的燃料成分。
在排氣過(guò)程中的一些點(diǎn)期間，仍保留在主室34內(nèi)的主室RI種類 也將典型地進(jìn)入到凍結(jié)(或接近凍結(jié))平衡的狀態(tài)。隨后，循環(huán)重復(fù)， 以情況l， 105開(kāi)始。對(duì)于其固有的一般設(shè)計(jì)特征，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的運(yùn)行地實(shí)現(xiàn)HCRI 過(guò)程100的能力和其他實(shí)施例在如在圖2B中示意性地描繪的典型的發(fā) 動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30上預(yù)測(cè)。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30有助于實(shí)現(xiàn) HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例，以使用和實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程100 的多種實(shí)施例，包括完全HCRI實(shí)施例和RIS增加的實(shí)施例。
在后文中理解的是一般的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)30能具有HCRI發(fā)動(dòng)機(jī) 200所需的這些功能，這些功能在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)中描繪。 除這些在現(xiàn)有技術(shù)中描繪的功能外， 一般的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)30能調(diào)節(jié) 小量的RI種類生成控制流體在相關(guān)的主動(dòng)控制M-C 32內(nèi)的放置，以 用于控制M-C RI種類生成過(guò)程(直接地)和主室RI種類生成過(guò)程(間 接地)的目的，以又實(shí)現(xiàn)在主室34內(nèi)的燃燒的受控的RI種類增強(qiáng)。 對(duì)于精確地相同的目的(控制目的)， 一般發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)30也能調(diào) 節(jié)一般M-CRI種類生成控制增加設(shè)備54。最后， 一般發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 30能控制其他RI種類生成控制增加設(shè)備64和70和/或點(diǎn)火正時(shí)增加 設(shè)備56，該設(shè)備56可以應(yīng)用于相同的目的(控制目的)。雖然此一般 的控制系統(tǒng)30可以利用傳感器指導(dǎo)的邏輯和/或燃燒歷史輔助管理子 系統(tǒng)，但幫助燃燒控制的RI種類的使用將典型地減輕其所需的總體復(fù) 雜性(與本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域的一些最新常規(guī)控制系統(tǒng)相比)。
HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200包括多個(gè)另外的一般設(shè)計(jì)特征，這些特征對(duì)于其 運(yùn)行地使用和實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程100的能力是固有的。這些特征是特別重 要的，其有助于確定M-C32的化學(xué)成分和生產(chǎn)能力。例如，在這些次 級(jí)室內(nèi)產(chǎn)生的化學(xué)成分通過(guò)影響了 M-C 32的水力填充率和排空率的參 數(shù)而部分地確定。M-C32的體積和導(dǎo)管42的高度(或有效直徑)、長(zhǎng) 度、位置和構(gòu)造在設(shè)定這些率中是支配的參數(shù)。
關(guān)于M-C體積，當(dāng)在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸內(nèi)的可 移動(dòng)的動(dòng)力生成部件40處于給定的主燃燒室34的上止點(diǎn)("TDC") 位置時(shí)，與給定主室34連通的所有M-C 32的組合體積與給定的主室34可以具有的最小體積的比將是一般地在(但不限制于)0.01和0.25 之間比1.0的值。因此， 一般地-
0'0"iXU 0,25:1， (5)
其中^6-c是氣缸內(nèi)的與所述的主燃燒室連通的第i個(gè)微室的體
積，N是氣缸內(nèi)與所述的主燃燒室連通的微室的總數(shù)，^d是給定的 主燃燒室34在其燃燒循環(huán)期間可以具有的最小體積，且符號(hào)""表示 "比"。給定的主室34可以具有的最小體積是在可移動(dòng)做功動(dòng)力產(chǎn)生 部件40處于TDC位置時(shí)的體積。在此體積比(0.01:1至0.25:1)的范 圍內(nèi)的寬度部分地由于燃料的多樣性且部分地由于對(duì)于燃料通過(guò)RI種 類的自燃所需壓縮比(CR)的伴隨的寬范圍導(dǎo)致的。M-C32的每個(gè)在 單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸內(nèi)的體積不需要相同。另外，為控制目的，M-C 32的一些或全部的體積可以通過(guò)使用一般的M-C RI種類生成控制增 加設(shè)備54中的一個(gè)的實(shí)施例在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的運(yùn)行期間被降低(或 擴(kuò)大)，因此降低(或增加)比(且改變M-C的幾何形狀)。
管道42自身可以是通風(fēng)口、 ？L、通道、槽、充分地多孔的網(wǎng)、膜 等。取決于燃料，這些管道42的尺寸、構(gòu)造和位置的選擇可以具有不 同的考慮。管道典型地設(shè)計(jì)為使得來(lái)自主室34的燃燒火焰在可以延伸 到M-C32內(nèi)之前熄滅。且對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行條件，這些微室到主 室的連接管道42最好地設(shè)計(jì)為使得在較高的壓力下，可壓縮氣體通過(guò) 它們的流入流動(dòng)和流出流動(dòng)(通向和來(lái)自M-C32)被節(jié)流(但不必需 地被節(jié)流)。典型地優(yōu)選的是在M-C 32內(nèi)的壓力條件滯后于主室34 的壓力條件(如在SAE論文No. 2007-01-0047 [Blank]中示出)。也典 型的是最好使得管道42內(nèi)的流動(dòng)不被阻塞，但在某些物理構(gòu)造中它們 可以被阻塞一段時(shí)間。完全DI HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)的例子在SAE論文No. 2007-01-1254 (Blank)中描述，在該完全DI HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)中存在阻塞管 道流動(dòng)的所需時(shí)間，該論文通過(guò)參考完整合并。
另外，管道42的布置和每個(gè)M-C 32的管道42的數(shù)量是重要的因素(SAE論文No. 2007-01-0013 [Blank])。這些管道相對(duì)于M-C 32 的傾斜影響成分在M-C 32內(nèi)的湍流混合率。類似地，管道42的定位 也經(jīng)常在對(duì)準(zhǔn)偶然離開(kāi)的流出質(zhì)量射流時(shí)被判定。這是因?yàn)镸-C32的 第二重要的功能是對(duì)于主室混合生成大量的附加的湍流。在此點(diǎn)上， 質(zhì)量射流通常最佳地被管道42對(duì)準(zhǔn)到主室34內(nèi)的最優(yōu)位置，以有助 于最大化由此質(zhì)量射流生成的湍流的效果。
如上文中在圖l的情況l, 105中的HCRI過(guò)程100的描述中參考 的，循環(huán)氣體在RI種類增加中的作用可能是非常重要的。如果存在某 個(gè)百分比的排氣通過(guò)一般的排氣再循環(huán)設(shè)備(系統(tǒng))62的回到主室34 的循環(huán)(內(nèi)部地或外部地)，則一般地，相同百分比的或某個(gè)成比例 的百分比的排放的RI種類可被回收(取決于在循環(huán)時(shí)對(duì)這些氣體的處 理)。這符合來(lái)自相對(duì)地較低溫度的排氣和它們中的RI種類的一些可 能也進(jìn)入凍結(jié)平衡或接近凍結(jié)平衡的事實(shí)。
也關(guān)于排氣68，排氣RI種類生成控制增加設(shè)備64可以沿排氣再 循環(huán)設(shè)備62或在排氣再循環(huán)設(shè)備62內(nèi)被定位，以幫助控制/增加對(duì)于 未來(lái)的循環(huán)可利用的RI種類。排氣RI種類生成控制增加設(shè)備64的最 典型的功能包括穩(wěn)定和/或增加/降低在循環(huán)的排氣(68或68')內(nèi)的RI 種類濃度。當(dāng)無(wú)主動(dòng)控制M-C32被使用時(shí)，RI種類生成控制增加設(shè)備 64可以用于起到更主要的作用。因此，可以將一般的排氣再循環(huán)設(shè)備 (系統(tǒng))62與其增加設(shè)備64 —起使用，且在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30 的直接調(diào)節(jié)下使用，以幫助控制對(duì)于未來(lái)循環(huán)的主室34的燃燒事件可 利用的RI種類的量。
增加設(shè)備64的穩(wěn)定功能的例子在聯(lián)合的SAE論文No. 2007-01-1887和JSAE論文No. 20077212 (Blank)中給出，在此通過(guò)參 考將其完整合并。這些參考文獻(xiàn)的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)使排氣通過(guò)換熱器設(shè)備 (用作排氣RI種類生成控制增加設(shè)備64的例子)。這將返回的排氣 冷卻到進(jìn)氣66的溫度，以保證在返回的排氣68'和進(jìn)氣66的混合期間無(wú)反應(yīng)活動(dòng)。此參考文獻(xiàn)也論證了 (通過(guò)設(shè)備62)對(duì)這些再循環(huán)排氣
的RI種類返回部分的調(diào)節(jié)可以單獨(dú)地用于控制HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的四 沖程往復(fù)式DI-HCRI實(shí)施例的主室34內(nèi)的自燃的正時(shí)。
排氣再循環(huán)設(shè)備62的這些特征進(jìn)一步通過(guò)完全的化學(xué)動(dòng)力學(xué)仿真 論證示出，該論證在SAE論文No. 2007-01-0135 (Blank)中給出，在此 通過(guò)參考將其合并。在此參考中，排氣68 (從循環(huán)到循環(huán))的內(nèi)部保 持通過(guò)根據(jù)被維持的排氣壓力來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)氣66的升高壓力來(lái)控制。在此 參考中，示出了為何通過(guò)進(jìn)氣升高壓力的調(diào)節(jié)的排氣(且因此在主室 34內(nèi)保持的RI種類)的內(nèi)部保持的控制可以單獨(dú)地用于控制HCRI發(fā) 動(dòng)機(jī)200的二沖程往復(fù)式DI-HCRI實(shí)施例的自燃的正時(shí)。替代地，通 過(guò)運(yùn)行地管理進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備58和排氣離開(kāi)設(shè)備60可以獲得類似的結(jié) 果。例如，可以運(yùn)行地管理影響了這些設(shè)備(58和60)的流動(dòng)形式和 流速的幾何形狀和其他因素。
排氣內(nèi)的RI種類和廢熱也可以用于增加設(shè)備64內(nèi)以生成另外的 RI種類和/或用于包括在進(jìn)氣66內(nèi)的其他種類。因?yàn)镽I種類的相對(duì)地 高的濃度在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)的排氣中已存在，所以用于增加RI種 類濃度的一個(gè)示例方式是簡(jiǎn)單地將另外的燃料引入到排氣內(nèi)。取決于 運(yùn)行中的溫度，這將導(dǎo)致與在圖1的情況6， 130中的一般的主室預(yù)自 燃過(guò)程(以H(V和/或OH-驅(qū)動(dòng)的燃料分解開(kāi)始)中發(fā)現(xiàn)的反應(yīng)子機(jī)制 次序類似的一般反應(yīng)子機(jī)制次序。替代地，另一個(gè)方式是將含氧的空 氣噴射到再循環(huán)排氣內(nèi)以氧化(且因此消耗)排氣RI種類含量的一些 部分。此增加設(shè)備64的功能也可以包括添加其他化學(xué)種類(包括燃料 添加劑)到再循環(huán)排氣(68或68')中。為此目的，RI種類傳感器設(shè)備 (它們是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30的部分)可以合并到這些增加設(shè)備64 以幫助調(diào)節(jié)它們的功能。
另外，存在用于在圖2A至圖2B中示出的多個(gè)一般的進(jìn)氣RI種 類生成控制增加設(shè)備70的原理。此增加設(shè)備70可以位于再循環(huán)排氣68或68'到進(jìn)氣66的返回前和/或后。這樣的設(shè)備70可以使用與循環(huán) 的排氣(68或68') —起返回的RI種類以增加外部過(guò)程(發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒 氣缸的外部)，該外部過(guò)程產(chǎn)生了另外的RI種類和/或用于到新的進(jìn)氣 66的添加的其他的種類。這樣的設(shè)備70經(jīng)常使用進(jìn)氣66以幫助實(shí)現(xiàn) 這些增加。除與能執(zhí)行排氣RI種類生成控制增加設(shè)備64的設(shè)備類似 或相同的設(shè)備外， 一般的進(jìn)氣RI種類生成控制增加設(shè)備70的例子是 微波設(shè)備，燃料重整設(shè)備，LAG類型的設(shè)備等。替代地， 一般的進(jìn)氣 RI種類生成控制增加設(shè)備70可以用于降低進(jìn)入到主室34內(nèi)的RI種類 的量。為此目的，在這些增加設(shè)備70中可以包括RI種類傳感器設(shè)備， 以幫助調(diào)節(jié)它們的功能—。在預(yù)混合燃料情況中，這些增加設(shè)備可以在 進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備58內(nèi)放置在燃料引入設(shè)備44D前和/或后。這樣的進(jìn)氣 RI種類生成控制增加設(shè)備70如果使用則通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30 的一部分調(diào)節(jié)。
對(duì)于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的可運(yùn)行地能夠?qū)崿F(xiàn)HCRI過(guò)程100和其他 實(shí)施例的能力，存在其他的固有的一般設(shè)計(jì)特征。 一個(gè)設(shè)計(jì)特征是在 大多數(shù)情形中，在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的DI HCRI內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，燃料 經(jīng)常最好地引入到主室34 (通過(guò)引入設(shè)備44A和44B)，其引入方向 是離開(kāi)安裝在殼體外周上的M-C導(dǎo)管42的方向。這選擇地以如下方式 進(jìn)行，即噴射的噴霧被從引向任何M-C的流動(dòng)引導(dǎo)開(kāi)。原理是避免在 將進(jìn)氣66攜帶到這些M-C 32的壓力驅(qū)動(dòng)的射流中直接攜帶DI燃料流 (且甚至避免攜帶到可能通向這些射流的內(nèi)部流動(dòng)流中)。如果M-C 32 的一個(gè)或多個(gè)位于可移動(dòng)的做功動(dòng)力生成設(shè)備40內(nèi)，則這也成立(到 可能的程度)。這使得這樣的M-C 32能作為被動(dòng)控制的M-C 32起作 用。 一般地，被動(dòng)控制的M-C 32不包含用于調(diào)節(jié)RI種類生成的內(nèi)部 或外部裝置。有時(shí)使用了被動(dòng)控制的M-C 32以從主動(dòng)控制的M-C 32 卸去一些負(fù)荷，且使得RI種類生成過(guò)程的總體控制更精確(同時(shí)也降 低了設(shè)計(jì)偏差)。當(dāng)希望這樣時(shí)，被動(dòng)控制的M-C32也可以安裝在側(cè) 面殼體外周38或頂部殼體外周36內(nèi)。最后，必須強(qiáng)調(diào)的是功能上M-C 32不用于輔助發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的
"當(dāng)前"的運(yùn)行循環(huán)的"當(dāng)前"的主室34的主室空氣燃料氣體進(jìn)氣內(nèi) 的點(diǎn)燃和燃燒。而是M-C 32用作一個(gè)循環(huán)內(nèi)的原始生成位置以產(chǎn)生 RI種類以用于"后期"燃燒循環(huán)內(nèi)的主室點(diǎn)燃和燃燒中的特殊使用。 因此，M-C32不是"預(yù)燃燒"室。
圖4A至圖4D共同地圖示了典型的旋轉(zhuǎn)HCRI內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(在后 文中稱為HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300)，它是HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的實(shí)施且實(shí)施了 HCRI過(guò)程100。 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300因此也能使用和實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程100 的兩個(gè)完全HCRI和四個(gè)RIS增加的實(shí)施例。圖2A和圖2B用于HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)200，且圖4A和圖4D用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300，它們具有共同的 特征。因此，為清晰起見(jiàn)，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300的共同特征的一些的描述 及其在圖4A至圖4D中的示意性描述被省略，且這些特征相對(duì)于HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)200的描述及其在圖2A至圖2B中的示意性描述依賴于提供對(duì) 于提供特征的充分的描述。雖然用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200和HCRI發(fā)動(dòng)機(jī) 300的術(shù)語(yǔ)一般地相同，但存在對(duì)于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300的數(shù)個(gè)差異。
例如，可移動(dòng)做功動(dòng)力產(chǎn)生部件40也稱為轉(zhuǎn)子86。在HCRI發(fā)動(dòng) 機(jī)300中，主室34是初級(jí)室，其包括由轉(zhuǎn)子86和"頂部"殼體外周 36的部分、"側(cè)面"殼體外周38和由"端部"殼體外周94與"分開(kāi)" 的殼體外周90或由分開(kāi)的殼體外周90中的兩個(gè)形成的空間(體積)。
從圖4A中可見(jiàn)，在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300中，轉(zhuǎn)子86造成了三個(gè)初 級(jí)室。取決于轉(zhuǎn)子86的位置，這些初級(jí)室可以具有三個(gè)不同的功能。 它們可以使用于進(jìn)氣室82、排氣室84和主燃燒室34的性能。當(dāng)這些 初級(jí)室中的任何室涉及主燃燒預(yù)點(diǎn)燃、主燃燒點(diǎn)燃或主燃燒后點(diǎn)燃化 學(xué)動(dòng)力學(xué)活動(dòng)時(shí)，它們被考慮為處于"燃燒位置"。進(jìn)一步地，當(dāng)任 何HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300的初級(jí)室處于燃燒位置時(shí)，它們被考慮為主室34 的一個(gè)。因此，在旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)中，術(shù)語(yǔ)"主室"34被理解為當(dāng)任何相 關(guān)的初級(jí)室處于"燃燒位置"時(shí)包括三個(gè)(或更多，如在準(zhǔn)渦輪(Quasiturbine)發(fā)動(dòng)機(jī)的例子中)單獨(dú)的初級(jí)室的一個(gè)或兩個(gè)(取決 于轉(zhuǎn)子位置)的功能上等價(jià)的部分。
在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300中，"頂部殼體外周"36被考慮為是發(fā)動(dòng)機(jī) 殼體外周的"徑向向外"(相對(duì)于軸88向外)的部分，當(dāng)轉(zhuǎn)子的三個(gè) 移動(dòng)側(cè)中的一個(gè)處于"TDC"(上止點(diǎn))位置(如在圖4A中示出的左 "轉(zhuǎn)子側(cè)")時(shí)該部分鄰近由轉(zhuǎn)子和殼體外周形成的體積。通過(guò)定義， 當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)和殼體外周的內(nèi)表面之間的體積處于其最小值時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)處于 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300中的TDC位置，且它有助于形成的初級(jí)室處于"燃 燒位置"的一個(gè)(與處于在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的相對(duì)的"象限"內(nèi)的組 合的排氣進(jìn)氣位置相對(duì))。因此，在圖4A和圖4B中，"側(cè)面殼體外 周"38被考慮為圍繞了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的"徑向向外"殼體外周的剩 余部分，該部分不考慮為頂部殼體外周36的部分。
轉(zhuǎn)子86的角向運(yùn)行考慮為沿逆時(shí)針?lè)较?。因此，在此圖的左上部 中描繪的M-C32在后文中考慮為"領(lǐng)先"的M-C32。位于圖4A中的 左下側(cè)處的安裝在外周上的M-C 32替代地被考慮為"滯后"的M-C 32。 應(yīng)注意的是圖4B和圖4C都描繪了用于多于一個(gè)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的示意 性信息。在圖4A中的滯后M-C 32描繪成在圖4B中示出的A-A平面 內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸內(nèi)，其中用于A-A平面(用于多于兩個(gè)的發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒氣缸)的M-C組件的細(xì)節(jié)在圖4C中示出。
進(jìn)氣66通過(guò)進(jìn)氣口 72從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管26進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸(這 些部件是進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備58的部分)，且排氣68通過(guò)排氣口 74離開(kāi)發(fā) 動(dòng)機(jī)氣缸到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管28內(nèi)(這些部件是排氣離開(kāi)設(shè)備60的部 分)。
HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300的每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸使用了一對(duì)領(lǐng)先的主動(dòng)控制 M-C32。這些對(duì)中的領(lǐng)先M-C 32中的每個(gè)是通過(guò)多流體或雙流體引入 設(shè)備44A供給的控制流體。同樣，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的單獨(dú)的滯后主動(dòng)控制M-C 32是通過(guò)單獨(dú)的RI種類生成控制流體引入設(shè)備44C(圖 4A)供給的控制流體。最后，安裝在轉(zhuǎn)子上的被動(dòng)控制M-C32的對(duì)嵌 入到轉(zhuǎn)子86的這些側(cè)的每個(gè)內(nèi)(如通過(guò)圖4A和圖4D的組合示出)。
雖然未示出，但主動(dòng)控制M-C的每個(gè)被考慮為具有一個(gè)或多個(gè)微 室RI種類生成控制增加設(shè)備54。 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300也考慮為具有(且 運(yùn)行地能使用)排氣再循環(huán)設(shè)備62 (帶有其排氣RI種類生成控制增加 設(shè)備64)和進(jìn)氣RI種類生成控制增加設(shè)備70。
將一般的進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備燃料引入設(shè)備44D包括到進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備58 (在此情況中直接進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管26)內(nèi)和將雙流體引入設(shè)備 44A包括到主室內(nèi)以分別用于預(yù)混合和DI燃料引入，和包括一個(gè)點(diǎn)火 正時(shí)增加設(shè)備56 —起使得HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300能使用且實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程 100的兩個(gè)完全HCRI和四個(gè)RIS增加實(shí)施例。在這些多種過(guò)程實(shí)施例 中的運(yùn)行通過(guò)電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)30被引導(dǎo)，該電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 30以適合于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況的方式調(diào)節(jié)多種燃料和控制流體引入器 (44A、 44C和44D)和多種RI種類生成控制增加設(shè)備(54、 64和70)、 排氣再循環(huán)設(shè)備62和點(diǎn)火正時(shí)增加設(shè)備56。
對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員容易地顯見(jiàn)的是典型的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300 (如在圖4A至圖4D中描繪)代表了一般化的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)示意性圖示， 且除提及到的這些之外，可以添加其他部件或可以移除或修改現(xiàn)有的 部件。另外，也能使用和實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程IOO的許多其他的旋轉(zhuǎn)HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)變體是可以的。
圖5A至圖5C共同圖示了典型的二沖程往復(fù)活塞式HCRI內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)(在后文中稱為HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400)，該發(fā)動(dòng)機(jī)是HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200 的實(shí)施且可以使用和實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程100。 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400因此也能 是HCRI過(guò)程100的兩個(gè)完全的HCRI和四個(gè)RIS增加實(shí)施例。用于 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的圖2A至圖2B和用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400的5A至圖5C具有共同的特征。因此，為清晰起見(jiàn)，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400的共同特 征的一些的描述及其在圖5A至圖5C中的示意性描述被省略，且依賴 于相對(duì)于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的這些特征的描述及其在圖2A至圖2B中 的示意性描繪提供對(duì)共同特征的充分描述。雖然用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200 和HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400的術(shù)語(yǔ)一般是相同的，但存在對(duì)于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī) 400的數(shù)個(gè)差異。
例如，在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400中，可移動(dòng)做功動(dòng)力產(chǎn)生部件40也稱 為活塞76。當(dāng)主室34的體積處于其最小值時(shí)活塞76處于HCRI發(fā)動(dòng) 機(jī)400內(nèi)的"TDC"位置。雖然此特定的術(shù)語(yǔ)不用于圖5A的描述中， 但在此二沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例中的頂部殼體外周36也可以稱 為"氣缸蓋"且側(cè)面殼體外周38也可以稱為"氣缸套"。在典型的 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400中的頂部殼體外周36是殼體外周的盤形部分。此盤 形部分跨過(guò)了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的上部分。它從大致對(duì)應(yīng)于點(diǎn)火正時(shí)增 加設(shè)備56的底部的軸向位置蓋住了氣缸。側(cè)面殼體外周38是開(kāi)始正 在此軸向位置下方的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的殼體外周的部分。
在圖5B中示出了頂部外周36的俯視圖。此視圖通過(guò)將圖5A中 示出的部分E-E連接的軸線。如通過(guò)圖5B可見(jiàn)，相同的雙流體噴射器 44A將控制流體供給到八個(gè)主動(dòng)控制的M-C 32中。而這些M-C的四 個(gè)具有與另外四個(gè)不同的幾何形狀，它們都具有(但不必須地具有) 與在SAE論文No. 2007-01-0135 (Blank)中以此實(shí)施例進(jìn)行的仿真試驗(yàn) 中相同的體積。此圖是功能示意圖，不是詳細(xì)的或按比例的描繪。
圖5C是當(dāng)活塞接近其BCD ("下止點(diǎn)")位置時(shí)此發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn) 單的進(jìn)氣口72、排氣口 74和活塞76頂部設(shè)備的徑向截面示意圖。這 再次是功能性的"底視圖"表示，不是精確的徑向截面。類似于HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)300，在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400中進(jìn)氣66通過(guò)進(jìn)氣口 72從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn) 氣歧管26的部分(這些部件是進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備58的部分)進(jìn)入，且排 氣68通過(guò)排氣口 74離開(kāi)到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管28內(nèi)(這些部件是排氣離開(kāi)設(shè)備60的部分)。也類似于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300的是燃料通過(guò)進(jìn)氣進(jìn) 入設(shè)備燃料引入設(shè)備44D直接引入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管26內(nèi)。帶有兩層 活塞表面(圖5A和圖5C)的進(jìn)氣口 72和排氣口 74布置的HCRI發(fā) 動(dòng)機(jī)400的優(yōu)點(diǎn)是生成了高度對(duì)稱的內(nèi)部流動(dòng)形式，這有助于避免離 開(kāi)的排氣68與進(jìn)來(lái)的進(jìn)氣66在進(jìn)氣-排氣事件期間的過(guò)度混合(如在 SAE論文No. 2007-01-0135 [Blank]中的一些細(xì)節(jié)中描述的)。
如在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200中，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400可以構(gòu)造為帶有多種 RI種類生成控制增加設(shè)備(54、 64和70)且假定包括排氣再循環(huán)設(shè)備 62。排氣再循環(huán)設(shè)備62的可應(yīng)用于此實(shí)施例的一個(gè)例子在SAE論文 No. 2007- 01-0135 (Blank)中給出。也假定有這些設(shè)備和多種燃料和控 制流體引入器(44A、 44C和44D)和點(diǎn)火正時(shí)增加設(shè)備56的電子發(fā) 動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)30。通過(guò)控制系統(tǒng)30的調(diào)節(jié)具有適合于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400 的運(yùn)行狀況的方式。因此，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400可以使用和實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò) 程100的兩個(gè)完全的HCRI和四個(gè)RIS增加實(shí)施例。
本領(lǐng)域一般技術(shù)人員容易地顯見(jiàn)的是在圖5A至圖5C中描繪的典 型的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400表示了一般化的二沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的示意 性圖示，且除己提及的那些之外，其他部件可以添加或現(xiàn)有的部件可 以移除或修改。另外，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400的能使用和實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程100 的許多其他二沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例是可以的。
圖6A至圖6D共同圖示了典型的四沖程往復(fù)活塞式HCRI內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)(在后文中稱為HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500)，它是HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的實(shí) 施例且使用了 HCRI過(guò)程100。 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500因此也能是HCRI過(guò) 程100的兩個(gè)完全的HCRI和四個(gè)RIS增加實(shí)施例。用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī) 200的圖2A至圖2B和用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500的圖6A至圖6D具有共 同的特征。因此，為清晰起見(jiàn)，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500的共同特征的一些的 描述及其在圖6A至圖6D中的示意性描繪被省略，且依賴于這些特征 參考HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的描述及其在圖2A至圖2B中的示意性描繪來(lái)提供省略的共同特征的充分描述。雖然用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200和HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)500的術(shù)語(yǔ)一般地相同，但存在用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500的數(shù)個(gè)改 進(jìn)。
例如，類似于在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400中，在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500中可移 動(dòng)做功動(dòng)力產(chǎn)生部件40也成為活塞76，其中當(dāng)主室34的體積為其最 小值時(shí)活塞76處于"TDC"位置。也類似于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400，在此 四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例中的頂部殼體外周36也可以稱為"氣 缸蓋"且側(cè)面殼體外周38也可以稱為"氣缸套"。在典型的HCRI發(fā) 動(dòng)機(jī)500中的頂部殼體外周36是跨過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的上部部分的殼 體外周的盤形部分。它從對(duì)應(yīng)于示出在圖6A和圖6B的每個(gè)中的主室 34內(nèi)的兩個(gè)90度軸向平面角部的軸向位置蓋住了氣缸(剛好略微在示 例的"內(nèi)部帶碗的活塞"形的活塞76的行程最高可能點(diǎn)的上方)。側(cè) 面殼體外周38是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的殼體外周的開(kāi)始正在這些軸向位置 下方的部分。
描繪了 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500的兩個(gè)軸向截面視圖。圖6A是通過(guò)線 D'-D的軸向截面，它強(qiáng)調(diào)了安裝在頂部殼體外周上的主動(dòng)控制M-C 32 的定位。圖6B是通過(guò)包含了平面的線J-J和K-K的軸向截面。此圖強(qiáng) 調(diào)了進(jìn)氣門78和排氣門80的定位。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管26的進(jìn)氣66 可以通過(guò)進(jìn)氣門78進(jìn)入主室34且來(lái)自主室的排氣68可以通過(guò)排氣門 80離開(kāi)到排氣歧管28。在圖6B中也示出了包括了一般的進(jìn)氣進(jìn)入設(shè) 備燃料引入設(shè)備44D以將燃料直接引入到(進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備58的)發(fā)動(dòng) 機(jī)進(jìn)氣歧管26。
也具有兩個(gè)徑向截面視圖。第一視圖是圖6C，其是頂部外周36 的俯視圖。此視圖的平面通過(guò)(圖6A的)線D-D和(圖6B的)線J-J。 如通過(guò)圖6B可見(jiàn)，相同的雙流體噴射器44A將控制流體供給到四個(gè)主 動(dòng)控制M-C32。如圖6A和圖6B，此圖(圖6C)是功能性示意圖，不 是詳細(xì)的或按比例的描繪。第二視圖是圖6D，圖6D是此發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單的活塞76布置的示意圖，此時(shí)該活塞接近其BCD (下止點(diǎn))位置。 這又是功能性"俯視圖"表示，不是精確的徑向截面。
HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500是另一個(gè)例子，其中被動(dòng)控制的M-C 32安裝在 可移動(dòng)做功動(dòng)力產(chǎn)生部件40內(nèi)。通過(guò)將圖6B和圖6D對(duì)比，這些被動(dòng) 室的布置是清楚可見(jiàn)的。從圖6D可理解的是，四個(gè)被動(dòng)M-C32對(duì)稱 地布置在活塞76的碗的中心部分內(nèi)。雖然它們的功能非常不同，但這 些安裝在活塞上的被動(dòng)M-C 32的定位非常類似于在SAE論文No. 952359 (Reitz等)中的"空氣室"的最優(yōu)定位。在此早期工作中，到空 氣室的進(jìn)入/離開(kāi)管道構(gòu)造為具有非常大的直徑，使得在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)無(wú)基 種類生成。SAE論文No. 2007-01-0013 (Blank)強(qiáng)調(diào)了 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500 的通過(guò)使用特殊的氣門行進(jìn)方案而使用氣門動(dòng)作和另外的氣門動(dòng)作以 幫助將RI種類在M-C 32和主室34之間傳遞的能力。
如在典型的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200中，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500可以構(gòu)造為帶 有多種RI種類生成控制增加設(shè)備(54、 64和70)和排氣再循環(huán)設(shè)備 62。使用微室RI種類生成控制增加設(shè)備54以用于單獨(dú)控制在非常類 似于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500的四沖程HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例內(nèi)的燃燒的正時(shí)的 例子在SAE論文No. 2007-01-0047 [Blank]中給出。也適用于組合地且 協(xié)調(diào)地使用排氣再循環(huán)設(shè)備62和排氣RI種類生成控制增加設(shè)備64的 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500的例子在聯(lián)合的SAE論文No. 2007-01-1887和JSAE 論文No. 20077212 (Blank)中給出。電子內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)30調(diào)節(jié)了 這些設(shè)備和多種燃料和控制流體引入器(44A、 44C和44D)和點(diǎn)火正 時(shí)增加設(shè)備56。通過(guò)控制系統(tǒng)30的此調(diào)節(jié)具有適合于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500 的運(yùn)行狀況范圍的合適的形式。HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500可以使用和實(shí)現(xiàn)HCRI 過(guò)程100的兩個(gè)完全的HCRI和四個(gè)RIS增加實(shí)施例。
本領(lǐng)域一般技術(shù)人員容易地顯而易見(jiàn)的是在圖6A至圖6D中描繪 的典型的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500表示了一般化的四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的 示意性圖示，且除以上所提及的之外，其他部件可以添加或現(xiàn)有的部件可以移除或修改。另外，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500的能實(shí)現(xiàn)和使用HCRI過(guò) 程100的許多其他四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例是可以 的。
在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的這三個(gè)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例中的HCRI過(guò)程 IOO的完全的DI HCRI過(guò)程實(shí)施例示出了在HCRI過(guò)程的部分期間在略 微在圖1的情況2， 110之前和略微在情況8， 140之后之間的普遍的 類似的壓力和溫度趨勢(shì)。燃燒的這兩個(gè)性質(zhì)的示例曲線在圖7A和圖 7B中給出以用于在SAE論文No. 2007-01-0623 (Blank)中研究的四沖 程往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的主室32和主動(dòng)控制的微室34。發(fā)動(dòng)機(jī)類似于 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500，不同在于它不具有活塞76內(nèi)的被動(dòng)控制M-C 32。 重要的是從圖7A中注意到主室34和M-C 32內(nèi)的壓力在TDC (0度 CA)后快速的下降。這指示了僅壓縮未提供了幾乎足夠的熱以使主室 氣體自燃。因此，如果在TDC后不發(fā)生實(shí)現(xiàn)OH-RI種類的放熱預(yù)點(diǎn)燃 活動(dòng)(如對(duì)于圖1的情況7， 135在以上所述)，則當(dāng)然將導(dǎo)致點(diǎn)火不 良。然而，圖7B示出了在此期間盡管壓力的下降(在室34和32內(nèi))， 但在主室34內(nèi)由于此預(yù)點(diǎn)燃活動(dòng)而溫度升高。因此，在TDC后11度 CA處發(fā)生了穩(wěn)定的自燃。
在一般的和簡(jiǎn)單的情況中，對(duì)于給定的燃料，用于均質(zhì)燃燒自燃 的標(biāo)準(zhǔn)可以考慮為取決于五個(gè)因素的組合
為理解相關(guān)地解釋，此一般標(biāo)準(zhǔn)意味著將發(fā)生均質(zhì)燃燒自燃的情
形(AIHC,mt)大致上基于對(duì)如下關(guān)鍵因素的加權(quán)合并(非和)空氣 進(jìn)氣一燃料混合物的溫度(Tmix)、混合物的空燃比(A/F t)、在空氣 進(jìn)氣一燃料混合物中的選擇的RI種類的初始(即在壓縮期間在RI種 類預(yù)自燃活動(dòng)開(kāi)始前的點(diǎn))的組合濃度(Re。ne)、空氣進(jìn)氣一燃料混合 物(在全局/室水平)中的混合程度(Dmix)和在燃料充分混合后的反應(yīng)性RI種類與燃料的駐留時(shí)間(Rres) 。 Teff是根據(jù)對(duì)于主室混合物的 給定的燃料和A/Fw的"有效"進(jìn)氣CR的溫度。取決于燃料、A/Frat 和進(jìn)氣的入口條件等，Teff又基于"有效"進(jìn)氣CR。因此，Teff對(duì)應(yīng)于
對(duì)于通過(guò)CI單獨(dú)的自燃的給定的燃料和A/F^所需的溫度。A/F^越稀 薄，則確保均質(zhì)自燃發(fā)生而所需—Teff越高。如果此一般標(biāo)準(zhǔn)在循環(huán)期間 不滿足(且通常通過(guò)在TDC后不長(zhǎng)的時(shí)間)則發(fā)生點(diǎn)火不良。在此簡(jiǎn) 化的解釋中忽略了多個(gè)其他因素。
在完全PCCI (且因此不使用任何來(lái)自前一個(gè)循環(huán)的RI種類)中， 自燃的公式簡(jiǎn)單地為AIHC，edt=a*Tmix/Teff。通過(guò)項(xiàng)的確定，對(duì)于給定的
空燃比A/Frat和燃料，當(dāng)T畫/Teff接近1.0時(shí)對(duì)于PCCI將發(fā)生自燃。
因此，對(duì)于此情況，當(dāng)AlHc,m產(chǎn)a時(shí)達(dá)到用于自燃的標(biāo)準(zhǔn)。
完全的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)的 一 般的區(qū)別在HCRI過(guò)程100的完全HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)和RIS增加發(fā)動(dòng)機(jī)之間的主要差異是RI種類的使用程度。如在 圖1中圖示的且如通過(guò)HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200 (圖2A至圖2B)實(shí)施的用于 基點(diǎn)燃的熱流體化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的一般化的過(guò)程實(shí)施例(HCRI過(guò)程 100)已經(jīng)在前文中以認(rèn)識(shí)中的完全的HCRI實(shí)施例和RIS增加的實(shí)施 例被限定和描述。因此，雖然此先前的論述更趨向于完全的HCRI發(fā)動(dòng) 機(jī)情況，但不唯獨(dú)此情況。而且，因?yàn)槠浒ㄐ?，此先前的論述給出 了對(duì)于兩個(gè)HCRI子情況自身的區(qū)別的有限關(guān)注。
雖然HCRI過(guò)程100的一般的完全HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用歧管(或 化油器)燃料引入、直接燃料引入或二者的組合，但是僅帶有燃料DI 的實(shí)施例提供了更好的總效率。而且，DI燃料完全HCRI子情況的HCRI 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)比預(yù)混合燃料完全HCRI子情況略微更好 的SOC控制。然而，在完全HCRI的兩個(gè)子情況中，RI種類的合適的 最大使用被用于預(yù)導(dǎo)致自燃和導(dǎo)致自燃。因此，如在常規(guī)的PCCI內(nèi)一 樣，在完全HCRI過(guò)程實(shí)施例中的燃燒是均質(zhì)的。這與在SI燃燒(帶 有其火焰鋒面燃燒)和DI CI燃燒(帶有其預(yù)混合和湍流混合階段)期間發(fā)生的時(shí)間延伸的擴(kuò)散反應(yīng)過(guò)程形成鮮明的對(duì)比(內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)原理，
1988 [Heywood])。
一般地，Rres的值主要通過(guò)兩個(gè)因素控制RI種類變成是反應(yīng)性 的時(shí)間和燃料引入的正時(shí)開(kāi)始和持續(xù)時(shí)間。因此，此值保持為零直 至如下兩個(gè)情況發(fā)生(1)己存在一些已經(jīng)變得與其他主室氣體有效 地混合的燃料引入，和(2)RI種類已變得在意義上是反應(yīng)性的。另外， 對(duì)于兩個(gè)完全的HCRI子情況，RI種類增加的程度(Rc。。e)理解為處
于其最大值(Rconc,max)
與用于由式(6)給定的均質(zhì)燃燒的一般標(biāo)準(zhǔn)相比，對(duì)于DI完全 HCRI子情況(在此稱為HCRI過(guò)程100的"DI-HCRI"過(guò)程實(shí)施例) T,不需要在確保自燃前達(dá)到Teff。對(duì)于給定的燃料和給定的空氣一燃
料比A/F^，即使/當(dāng)T,達(dá)到明顯地低于Teff的值時(shí)(其中自燃自身開(kāi)
始在低于Teff的100至15(TC的典型溫度下發(fā)生)自燃標(biāo)準(zhǔn)可以被滿足。 而且，D,的值也不需要處于其最大值1.0，但它一般應(yīng)適當(dāng)?shù)亟咏?值以使得燃燒是均質(zhì)燃燒。
對(duì)于完全HCRI的DI HCRI子情況，在移動(dòng)的主室氣體的多種質(zhì) 量位置處，當(dāng)燃料、氧和RI種類變得在最低湍流長(zhǎng)度尺度處混合時(shí)RI 種類駐留時(shí)間開(kāi)始。壓縮導(dǎo)致Tmix升高。燃料引入的量根據(jù)給定的發(fā) 動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷設(shè)定，使得空氣進(jìn)氣一燃料混合物仍保持較稀 薄(比典型的常規(guī)PCCI和DI內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄)。發(fā)動(dòng)機(jī)的CR設(shè)定
為低于為達(dá)到T祖所需的CR (對(duì)應(yīng)于進(jìn)氣混合物的A/F^和進(jìn)氣情況
等)。初始RI種類濃度Re，和RI種類駐留時(shí)間R^的總平均(全局 平均)(主要通過(guò)燃料引入正時(shí)，即開(kāi)始和持續(xù)時(shí)間來(lái)控制)與溫度 升高(由于壓縮和預(yù)自燃化學(xué)反應(yīng))和混合率相協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)的方式使 得保證在希望的時(shí)間發(fā)生點(diǎn)燃。
對(duì)于DI-HCRI子情況，可以考慮將這些因素設(shè)定為使得對(duì)于給定的空燃比A/Fut和給定的燃料的自燃標(biāo)準(zhǔn)為
<formula>formula see original document page 60</formula>
因此，當(dāng)此函數(shù)達(dá)到a時(shí)對(duì)于DI-HCRI發(fā)生自燃。對(duì)于DI-HCRI，以 半分析的形式描述為
<formula>formula see original document page 60</formula> (7)
其中a是對(duì)于在常規(guī)的PCCI公式中的自燃的必須值(對(duì)應(yīng)于對(duì)于 常規(guī)的PCCI的"有效"充氣CR)。而為理解的目的，三個(gè)其他的系 數(shù)可以簡(jiǎn)單地視作常數(shù)，在實(shí)際中它們(c、 d和e)是Tmix、 Re。ne、 Dmix
和Rres的非線性函數(shù)。注意的是Re,，max是關(guān)鍵RI種類的初始濃度且 在預(yù)點(diǎn)燃過(guò)程期間不改變。
因此，在HCRI過(guò)程100的DI-HCRI過(guò)程實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn) 行范圍內(nèi)，在主室34內(nèi)的燃燒控制嚴(yán)格地通過(guò)RI種類由組合方式維 持?？刂圃贖CRI過(guò)程100的DI-HCRI過(guò)程實(shí)施例中的"有效"SOC 的兩個(gè)主要方式是(1)生成和通過(guò)到下一個(gè)循環(huán)的RI種類的量(每 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的質(zhì)量)的精確調(diào)節(jié)，和(2)這些RI種類被允許與 燃料一起在點(diǎn)燃前在主室34內(nèi)的駐留時(shí)間的量。
在預(yù)混合進(jìn)氣完全HCRI子情況(在此稱為HCRI過(guò)程100的 "PC-HCRI")中，燃料噴射的全部可以進(jìn)入一般的進(jìn)氣進(jìn)入設(shè)備58 內(nèi)(如典型地在常規(guī)的HCCI中)和可以在典型地早于主壓縮事件開(kāi)始 的正時(shí)處存在一些燃料噴射和DI的組合到主室34內(nèi)。在此預(yù)混合燃 料子情況的所有發(fā)生中，自燃標(biāo)準(zhǔn)理想地對(duì)于D,不敏感(在任何情 況中Dmix—般地在合適地在SOC前在其最大值1.0時(shí)恒定)。因此， 對(duì)于HCRI過(guò)程100的PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例，對(duì)于給定的空燃比A/Frat 和給定的燃料自燃標(biāo)準(zhǔn)為<formula>formula see original document page 60</formula>
其中a又是對(duì)于在常規(guī)PCCI自燃的必須值。在此過(guò)程中，RI種類一燃 料駐留(相互作用)時(shí)間(RKS)的調(diào)節(jié)在控制策略中不可利用。對(duì)于 SOC的正時(shí)的控制主要通過(guò)調(diào)節(jié)在先前的循環(huán)(多個(gè)循環(huán))中生成的且輸送到主室34的RI種類的量。
強(qiáng)調(diào)的是對(duì)于HCRI過(guò)程100的這兩個(gè)完全的HCRI過(guò)程實(shí)施例的 自燃所需標(biāo)準(zhǔn)的以上的描述是簡(jiǎn)化的。然而，為了將HCRI過(guò)程100 的這些完全HCRI實(shí)施例與HCRI過(guò)程100的RIS增加PCCI和RIS增 加DICI實(shí)施例相比較，以上描述提供的理解是足夠充分的。
對(duì)于以上一般描述的可利用的部分，在圖2A至圖2B (用于HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)200)、圖4A至圖4D (用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300)、圖5A至圖 5C (用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400)和圖6A至圖6D (用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500) 中示意性地描繪的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例都是能使用和實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程100 的DI-HCRI和PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的例子。存在一般的 方式以用于作為完全的HCRI過(guò)程實(shí)施例的這些內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例 (300、 400和500)的所有三個(gè)的運(yùn)行。此一般方式是在前文中詳細(xì) 提供的且適用于這兩個(gè)完全HCRI過(guò)程實(shí)施例的一般區(qū)別的在典型的 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例(HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200)中的一般的熱流體化學(xué)動(dòng)力學(xué) 過(guò)程發(fā)明(HCRI過(guò)程100)的一般化的過(guò)程實(shí)施例的運(yùn)行。為簡(jiǎn)潔和 清晰，在三個(gè)示例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例(HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300、 HCRI發(fā) 動(dòng)機(jī)400和HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500)中的運(yùn)行的共同特征的一些的描述因此 被省略，且依賴于關(guān)于在圖1中描繪的HCRI過(guò)程100的運(yùn)行的這些特 征的描述和它的在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200中的運(yùn)行的詳細(xì)描述來(lái)提供被省略 的運(yùn)行的共同特征的充分的描述。特別地，HCRI過(guò)程100的詳細(xì)描述 的插入應(yīng)用于完全HCRI，且它的如給出的描述完全地解釋了 HCRI過(guò) 程100的DI-HCRI和PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例。
另外，為一般描述的清晰，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30的目的必須在 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200和它的三個(gè)示例的HCRI內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例(300、 400和500)的運(yùn)行中被考慮為HCRI過(guò)程100的DI-HCRI過(guò)程實(shí)施例 或HCRI過(guò)程100的PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)300 必須保證引入主室34內(nèi)的燃料的總量和正時(shí)、引入到M-C 32內(nèi)的控制正時(shí)和控制量和所有RI種類生成增加控制設(shè)備54、 64和70的使用
(如果使用任何設(shè)備或全部)都與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況和規(guī)格以適合于這
兩個(gè)完全HCRI過(guò)程實(shí)施例的方式完成。對(duì)于DI-HCRI過(guò)程實(shí)施例和 PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例，所生成、攜帶、循環(huán)和輸送以幫助點(diǎn)燃的RI種 類的總量是完全支配自燃事件所需要的量，從而導(dǎo)致(與常規(guī)的點(diǎn)火 模式相比)為點(diǎn)燃燃料所需熱的降低和所需燃料濃度相對(duì)于氧濃度的 降低。而且，這些控制設(shè)備也以一起保證在希望的時(shí)間的自燃的方式 運(yùn)行，且使得發(fā)動(dòng)機(jī)的做功動(dòng)力輸出符合運(yùn)行負(fù)荷和速度要求。
HCRI過(guò)程100不是"二擇一"的技術(shù)。在完全的HCRI內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)實(shí)施例中(使用DI-HCRI和PC-HCRI的那些實(shí)施例)，專門使用 RI以實(shí)現(xiàn)HCRI過(guò)程100的獨(dú)特的"完全HCRI"過(guò)程優(yōu)點(diǎn)的最優(yōu)使用。 然而，HCRI過(guò)程100也可以用于增加和改進(jìn)其他常規(guī)的技術(shù)。因此， 此部分的剩余部分提供了 HCRI技術(shù)的四個(gè)主要的RIS增加應(yīng)用的細(xì) 節(jié)。它們作為如在圖1中描述的HCRI過(guò)程100的附加的過(guò)程實(shí)施例提 出，且一般地描述為在圖2A至圖2B中描繪的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200的實(shí) 施例變動(dòng)。這些實(shí)施例中的兩個(gè)涉及通過(guò)CI的點(diǎn)燃且兩個(gè)涉及通過(guò)SI 的點(diǎn)燃。替代地，這些實(shí)施例中的兩個(gè)涉及預(yù)混合進(jìn)氣且兩個(gè)涉及燃 料的DI。
RIS增加的PCCI實(shí)施例的一般區(qū)別在與常規(guī)的PCCI (HCCI 和SCCI)相關(guān)的缺點(diǎn)中包括通過(guò)CI將均質(zhì)燃燒延伸到發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè) 運(yùn)行范圍的困難。而且，在其中可有效實(shí)現(xiàn)PCCI利用的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范 圍內(nèi)，存在與控制SOC相關(guān)的困難。為實(shí)現(xiàn)控制SOC，典型地需要廣 泛的控制，通常使用多個(gè)傳感器、廣泛的傳感器引導(dǎo)的邏輯和燃燒歷 史輔助的管理。
常規(guī)PCCI主要地依賴于對(duì)于均質(zhì)燃燒的自燃控制可利用的數(shù)個(gè) 主要因素的僅兩個(gè)。這些因素的一個(gè)是要求燃料和空氣在最低的湍流 長(zhǎng)度尺度下徹底地混合。通過(guò)定義，在PCCI中，這簡(jiǎn)單地通過(guò)將燃料與空氣進(jìn)氣在遠(yuǎn)早于SOC點(diǎn)前預(yù)混合而完成。第二個(gè)因素是熱(或"有 效地"進(jìn)氣CR)管理。為使得自燃在特定的時(shí)間發(fā)生，混合物必須(在 此時(shí)間)已經(jīng)處于適合于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣缸的開(kāi)始進(jìn)氣狀況的精確的"有
效"進(jìn)氣CR。如果有效充氣CR與"發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械壓縮比"相同，則
燃燒將在希望的時(shí)間處發(fā)生。 -
如上所述， 一般地PCCI自燃依賴于"低"溫度CI化學(xué)動(dòng)力學(xué)子 機(jī)制，該子機(jī)制以在與在完全HCRI中涉及的"較低"溫度相比大體上 較高的溫度(但稱為"低"溫)下的燃料氧化鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)開(kāi)始(SAE 論文No. 2007-01 -0047[Blank]， SAE論文No. 2007-01-0135[Blank]和 SAE論文No. 2007-01-0623 [Blank])。
燃料與PCCI的燃燒也涉及RI種類的使用。然而，通常僅在這些 燃料一氧化鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)開(kāi)始(以較高的"低"溫)之后，RI種類 的濃度開(kāi)始建立且加速。稍后在PCCI內(nèi)RI種類開(kāi)始在較高的溫度下 犧牲自身以產(chǎn)生大量的基OH—。
這與用于使用在完全的HCRI點(diǎn)燃過(guò)程中的自燃的一般的"較低" 溫度的"OH-RI種類"驅(qū)動(dòng)的燃料分解子機(jī)制形成對(duì)照，其中，由于 在先前的循環(huán)期間生成的RI種類的攜帶、循環(huán)和輸送，RI種類已以相 對(duì)大的量存在于進(jìn)氣內(nèi)。因此，對(duì)于產(chǎn)生這些種類不需要與PCCI相關(guān) 的較高的"低"溫度(或較高的"有效"進(jìn)氣CR)。在完全HCRI內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)中(DI HCRI和PC-HCRI)預(yù)點(diǎn)燃過(guò)程和點(diǎn)燃過(guò)程(對(duì)于給 定的燃料)受到在圖1的情況6， 130和7， 135中給出的分別在低于 "較低"和"較低"溫度下的子機(jī)制的支配。在這些較低的溫度下， 在預(yù)點(diǎn)燃期間，H(V在支配的鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)式(1)中使用。通過(guò)鏈 式初始化反應(yīng)式(2)也從攜帶的和預(yù)點(diǎn)燃生成的&02供給生成了 OH-的供給。此反應(yīng)(式(2))高度放熱且最終變成驅(qū)動(dòng)RI種類導(dǎo)致的 自燃(RI)的支配反應(yīng)。OIT主要在預(yù)點(diǎn)燃和自燃期間在支配的鏈?zhǔn)椒?支反應(yīng)式(3)內(nèi)主導(dǎo)地被使用。盡管其開(kāi)始相對(duì)地較低的溫度，但用于完全的HCRI的此一般的 RI鏈?zhǔn)匠跏蓟玩準(zhǔn)椒种Х磻?yīng)過(guò)程顯著地比在較高的"低"溫度下開(kāi)
始的PCCI的一般的直接02燃料氧化驅(qū)動(dòng)的鏈?zhǔn)匠跏蓟?和鏈?zhǔn)椒种? 反應(yīng)過(guò)程更快。且當(dāng)這兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合以實(shí)現(xiàn)RIS增加的PCCI過(guò)程 實(shí)施例(這里稱為HCRI過(guò)程100的"RIS-PCCI"過(guò)程實(shí)施例)時(shí)， 與"常規(guī)"PCCI相關(guān)的許多問(wèn)題被克服。
取決于增加的程度，在RIS-PCCI過(guò)程實(shí)施例(如在完全的HCRI 中)中，OH—通過(guò)高度放熱反應(yīng)式(2)在主室34內(nèi)從預(yù)供給的H202 (通過(guò)HCRI過(guò)程100攜帶、循環(huán)且輸送)在RIS-PCCI自燃前合適的 時(shí)間生成。雖然此機(jī)制仍復(fù)雜，但其他RI種類也很大程度上有助于加 速此更快的(比常規(guī)PCCI更快)OH—生成。而且，在此預(yù)點(diǎn)燃過(guò)程的 大部分期間，所有RI種類的濃度一般地增長(zhǎng)。除由放熱反應(yīng)式(2) 提供的內(nèi)部能量外，OIT基用于通過(guò)鏈?zhǔn)椒种Х磻?yīng)式(3)和一般的子 機(jī)制生成另外的內(nèi)能，該子機(jī)制通過(guò)多種Rj—基的可利用性而被激活。 因此，在完全HCRI中，在RIS增加的PCCI中，Rj—基在早期自燃活動(dòng) 期間造成(但以較低的量，取決于RI種類增加的程度)。
RIS-PCCI過(guò)程實(shí)施例的將其與PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例區(qū)分的主要 特征是不足的RI種類最初以足以導(dǎo)致完全RI的量(Re。ne)存在于主室 34內(nèi)的事實(shí)。但足夠的RI種類最初存在以促進(jìn)其自身生長(zhǎng)率且又供給 放熱反應(yīng)子機(jī)制以充分地升高主室進(jìn)氣的溫度直至或接近新的 RIS-PCCI值Teff，使得常規(guī)的子機(jī)制(主要涉及在較高的"低"溫下 的燃料氧化反應(yīng)的子機(jī)制)可以進(jìn)行。因此，對(duì)于最終的自燃的標(biāo)準(zhǔn) 通過(guò)RI和PCCI的組合設(shè)定。
對(duì)于給定的空燃比A/F^和燃料類型，當(dāng)如下式子成立時(shí)滿足了對(duì) 于RIS-PCCI的過(guò)程實(shí)施例的基本的標(biāo)準(zhǔn)
(AI,—ca - FlaUerr; c* Rc咖;一R^ = a (9)其中(如在前述情況中)a是對(duì)應(yīng)于"有效"進(jìn)氣C R的必須值(且
因此是所有影響對(duì)于給定的燃料和空燃比A/F^的"有效"進(jìn)氣CR的 因素的函數(shù))。因此，在此a又是對(duì)于常規(guī)PCCI自燃的必須值。然而， 三個(gè)權(quán)重函數(shù)又可以簡(jiǎn)單地再次視作常數(shù)，權(quán)重因數(shù)a、 c和e (以及
Teff)實(shí)際上是T^和Rc。ne的非線性函數(shù)。如對(duì)于完全HCRIZ Tmix的
改變不由壓縮單獨(dú)導(dǎo)致，而是由于壓縮和通過(guò)RI種類(以及其他種類) 的存在而導(dǎo)致的預(yù)點(diǎn)燃活動(dòng)聯(lián)合導(dǎo)致。PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例和 RIS-PCCI過(guò)程實(shí)施例之間的僅有的區(qū)別在于RI種類增加的程度。Rc。nc 的值低于R，e，，的值。
增加的對(duì)RIS-PCCI過(guò)程中的自燃正時(shí)的控制可以以如下的方式 獲得。首先，A/F^保持為比常規(guī)的PCCI更稀薄。因此，Teff的值升高 (到比常規(guī)的PCCI在其典型地更稀薄的條件下所需的值以上的值)。
確保自燃的標(biāo)準(zhǔn)是在任何情況中不對(duì)于Tmix敏感但也通過(guò)Tmix、 R②m
和R^的值驅(qū)動(dòng)。在預(yù)燃燒期間，RI種類的存在通過(guò)"較低"溫度的 子機(jī)制影響了 Traix自身的升高。因此，取決于增加的程度，雖然較晚 的預(yù)自燃化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的一些百分比仍可以是通過(guò)較高的"低"溫 燃料氧化子機(jī)制(一般地與常規(guī)的PCCI相關(guān))，但化學(xué)動(dòng)力學(xué)的剩余 部分是由于較早的預(yù)點(diǎn)燃和點(diǎn)燃過(guò)程通過(guò)與PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例相關(guān) 的相同的子機(jī)制導(dǎo)致的。且兩個(gè)子機(jī)制(且因此通過(guò)RI種類的初始存 在實(shí)現(xiàn)的另外的化學(xué)反應(yīng))的連續(xù)使用實(shí)現(xiàn)了對(duì)于RIS-PCCI發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi) 的自燃的正時(shí)的增強(qiáng)控制。
替代地且較不優(yōu)選地，RIS-PCCI過(guò)程可以通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的CR
來(lái)控制而非通過(guò)使得A/F^更稀薄來(lái)控制。在此情況中，Teff的值不升 高。明顯地，因?yàn)檩^低的CR，壓縮自身將不能使進(jìn)氣變?yōu)門eff。但是， RI種類活動(dòng)再次用于通過(guò)提供使得丁 ^升高到常規(guī)的PCCI Teff值所需
另外的內(nèi)能來(lái)補(bǔ)充自燃過(guò)程。顯然，用于控制RIS-PCCI過(guò)程的第三選 擇是降低CR (但不降低很多)和使得混合物更稀薄(但不很稀薄)。為完整性，應(yīng)提及的是對(duì)于存在RI種類增加的程度，大多數(shù)情況 中在發(fā)生自燃的實(shí)際溫度中將總是存在一些成比例的下降(低于Teff， 即在等價(jià)的常規(guī)PCCI發(fā)動(dòng)機(jī)中對(duì)于自燃所需值)。這是因?yàn)?，在HCRI
過(guò)程100的RIS-PCCI過(guò)程實(shí)施例中，RI種類預(yù)點(diǎn)燃化學(xué)反應(yīng)的效果總 是比通過(guò)排氣的循環(huán)向主進(jìn)氣內(nèi)添加內(nèi)能中(如在PCCI的情況中〗的 效果大。此預(yù)點(diǎn)燃化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致造成更多的用于自燃所需的主前體種 類。這些前體種類中的許多最終在自燃中被要求。這些種類在常規(guī)的 PCCI的較高的"低"溫燃料氧化子機(jī)制且在HCRI過(guò)程100的PC-HCRI 過(guò)程實(shí)施例的"較低"溫度的OH-RI種類驅(qū)動(dòng)的燃料分解鏈?zhǔn)匠跏蓟?和鏈?zhǔn)椒种ё訖C(jī)制中使用/要求。在RIS-PCCI中，在與HCRI過(guò)程100 的PC-HCRI過(guò)程實(shí)施例相關(guān)的相同的子機(jī)制的一些在"較低"溫度下 的完成(且導(dǎo)致內(nèi)能生成)后，實(shí)際上也存在比常規(guī)PCCI中更多的關(guān) 鍵RI種類和OH—。在常規(guī)的PCCI運(yùn)行中，這些RI種類和OH—不能以 很大意義上的量在這些"較低"的溫度下存在，而是主要當(dāng)進(jìn)氣接近 達(dá)到Teff時(shí)生成。因此，這些RI種類的最初存在導(dǎo)致一般的但非復(fù)雜 的混合子機(jī)制。
RIS增加DI CI實(shí)施例的一般的區(qū)別；作為對(duì)常規(guī)的CI DI發(fā)動(dòng)機(jī) (例如，柴油發(fā)動(dòng)機(jī))的增加，HCRI過(guò)程100可以在常規(guī)的柴油CR 下但在更稀薄的條件下實(shí)現(xiàn)自燃和更完整的繼續(xù)燃燒。這導(dǎo)致的新類 型的RIS增加DICI實(shí)施例(在后文中稱為HCRI過(guò)程100的"RIS-DI CI"過(guò)程實(shí)施例)具有相對(duì)于帶有或不帶有EGR的常規(guī)DI柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。
在常規(guī)DI CI發(fā)動(dòng)機(jī)(帶有或不帶有EGR)中，燃料的自燃和隨 后的燃燒在兩個(gè)階段中(預(yù)混合階段和混合控制階段)。在兩個(gè)階段 中，過(guò)程反應(yīng)通過(guò)高溫氧化和/或分裂子機(jī)制發(fā)生。在預(yù)混合階段中， 自燃和預(yù)混合燃燒更多地通過(guò)化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制。典型地通過(guò)壓縮(但 不總是借助于EGR的熱部分一如果使用EGR的熱部分則它典型地被 冷卻)在燃料噴射前使進(jìn)氣達(dá)到Teff值(對(duì)應(yīng)于常規(guī)的PCCI情況)以上的溫度。然后，在混合控制階段期間，剩余燃料的燃燒更多地通過(guò) 在進(jìn)氣高溫下的湍流混合水平控制。因此，擴(kuò)散在兩個(gè)階段中起到了 主要作用。不幸地是，此燃燒次序也用于最大化氮氧化物的形成。當(dāng) 過(guò)程繼續(xù)且氧變得局部被耗盡(到擴(kuò)散和湍流不能保持的程度)時(shí)， 如果燃料包括大分子則它在接近無(wú)氧的高溫區(qū)時(shí)可能被熱解以產(chǎn)生碳 煙。
在HCRI過(guò)程100的RIS-DICI過(guò)程實(shí)施例中，RI種類替代地與氧 流預(yù)混合且在氧流中用作"燃燒增進(jìn)劑"，使得在第一階段中且也通 常(但不總是必然地)在第二階段中的擴(kuò)散燃燒(取決于燃料、運(yùn)行 條件和RI種類增加的程度)都可以在更稀薄(比化學(xué)計(jì)量下稀薄)的
條件下發(fā)生。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)可以(且典型地)以較高的A/F^運(yùn)行。燃
料的增加的稀薄性降低了峰值火焰溫度且有助于降低NOx的總生成。
當(dāng)使用略微到適度地低于正常的常規(guī)DI CI CR時(shí)，RIS-DICI過(guò)程 實(shí)施例的自燃標(biāo)準(zhǔn)幾乎與完全DI HCRI的標(biāo)準(zhǔn)相同，不同在于空燃比 (A/Frat)在SOI后隨時(shí)間增長(zhǎng)。因此，替代地，最一般的標(biāo)準(zhǔn)適用， 即
Pla^T她HW; ^G(A/F^); cW咖；d*(1.0 - D她)；e*Rrcsj = a (10)
在此情況中(比正常的常規(guī)DICICR略微到適度地低)，取決于 CR，燃料引入可以較早且可能在自燃發(fā)生前存在更多的燃料混合。燃 料引入的持續(xù)可以(且通常為)使得EOI仍在SOC之后某時(shí)間發(fā)生。 在其自燃期間，當(dāng)火焰變得在圍繞仍在被引入且驅(qū)動(dòng)為越過(guò)主室34的 小滴組的包絡(luò)內(nèi)形成時(shí)，RI種類有助于在這些鋒面中發(fā)生的擴(kuò)散燃燒 過(guò)程。由于在第一階段中并非所有氧都被消耗，所以通常也并非所有 RI種類在此第一階段都被消耗。且因?yàn)镽I種類和氧在自燃前很好地相 互混合，所以剩余的RI種類繼續(xù)與未使用的氧流一起運(yùn)行。這些剩余 的RI種類因此可用于幫助循環(huán)的下一個(gè)部分，即混合控制階段。因此，在混合控制階段擴(kuò)散中，燃燒也可以且一般地在略微比正常(常規(guī)) DI CI發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比條件稀薄時(shí)發(fā)生。
然而，當(dāng)使用正常的DICICR且SOI (噴射開(kāi)始)僅在Tn^已達(dá)
到(或接近達(dá)到)Teff后發(fā)生時(shí)，RI種類在自燃中的作用不同。在此情 況中，它們對(duì)于自燃的正時(shí)具有很小的影響(替代地由噴射正時(shí)設(shè)定 自燃正時(shí))。替代地，它們用于使得自燃更迅速，帶有形成在引入的
小滴組周圍的更穩(wěn)定的火焰包絡(luò)。RI種類對(duì)在兩個(gè)循環(huán)燃燒階段中在 大體上更稀薄的條件中(與"常規(guī)"DICI發(fā)動(dòng)機(jī)相比更稀薄)發(fā)生的
燃燒過(guò)程有幫助。
無(wú)論是否使用使用了較低的CR，在預(yù)混合階段和混合控制階段 中，由式(2)和式(3)給出的反應(yīng)起到主要作用。類似于在HCRI 過(guò)程100的RIS-PCCI過(guò)程實(shí)施例中，較高溫度的燃料分裂和通常與常 規(guī)DI CI的兩個(gè)燃燒階段相關(guān)的氧化子機(jī)制因此被修改。對(duì)于多種燃料 的修改的子機(jī)制的一般化是與常規(guī)的DI CI預(yù)點(diǎn)燃、點(diǎn)燃和燃燒相關(guān)的 復(fù)雜的一般的子機(jī)制和與完全的DI HCRI預(yù)點(diǎn)燃和自燃相關(guān)的子機(jī)制 的偽混合。修改的程度與RI種類增加的程度相當(dāng)。 '
而且，在做功膨脹期間，含有高速RI種類的射流也從微室排出。 此外，這些射流攜帶了另外的RI種類和氧。它們也用于生成相對(duì)地大 的湍流水平。因此，雖然原始主室RI種類的存在(來(lái)自先前的循環(huán)(多 個(gè)循環(huán)))已用于消除碳煙形成的大部分(通過(guò)增加燃燒過(guò)程的效率)， 但當(dāng)正確地對(duì)準(zhǔn)時(shí)，這些射流也有助于進(jìn)一步消除可能不利地形成的 任何碳煙的凹坑。
最后，應(yīng)提及的是常規(guī)的DI CI點(diǎn)火模式必須依賴于噴霧的動(dòng)量 以驅(qū)動(dòng)火焰越過(guò)壓縮的空氣進(jìn)氣。這要求用于DI CI的燃料具有相對(duì)地 高的十六院值(即它們自燃相對(duì)地快)，使得預(yù)混合階段燃燒可以跟 上噴射流速。否則(帶有較低的十六垸值)，可能具有過(guò)度的噪聲，且在某些運(yùn)行情況下可能敲缸。然而，(如在SAE學(xué)報(bào)論文No. 2004-01-1677 [Blank]和SAE i侖文No. 2004-01-1847 [Blank]中示出，在
此通過(guò)參考將其合并)RI種類的不足量的存在用作十六烷促進(jìn)劑。
RIS增加的PCSI實(shí)施例的一般性區(qū)別在與使用常規(guī)的PCSI (HCSI)相關(guān)的問(wèn)題中，困難是在PCSI運(yùn)行范圍的極限處，即在高負(fù) 荷時(shí)的敲缸和在低負(fù)荷時(shí)的節(jié)流。雖然完全HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)燃與常規(guī) PCSI發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)燃的化學(xué)動(dòng)力學(xué)比較比其與常規(guī)PCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)燃 的比較更困難，但涉及RIS-PCCI過(guò)程實(shí)施例的前述論述的一些可以擴(kuò) 展到RIS增加的PCSI。
類似于常規(guī)的PCCI和RIS-PCCI，常規(guī)的PCSI或RIS增加的PCSI (在后文中稱為HCRI過(guò)程IOO的"RIS-PCSI")都不涉及擴(kuò)散火焰燃 燒。類似地，作為常規(guī)的DICI的替代，在常規(guī)的PCSI的火焰鋒面內(nèi) 的燃燒在相對(duì)于常規(guī)的PCCI的"低"溫度和完全HCRI的"較低"的 溫度的"較高"的溫度下發(fā)生。然而，因?yàn)閮蓚€(gè)常規(guī)的PCSI和RIS增 加的PCSI的SOC都是由于火花導(dǎo)致，所以不能進(jìn)行對(duì)于自燃的標(biāo)準(zhǔn) 的比較。而且，PCSI也主要涉及火焰鋒面以傳播燃燒且不同樣地取決 于化學(xué)動(dòng)力學(xué)或湍流混合。
取決于燃料，常規(guī)的PCSI使用了較高溫度的燃料分裂(熱的和/ 或通過(guò)第三體的)和燃料氧化化學(xué)動(dòng)力學(xué)子機(jī)制。但是，RI種類在 RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例內(nèi)的存在的效果類似于RI種類在RIS-PCCI過(guò)程 實(shí)施例中的效果。在RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例中的點(diǎn)燃子機(jī)制又是半連續(xù) 的高良好的子機(jī)制，但是它一般地略微快于在RIS-PCCI過(guò)程實(shí)施例中 的良好的點(diǎn)燃子機(jī)制而發(fā)生。
將RI種類在RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例中的效果可視化的簡(jiǎn)單方式是 將這些RI種類視作負(fù)責(zé)增加兩個(gè)事情。首先，它們?cè)黾恿巳剂系目牲c(diǎn) 燃性。其次，它們的存在增加了燃料一空氣混合物在火焰鋒面內(nèi)的燃燒速度。且取決于燃料、CR和空燃比，可以具有在火焰鋒面外側(cè)的第 三個(gè)效果。
式(2)和反應(yīng)式(3)都在包括完全HCRI的"較低"的溫度和 常規(guī)SI的"較高"的溫度的溫度范圍內(nèi)發(fā)生。因此，在鋒面內(nèi)側(cè)，反 應(yīng)式(2)和反應(yīng)式(3)與常規(guī)PCSI的常規(guī)高溫氧化物反應(yīng)和/或燃料 分裂機(jī)制組合起到了主要作用。在火焰鋒面內(nèi)， 一旦最終達(dá)到了較高 的溫度，則這兩個(gè)反應(yīng)在任何情況中也是常規(guī)的PCSI高溫氧化反應(yīng)機(jī) 制的部分。因此，在常規(guī)PCSI情況的高溫機(jī)制中，RI種類在任何情況 中也起到主要作用。但是，在常規(guī)的PCSI中，這些種類可能僅在較高 的溫度下通過(guò)氧化驅(qū)動(dòng)的鏈?zhǔn)匠跏蓟瘷C(jī)制而生成后才起到它們的作 用。
在RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例中，這些選擇的RI種類替代地已存在且 可以通過(guò)反應(yīng)式(1)至(3)(和RI的典型的用于較小和較大分子的 燃料的其他更復(fù)雜的機(jī)制)快得多地"進(jìn)行工作"。但是，因?yàn)闇囟?變高(比完全HCRI情況中)快得多，所以類似于常規(guī)的PCSI的那些 機(jī)制的機(jī)制很快起作用。 .
對(duì)于已存在的RI種類，在火焰鋒面內(nèi)的燃燒總體上更快。鋒面的 速度取決于進(jìn)氣的RI種類存在的稀薄性和程度而變化。因此，雖然此 總體上新的火焰鋒面RIS-PCSI機(jī)制是半連續(xù)的混合物(完全HCRI和 常規(guī)的PCSI機(jī)制的混合物)，但它是比HCRI過(guò)程100的RIS-PCCI 實(shí)施例的混合物總體上更快且更同時(shí)發(fā)生的混合物(雖然不完全地同 時(shí))。
由于增加的燃料可點(diǎn)燃性，可以使得在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)使 用的空燃比(A/Frat)在對(duì)于HCRI過(guò)程100的RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例的 運(yùn)行中均一地更稀薄。另外，燃料在多種負(fù)荷(且因此A/F^)下的可
點(diǎn)燃性則可以通過(guò)Re。ne ( RI種類在主室進(jìn)氣內(nèi)的濃度)控制為具有一定的精度。在高負(fù)荷下，當(dāng)更多的燃料被添加時(shí)，要求更少的RI種類。 RI種類與燃料的比因此可以被控制以確保通常不能發(fā)生敲缸。在較低 的負(fù)荷下，當(dāng)通常要求節(jié)流以防止點(diǎn)火不良時(shí)，替代地添加了更多的
RI種類以增加進(jìn)氣的可點(diǎn)燃性。因此，即使無(wú)節(jié)流，通過(guò)RI種類的存 在也使得點(diǎn)火不良相對(duì)地更不可能。而且，RI種類與燃料且與空氣的 比也可以用于獲得對(duì)于火焰鋒面?zhèn)鞑ニ俣鹊囊恍┛刂啤?br> 最后，在RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例火焰鋒面內(nèi)的起作用的化學(xué)動(dòng)力學(xué) 子機(jī)制的混合實(shí)現(xiàn)了在更稀薄的燃料條件下的更迅速的燃燒，因此， 即使局部膨脹(在燃燒區(qū)內(nèi))可能更快，但一般地存在更少的機(jī)會(huì)使 得反應(yīng)中的微粒過(guò)早地從燃燒區(qū)排出(改進(jìn)的程度部分地取決于燃 料)。然而，被排出的反應(yīng)中的微粒處于它們通常在常規(guī)PCSI發(fā)動(dòng)機(jī) 中遇到的環(huán)境非常不同的環(huán)境中。在使用RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例的發(fā)動(dòng) 機(jī)實(shí)施例中，這些微粒排出到鋒面外側(cè)的相對(duì)地空氣富集的主室進(jìn)氣 內(nèi)(與常規(guī)的PCSI的導(dǎo)致化學(xué)計(jì)量燃燒的條件相比)。取決于燃料和 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件，在一些情況中，排出的不完全的產(chǎn)物的一些可能繼 續(xù)燃燒。
RIS增加的DISI實(shí)施例的一般性區(qū)別作為可控燃燒的替代，汽 油當(dāng)遇到過(guò)多的壓縮熱時(shí)通常爆燃，從而導(dǎo)致氣缸壓力的突然升高， 這以非常大的力捶擊活塞。對(duì)于帶有高辛垸值和低十六垸值的其他燃 料這也可能成立。因此，因?yàn)閷?duì)于汽油和其他帶有類似燃燒特性的燃 料，緩慢的受控燃燒是必需的，直至發(fā)現(xiàn)了近來(lái)的常規(guī)GDI ("汽油 直接噴射")裝置，其通過(guò)分層進(jìn)氣保證了這樣的控制，使用這樣的 燃料的DI是不可行的。
使用汽油的近來(lái)的現(xiàn)有技術(shù)的DISCSI ( "GDI")使用了在主室 進(jìn)氣內(nèi)的分層燃料分配。使得在火花塞附近進(jìn)氣更富集且然后使得進(jìn) 氣在離開(kāi)火花塞的距離增加時(shí)逐漸稀薄。這被發(fā)現(xiàn)使得較低負(fù)荷的 SCSI在汽油在額外的稀薄燃料條件下沒(méi)有節(jié)流的情況下是可能的。雖然火花塞初始化了點(diǎn)燃，但噴射正時(shí)和噴射率在噴射中的變化用于維 持對(duì)分層的控制。然而，此現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展不能擴(kuò)展到較高負(fù)荷的條件。
在HCRI過(guò)程的RIS增加的DI SI實(shí)施例(在下文中稱為HCRI過(guò) 程100的"RIS-DISI"過(guò)程實(shí)施例)中，與DISCRI相關(guān)的兩個(gè)主要的 問(wèn)題通過(guò)數(shù)個(gè)步驟被克服。首先，在RI種類在進(jìn)氣內(nèi)的均勻的預(yù)放置 的情況下，使得燃料分布在低負(fù)荷下明顯更稀薄。因?yàn)镽I種類，此分 布不需要被分層。然后，進(jìn)氣的平均燃料稀薄度和RI種類在空氣進(jìn)氣 內(nèi)的初始濃度(Rc。ne)每個(gè)被調(diào)整(在相反的方向上幾乎成比例地)， 以使得RIS-DISI發(fā)動(dòng)機(jī)能在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)起作用。這工作的 原因符合以上給出的對(duì)于RI種類RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例的存在如何同 時(shí)完成了如下四個(gè)事情的相同的解釋(l)增加燃料的可點(diǎn)燃性，(2) 增加燃料-空氣混合物在火焰鋒面內(nèi)的燃燒速度，(3)便于對(duì)于火焰鋒 面的速度的控制措施，和(4)有時(shí)實(shí)現(xiàn)了在火焰鋒面外側(cè)的另外的燃燒。
另外，HCRI過(guò)程100的RIS-DISI過(guò)程實(shí)施例以汽油和帶有類似 的特性的燃料運(yùn)行時(shí)通常如果產(chǎn)生則不產(chǎn)生許多碳煙。為何這是如此 的原因符合以上給出的對(duì)于RIS-DICI實(shí)施例如何完成了如下三個(gè)事情 的相同的原因(1)實(shí)現(xiàn)了更稀薄燃料的運(yùn)行且因此更富集空氣的燃 燒(降低了碳煙的生成)，(2)消除了仍通過(guò)分層對(duì)準(zhǔn)到主燃燒室內(nèi) 的高速含RI種類一氧的高湍流射流的噴射而不利地生成的碳煙形成， (3)產(chǎn)生和分布用作"十六垸促進(jìn)劑"的RI種類。
對(duì)于上文一般描述的可應(yīng)用部分，在圖2A至圖2B (用于HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)200)、圖4A至圖4D (用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)300)、圖5A至圖 5C (用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400)和圖6A至圖6D (用于HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500) 中示意性地描繪的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例都是能使用和實(shí)現(xiàn)在前文中描述 的HCRI過(guò)程100的RIS增加的過(guò)程實(shí)施例的所有四個(gè)(RIS-PCCI過(guò) 程實(shí)施例、RIS-DICI過(guò)程實(shí)施例、RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例和RIS-DISI過(guò)程實(shí)施例)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的例子。存在一般的方式以用于作為HCRI
過(guò)程100的四個(gè)RIS增加的過(guò)程實(shí)施例的任何實(shí)施例的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī) 200 (300、 400和500)的所有這三個(gè)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例的運(yùn)行。用于 此的一般方式是在前文中詳細(xì)提供的且應(yīng)用于前述的RIS-PCCI過(guò)程實(shí) 施例、RIS-DICI過(guò)程實(shí)施例、RIS-PCSI過(guò)程實(shí)施例和RIS-DISI過(guò)程實(shí) 施例的一般區(qū)別的典型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例(HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200)中的 一般的熱流體化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程發(fā)明(HCRI過(guò)程IOO)的一般化過(guò)程實(shí) 施例的運(yùn)行。為簡(jiǎn)潔和清晰，在三個(gè)示例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例(HCRI 發(fā)動(dòng)機(jī)300、 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)400和HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)500)中的運(yùn)行的共同 特征的一些的描述被省略，且依賴于關(guān)于在圖1中描述的HCRI過(guò)程 100的這些運(yùn)行特征的描述及其在HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200內(nèi)的運(yùn)行的詳細(xì)描 述來(lái)提供對(duì)于四個(gè)RIS增加的過(guò)程實(shí)施例的被省略的運(yùn)行的共同特征 的充分的描述。特別地，HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)100的詳細(xì)描述的延伸被應(yīng)用于 RIS增加的PCCI、 DICI、 PCSI和DISI的情況，且它的如給出的描述 完全地解釋了 HCRI過(guò)程100的RIS-PCCI、 RIS-DICI、 RIS-PCSI和 RIS-DISI過(guò)程實(shí)施例。
另外，為總體描述的清晰，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30的目標(biāo)必須在 HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)200和其帶有HCRI過(guò)程100的RIS-PCCI、 RIS-DICI、 RIS-PCSI和RIS-DISI過(guò)程實(shí)施例的HCRI發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例(300、 400、 500)的運(yùn)行中被考慮。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)30必須保證引入到主室 34內(nèi)的燃料的總量和正時(shí)，引入到M-C32內(nèi)的控制流體的正時(shí)和量， 和所有RI種類生成增加控制設(shè)備54、 64和70的使用(如果任一個(gè)或 都使用)都對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況和規(guī)格以適合于這些實(shí)施例的方式完 成。對(duì)于所有這些實(shí)施例，被生成、攜帶、循環(huán)和運(yùn)輸以有助于在晚 期循環(huán)中的點(diǎn)燃的RI種類的總量必須是在這些循環(huán)內(nèi)的點(diǎn)燃事件中以 希望的方式(無(wú)支配)起幫助作用所需的量，從而導(dǎo)致(與常規(guī)的點(diǎn) 火模式對(duì)比)對(duì)于燃料點(diǎn)燃的所需熱和所需的相對(duì)于氧濃度的燃料濃 度的降低。而且，這些控制設(shè)備也以一起保證發(fā)動(dòng)機(jī)的做功動(dòng)力輸出 與運(yùn)行負(fù)荷和速度需求一致的方式運(yùn)行。對(duì)于兩個(gè)CI RIS增加的變化，這些控制設(shè)備必須也保證在正確正時(shí)處的點(diǎn)燃。
從前述的關(guān)于HCRI過(guò)程100的四個(gè)RIS增加的論述中，現(xiàn)在應(yīng)
清楚的是，HCRI過(guò)程100的這些增加實(shí)施例的點(diǎn)燃機(jī)制是被增加的常 規(guī)技術(shù)的子機(jī)制與完全HCRI子機(jī)制的混合。在預(yù)混合CI增加的變化 (RIS-PCCI)中，燃燒是均質(zhì)的，且在DI燃料增加(RIS-DICI)和在 SI增加RIS的變化(RIS-DISI和RIS-PCSI)中，燃燒比在其常規(guī)的同 等情況中的燃燒局部地(但不是全局的/室寬地)更均勻。
權(quán)利要求
1. 一種用于控制在發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃燒室內(nèi)用于燃料點(diǎn)燃所需熱和相對(duì)于氧濃度的所需燃料濃度的降低的方法，所述方法包括提供多個(gè)基點(diǎn)燃種類，所述多個(gè)基點(diǎn)燃種類在至少一個(gè)先前的燃燒循環(huán)中在與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃燒室相關(guān)的至少一個(gè)次級(jí)室內(nèi)生成，其中所述多個(gè)基點(diǎn)燃種類通過(guò)至少一個(gè)OH基點(diǎn)燃種類驅(qū)動(dòng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制生成；引導(dǎo)所述多個(gè)基點(diǎn)燃種類的一部分到所述主燃燒室；調(diào)節(jié)所述主燃燒室的基點(diǎn)燃種類的所述部分的積累和生成的基點(diǎn)燃種類，以調(diào)節(jié)在主燃燒室內(nèi)燃料的點(diǎn)燃事件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述主室的基點(diǎn)燃種類的所 述部分的積累和生成的基種類的調(diào)節(jié)進(jìn)一步包括控制所述多個(gè)基點(diǎn)燃 種類的產(chǎn)生。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述主室的基點(diǎn)燃種類的所 述部分的積累和生成的基種類的調(diào)節(jié)進(jìn)一步包括控制引導(dǎo)到所述主燃 燒室的所述多個(gè)基點(diǎn)燃種類的量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述主燃燒室的基點(diǎn)燃種類 的所述部分的積累和生成的基點(diǎn)燃種類用于調(diào)節(jié)所述點(diǎn)燃事件，以及 其中所述點(diǎn)燃事件進(jìn)一步包括由鏈?zhǔn)匠跏挤磻?yīng)H202+M=OH+OH+M和 涉及通過(guò)OH的直接燃料分解的鏈?zhǔn)椒种Х磻?yīng)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述點(diǎn)燃事件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述主燃燒室的基點(diǎn)燃種類 的部分的積累和生成的基種類的調(diào)節(jié)進(jìn)一步包括使用調(diào)節(jié)如下項(xiàng)的至 少一個(gè)的裝置來(lái)控制在所述至少一個(gè)次級(jí)室內(nèi)的所述多個(gè)基點(diǎn)燃種類 多個(gè)氣體的產(chǎn)生所述次級(jí)室內(nèi)的氣體的化學(xué)成分；所述次級(jí)室內(nèi)的氣體的化學(xué)活性；所述次級(jí)室內(nèi)的氣體的化學(xué)活性率；所述次級(jí)室內(nèi)的氣體的溫度；所述次級(jí)室內(nèi)的氣體的壓力；和所述次級(jí)室的體積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述主室的基點(diǎn)燃種類的所 述部分的積累和生成的基種類的調(diào)節(jié)進(jìn)一步包括使用構(gòu)造為調(diào)節(jié)如下 項(xiàng)的至少一個(gè)的裝置為所述主室的基點(diǎn)燃種類的所述部分的積累和生 成的基種類補(bǔ)充多個(gè)再循環(huán)排氣的預(yù)定部分所述再循環(huán)排氣的預(yù)定部分的化學(xué)成分； 所述再循環(huán)排氣的所述部分的化學(xué)活性； 所述再循環(huán)排氣的所述部分的化學(xué)活性率； 所述再循環(huán)排氣的所述部分的溫度；和 所述再循環(huán)排氣的所述部分的壓力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述主燃燒室的基點(diǎn)燃種類 的所述部分的積累和生成的基種類的調(diào)節(jié)進(jìn)一步包括使用構(gòu)造為調(diào)節(jié) 如下項(xiàng)的至少一個(gè)的裝置來(lái)控制引導(dǎo)到所述的主燃燒室的多個(gè)基點(diǎn)燃 種類的量進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)進(jìn)氣的歧管壓力；離開(kāi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)排氣的歧管壓力；再循環(huán)的多個(gè)排氣的部分；進(jìn)氣門的行進(jìn)方案；排氣門的行進(jìn)方案；進(jìn)氣口的截面積；排氣口的截面積；進(jìn)氣的流動(dòng)方式；所述發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的壓力；和所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。
8. —種用于改進(jìn)包括氣缸的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)備，所述氣缸進(jìn)一步 包括由做功動(dòng)力產(chǎn)生部件限定的至少一個(gè)可變體積燃燒室，該做功動(dòng) 力產(chǎn)生部件在由氣缸殼體在外部界定的空間內(nèi)移動(dòng)，其中所述氣缸構(gòu) 造為周期性地接收燃料和空氣進(jìn)氣且實(shí)施燃燒循環(huán)，所述燃燒循環(huán)包 括進(jìn)氣、主壓縮、燃燒、做功膨脹和排氣部分階段，所述設(shè)備包括a) 布置在所述氣缸的氣缸殼體周圍、與所述至少一個(gè)可變體積燃 燒室熱化學(xué)的和流體動(dòng)力學(xué)的接觸并在所述至少一個(gè)可變體積燃燒室 附近布置的至少一個(gè)微室，其中所述至少一個(gè)微室構(gòu)造為用作用于多 個(gè)基點(diǎn)燃種類的生成的發(fā)源地點(diǎn)；b) 構(gòu)造為將所述至少一個(gè)微室與相關(guān)的所述至少一個(gè)可變體積燃 燒室聯(lián)接的至少一個(gè)連接管道，所述至少一個(gè)連接管道也構(gòu)造為在所 述燃燒循環(huán)的多個(gè)階段期間允許所述多個(gè)基點(diǎn)燃種類、空氣、燃料和 化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)出所述至少一個(gè)微室的流動(dòng)；和c) 與所述至少一個(gè)微室相關(guān)的至少一個(gè)控制器，所述至少一個(gè)控制器構(gòu)造為基于施加到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和速度要求來(lái)調(diào)節(jié)提供到所 述至少一個(gè)可變體積燃燒室的所述多個(gè)基點(diǎn)燃種類的量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)控制器與所述 至少一個(gè)微室相關(guān)且包括如下裝置的至少一個(gè)裝置a) 用于將控制流體分配到所述至少一個(gè)微室使得所述至少一個(gè)微 室內(nèi)的燃料濃度被調(diào)節(jié)的裝置；b) 用于將控制流體分配到所述至少一個(gè)微室使得所述至少一個(gè)微 室內(nèi)的氧濃度被調(diào)節(jié)的裝置；c) 用于改變所述至少一個(gè)微室的體積使得其體積被調(diào)節(jié)的裝置；d) 用于與所述至少一個(gè)微室相關(guān)的溫度的調(diào)節(jié)使得所述至少一個(gè)微室內(nèi)的溫度被調(diào)節(jié)的裝置；e) 用于與所述至少一個(gè)微室相關(guān)的壓力的調(diào)節(jié)使得所述至少一個(gè) 微室內(nèi)的壓力被調(diào)節(jié)的裝置；f) 可控催化表面；g) 可控表面積催化表面；h) 可控燃料重整設(shè)備；i) 可控等離子體生成設(shè)備； j)可控紫外光設(shè)備； k)可控微波設(shè)備； l)可控化學(xué)添加劑設(shè)備；m)用于改變所述至少一個(gè)微室內(nèi)的流動(dòng)的裝置； n)用于改變所述至少一個(gè)微室的幾何形狀使得所述的幾何形狀被 調(diào)節(jié)的裝置；o)用于改變所述至少一個(gè)微室的所述至少一個(gè)連接管道的幾何形 狀使得所述至少一個(gè)連接管道的所述幾何形狀被調(diào)節(jié)的裝置；和p)用于調(diào)節(jié)通過(guò)所述至少一個(gè)管道進(jìn)入所述至少一個(gè)微室的所述 燃料的量的裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)控制器包括如 下裝置的至少一個(gè)裝置a)調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器用于控制在多個(gè)排氣的再循環(huán)部分內(nèi)傳送 到所述燃燒循環(huán)的所述基點(diǎn)燃種類的量，其中所述調(diào)節(jié)器構(gòu)造為實(shí)施 如下項(xiàng)的至少一項(xiàng)i.排氣到所述至少一個(gè)可變體積燃燒室的所述再循環(huán)部分的量值調(diào)節(jié)以控制所述傳送的量；
11. 通過(guò)穩(wěn)定所述傳送的量的所述百分比，在所述再循環(huán)部分內(nèi)傳 送的所述基點(diǎn)燃種類的百分比的量值調(diào)節(jié)；iii. 在所述再循環(huán)部分內(nèi)傳送的所述基點(diǎn)燃種類的量值調(diào)節(jié)，以此 通過(guò)控制能降低所述傳送的量的份額的參數(shù)完成調(diào)節(jié)；iv. 在所述再循環(huán)部分內(nèi)傳送的所述基點(diǎn)燃種類的量值調(diào)節(jié)，以此 通過(guò)控制影響至少一個(gè)基點(diǎn)燃種類驅(qū)動(dòng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制的參數(shù)完成 調(diào)節(jié)，以便生成所述傳送的量的一部分；和v. 已與供給的所述空氣進(jìn)氣的至少一部分混合的、在所述再循環(huán)部分內(nèi)傳送的所述基點(diǎn)燃種類的量值調(diào)節(jié)，以此通過(guò)控制影響至少一 個(gè)基點(diǎn)燃種類驅(qū)動(dòng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)制的參數(shù)完成調(diào)節(jié)，以便生成一定 量的所述傳送的量，和b)管理設(shè)備，所述管理設(shè)備用于控制所述基點(diǎn)燃種類從先前的所 述燃燒循環(huán)到使用于所述燃燒循環(huán)中的至少一個(gè)可變體積燃燒室的輸 送，其中所述管理設(shè)備構(gòu)造為控制如下動(dòng)作的至少一個(gè)動(dòng)作i. 氣門動(dòng)作，ii. 額外的氣門動(dòng)作，iii. 與進(jìn)氣口相關(guān)的動(dòng)作，iv. 與排氣口相關(guān)的動(dòng)作， V.影響進(jìn)氣歧管壓力的動(dòng)作， Vi.影響排氣歧管壓力的動(dòng)作， Vii.影響進(jìn)氣歧管溫度的動(dòng)作， Viii.影響所述發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比的動(dòng)作，ix.影響進(jìn)氣的流動(dòng)形式的動(dòng)作，和X.影響進(jìn)氣的流速的動(dòng)作。11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)控制器通 過(guò)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通訊的設(shè)備管理，其中存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的數(shù)據(jù)涉 及所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)在變化的負(fù)荷和速度條件下的運(yùn)行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是旋轉(zhuǎn)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)微室定位成 使得在其內(nèi)生成的大量基點(diǎn)燃種類能被輸送到直接跟隨所述燃燒循環(huán) 的隨后的所述燃燒循環(huán)的其他的可變體積燃燒室，由此所述燃燒循環(huán) 的至少一個(gè)可變體積燃燒室不是直接跟隨的所述隨后的燃燒循環(huán)的所 述其他的可變體積燃燒室。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是二沖程往 復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)控制器用于以調(diào)節(jié)在所述燃燒循環(huán)之前緊臨的先前的燃燒循環(huán)的燃燒氣體殘余的 保留的方式調(diào)整周期性接收的所述空氣進(jìn)氣的升高壓力。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是四沖程往 復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12、 14或16所述的設(shè)備，其中所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 是DI燃料或預(yù)混合空氣和燃料進(jìn)氣的完全均質(zhì)燃燒基點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12、 14或16所述的設(shè)備，其中所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 利用了所述量的基點(diǎn)燃種類以增大在所述至少一個(gè)可變體積主燃燒室 內(nèi)的壓縮點(diǎn)火。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12、 14或16所述的設(shè)備，其中所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 利用了所述量的基點(diǎn)燃種類以增大在所述至少一個(gè)可變體積主燃燒室 內(nèi)的火花點(diǎn)火。
全文摘要
提供了用于在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中促進(jìn)均質(zhì)燃燒和改進(jìn)點(diǎn)燃的過(guò)程(100)。支持此過(guò)程的實(shí)體實(shí)施例具有嵌入在氣缸外周(36)內(nèi)的次級(jí)室(32)以初始化在早期循環(huán)中的基點(diǎn)燃(“RI”)種類生成以在隨后的循環(huán)中使用。這些次級(jí)室(32)與主室(34)通過(guò)小管道(42)連通。與通過(guò)這些次級(jí)室(32)使之容易的進(jìn)程協(xié)同的是，用于調(diào)節(jié)最終生成的RI種類的量的新穎控制策略。如此供給的RI種類的可預(yù)定存在則改變或添加了對(duì)于隨后循環(huán)的主燃燒室點(diǎn)燃機(jī)制的支配的鏈?zhǔn)匠跏蓟磻?yīng)的受控變化。此存在通過(guò)降低對(duì)于開(kāi)始和維持燃燒所需的熱量和燃料比實(shí)現(xiàn)了此受控變化。此存在因此在基點(diǎn)燃、火花點(diǎn)火和壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)改進(jìn)了燃燒且降低了排放。
文檔編號(hào)F02B19/10GK101421495SQ200780012628
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月7日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·布蘭科 申請(qǐng)人:大衛(wèi)·A·布蘭科