內(nèi)燃機的燃燒控制裝置及均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法
【專利摘要】提供內(nèi)燃機的燃燒控制裝置及均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法，能夠在廣泛區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)并且NOx排出量較少。在本發(fā)明的均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法中，在發(fā)動機的汽缸內(nèi)形成均質(zhì)稀薄混合氣之后，通過火花點火來燃燒該均質(zhì)稀薄混合氣。在本發(fā)明的燃燒方法中，將在與壓縮上止點對應(yīng)的壓力條件下使缸內(nèi)溫度變化時層流燃燒速度產(chǎn)生劇變的溫度定義為拐點溫度，在燃燒均質(zhì)稀薄混合氣時，使汽缸內(nèi)的壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于拐點溫度。
【專利說明】內(nèi)燃機的燃燒控制裝置及均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的燃燒控制裝置及均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法。更具體而言，涉及在內(nèi)燃機的汽缸內(nèi)形成均質(zhì)稀薄混合氣，通過火花點火來燃燒該均質(zhì)稀薄混合氣的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置及均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為提高汽油發(fā)動機效率的有效手段，提出了使混合氣的空燃比比理論空燃比稀薄的稀薄燃燒。由于稀薄燃燒的廢氣中的NOx不能利用三元催化劑來凈化，因此在稀薄燃燒發(fā)動機中，降低從發(fā)動機排出的NOx量自身，即提高燃燒極限空燃比(以下，也稱作“稀薄極限，，)很重要。
[0003]作為提高稀薄極限的技術(shù)中的一種，提出了如下技術(shù):通過在設(shè)置于缸內(nèi)的火花塞的附近分層配置較濃的混合氣，使缸內(nèi)整體的稀薄混合氣穩(wěn)定地燃燒(例如，專利文獻1、2)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開平10-122015號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2002-256927號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]但是，在該技術(shù)中，由于在燃燒前半程中較濃的混合氣進行燃燒，因此，即使提高了稀薄極限，也無法降低與此對應(yīng)的NOx排出量。另一方面，雖然提出了在汽缸內(nèi)形成均質(zhì)且稀薄的預(yù)混合氣并使其自點火的被稱作HCCI燃燒的燃燒方法，但是，存在能夠穩(wěn)定燃燒的運轉(zhuǎn)區(qū)域較窄、對環(huán)境變動的控制性困難等問題。
[0009]本發(fā)明是鑒于以上問題而完成的，其目的在于，提供能夠在廣泛區(qū)域運轉(zhuǎn)并且NOx排出量較少的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置及均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法。
[0010](I)本發(fā)明是內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，該內(nèi)燃機的燃燒控制裝置具有:在內(nèi)燃機的汽缸內(nèi)形成均質(zhì)稀薄混合氣的混合氣形成單元；和設(shè)置于所述汽缸內(nèi)的火花點火單元，該燃燒控制裝置通過所述火花點火單元將由所述混合氣形成單元形成的均質(zhì)稀薄混合氣點燃而燃燒，其特征在于，將在與壓縮上止點對應(yīng)的壓力條件下使缸內(nèi)溫度變化時層流燃燒速度產(chǎn)生劇變的溫度定義為拐點溫度，使燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時的所述汽缸內(nèi)的壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于所述拐點溫度。
[0011](2)在該情況下，優(yōu)選的是，所述拐點溫度處的層流燃燒速度的劇變是通過H2O2的分解反應(yīng)而產(chǎn)生的。
[0012](3)在該情況下，優(yōu)選的是，燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時的所述汽缸內(nèi)的壓縮上止點的缸內(nèi)溫度為約1000 [K]以上。
[0013](4)在該情況下，優(yōu)選的是，所述內(nèi)燃機的壓縮比被設(shè)定在12以上15以下的范圍內(nèi)，所述混合氣形成單元將所述均質(zhì)稀薄混合氣的空燃比設(shè)為25 [A/F]以上。
[0014](5)在該情況下，優(yōu)選的是，在燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時，停止廢氣朝所述汽缸內(nèi)的回流。
[0015](6)在該情況下，優(yōu)選的是，還具有對被導入到所述汽缸內(nèi)之前的進氣進行加熱的進氣加熱單元。
[0016](7)在該情況下，優(yōu)選的是，所述火花點火單元在到達壓縮上止點之前進行2次以上的多次點火。
[0017](8)本發(fā)明是均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法，在內(nèi)燃機的汽缸內(nèi)形成均質(zhì)稀薄混合氣之后，通過火花點火來燃燒該均質(zhì)稀薄混合氣，其特征在于，將在與壓縮上止點對應(yīng)的壓力條件下使缸內(nèi)溫度變化時層流燃燒速度產(chǎn)生劇變的溫度定義為拐點溫度，在燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時，使所述汽缸內(nèi)的壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于所述拐點溫度。
[0018](I)在本發(fā)明中，利用火花點火單元將通過混合氣形成單元在汽缸內(nèi)形成的均質(zhì)稀薄混合氣點燃而燃燒。此時，在本發(fā)明中，通過使壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于預(yù)定的拐點溫度，能夠使混合氣的空燃比充分稀薄(例如，24 [A/F]以上)，并且提高能夠進行穩(wěn)定燃燒程度的層流燃燒速度。更具體而言，現(xiàn)有的均質(zhì)稀薄燃燒中的稀薄極限為18[A/F]左右，而根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)⑵涮岣叩街辽?0 [A/F]左右。此外，通過燃燒均質(zhì)的混合氣，能夠與空燃比變稀薄相對應(yīng)地降低NOx排出量。此外，通過利用火花點火單元，能夠在與HCCI燃燒不同的廣泛運轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定燃燒。
[0019](2)根據(jù)本發(fā)明，通過使壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于拐點溫度，能夠利用由H2O2的分解反應(yīng)生成的OH自由基，將層流燃燒速度提高到即使是均質(zhì)稀薄混合氣也能夠穩(wěn)定燃燒的程度。
[0020](3)根據(jù)本發(fā)明，通過將壓縮上止點的缸內(nèi)溫度設(shè)為約1000 [K]以上，能夠可靠地使缸內(nèi)溫度高于拐點溫度，能夠使均質(zhì)稀薄混合氣穩(wěn)定地燃燒。
[0021](4)根據(jù)本發(fā)明，通過將壓縮比設(shè)定在12以上15以下的范圍內(nèi)，能夠?qū)嚎s上止點處的缸內(nèi)溫度提高到不產(chǎn)生敲缸的程度。因此，能夠容易地使壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于拐點溫度。
[0022](5)在本發(fā)明中，在燃燒均質(zhì)稀薄混合氣時，通過停止廢氣朝汽缸內(nèi)的回流，能夠防止缸內(nèi)溫度下降。
[0023](6)在本發(fā)明中，通過利用進氣加熱單元來對被導入到汽缸內(nèi)之前的進氣進行加熱，能夠在各種環(huán)境下穩(wěn)定地使壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于拐點溫度，進而提高稀薄極限。
[0024](7)在本發(fā)明中，通過在到達壓縮上止點之前進行多次點火，能夠使壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于拐點溫度，進而提高稀薄極限。
[0025]( 8 )根據(jù)本發(fā)明，得到與上述(I)相同的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是示出本發(fā)明的第I實施方式的試驗機(組合例I?4)中的混合氣的空燃比與指示平均有效壓力的變動率之間的關(guān)系的曲線圖。
[0027]圖2是示出上述實施方式的試驗機(組合例I?4)中的混合氣的空燃比與剛從發(fā)動機排出的廢氣的NOx濃度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0028]圖3是示出上述實施方式的試驗機(組合例I?4)中的混合氣的空燃比與壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度的平均值之間的關(guān)系的曲線圖。
[0029]圖4是示出上述實施方式的試驗機(組合例I)中的曲軸角度與缸內(nèi)溫度之間的關(guān)系的圖。
[0030]圖5是示出上述實施方式的試驗機(組合例2)中的曲軸角度與缸內(nèi)溫度之間的關(guān)系的圖。
[0031]圖6是示出上述實施方式的試驗機(組合例3)中的曲軸角度與缸內(nèi)溫度之間的關(guān)系的圖。
[0032]圖7是示出上述實施方式的試驗機(組合例4)中的曲軸角度與缸內(nèi)溫度之間的關(guān)系的圖。
[0033]圖8是示出通過反應(yīng)計算得到的初始缸內(nèi)溫度與層流燃燒速度之間的關(guān)系的圖。
[0034]圖9是示出在初始缸內(nèi)溫度低于拐點溫度的情況下(900 [K])對層流燃燒速度有貢獻的基元反應(yīng)中，靈敏度的絕對值靠前的4個基元反應(yīng)的圖。
[0035]圖10是示出在初始缸內(nèi)溫度拐點溫度高的情況下(1000 [K])對層流燃燒速度有貢獻的基元反應(yīng)中，靈敏度的絕對值靠前的4個基元反應(yīng)的圖。
[0036]圖11是示意性示出被認為在高于拐點溫度的區(qū)域中進行的H2O2反應(yīng)循環(huán)的圖。
[0037]圖12是示出本發(fā)明的第2實施方式的量產(chǎn)機中的混合氣的空燃比與指示平均有效壓力的變動率之間的關(guān)系的曲線圖。
[0038]圖13是示出上述實施方式的量產(chǎn)機中的混合氣的空燃比與剛從發(fā)動機排出的廢氣的NOx濃度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0039]圖14是示出上述實施方式的量產(chǎn)機中的混合氣的空燃比與指示燃油消耗率之間的關(guān)系的曲線圖。
[0040]圖15是示出上述實施方式的量產(chǎn)機中的曲軸角度與缸內(nèi)溫度之間的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0041]<第I實施方式>
[0042]以下，參照附圖，對本發(fā)明的均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法和應(yīng)用該燃燒方法而構(gòu)成的內(nèi)燃機(以下，簡單稱作“發(fā)動機”)的燃燒控制裝置的第I實施方式進行說明。
[0043]本實施方式的單汽缸發(fā)動機及其燃燒控制裝置的規(guī)格如下表I所示。此外，本實施方式的發(fā)動機和其燃燒控制裝置對應(yīng)于為了明確本發(fā)明的均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法的概念而構(gòu)成的試驗機。關(guān)于通過該試驗機而明確的本發(fā)明的燃燒方法在量產(chǎn)機中的應(yīng)用，后面作為第2實施方式進行詳細說明。
[0044][表 I]
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，該內(nèi)燃機的燃燒控制裝置具有: 在內(nèi)燃機的汽缸內(nèi)形成均質(zhì)稀薄混合氣的混合氣形成單元；和 設(shè)置于所述汽缸內(nèi)的火花點火單元， 該燃燒控制裝置通過所述火花點火單元將由所述混合氣形成單元形成的均質(zhì)稀薄混合氣點燃而燃燒，其特征在于， 將在與壓縮上止點對應(yīng)的壓力條件下使缸內(nèi)溫度變化時層流燃燒速度產(chǎn)生劇變的溫度定義為拐點溫度，使燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時的所述汽缸內(nèi)的壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于所述拐點溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，其特征在于， 所述拐點溫度處的層流燃燒速度的劇變是由于H2O2的分解反應(yīng)而產(chǎn)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，其特征在于， 燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時的所述汽缸內(nèi)的壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度為約ιοοο[κ]以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，其特征在于， 燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時的所述汽缸內(nèi)的壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度為約1000DC以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項所述的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，其特征在于， 所述內(nèi)燃機的壓縮比被設(shè)定在12以上15以下的范圍內(nèi)， 所述混合氣形成單元將所述均質(zhì)稀薄混合氣的空燃比設(shè)為25[A/F]以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項所述的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，其特征在于， 在燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時，停止廢氣朝所述汽缸內(nèi)的回流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項所述的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，其特征在于， 所述內(nèi)燃機的燃燒控制裝置還具有對被導入到所述汽缸內(nèi)之前的進氣進行加熱的進氣加熱單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任意一項所述的內(nèi)燃機的燃燒控制裝置，其特征在于， 所述火花點火單元在到達壓縮上止點之前進行2次以上的多次點火。
9.一種均質(zhì)稀薄混合氣的燃燒方法，在內(nèi)燃機的汽缸內(nèi)形成均質(zhì)稀薄混合氣之后，通過火花點火來燃燒該均質(zhì)稀薄混合氣，其特征在于， 將在與壓縮上止點對應(yīng)的壓力條件下使缸內(nèi)溫度變化時層流燃燒速度產(chǎn)生劇變的溫度定義為拐點溫度，在燃燒所述均質(zhì)稀薄混合氣時，使所述汽缸內(nèi)的壓縮上止點處的缸內(nèi)溫度高于所述拐點溫度。
【文檔編號】F02D43/00GK103670761SQ201310424541
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月19日
【發(fā)明者】近藤卓, 園比呂志, 橋本公太郎, 英壽 申請人:本田技研工業(yè)株式會社