发动机的燃烧控制方法及燃烧系统

1.本发明涉及柴油内燃机技术领域，尤其涉及一种发动机的燃烧控制方法及燃烧系统。


背景技术：

2.柴油发动机相较于汽油发动机具有排放清洁，燃油经济性好，动力强劲，可靠性高等优点，被广泛应用于动力运输及特殊工况作业等众多领域中。
3.现有技术中的柴油机的燃烧过程主要采用等压循环(即狄塞尔循环)和/或等压-等容循环(即沙巴特循环)两种热力循环模式，其中，等压循环模式多被用于低速柴油机(如船用的柴油机)上，等压-等容循环多被用于高速柴油机(如大型货车及客车用的柴油机)上。
4.基于对现有技术中的柴油机的燃烧过程的分析，在燃烧过程的中后段，由于缺乏能量来源(即主燃室内的燃油被消耗)，因此，会导致发动机内的油气混合物的混合速度和/或燃烧速度会大幅降低，使发动机在做功冲程的等压循环阶段的维持时间较短，从而降低了发动机的热工转化能力，限制了发动机的热效率的提升。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的以及其他方面的至少一种技术问题，本发明提供一种发动机的燃烧控制方法及燃烧系统。通过响应于喷油控制状态，调节发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及扰动机构开始喷油的第二时刻，使发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升发动机的做功冲程的缸压峰值和/或延长缸压峰值的持续时间。
6.本发明的一方面提供一种发动机的燃烧控制方法，包括：监测上述发动机输出的实时负荷；根据上述发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态；以及响应于上述喷油控制状态，调节上述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及上述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节上述发动机内的油气混合物的燃烧速度，使上述发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升上述做功冲程的缸压峰值和/或延长上述缸压峰值的持续时间。
7.根据本发明的实施例，根据上述发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态，包括：根据上述发动机的实时负荷由小至大选取多个阈值；将至少一部分上述阈值中相邻的两个上述阈值之间限定的区间所对应的上述发动机的实时负荷的区间，划分为一个上述喷油控制状态；其中，上述喷油控制状态至少包括由小至大设置的第一负荷状态、第二负荷状态及第三负荷状态。
8.根据本发明的实施例，上述响应于上述喷油控制状态，调节上述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及上述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节上述发动机内的油气混合物的燃烧速度，使上述发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升上述做功冲程的缸压峰值和/或延长上述缸压峰值的持续时间，包括：响应于上述发动机
处于上述第一负荷状态，上述第一时刻被配置在上述发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之后，上述第二时刻被配置在上述发动机的曲轴转角位于ca10至ca50之间的时刻，以使上述发动机以等压循环模式工作。
9.根据本发明的实施例，上述响应于上述喷油控制状态，调节上述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及上述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节上述发动机内的油气混合物的燃烧速度，使上述发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升上述做功冲程的缸压峰值和/或延长上述缸压峰值的持续时间，还包括：响应于上述发动机处于上述第二负荷状态，上述第一时刻被配置在上述发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之前，使上述发动机以等压-等容循环模式工作，上述第二时刻被配置在上述发动机的曲轴转角位于ca10的时刻。
10.根据本发明的实施例，发动机的燃烧控制方法还包括调节上述发动机的进气门的关闭时刻。
11.根据本发明的实施例，上述响应于上述喷油控制状态，调节上述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及上述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节上述发动机内的油气混合物的燃烧速度，使上述发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升上述做功冲程的缸压峰值和/或延长上述缸压峰值的持续时间，还包括：响应于上述发动机处于上述第三负荷状态，上述第一时刻被配置在上述发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之前，上述第二时刻被配置在上述发动机的曲轴转角位于ca50的时刻，并且，上述发动机的进气门的关闭时刻被配置成在上述发动机的进气冲程中活塞运行至下止点之后，使上述发动机以等压-等容循环及米勒循环的混合模式工作。
12.本发明的另一方面提供一种燃烧系统，包括：发动机，包括：本体，上述本体内限定主燃室；主燃机构，被构造成向上述主燃室内喷射燃油，以使上述燃油在上述主燃室内与空气混合形成油气混合物；扰动机构，被构造成向上述主燃室内形成射流，以和上述油气混合物进一步混合，适用于调节上述气混合物的燃烧速度。采集单元，被构造成监测上述发动机的实时负荷；以及被构造成根据上述发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态，并响应于上述喷油控制状态，调节上述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及上述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻。
13.根据本发明的实施例，上述主燃机构设置于上述主燃室的中部，上述扰动机构设置于上述主燃室的径向的一侧。
14.根据本发明的实施例，上述本体包括缸套、安装于上述缸套内的活塞以及安装于上述缸套的开口位置的缸盖，上述缸盖、上述缸套及上述活塞之间限定上述主燃室。
15.根据本发明的实施例，上述扰动机构内限定扰动室，上述扰动室的容积被构造成小于或等于上述发动机的余隙容积的3％。
16.根据本发明提供的发动机的燃烧控制方法及燃烧系统，通过响应于喷油控制状态，调节发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及扰动机构开始喷油的第二时刻，可改变发动机的做功冲程中的燃烧过程，使发动机在不同的实时负荷条件下配置不同的热力循环模式。并且，还可调节发动机内的油气混合物的燃烧速度，以提升做功冲程的缸压峰值和/或延长缸压峰值的持续时间，以提高热效率和功率密度，从而提升发动机的热工转化能力。
附图说明
17.图1是根据本发明的一种示意性实施例的燃烧系统的结构示意图；
18.图2是根据本发明的是一种示意性实施例的发动机的燃烧控制方法的流程图；
19.图3是图2所示的示意性实施例在发动机处于第一负荷状态的示功图；
20.图4是图3所示的发动机处于第一负荷状态放热率曲线图；
21.图5是图2所示的示意性实施例在发动机处于第二负荷状态的示功图；
22.图6是图5所示的发动机处于第二负荷状态放热率曲线图；以及
23.图7是图2所示的示意性实施例在发动机处于第三负荷状态的示功图。
24.附图标记
25.1、进气门；
26.2、本体；
27.21、缸盖；
28.22、缸套；
29.23、活塞；
30.3、扰动机构；
31.31、副喷油器；
32.32、扰动室；
33.33、套筒；
34.4、采集单元；
35.5、控制单元；以及
36.6、主燃机构。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
38.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
39.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
40.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。
41.基于对现有的柴油机的燃烧过程的分析，在燃烧过程的中后段，由于缺乏能量来
源(即主燃室内的燃油被消耗)，因此，会导致发动机内的油气混合物的混合速度和/或燃烧速度会大幅降低，导致发动机在做功冲程的等压循环阶段的维持时间较短，从而降低了发动机的热工转化能力，限制了发动机的热效率的提升。
42.为此，如何基于现有技术中的柴油机的上述不足，对发动机内的油气混合物的混合速度和/或燃烧速度进行调节，成为亟待解决的技术问题。
43.有鉴于此，本发明的实施例基于同样的发明构思提供了一种燃烧系统，及对燃烧系统中的发动机进行控制的燃烧控制方法。
44.图1是根据本发明的一种示意性实施例的燃烧系统的结构示意图。
45.根据本发明提供的燃烧系统，如图1所示，包括发动机、采集单元及控制单元。发动机包括本体2，主燃机构6及扰动机构3。本体2内限定主燃室。主燃机构6被构造成向主燃室内喷射燃油，以使燃油在主燃室内与空气混合形成油气混合物。扰动机构3被构造成向主燃室内形成射流，以和油气混合物进一步混合，适用于调节气混合物的燃烧速度。采集单元4被构造成通过检测油门踏板的位置监测发动机的实时负荷。控制单元5被构造成根据发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态，并响应于喷油控制状态，调节发动机的主燃机构6开始喷油的第一时刻及发动机的扰动机构3开始喷油的第二时刻。
46.在一种示意性的实施例中，如图1所示，主燃机构6包括主喷油器。主喷油器设置于本体2的中部，适用于向主燃室内喷射燃油。
47.在一种示意性的实施例中，如图1所示，对于配置有预燃室的发动机，扰动机构3的结构及作用可被集成于预燃室内。应当理解，本发明的实施例不限于此。
48.例如，对于未配置预燃室的发动机，可配置独立的扰动机构3。
49.根据本发明的实施例，如图1所示，主燃机构6置于主燃室的中部，扰动机构3设置于主燃室的径向的一侧。
50.根据本发明的实施例，如图1所示，本体2包括缸套22、安装于缸套22内的活塞23以及安装于缸套22的开口位置的缸盖21，缸盖21、缸套22及活塞23之间限定主燃室。
51.在一种示意性的实施例中，如图1所示，扰动机构3包括套筒33及副喷油器31。详细地，套筒33设置于缸盖21的径向的一侧(如图1所示的左侧)；套筒33的内部限定扰动室32，套筒33的下部设置于适用于将扰动室32与主燃室连通的射流通道；套筒33的内部设置有副喷油器31，适用于向扰动室32内喷射燃油，使燃油在扰动室32内与空气预混，并最终经射流通道形成射流进入主燃室中。并且，由于扰动室32被构造成与主燃室连通，因此，在活塞23下行的过程中，还可将扰动室32内残留的废气抽出至主燃室中，以完成对扰动室32的扫气。
52.这样的实施方式中，扰动机构所配置的射流通道的数量，射流通道的水平夹角和/或竖直夹角可根据发动机的实际使用需求进行设计，以使扰动机构3形成的射流更好的与主燃室内的油气混合物耦合，有利于促进燃油的燃烧。
53.在一种示意性的实施例中，图中未示出，主喷油器及副喷油器31被构造成共轨设置。详细地，主喷油器的进油口通过第一油路与共轨管的一个出油口连通，副喷油器的进油口通过第二油路与共轨管的另一个有口连通。进一步的，共轨管基于第一油路及第二油路配置两个进油口，以使主喷油器及副喷油器的喷油的时刻分别控制。应当理解，本发明的实施例不限于此。
54.例如，主喷油器及副喷油器可分别采用独立的油路进行供给。
55.在一种示意性的实施例中，对主喷油器供油的供油压力(即第一油路的供油压力)包括但不限于被构造成140-200mpa。进一步的，对副喷油器供油的供油压力(即第二油路的供油压力)包括但不限于被构造成100-180mpa。更进一步的，第一油路及第二油路中的供油压力被构造成可调节，以满足主燃室及扰动室内所需的过量空气系数设计要求为宜，以满足发动机的燃烧过程的燃烧需求。
56.在一种示意性的实施例中，副喷油器31所配置的循环喷油量包括但不限于被构造成主喷油器(即主燃机构6)的总循环喷油量的2.5％-5％。进一步的，扰动室内的过量空气系数包括但不限于被构造成在1.5至2之间，这样有利于减少扰动室内的附壁燃油堆积量，提高射流维持时间，从而达到较优的扰动室的燃烧效果。更进一步的，主燃室内的空气过量系数包括但不限于被构造成1.5，有利于优化油气混合物在主燃室内的燃烧过程。
57.这样的实施方式中，通过使主喷油器及副喷油器在不同的第一时刻及第二时刻喷油，可在主燃室内的油气混合物的燃烧过程中使主燃室与扰动室内形成压差，从而使扰动室内形成的射流被引入主燃室内，并与主燃室内已经燃烧的油气混合物进一步混合，从而加快油气混合物的混合速度，并提升油气混合物的燃烧速度，以提升发动机的热效率。
58.在一种示意性的实施例中，如图中未示出，采集单元4包括但不限于采用传感器和/或传感器组。例如，采集单元4包括具有第一传感器、第二传感器及第三传感器的传感器组。详细地，第一传感器设置于发动机的曲轴上，适用于采集曲轴转角；第二传感器设置于配置发动机的乘用车的油门踏板上，适用于通过检测油门踏板的踩踏角度获取与踩踏角度相对应的发动机的负荷信号；第三传感器设置于发动机内，适用于采集缸压信号。基于上述曲轴转角、负荷信号及缸压信号中的至少一个监测发动机的实时负荷。
59.这里需要说明的是，任何本领域能够用于采集、转换、发送及显示上述信号传感器及传感器组均可选择适用，不再进行具体展开。
60.在一种示意性的实施例中，如图1所示，控制单元5被配置成与采集单元4通信连接，适用于接收由采集单元4采集的上述信号(如上述的曲轴转角、负荷信号及缸压信号中的至少一种)。进一步的，控制单元5还被配置成与主喷油器(即主喷油机构6)、副喷油器31以及进气门1通讯连接，适用于对主喷油器(即主喷油机构6)、副喷油器31以及进气门1进行控制，以调节第一时刻、第二时刻及进气门的关闭时刻。详细地，控制单元5包括但不限于采用电子控制单元(即ecu)。
61.根据本发明的实施例，扰动机构3内限定扰动室32，扰动室32的容积被构造成小于或等于发动机的余隙容积(即位于上止点的活塞23与缸盖21之间所限定的主燃室的容积)的3％。
62.在一种示意性的实施例中，扰动室32包括但不限于被构造成圆柱形或类圆柱形结构。详细地，扰动室32的高度及直径的比以满足扰动室32与发动机的余隙容积的比值要求为宜。
63.这样的实施方式中，在发动机的油气混合物的燃烧过程中，由于扰动室与主燃室相连通，因此，主燃室内的空气可与主喷油器及副喷油器喷出的燃油在主燃室内及扰动室内分别混合形成燃烧的油气混合物。由于扰动室32的容积较小，因此，在燃烧过程中可较为快速的形成高于主燃室的压强，从而与主燃室内形成压差，提高发动机在不同转速和/或负荷的工况下的反应能力。扰动室内的燃烧的油气混合物以射流的形式进入主燃室内，并与
主燃室内的油气混合物进一步混合，从而调节主燃室内的油气混合物的混合速度及燃烧速度。进一步的，通过对主燃机构及扰动机构的喷油时刻及喷油量的控制，还可合理的组织射流的产生及发展，实现对发动机的热力循环过程的边界调控，改烧扰动室强化燃烧系统变工况瞬态适应性性能，提高发动机的高效运行范围。应当理解，本发明的实施例不限于此。
64.例如，扰动室32的容积可被构造为发动机的余隙容积的3％至5％，5％至10％或其他数值。通过配置不同容积的扰动室，扰动室形成的射流的持续性及及时性改变(即扰动室的体积越大，油气混合物在扰动室内的燃烧越充分，形成的射流的动量越大；扰动室的体积越小，与主燃室形成压差的时间越短，射流进入主燃室的时间越早)，因此，应基于两方面的要求进行综合设计。
65.图2是根据本发明的是一种示意性实施例的发动机的燃烧控制方法的流程图。
66.根据本发明的实施例，如图2所示，发动机的燃烧控制方法包括但不限于步骤s210至s230。
67.步骤s210：监测发动机输出的实时负荷。
68.步骤s220：根据发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态。
69.步骤s230：响应于喷油控制状态，调节发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节发动机内的油气混合物的燃烧速度，使发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升做功冲程的缸压峰值和/或延长缸压峰值的持续时间。
70.这样的实施方式中，通过响应于喷油控制状态调节主燃机构开始喷油的第一时刻及扰动机构开始喷油的第二时刻，可改变发动机的做功冲程中的燃烧过程，使发动机在不同的实时负荷条件下配置不同的热力循环模式，还可调节发动机内的油气混合物的燃烧速度，以提升做功冲程的缸压峰值和/或延长缸压峰值的持续时间，从而提升发动机的热效率。
71.根据本发明的实施例，在步骤s220根据发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态中，包括：步骤s221及步骤s222。
72.步骤s221：根据发动机的实时负荷由小至大选取多个阈值。
73.步骤s222：将至少一部分阈值中相邻的两个阈值之间限定的区间所对应的发动机的实时负荷的区间，划分为一个喷油控制状态。
74.其中，喷油控制状态至少包括由小至大设置的第一负荷状态、第二负荷状态及第三负荷状态。
75.根据本发明的实施例，第一负荷状态包括但不限于油门踏板的位置处于油门踏板可摆动位置的0-25％的区间所对应的发动机的实时负荷；第二负荷状态包括但不限于油门踏板的位置处于油门踏板可摆动位置的75-85％的区间所对应的发动机的实时负荷；第三负荷状态包括但不限于油门踏板的位置处于油门踏板可摆动位置的90-100％的区间所对应的发动机的实时负荷。应当理解，本发明的实施例不限于此。
76.例如，还可通过发动机的实时负荷与发动机外特性的最大负荷的比值及比值所限定的区间限定喷油控制状态。
77.再如，针对上述阈值及阈值所形成区间可依据，根据不同的发动机结构、发动机所用的不同材质以及发动机的爆发压力是否受到其他限制的界限值选取。
78.根据本发明的实施例，步骤s230：响应于喷油控制状态，调节发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节发动机内的油气混合物的燃烧速度，使发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升做功冲程的缸压峰值和/或延长缸压峰值的持续时间，包括：步骤s231：响应于发动机处于第一负荷状态，第一时刻被配置在发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之后，第二时刻被配置在发动机的曲轴转角位于ca10至ca50之间的时刻，以使发动机以等压循环模式工作。
79.根据本发明的实施例中，第一负荷状态表征油门踏板的位置处于油门踏板可摆动位置的0-25％的区间所对应的发动机的实时负荷。
80.图3是图2所示的示意性实施例在发动机处于第一负荷状态的示功图。
81.参考图3所示，图3中的横轴(即v)表征为发动机的缸内的容积；纵轴(即p)表征为发动机的缸压；ivo表征为进气门开启；ivc表征为进气门关闭；evo表征为排气门开启；evc表征为排气门关闭；v0表征为余隙容积；vs表征为行程容积；p
max
表征为缸压峰值。
82.图4是图3所示的发动机处于第一负荷状态放热率曲线图。
83.参考图4所示，图4中的横轴表征为曲轴转角(即atdc，单位为
°
ca)；纵轴表征为放热率(单位为j/
°
ca)。
84.根据本发明的实施例，如图3所示，响应于发动机处于第一负荷状态，主喷油器(即主喷油机构)被配置成在发动机的压缩冲程中活塞运行至上止点之后(即第一时刻)喷射燃油，使主喷油器所喷射的燃油与空气在主燃室混合。进一步的，还控制副喷油器31于曲轴转角位于ca10(ca10表征为循环累计放热量达到总放热量10％时所对应的曲轴转角)至ca50(ca50表征为循环累计放热量达到总放热量50％时所对应的曲轴转角)之间的第二时刻(参考图3的位于等压段上的虚线部分)喷油，从而使射流在燃烧过程的中后段介入。
85.这样的实施方式中，如图3所示，将主喷油器(即主喷油机构6)喷油的第一时刻设置在发动机的压缩冲程中，活塞运行至上止点之后(即活塞已开始下行)。在活塞由上止点下行的状态下，可视为等压循环模式(即可近似视为理想的狄塞尔热力循环)，缸内的燃油被压燃形成多点缓慢燃烧，此时，通过控制副喷油器31于曲轴转角位于ca10至ca50的一时刻(即第二时刻)喷油，可使由副喷油器31输出的射流在主燃室内燃烧过程的中后段介入，进一步与主燃室内的油气混合物混合并产生强烈的湍流，以延长缸压峰值的维持时间(即图3所示的p
max
所对应的横轴的长度)，从而提升发动机的热效率。
86.参考图3所示，图中颜色较深的线所包围的区域为未配置扰动机构3或扰动机构3中的副喷油器31未进行喷油的发动机的示功图。图中颜色较浅的线为配置的扰动机构3于ca10至ca50之间的一时刻喷油的发动机的示功图。
87.基于图3可知，由于扰动室内的射流在燃烧过程的中后段介入，使发动机的缸压峰值的持续时间延长，并使发动机的一个工作循环(表征完成一次进气冲程、压缩冲程、做功冲程及排气冲程的循环)的循环全功(即图3中压缩段、等压段、膨胀段及扫气段所包围的区域的面积)明显增加(增加了图中右侧的剖面线的区域)。
88.进一步的，参考图4所示，图中颜色较深的线所包围的区域为未配置扰动机构3或扰动机构3中的副喷油器31未进行喷油的发动机的放热率曲线图。图中颜色较浅的线为配置的扰动机构3于ca10至ca50之间的一时刻(即叠时刻)喷油的发动机的放热率曲线图。
89.基于图4可知，发动机的做功冲程的放热率也具有了明显的提升(增加了图中右上
侧的剖面线的区域)。
90.根据本发明的实施例，步骤s230：响应于喷油控制状态，调节发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节发动机内的油气混合物的燃烧速度，使发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升做功冲程的缸压峰值和/或延长缸压峰值的持续时间，包括：步骤s232：响应于发动机处于第二负荷状态，第一时刻被配置在发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之前，使发动机以等压-等容循环模式工作，第二时刻被配置在发动机的曲轴转角位于ca10的时刻。
91.根据本发明的实施例中，第二负荷状态表征为油门踏板的位置处于油门踏板可摆动位置的75-85％的区间所对应的发动机的实时负荷。
92.图5是图2所示的示意性实施例在发动机处于第二负荷状态的示功图。
93.参考图5所示，图5中的横轴(即v)表征为发动机的缸内的容积；纵轴(即p)表征为发动机的缸压；ivo表征为进气门开启；ivc表征为进气门关闭；evo表征为排气门开启；evc表征为排气门关闭；v0表征为余隙容积；vs表征为行程容积；p1表征为原机的缸压峰值；p
max
表征为配置成扰动机构在第二时刻喷油的缸压峰值。
94.图6是图5所示的发动机处于第二负荷状态放热率曲线图。
95.参考图6所示，图6中的横轴表征为曲轴转角(单位为
°
ca)；纵轴表征为放热率(单位为j/
°
ca)；adtc(after top dead center)译为达到上止点后。
96.根据本发明的实施例，如图5所示，响应于发动机处于第二负荷状态，主喷油器(即主喷油机构6)被配置成在发动机的压缩冲程中活塞运行至上止点之前(即第一时刻)喷射燃油，使主喷油器所喷射的燃油与空气在主燃室混合形成油气混合物。进一步的，还控制副喷油器31于曲轴转角位于ca10(ca10表征为循环累计放热量达到总放热量10％时所对应的曲轴转角)的第二时刻喷油，从而使射流在燃烧过程的中前段介入。
97.这样的实施方式中，如图5所示，由于将主喷油器(即主喷油机构6)喷油的第一时刻设置于在发动机的压缩冲程中活塞运行至上止点之前，因此，可将活塞上行的过程(即等容循环阶段)及到达上止点后下行的过程(即等压循环阶段)视为等容-等压循环模式(即可近似视为理想的沙巴特热力循环，或译为萨巴德热力循环)。通过控制副喷油器31于曲轴转角位于ca10的第二时刻喷油，可使由副喷油器31输出的射流较早的与主燃室内的油气混合物混合，从而加快主燃室内的油气混合物在中前段的燃烧速度，以提高缸压峰值(即图5所示的p
max
所对应的纵轴的高度)，从而提升发动机的热工转化能力。
98.参考图5所示，图中颜色较深的线所包围的区域为未配置扰动机构3或扰动机构3中的副喷油器31未进行喷油的发动机的示功图。图中颜色较浅的线为配置的扰动机构3于ca10的第二时刻喷油的发动机的示功图。
99.基于图5可知，由于扰动室内的射流在燃烧过程的中前段介入，使发动机的缸压峰值的高度明显增加(如图5所示的p1提升至p
max
)，从而提升了发动机的热工转化能力。并且，由于等压循环的过程未发生较大的变化，因此，还在一定程度上使发动机的一个工作循环(表征完成一次进气冲程、压缩冲程、做功冲程及排气冲程的循环)的循环全功(即图5中等容段、等压段、膨胀段及扫气段所包围的区域的面积)有所增加(增加了图中右上侧的剖面线的区域)。
100.进一步的，参考图6所示，图中颜色较深的线所包围的区域为未配置扰动机构3或
扰动机构3中的副喷油器31未进行喷油的发动机的放热率曲线图。图中颜色较浅的线为配置的扰动机构3于ca10的第二时刻喷油的发动机的放热率曲线图。
101.基于图6可知，发动机的做功冲程的放热率(即图中位于10
°
ca的部分)增加了大致100j/
°
ca的明显提升(增加了图中上侧的剖面线的区域)。
102.根据本发明的实施例发动机的燃烧控制方法还包括调节所述发动机的进气门1的关闭时刻。
103.根据本发明的实施例，步骤s230：响应于喷油控制状态，调节发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节发动机内的油气混合物的燃烧速度，使发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升做功冲程的缸压峰值和/或延长缸压峰值的持续时间，包括：步骤s233：响应于所述发动机处于所述第三负荷状态，所述第一时刻被配置在所述发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之前，所述第二时刻被配置在所述发动机的曲轴转角位于ca50的时刻，并且发动机的进气门的关闭时刻被配置成在所述发动机的进气冲程中活塞运行至下止点之后，使所述发动机以等压-等容循环及米勒循环的混合模式工作。
104.根据本发明的实施例，第三负荷状态表征为油门踏板的位置处于油门踏板可摆动位置的90-100％的区间所对应的发动机的实时负荷。
105.图7是图2所示的示意性实施例在发动机处于第三负荷状态的示功图。
106.参考图7所示，图7中的横轴(即v)表征为发动机的缸内的容积；纵轴(即p)表征为发动机的缸压；ivo表征为进气门开启；ivc表征为进气门关闭；evo表征为排气门开启；evc表征为排气门关闭；v0表征为余隙容积；vs表征为行程容积；p
max
表征为配置成扰动机构在第二时刻喷油的缸压峰值。
107.根据本发明的实施例，如图7所示，响应于发动机处于第三负荷状态，主喷油器(即主喷油机构6)被配置成在发动机的压缩冲程中活塞运行至上止点之前(即第一时刻)喷射燃油，使主喷油器所喷射的燃油与空气在主燃室混合形成油气混合物。进一步的，还控制副喷油器31于曲轴转角位于ca50(ca50表征为循环累计放热量达到总放热量50％时所对应的曲轴转角)的第二时刻喷油，从而使射流在燃烧过程的中前段介入。更进一步的，发动机的进气门被配置成在发动机的进气冲程中活塞运行至下止点之后关闭。
108.这样的实施方式中，如图7所示，由于将主喷油器(即主喷油机构6)的喷油的第一时刻设置于在发动机的压缩冲程中活塞运行至上止点之前，因此，可将活塞上行的过程(即等容循环)及到达上止点后下行的过程(即等压循环)视为等容-等压循环模式(即可近似视为理想的沙巴特热力循环，或译为萨巴德热力循环)。通过延迟关闭进气门，相当于使发动机的做功行程延长，提高发动机的膨胀功(正功)。并通过控制副喷油器31于曲轴转角位于ca50的第二时刻喷油，可使由副喷油器31输出的射流较晚的与主燃室内的油气混合物混合，从而加快主燃室内的油气混合物在中后段的燃烧速度，从而进一步减小压缩功(负功)，以提高发动机的功率密度。
109.参考图7所示，图中颜色较深的线所包围的区域为未配置扰动机构3或扰动机构3中的副喷油器31未进行喷油的发动机的示功图。图中颜色较浅的线为配置的扰动机构3于ca50的第二时刻喷油的发动机的示功图。
110.基于图7可知，由于进气门延迟关闭，及扰动室内的射流在燃烧过程的中前段介
入，使发动机的缸压峰值的做功冲程延长，在未超过发动机的燃烧最大爆发压力的前提下，提高了发动机的功率密度，使发动机的一个工作循环(表征完成一次进气冲程、压缩冲程、做功冲程及排气冲程的循环)的循环全功(即图7中等容段、等压段、膨胀段及扫气段所包围的区域的面积)有所增加(增加了图中右上侧和下侧的剖面线的区域)。
111.以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

技术特征：
1.一种发动机的燃烧控制方法，其特征在于，包括：监测所述发动机输出的实时负荷；根据所述发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态；以及响应于所述喷油控制状态，调节所述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及所述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节所述发动机内的油气混合物的燃烧速度，使所述发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升所述做功冲程的缸压峰值和/或延长所述缸压峰值的持续时间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态，包括：根据所述发动机的实时负荷由小至大选取多个阈值；将至少一部分所述阈值中相邻的两个所述阈值之间限定的区间所对应的所述发动机的实时负荷的区间，划分为一个所述喷油控制状态；其中，所述喷油控制状态至少包括由小至大设置的第一负荷状态、第二负荷状态及第三负荷状态。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述响应于所述喷油控制状态，调节所述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及所述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节所述发动机内的油气混合物的燃烧速度，使所述发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升所述做功冲程的缸压峰值和/或延长所述缸压峰值的持续时间，包括：响应于所述发动机处于所述第一负荷状态，所述第一时刻被配置在所述发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之后，所述第二时刻被配置在所述发动机的曲轴转角位于ca10至ca50之间的时刻，以使所述发动机以等压循环模式工作。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述响应于所述喷油控制状态，调节所述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及所述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节所述发动机内的油气混合物的燃烧速度，使所述发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升所述做功冲程的缸压峰值和/或延长所述缸压峰值的持续时间，还包括：响应于所述发动机处于所述第二负荷状态，所述第一时刻被配置在所述发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之前，使所述发动机以等压-等容循环模式工作，所述第二时刻被配置在所述发动机的曲轴转角位于ca10的时刻。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括调节所述发动机的进气门的关闭时刻。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述响应于所述喷油控制状态，调节所述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及所述发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节所述发动机内的油气混合物的燃烧速度，使所述发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升所述做功冲程的缸压峰值和/或延长所述缸压峰值的持续时间，还包括：响应于所述发动机处于所述第三负荷状态，所述第一时刻被配置在所述发动机的压缩冲程中的活塞运行至上止点之前，所述第二时刻被配置在所述发动机的曲轴转角位于ca50的时刻，并且，所述发动机的进气门的关闭时刻被配置成在所述发动机的进气冲程中，活塞运行至下止点之后，使所述发动机以等压-等容循环及米勒循环的混合模式工作。7.一种燃烧系统，其特征在于，包括：
基于权利要求1至6中任一所述的燃烧控制方法进行控制的发动机，包括：本体(2)，所述本体(2)内限定主燃室；主燃机构(6)，被构造成向所述主燃室内喷射燃油，以使所述燃油在所述主燃室内与空气混合形成油气混合物；扰动机构(3)，被构造成向所述主燃室内形成射流，以和所述油气混合物进一步混合，适用于调节所述气混合物的燃烧速度；采集单元(4)，被构造成通过检测油门踏板的位置获取所述发动机的实时负荷；以及控制单元(5)，被构造成根据所述发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态，并响应于所述喷油控制状态，调节所述发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及所述发动机的扰动机构(3)开始喷油的第二时刻。8.根据权利要求7所述的燃烧系统，其特征在于，所述主燃机构设置于所述主燃室的中部，所述扰动机构(3)设置于所述主燃室的径向的一侧。9.根据权利要求7或8所述的燃烧系统，其特征在于，所述本体(2)包括缸套(22)、安装于所述缸套(22)内的活塞(23)以及安装于所述缸套(22)的开口位置的缸盖(21)，所述缸盖(21)、所述缸套(22)及所述活塞(23)之间限定所述主燃室。10.根据权利要求9所述的燃烧系统，其特征在于，所述扰动机构(3)内限定扰动室，所述扰动室的容积被构造成小于或等于所述发动机的余隙容积的3％。

技术总结
本发明涉及一种发动机的燃烧控制方法及燃烧系统，发动机的燃烧控制方法包括：监测发动机输出的实时负荷；根据发动机的实时负荷划分多种喷油控制状态；以及响应于喷油控制状态，调节发动机的主燃机构开始喷油的第一时刻及发动机的扰动机构开始喷油的第二时刻，以调节发动机内的油气混合物的燃烧速度，使发动机在做功冲程中具有不同的热力循环模式，并提升做功冲程的缸压峰值和/或延长缸压峰值的持续时间，以提高热效率和功率密度，从而提升发动机的热工转化能力。燃烧系统包括发动机、采集单元及控制单元。单元及控制单元。单元及控制单元。


技术研发人员：邬斌扬 苏万华 王家勇 刘一泽 朱超沂
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/7/25