均质压燃发动机进排气系统、进气控制方法以及发动机.pdf

摘要
申请专利号：	CN201010508631.6	申请日：	2010.10.15
公开号：	CN102444507A	公开日：	2012.05.09
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):F02M 35/104申请日:20101015\|\|\|公开
IPC分类号：	F02M35/104; F02M31/02; F02D9/08; F01N13/08(2010.01)I; F02B1/08	主分类号：	F02M35/104
申请人：	上海汽车集团股份有限公司
发明人：	沈义涛; 吕世亮; 尹琪; 章健勇; 孔毅
地址：	201203 上海市张江高科技园区松涛路563号1号楼509室
优先权：
专利代理机构：	中国专利代理(香港)有限公司 72001	代理人：	臧霁晨;高为
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内容摘要

本发明提供一种均质压燃(HCCI)发动机进排气系统、进气控制方法以及发动机，属于动力总成技术领域。该进排气系统包括第一气道和第二气道，其中第一气道上设置有用于加热气体的第一热交换器和第二热交换器、以及第一节流阀，所述第二气道上设置有第二节流阀，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，可以使HCCI发动机分别在火花塞点火(SI)燃烧模式的工况下、特别是冷机启动工况，以及正常HCCI燃烧模式的工况下获得优化的工作性能。

权利要求书

1：一种均质压燃发动机的进排气系统，所述均质压燃发动机的缸体中设置热进气道和冷进气道，所述均质压燃发动机上设置有液冷循环系统，所述进排气系统包括排气道；其特征在于，所述进排气系统包括与所述热进气道对应连接的第一气道、和与所述冷进气道对应连接的第二气道；所述第一气道上设置有用于加热气体的第一热交换器和第二热交换器、以及第一节流阀，所述第一热交换器与所述液冷循环系统中的液体交换热量，所述第二热交换器与所述排气道的气体交换热量；所述第二气道上设置有第二节流阀。
2：如权利要求 1 所述的进排气系统，其特征在于，还包括连接所述第一气道和第二气道的第三气道，所述第三气道上设置第三节流阀。
3：如权利要求 2 所述的进排气系统，其特征在于，所述第三气道的出入口靠近缸体的热进气道入口或者冷进气道入口设置。
4：如权利要求 1 或 2 所述的进排气系统，其特征在于，还包括用于升高输入所述第一气道和所述第二气道的气压的压力提升装置。
5：如权利要求 1 或 2 所述的进排气系统，其特征在于，还包括用于排出所述第一气道中的多余热气的旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀。
6：如权利要求 1 所述的进排气系统，其特征在于，在所述第一气道上，第一热交换器、第二热交换器和第一节流阀根据进气方向依次排列设置。
7：如权利要求 6 所述的进排气系统，其特征在于，所述进排气系统还包括用于排出所述第一气道中的多余热气的旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀，所述旁通气道与所述第一气道的交接处靠近于所述第一节流阀设置。
8：如权利要求 2 所述的进排气系统，其特征在于，所述第一气道通过进气歧管与所述热进气道连接，所述第三气道的内径基本等于所述进气歧管的内径。
9：如权利要求 1 或 2 所述的进排气系统，其特征在于，所述第一气道所使用的气管的内表面具有绝热层。
10：一种均质压燃发动机的进气控制方法，所述均质压燃发动机包括如权利要求 1 所述的进排气系统，其特征在于，在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，提高所述气缸的平均进气温度，并随着所述发动机负荷增加而保持或降低平均进气温度；在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，关闭所述第一节流阀、开启所述第二节流阀；在正常均质压燃燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，进而控制所述气缸的平均进气温度以控制均质压燃燃烧模式的燃烧时间；其中，所述高负荷是指发动机负荷在 80％ -100％的条件下。
11：如权利要求 10 所述的进气控制方法，其特征在于，高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况是冷机启动的火花塞点火燃烧模式的工况。
12：如权利要求 10 或 11 所述的进气控制方法，其特征在于，所述进排气系统还包括连 2 接所述第一气道和第二气道的第三气道，所述第三气道上设置第三节流阀；其中，在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，关闭所述第一节流阀、开启所述第二节流阀和所述第三节流阀以使所述热进气道和所述冷进气道同时通入冷气。
13：如权利要求 12 所述的进气控制方法，其特征在于，所述进排气系统还包括旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀；其中，在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，打开所述旁通阀以排出所述第一气道中的多余热气。
14：如权利要求 10 或 11 所述的进气控制方法，其特征在于，在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以控制进气总流量并提高所述平均进气温度，在进气总流量相同时，相对提高所述气缸的进气压力，并随着所述发动机负荷增加而进一步提高所述进气压力。
15：如权利要求 11 所述的进气控制方法，其特征在于，在所述冷机启动的火花塞点火燃烧模式的工况下，所述气缸的平均进气温度的提高范围约为 10℃到 150℃。
16：如权利要求 10 或 11 所述的进气控制方法，其特征在于，在所述均质压燃燃烧模式的工况下，提高所述汽缸的平均进气温度以控制均质压燃燃烧模式的燃烧时间；所述气缸的平均进气温度的提高范围约为 80℃到 250℃。
17：如权利要求 10 或 11 所述的进气控制方法，其特征在于，所述平均进气温度随所述发动机负荷增加而线性地下降至大气温度。
18：如权利要求 14 所述的进气控制方法，其特征在于，所述气缸的进气压力提高的百分比范围约为 10％ -100％。
19：一种均质压燃发动机，包括如权利要求 1 至 9 中任一项所述的进排气系统。

说明书

均质压燃发动机进排气系统、进气控制方法以及发动机
    技术领域本发明属于动力总成技术领域，具体涉及一种均质压燃 (Homogenous Charge Compression Ignition， HCCI) 发动机，尤其涉及均质压燃发动机的进排气系统、其进气控制方法以及带该进排气系统的发动机。
     背景技术均质压燃 (Homogenous Charge Compression Ignition， HCCI) 发动机 ( 例如汽油机 ) 由于具有大幅度提高汽油机热效率和急剧降低氮氧化合物 (NOx) 的潜力，从而备受汽车公司关注。其中，通用汽车公司已于 2008 年展示了装备 HCCI 发动机样车。HCCI 发动机被认为是未来车用发动机的一个重要发展方向。
     HCCI 燃烧是指在压缩上止点 (TDC) 附近时、缸内混合气温度接近自燃温度而发生的燃烧现象，其具有燃烧速度快、等容度高的特点。HCCI 发动机有多种不同的方案，节油效果、运行范围和运行的稳定性也各不相同。例如，可控自燃着火型 (CAI)HCCI 发动机利用负阀重叠在缸内滞留大量内部残余废气，进而提高缸内混合气的平均温度，在压缩上止点附近实现自燃着火，但由于压缩比为 10 左右，对热效率的改善仅在 15％左右；而优化动力型 (OKP)HCCI 汽油机则采用高压缩比 ( 例如 15)，通过对新鲜空气进行加热，并结合进气的快速热管理来提高缸内混合气的平均温度，实现压缩自燃着火，可改善热效率 25 ～ 30％。
     但所有的 HCCI 燃烧系统都面临着诸多相似的问题，包括负荷上限受限、常温冷机启动难、燃烧时间难控制等问题。
     通常地，在 HCCI 燃烧模式的负荷上限工况 ( 例如 40％以上的发动机负荷 ) 下，发动机燃烧开始粗暴，燃烧噪音增加，燃烧开始时刻难以控制，氮氧化合物排放升高。虽然采用增压、提高缸内混合气温度分布的非均匀性等方法可适当拓展 HCCI 发动机的负荷，但仍然无法满足车用发动机的动力需求。因此，在高负荷情况下，基本不采用 HCCI 燃烧模式。通常在高负荷情况下仍然采用传统的 SI(Spark Ignition，火花塞点火 ) 燃烧模式。
     并且，常温冷机启动时，由于发动机的整体温度水平较低、散热严重、热源能量不够，很难实现 HCCI 燃烧。因此，冷机启动时，通常认为发动机应先在火花塞点火 (SI) 燃烧模式下运行一定时间，待发动机的温度水平高到一定程度后再切换至 HCCI 燃烧模式。
     因此，车用 HCCI 发动机必须具备在 HCCI 和 SI 燃烧模式下分别运行的能力，必须具备在 HCCI 和 SI 燃烧模式间可靠切换的能力，必须具备有效控制 HCCI 燃烧时间的能力，并应以 SI 燃烧模式冷机启动后使发动机尽快进入 HCCI 燃烧模式，使发动机工作在 HCCI 燃烧模式下的时间相对变长。同时，应尽量优化 HCCI 发动机在这两种燃烧模式下的工作性能 ( 尤其是提高热效率方面 )。
     现有技术的 HCCI 发动机中，其进排气系统相对简单，其中只有一个进气道，空气直接通过该进气道进入 HCCI 发动机的机体内。在 SI 燃烧模式冷机启动时，进气温度恒定且相对较低，不利于改善发动机的排放性能。同时，应当注意到，进排气系统中，发动机具有排气通道，该排气通道所排出的气体温度高。通常地， HCCI 发动机中还包括用于冷却液冷
     循环系统，其所排出的液体 ( 一般为水 ) 也具有较高的温度。
     有鉴于此，针对现有的 HCCI 发动机的进排气系统的特点、水冷系统的特点，以及 HCCI 发动机工作性能要求，提出一种新型的 HCCI 发动机的进排气系统及进气控制方法。发明内容
     本发明要解决的技术问题是，提升发动机在 SI 燃烧模式和 HCCI 燃烧模式的工作性能。为解决以上技术问题，按照本发明的一个方面，提供一种均质压燃发动机的进排气系统，所述均质压燃发动机的机体中设置热进气道和冷进气道，所述均质压燃发动机上设置有液冷循环系统，所述进排气系统包括排气道；其中，所述进排气系统包括与所述热进气道对应连接的第一气道、和与所述冷进气道对应连接的第二气道；
     所述第一气道上设置有用于加热气体的第一热交换器和第二热交换器、以及第一节流阀，所述第一热交换器与所述液冷循环系统中的液体交换热量，所述第二热交换器与所述排气道的气体交换热量；
     所述第二气道上设置有第二节流阀。
     在本发明的进排气系统的一个较佳实施方案中，所述进排气系统还包括连接所述第一气道和第二气道的第三气道，所述第三气道上设置第三节流阀。
     所述第三气道的出入口靠近缸体的热进气道入口或者冷进气道入口设置。
     在本发明的进排气系统的又一个实施方案中，所述进排气系统还包括用于升高输入所述第一气道和所述第二气道的气压的压力提升装置。
     所述进排气系统还可以包括用于排出所述第一气道中的多余热气的旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀。
     在本发明的进排气系统的再一个较佳实施方案中，在所述第一气道上，第一热交换器、第二热交换器和第一节流阀根据进气方向依次排列设置。所述进排气系统还可以包括用于排出所述第一气道中的多余热气的旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀，所述旁通气道与所述第一气道的交接处靠近于所述第一节流阀设置。
     较佳地，所述第一气道通过进气歧管与所述热进气道连接，所述第三气道的内径基本等于所述进气歧管的内径。所述第一气道所使用的气管的内表面具有绝热层。
     按照本发明的又一个方面，提供一种均质压燃发动机的进气控制方法，所述均质压燃发动机包括以上所述的进排气系统，其中，
     在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，提高所述气缸的平均进气温度，并随着所述发动机负荷增加而保持或降低平均进气温度；
     在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，关闭所述第一节流阀、开启所述第二节流阀；
     在正常均质压燃燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，进而控制所述气缸的平均进气温度以控制均质压燃燃烧模式的燃烧时间；
     其中，所述高负荷是指发动机负荷在 80％ -100％的条件下。
     具体地，高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况选择是冷机启动的火花塞点火燃烧模式的工况。
     在本发明的进气控制方法的一个较佳实施方案中，所述进排气系统还包括连接所述第一气道和第二气道的第三气道，所述第三气道上设置第三节流阀；其中，在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，关闭所述第一节流阀、开启所述第二节流阀和所述第三节流阀以使所述热进气道和所述冷进气道同时通入冷气。
     优选地，所述进排气系统还包括旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀；其中，在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，打开所述旁通阀以排出所述第一气道中的多余热气。
     在本发明的进气控制方法的又一个较佳实施方案中，在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以控制进气总流量并提高所述平均进气温度，在进气总流量相同时，相对提高所述气缸的进气压力，并随着所述发动机负荷增加而进一步提高所述进气压力。
     其中，所述气缸的进气压力提高的百分比范围约为 10％ -100％。
     其中，在所述冷机启动的火花塞点火燃烧模式的工况下，所述气缸的平均进气温度的提高范围约为 10℃到 150℃。在本发明的进气控制方法的再一个较佳实施方案中，在所述均质压燃燃烧模式的工况下，提高所述汽缸的平均进气温度以控制均质压燃燃烧模式的燃烧时间。所述气缸的平均进气温度的提高范围约为 80℃到 250℃。
     在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，所述平均进气温度随所述发动机负荷增加而线性地下降至大气温度。
     按照本发明的再一方面，提供一种均质压燃发动机，其包括以上所述及的任意一种的进排气系统。
     本发明的技术效果是，本发明的进排气系统充分利用 HCCI 发动机的自身热量，一方面解决了 HCCI 模式运行所需的热空气困难，另一方面可以使 HCCI 发动机在 HCCI 燃烧模式下和 SI 燃烧模式下均可获得所需的空气条件，并且可以改善 SI 燃烧模式下部分负荷的燃油经济性和冷机启动过程的排放性能，也可以控制 HCCI 燃烧模式下的燃烧时间。
     附图说明
     图 1 是按照本发明提供的一个实施例的 HCCI 发动机的进排气系统的结构示意图 2 是 HCCI 发动机的燃烧模式的工况情况示意图；图 3 是在 SI 燃烧模式时、不同负荷下平均进气温度的变化示意图；图 4 是在 SI 燃烧模式时、不同负荷下进气压力的变化示意图。图；
     具体实施方式
     下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
     图 1 所示为按照本发明提供的一个实施例的 HCCI 发动机的进排气系统的结构示意图。HCCI 发动机可以为各种类型的内燃机，例如，汽车上常用类型的汽油机。同样地，该 HCCI 发动机在低负荷正常运转时，其工作于 HCCI 燃烧模式，其它工况下，包括冷机启动、暖机、高负荷等工况时该 HCCI 发动机工作于 SI 燃烧模式。如图 1 所示， HCCI 汽油机机体 80 中设置有热进气通道和冷进气通道。为简单示意说明，以单缸机结构示意了本发明的 HCCI 发动机，但是， HCCI 汽油机的机体结构并不是本发明限制的，其也可以为多缸机。每个汽缸都可以与两个分离的进气道相连接，其中一个为热进气道、一个为冷进气道。通常地， HCCI 汽油机都设置有用于冷却的液冷循环系统，该液冷循环系统中，例如采用水冷冷却。图 1 中未具体示出液冷循环系统，仅示出了其中的一个冷却水液流通道，该液流通道流着为发动机排热所加热后的水。冷却水液流通道与冷却水热交换器 20 相连，冷却水液流通道的水可以与冷却水热交换器 20 交换热量，也即通过冷却水热交换器 20 对冷却水液流通道的水冷却。
     另外，通常地， HCCI 汽油机的进排气系统都设置有排气道，其中，排气道排出的气体温度比较高，在该发明中，利用了排气道中气体的热量对进气道的气体进行加热，因此，排气道与排气热交换器 30 相连。排气热交换器 30 可以与排气道的气体交换热量，也即通过排气热交换器 30 对所排出的气体冷却。继续如图 1 所示， HCCI 汽油机的进排气系统包括与热进气通道对应连接的第一气道、和与冷进气通道对应连接的第二气道。在该实施例中，外界的空气经过压力提升装置 10 升压处理后，分别输入第一气道和第二气道。通过控制压力提升装置 10 可以控制第一气道和第二气道中气体的压力，进而可以控制 HCCI 发动机在 SI 燃烧模式或者在 HCCI 燃烧模式下的进气压力。
     第一气道上，设置有冷却水热交换器 20、排气热交换器 30、以及第一节流阀 50，在该实施例中，如图 1 所示，根据进气方向，冷却水热交换器 20、排气热交换器 30、以及第一节流阀 50 依次排列设置。压力提升装置 10 输入第一气道的气体，依次经过冷却水热交换器 20、排气热交换器 30 加热后，输入第一节流阀 50，通过第一节流阀 50，可以控制第一气道中的气体流量。从第一节流阀 50 输出的气体然后输入至机体 80 的热进气道。在该实施例中，第一节流阀 50 与热进气道之间通过进气歧管连接。
     需要说明的是，冷却水热交换器 20、排气热交换器 30 和第一节流阀 50 的排列顺序并不受图示实施例限制，本领域技术人员还可以根据具体情况做出各种排列选择，例如，气体先经过排气热交换器 30、进入冷却水热交换器 20、再进入第一节流阀 50。
     继续如图 1 所示，具体地，进排气系统还设置有旁通气道，该旁通气道连接于第一气道，旁通气道上设置旁通阀 40。在该实施例中，旁通气道与排气热交换器 30 和第一节流阀 50 之间的气管相通连接，较佳地，二者的交接处相对靠近于第一节流阀 50。也即，旁通气道靠近第一节流阀 50 设置，例如，其交接处与排气热交换器 30 之间的距离 D1 是交接处与第一节流阀 50 之间的距离 D2 的 2-5 倍或更大。这样，旁通阀 40 打开排去第一气道中的多余热气时，能尽量减小在第一节流阀 50 之前所滞留不运动的气体的量。
     继续如图 1 所示，第二气道上设置第二节流阀 60，第二节流阀 60 可以调节第二气道的气体流量。压力提升装置 10 输出的气体经过第二节流阀 60 后，输入机体 80 的冷进气通道。第二气道中的气体未经热处理，所以一般为常温气体，其气体的温度范围可以为 -20℃到 50℃。
     第一气道中的气体经过冷却水热交换器 20、排气热交换器 30 加热后，其温度提升范围可以为 10℃ -350℃ ( 相对于初始进气温度，其一般为大气温度 )。对于发动机冷机启动工作在 SI 燃烧模式下，第一气道中的气体的温度提升范围可以为 10℃ -300℃。对于正常 HCCI 燃烧模式下，第一气道中的气体的温度提升范围可以为 100℃ -300℃。可以通过控制压力、冷却水热交换器 20 和排气热交换器 30 来调节第一气道中的气体的温度。同时，为了使流经第一气道中的气体有较好的保热效果，可以在第一气道所使用的气管的内表面设置绝热层。
     优选地，在该实施例中，进排气系统还包括第三气道，第三气道连接第一气道和第二气道，并且在第三气道上设置第三节流阀 70。第三节流阀 70 打开时，第二气道中的气体通过第三节流阀 70 同时流入第一气道中，以使热进气道能同时流入大量冷气。这是由于发动机在高负荷工况时，机体 80 需要大的空气流，但由于发动机的空间限制，连接气缸的第一气道和第二气道的气管的直径大小有所限制。因此，在关闭第一节流阀 50 的同时，打开第二节流阀 60、第三节流阀 70，以能满足大空气流输入的要求。在该实施例中，第三气道的出入口 ( 也即与第一气道或第二气道的连接处 ) 靠近机体的热进气道入口或者冷进气道入口设置，这样，有利于降低第一气道 ( 其相对较热 ) 对冷进气的加热作用，保证缸内获得较大的进气量。当第一气道别通过进气歧管与热进气道连接时，第三气道的内径基本等于进气歧管的内径。图 1 所示的进排气系统通过冷却水热交换器 20、排气热交换器 30 来利用自身热源加热第一气道中的气体，并且通过控制第一气道上的第一节流阀 50、第二气道上的第二节流阀 60，可以方便地控制气缸的进气温度、压力等参数。因此，可以使 HCCI 发动机在 HCCI 燃烧模式下和 SI 燃烧模式下均可获得所需的空气，提高 HCCI 发动机的工作性能。
     以下将具体地对进气控制方法进行说明，以说明如何提高 HCCI 发动机的工作性能。
     结合图 1 所示， HCCI 发动机具有以上所述的进排气系统时，其同样地可工作于 SI 燃烧模式 ( 包括冷机启动、暖机、怠速、高负荷等工况 ) 或者正常 HCCI 燃烧模式。在这两种工作模式下，进排气系统有不同的进气策略。以下结合图 2 说明 HCCI 发动机的工况情况。
     图 2 所示为 HCCI 发动机的燃烧模式的工况情况示意图。HCCI 发动机所工作的燃烧模式主要取决于负荷、转速以及发动机的温度状态。通常地，在低转速、低负荷启动的过程中，采用 SI 燃烧模式 ( 图 2 中最左下端的 SI 区域部分 )，例如，在冷机启动、怠速、暖机的过程；在负荷相对较高的情况，例如发动机负荷大于 40％的情况下，一般采用 SI 燃烧模式 ( 图 2 中上部分的 SI 区域部分 )，以避免粗暴的现象。在正常负荷状态下，例如发动机启动工作后的 0％ -40％的负荷条件下，并且发动机温度水平合适时，一般采用 HCCI 燃烧模式 ( 图 2 中的中间 HCCI 区域部分 )。需要说明的是，本发明中所指的正常负荷是指 HCCI 燃烧模式下能稳定运转，且气缸内压升率或最高爆发压力均在可接受范围内时发动机所能达到的负荷，例如，在发动机不增压的情况下，通常是指平均指示有效压力为 1 ～ 5bar。其中较高负荷指超出 HCCI 燃烧模式正常负荷的更大负荷，例如，发动机负荷在大于 40％的条件下。
     具体地，在 HCCI 发动机工作在负荷为 0％ -80％的条件下、并以 SI 燃烧模式的工况下时，通过调控第一节流阀 50 和第二节流阀 60 以调节第一气道和第二气道的气体流量
     比，提高气缸 80 的平均进气温度，并随着发动机负荷增加而降低平均进气温度。发动机在一定负荷范围内，平均进气温度也可以随着发动机负荷增加而保持不变。
     图 3 所示为在 SI 燃烧模式下、不同负荷时平均进气温度的变化示意图。其中，线 11a 为传统汽油机 SI 燃烧模式工况下，不同负荷时的平均进气温度的变化曲线。在传统模式下，气缸的进气通道单一，气缸中进入的气体通常为常温大气温度并在发动机的运行中基本保持不变，例如，在 10-30℃的某一个温度点附近；线 11b 为本发明的进气方法控制下的 SI 燃烧模式工况下，不同负荷的平均进气温度的变化曲线。在冷机启动、暖机、怠速、或部分高负荷 ( 负荷在 80％ -100％之外的高负荷 ) 条件下时，打开第一节流阀 50、第二节流阀 60 并调节第一气道和第二气道的气体流量比，这样相比于传统的进气模式，可以相对大气温度而大幅提高平均进气温度。气缸的平均进气温度的提高范围 ( 相对于大气温度常温 ) 约为 10℃到 150℃，具体地，假设环境温度为 30℃，气缸的平均进气温度的范围可以为 40℃到 180℃。在发动机运行过程中，随着负荷的增加，平均进气温度逐渐降低。在又一实施例，也可以在某一温度下保持一段时间然后再线性下降。在负荷条件达到 80％时，此时发动机工作在高负荷条件下，平均进气温度下降至大气温度 ( 此时可以关闭第一气道上的第一节流阀 50)。在该实施例中，平均进气温度随发动机负荷增加 ( 增加到 80％之前 ) 而线性地下降至大气温度 ( 即常温 )，但是，具体的下降形式不是限制性的，例如还可以以其它非线性的形式下降 ( 如抛物线形式下降 )。
     通过提高冷机启动过程的平均进气温度，可以改善燃油的蒸发过程，减少壁面油膜，改善发动机的排放性能；另外相对较高的平均进气温度也会适当地提高排气温度，从而可以尽快地使催化器起燃，进一步降低排放。并且，提高冷机启动、暖机、怠速、部分高负荷过程的平均进气温度，可提高燃烧速度和燃烧等容度，这会改善部分负荷下的燃油经济性。需要说明的是，在低负荷时的平均进气温度不宜过高，例如，其尽量低于 300℃，以避免因为进气温度过高而发生爆震。
     继续如图 3 所示，在负荷条件为 80％ -100％范围的高负荷条件下时， HCCI 发动机工作在 SI 燃烧模式的工况下，此时关闭第一节流阀 50、开启所述第二节流阀 60 ；这样，气缸 80 仅从冷进气道中进入气体，进气温度相对较低。有利于发动机高负荷运行。较佳地，在图 1 所示实施例中，由于发动机在高负荷运行时，通常要求大空气流输入，仅从冷进气道通入气体不能满足要求，因此，通过设置的第三气道，打开第三节流阀 70，第二气道中的气体通过第三节流阀 70 同时流入第一气道中，以使热进气道能同时流入大量冷气。从而进一步提高发动机在高负荷的 SI 燃烧模式的工况下的工作性能 ( 例如动力性能 )。
     在又一实施例中，在 SI 燃烧模式的工况下 ( 负荷条件在 0％ -80％的情况下 ) 提高平均进气温度的同时，还可以提高进气压力。通过调控第一节流阀 50 和第二节流阀 60 以控制进气总流量并提高缸体的平均进气温度，在进气总流量不变时，相对提高气缸的进气压力。并随着发动机负荷增加而进一步提高气缸的进气压力。
     图 4 所示为在 SI 燃烧模式下，不同负荷下进气压力的变化示意图。其中，线 12a 为传统汽油机 SI 燃烧模式下，不同负荷的进气压力的变化曲线。在传统汽油机 SI 燃烧模式下，在低负荷时进气压力很低，但是随着负荷的增加，其进气压力逐渐较快升高；线 12b 为在本发明的进气方法控制下，在 SI 燃烧模式下，不同负荷的进气压力的变化曲线。在冷机启动、暖机、怠速、部分高负荷 ( 负荷在 80％ -100％之外的高负荷 ) 等工况时，通过调控第一节流阀 50 和第二节流阀 60 以控制其空气总流量并提高进气温度，例如，同时增加第一气道和第二气道的流量，或者主要增加某一气道的流量，从而可以在进气流量相同的情况下提高气缸 80 的进气压力，并随着发动机负荷增加而提高进气压力。这样相比于传统的进气模式，可以大幅提高部分负荷下的进气压力。部分负荷下，气缸的进气压力提高的百分比范围约为 10％ -100％，具体地，如果传统模式下，发动机空转时的平均进气压力为 0.3bar，那么本发明中空转时气缸的进气压力可以为 0.5bar 至 0.6bar。在随后的发动机运行过程中，随着负荷的增加，进气压力逐渐升高，在全负荷工况下达到最大值 ( 也即达到传统模式下全负荷工况的压力 )。在该实施例中，进气压力以线性形式增加，但是这不是限制性的。通过调控第一节流阀 50 和第二节流阀 60，可以实现各种形式的进气压力增加。通过增加进气压力 ( 特别是在刚低负荷工况下 )，可以降低泵气损失，提高热效率。
     在正常 ( 也即正常负荷 )HCCI 燃烧模式的工况下 ( 图 2 中的中间 HCCI 区域部分 )，通过调控 ( 例如调节开度 ) 第一节流阀 50 和第二节流阀 60 以调节第一气道和第二气道的气体流量比，进而控制气缸的平均进气温度。 HCCI 燃烧对进气温度比较敏感，进气温度越高则燃烧相位越靠前，因此将进气温度控制在合适的范围之内就可以控制均质压燃燃烧模式的燃烧相位在合理位置，从而可以控制 HCCI 燃烧模式的燃烧时间。其中，气缸的平均进气温度可以相对于大气温度的提高，具体提高范围约为 80℃到 250℃。本发明同时提供 HCCI 发动机，如图 1 所示， HCCI 发动机的机体 80 上分别设置有冷进气通道和热进气通道，并包括与热进气通道与连接的第一气道、以及与冷进气通道与连接的第二气道。HCCI 发动机还包括液冷循环系统 ( 图中未示出 )，特别是还包括以上所述的进排气系统。第一气道、第二气道的具体设置以及第一气道、第二气道与液冷循环系统的连接关系如以上所述。该 HCCI 发动机结合运用以上所述的进气方法时，可以大大提高工作性能，例如燃油经济性、排放性能。
     以上例子主要说明了本发明的 HCCI 发动机进排气系统、使用该进排气系统的进气控制方法以及带该进排气系统的发动机。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

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1、(10)申请公布号 CN 102444507 A(43)申请公布日 2012.05.09CN102444507A*CN102444507A*(21)申请号 201010508631.6(22)申请日 2010.10.15F02M 35/104(2006.01)F02M 31/02(2006.01)F02D 9/08(2006.01)F01N 13/08(2010.01)F02B 1/08(2006.01)(71)申请人上海汽车集团股份有限公司地址 201203 上海市张江高科技园区松涛路563号1号楼509室(72)发明人沈义涛吕世亮尹琪章健勇孔毅(74)专利代理机构中国专利代理(香港)。

2、有限公司 72001代理人臧霁晨高为(54) 发明名称均质压燃发动机进排气系统、进气控制方法以及发动机(57) 摘要本发明提供一种均质压燃(HCCI)发动机进排气系统、进气控制方法以及发动机，属于动力总成技术领域。该进排气系统包括第一气道和第二气道，其中第一气道上设置有用于加热气体的第一热交换器和第二热交换器、以及第一节流阀，所述第二气道上设置有第二节流阀，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，可以使HCCI发动机分别在火花塞点火(SI)燃烧模式的工况下、特别是冷机启动工况，以及正常HCCI燃烧模式的工况下获得优化的工作性能。(51)Int.Cl.(19。

3、)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页说明书 7 页附图 2 页CN 102444524 A 1/2页21.一种均质压燃发动机的进排气系统，所述均质压燃发动机的缸体中设置热进气道和冷进气道，所述均质压燃发动机上设置有液冷循环系统，所述进排气系统包括排气道；其特征在于，所述进排气系统包括与所述热进气道对应连接的第一气道、和与所述冷进气道对应连接的第二气道；所述第一气道上设置有用于加热气体的第一热交换器和第二热交换器、以及第一节流阀，所述第一热交换器与所述液冷循环系统中的液体交换热量，所述第二热交换器与所述排气道的气体交换热量；所述第二气道上设置有第二节流阀。2.。

4、如权利要求1所述的进排气系统，其特征在于，还包括连接所述第一气道和第二气道的第三气道，所述第三气道上设置第三节流阀。3.如权利要求2所述的进排气系统，其特征在于，所述第三气道的出入口靠近缸体的热进气道入口或者冷进气道入口设置。4.如权利要求1或2所述的进排气系统，其特征在于，还包括用于升高输入所述第一气道和所述第二气道的气压的压力提升装置。5.如权利要求1或2所述的进排气系统，其特征在于，还包括用于排出所述第一气道中的多余热气的旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀。6.如权利要求1所述的进排气系统，其特征在于，在所述第一气道上，第一热交换器、第二热交换器和第一节流阀根据进气方向依次排列设置。7.。

5、如权利要求6所述的进排气系统，其特征在于，所述进排气系统还包括用于排出所述第一气道中的多余热气的旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀，所述旁通气道与所述第一气道的交接处靠近于所述第一节流阀设置。8.如权利要求2所述的进排气系统，其特征在于，所述第一气道通过进气歧管与所述热进气道连接，所述第三气道的内径基本等于所述进气歧管的内径。9.如权利要求1或2所述的进排气系统，其特征在于，所述第一气道所使用的气管的内表面具有绝热层。10.一种均质压燃发动机的进气控制方法，所述均质压燃发动机包括如权利要求1所述的进排气系统，其特征在于，在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二。

6、节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，提高所述气缸的平均进气温度，并随着所述发动机负荷增加而保持或降低平均进气温度；在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，关闭所述第一节流阀、开启所述第二节流阀；在正常均质压燃燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，进而控制所述气缸的平均进气温度以控制均质压燃燃烧模式的燃烧时间；其中，所述高负荷是指发动机负荷在80-100的条件下。11.如权利要求10所述的进气控制方法，其特征在于，高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况是冷机启动的火花塞点火燃烧模式的工况。12.如权利要求10或11所述的进气控制方法，其。

7、特征在于，所述进排气系统还包括连权利要求书CN 102444507 ACN 102444524 A 2/2页3接所述第一气道和第二气道的第三气道，所述第三气道上设置第三节流阀；其中，在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，关闭所述第一节流阀、开启所述第二节流阀和所述第三节流阀以使所述热进气道和所述冷进气道同时通入冷气。13.如权利要求12所述的进气控制方法，其特征在于，所述进排气系统还包括旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀；其中，在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，打开所述旁通阀以排出所述第一气道中的多余热气。14.如权利要求10或11所述的进气控制方法，其特征在于，在高负荷之外的火花。

8、塞点火燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以控制进气总流量并提高所述平均进气温度，在进气总流量相同时，相对提高所述气缸的进气压力，并随着所述发动机负荷增加而进一步提高所述进气压力。15.如权利要求11所述的进气控制方法，其特征在于，在所述冷机启动的火花塞点火燃烧模式的工况下，所述气缸的平均进气温度的提高范围约为10到150。16.如权利要求10或11所述的进气控制方法，其特征在于，在所述均质压燃燃烧模式的工况下，提高所述汽缸的平均进气温度以控制均质压燃燃烧模式的燃烧时间；所述气缸的平均进气温度的提高范围约为80到250。17.如权利要求10或11所述的进气控制方法，其特征在。

9、于，所述平均进气温度随所述发动机负荷增加而线性地下降至大气温度。18.如权利要求14所述的进气控制方法，其特征在于，所述气缸的进气压力提高的百分比范围约为10-100。19.一种均质压燃发动机，包括如权利要求1至9中任一项所述的进排气系统。权利要求书CN 102444507 ACN 102444524 A 1/7页4均质压燃发动机进排气系统、进气控制方法以及发动机技术领域0001 本发明属于动力总成技术领域，具体涉及一种均质压燃(Homogenous Charge Compression Ignition，HCCI)发动机，尤其涉及均质压燃发动机的进排气系统、其进气控制方法以及带该进。

10、排气系统的发动机。背景技术0002 均质压燃(Homogenous Charge Compression Ignition，HCCI)发动机(例如汽油机)由于具有大幅度提高汽油机热效率和急剧降低氮氧化合物(NOx)的潜力，从而备受汽车公司关注。其中，通用汽车公司已于2008年展示了装备HCCI发动机样车。HCCI发动机被认为是未来车用发动机的一个重要发展方向。0003 HCCI燃烧是指在压缩上止点(TDC)附近时、缸内混合气温度接近自燃温度而发生的燃烧现象，其具有燃烧速度快、等容度高的特点。HCCI发动机有多种不同的方案，节油效果、运行范围和运行的稳定性也各不相同。例如，可控自燃着火型(CAI。

11、)HCCI发动机利用负阀重叠在缸内滞留大量内部残余废气，进而提高缸内混合气的平均温度，在压缩上止点附近实现自燃着火，但由于压缩比为10左右，对热效率的改善仅在15左右；而优化动力型(OKP)HCCI汽油机则采用高压缩比(例如15)，通过对新鲜空气进行加热，并结合进气的快速热管理来提高缸内混合气的平均温度，实现压缩自燃着火，可改善热效率2530。0004 但所有的HCCI燃烧系统都面临着诸多相似的问题，包括负荷上限受限、常温冷机启动难、燃烧时间难控制等问题。0005 通常地，在HCCI燃烧模式的负荷上限工况(例如40以上的发动机负荷)下，发动机燃烧开始粗暴，燃烧噪音增加，燃烧开始时刻难以控制，氮。

12、氧化合物排放升高。虽然采用增压、提高缸内混合气温度分布的非均匀性等方法可适当拓展HCCI发动机的负荷，但仍然无法满足车用发动机的动力需求。因此，在高负荷情况下，基本不采用HCCI燃烧模式。通常在高负荷情况下仍然采用传统的SI(Spark Ignition，火花塞点火)燃烧模式。0006 并且，常温冷机启动时，由于发动机的整体温度水平较低、散热严重、热源能量不够，很难实现HCCI燃烧。因此，冷机启动时，通常认为发动机应先在火花塞点火(SI)燃烧模式下运行一定时间，待发动机的温度水平高到一定程度后再切换至HCCI燃烧模式。0007 因此，车用HCCI发动机必须具备在HCCI和SI燃烧模式下分别运行。

13、的能力，必须具备在HCCI和SI燃烧模式间可靠切换的能力，必须具备有效控制HCCI燃烧时间的能力，并应以SI燃烧模式冷机启动后使发动机尽快进入HCCI燃烧模式，使发动机工作在HCCI燃烧模式下的时间相对变长。同时，应尽量优化HCCI发动机在这两种燃烧模式下的工作性能(尤其是提高热效率方面)。0008 现有技术的HCCI发动机中，其进排气系统相对简单，其中只有一个进气道，空气直接通过该进气道进入HCCI发动机的机体内。在SI燃烧模式冷机启动时，进气温度恒定且相对较低，不利于改善发动机的排放性能。同时，应当注意到，进排气系统中，发动机具有排气通道，该排气通道所排出的气体温度高。通常地，HCCI发动。

14、机中还包括用于冷却液冷说明书CN 102444507 ACN 102444524 A 2/7页5循环系统，其所排出的液体(一般为水)也具有较高的温度。0009 有鉴于此，针对现有的HCCI发动机的进排气系统的特点、水冷系统的特点，以及HCCI发动机工作性能要求，提出一种新型的HCCI发动机的进排气系统及进气控制方法。发明内容0010 本发明要解决的技术问题是，提升发动机在SI燃烧模式和HCCI燃烧模式的工作性能。0011 为解决以上技术问题，按照本发明的一个方面，提供一种均质压燃发动机的进排气系统，所述均质压燃发动机的机体中设置热进气道和冷进气道，所述均质压燃发动机上设置有液冷循环系统，所。

15、述进排气系统包括排气道；其中，所述进排气系统包括与所述热进气道对应连接的第一气道、和与所述冷进气道对应连接的第二气道；0012 所述第一气道上设置有用于加热气体的第一热交换器和第二热交换器、以及第一节流阀，所述第一热交换器与所述液冷循环系统中的液体交换热量，所述第二热交换器与所述排气道的气体交换热量；0013 所述第二气道上设置有第二节流阀。0014 在本发明的进排气系统的一个较佳实施方案中，所述进排气系统还包括连接所述第一气道和第二气道的第三气道，所述第三气道上设置第三节流阀。0015 所述第三气道的出入口靠近缸体的热进气道入口或者冷进气道入口设置。0016 在本发明的进排气系统的又一个实施。

16、方案中，所述进排气系统还包括用于升高输入所述第一气道和所述第二气道的气压的压力提升装置。0017 所述进排气系统还可以包括用于排出所述第一气道中的多余热气的旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀。0018 在本发明的进排气系统的再一个较佳实施方案中，在所述第一气道上，第一热交换器、第二热交换器和第一节流阀根据进气方向依次排列设置。所述进排气系统还可以包括用于排出所述第一气道中的多余热气的旁通气道，所述旁通气道上设置旁通阀，所述旁通气道与所述第一气道的交接处靠近于所述第一节流阀设置。0019 较佳地，所述第一气道通过进气歧管与所述热进气道连接，所述第三气道的内径基本等于所述进气歧管的内径。所述第一气。

17、道所使用的气管的内表面具有绝热层。0020 按照本发明的又一个方面，提供一种均质压燃发动机的进气控制方法，所述均质压燃发动机包括以上所述的进排气系统，其中，0021 在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，提高所述气缸的平均进气温度，并随着所述发动机负荷增加而保持或降低平均进气温度；0022 在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，关闭所述第一节流阀、开启所述第二节流阀；0023 在正常均质压燃燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以调节第一气道和第二气道的气体流量比，进而控制所述气缸的平均进气温度以。

18、控制均质压燃燃烧模式的燃烧时间；0024 其中，所述高负荷是指发动机负荷在80-100的条件下。说明书CN 102444507 ACN 102444524 A 3/7页60025 具体地，高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况选择是冷机启动的火花塞点火燃烧模式的工况。0026 在本发明的进气控制方法的一个较佳实施方案中，所述进排气系统还包括连接所述第一气道和第二气道的第三气道，所述第三气道上设置第三节流阀；其中，在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，关闭所述第一节流阀、开启所述第二节流阀和所述第三节流阀以使所述热进气道和所述冷进气道同时通入冷气。0027 优选地，所述进排气系统还包括旁通气道。

19、，所述旁通气道上设置旁通阀；其中，在高负荷的火花塞点火燃烧模式的工况下，打开所述旁通阀以排出所述第一气道中的多余热气。0028 在本发明的进气控制方法的又一个较佳实施方案中，在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，通过调控所述第一节流阀和所述第二节流阀以控制进气总流量并提高所述平均进气温度，在进气总流量相同时，相对提高所述气缸的进气压力，并随着所述发动机负荷增加而进一步提高所述进气压力。0029 其中，所述气缸的进气压力提高的百分比范围约为10-100。0030 其中，在所述冷机启动的火花塞点火燃烧模式的工况下，所述气缸的平均进气温度的提高范围约为10到150。0031 在本发明的进气控制方。

20、法的再一个较佳实施方案中，在所述均质压燃燃烧模式的工况下，提高所述汽缸的平均进气温度以控制均质压燃燃烧模式的燃烧时间。所述气缸的平均进气温度的提高范围约为80到250。0032 在高负荷之外的火花塞点火燃烧模式的工况下，所述平均进气温度随所述发动机负荷增加而线性地下降至大气温度。0033 按照本发明的再一方面，提供一种均质压燃发动机，其包括以上所述及的任意一种的进排气系统。0034 本发明的技术效果是，本发明的进排气系统充分利用HCCI发动机的自身热量，一方面解决了HCCI模式运行所需的热空气困难，另一方面可以使HCCI发动机在HCCI燃烧模式下和SI燃烧模式下均可获得所需的空气条件，并且可以。

21、改善SI燃烧模式下部分负荷的燃油经济性和冷机启动过程的排放性能，也可以控制HCCI燃烧模式下的燃烧时间。附图说明0035 图1是按照本发明提供的一个实施例的HCCI发动机的进排气系统的结构示意图；0036 图2是HCCI发动机的燃烧模式的工况情况示意图；0037 图3是在SI燃烧模式时、不同负荷下平均进气温度的变化示意图；0038 图4是在SI燃烧模式时、不同负荷下进气压力的变化示意图。具体实施方式0039 下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。0040 图1所示为按照本发明提供的一个实施例的HCCI。

22、发动机的进排气系统的结构示说明书CN 102444507 ACN 102444524 A 4/7页7意图。HCCI发动机可以为各种类型的内燃机，例如，汽车上常用类型的汽油机。同样地，该HCCI发动机在低负荷正常运转时，其工作于HCCI燃烧模式，其它工况下，包括冷机启动、暖机、高负荷等工况时该HCCI发动机工作于SI燃烧模式。如图1所示，HCCI汽油机机体80中设置有热进气通道和冷进气通道。为简单示意说明，以单缸机结构示意了本发明的HCCI发动机，但是，HCCI汽油机的机体结构并不是本发明限制的，其也可以为多缸机。每个汽缸都可以与两个分离的进气道相连接，其中一个为热进气道、一个为冷进气道。通。

23、常地，HCCI汽油机都设置有用于冷却的液冷循环系统，该液冷循环系统中，例如采用水冷冷却。图1中未具体示出液冷循环系统，仅示出了其中的一个冷却水液流通道，该液流通道流着为发动机排热所加热后的水。冷却水液流通道与冷却水热交换器20相连，冷却水液流通道的水可以与冷却水热交换器20交换热量，也即通过冷却水热交换器20对冷却水液流通道的水冷却。0041 另外，通常地，HCCI汽油机的进排气系统都设置有排气道，其中，排气道排出的气体温度比较高，在该发明中，利用了排气道中气体的热量对进气道的气体进行加热，因此，排气道与排气热交换器30相连。排气热交换器30可以与排气道的气体交换热量，也即通过排气热交换器30。

24、对所排出的气体冷却。0042 继续如图1所示，HCCI汽油机的进排气系统包括与热进气通道对应连接的第一气道、和与冷进气通道对应连接的第二气道。在该实施例中，外界的空气经过压力提升装置10升压处理后，分别输入第一气道和第二气道。通过控制压力提升装置10可以控制第一气道和第二气道中气体的压力，进而可以控制HCCI发动机在SI燃烧模式或者在HCCI燃烧模式下的进气压力。0043 第一气道上，设置有冷却水热交换器20、排气热交换器30、以及第一节流阀50，在该实施例中，如图1所示，根据进气方向，冷却水热交换器20、排气热交换器30、以及第一节流阀50依次排列设置。压力提升装置10输入第一气道的气体，依。

25、次经过冷却水热交换器20、排气热交换器30加热后，输入第一节流阀50，通过第一节流阀50，可以控制第一气道中的气体流量。从第一节流阀50输出的气体然后输入至机体80的热进气道。在该实施例中，第一节流阀50与热进气道之间通过进气歧管连接。0044 需要说明的是，冷却水热交换器20、排气热交换器30和第一节流阀50的排列顺序并不受图示实施例限制，本领域技术人员还可以根据具体情况做出各种排列选择，例如，气体先经过排气热交换器30、进入冷却水热交换器20、再进入第一节流阀50。0045 继续如图1所示，具体地，进排气系统还设置有旁通气道，该旁通气道连接于第一气道，旁通气道上设置旁通阀40。在该实施例中。

26、，旁通气道与排气热交换器30和第一节流阀50之间的气管相通连接，较佳地，二者的交接处相对靠近于第一节流阀50。也即，旁通气道靠近第一节流阀50设置，例如，其交接处与排气热交换器30之间的距离D1是交接处与第一节流阀50之间的距离D2的2-5倍或更大。这样，旁通阀40打开排去第一气道中的多余热气时，能尽量减小在第一节流阀50之前所滞留不运动的气体的量。0046 继续如图1所示，第二气道上设置第二节流阀60，第二节流阀60可以调节第二气道的气体流量。压力提升装置10输出的气体经过第二节流阀60后，输入机体80的冷进气通道。第二气道中的气体未经热处理，所以一般为常温气体，其气体的温度范围可以为-20。

27、到50。说明书CN 102444507 ACN 102444524 A 5/7页80047 第一气道中的气体经过冷却水热交换器20、排气热交换器30加热后，其温度提升范围可以为10-350(相对于初始进气温度，其一般为大气温度)。对于发动机冷机启动工作在SI燃烧模式下，第一气道中的气体的温度提升范围可以为10-300。对于正常HCCI燃烧模式下，第一气道中的气体的温度提升范围可以为100-300。可以通过控制压力、冷却水热交换器20和排气热交换器30来调节第一气道中的气体的温度。同时，为了使流经第一气道中的气体有较好的保热效果，可以在第一气道所使用的气管的内表面设置绝热层。0048 优选地。

28、，在该实施例中，进排气系统还包括第三气道，第三气道连接第一气道和第二气道，并且在第三气道上设置第三节流阀70。第三节流阀70打开时，第二气道中的气体通过第三节流阀70同时流入第一气道中，以使热进气道能同时流入大量冷气。这是由于发动机在高负荷工况时，机体80需要大的空气流，但由于发动机的空间限制，连接气缸的第一气道和第二气道的气管的直径大小有所限制。因此，在关闭第一节流阀50的同时，打开第二节流阀60、第三节流阀70，以能满足大空气流输入的要求。在该实施例中，第三气道的出入口(也即与第一气道或第二气道的连接处)靠近机体的热进气道入口或者冷进气道入口设置，这样，有利于降低第一气道(其相对较热)对冷。

29、进气的加热作用，保证缸内获得较大的进气量。当第一气道别通过进气歧管与热进气道连接时，第三气道的内径基本等于进气歧管的内径。0049 图1所示的进排气系统通过冷却水热交换器20、排气热交换器30来利用自身热源加热第一气道中的气体，并且通过控制第一气道上的第一节流阀50、第二气道上的第二节流阀60，可以方便地控制气缸的进气温度、压力等参数。因此，可以使HCCI发动机在HCCI燃烧模式下和SI燃烧模式下均可获得所需的空气，提高HCCI发动机的工作性能。0050 以下将具体地对进气控制方法进行说明，以说明如何提高HCCI发动机的工作性能。0051 结合图1所示，HCCI发动机具有以上所述的进排气系统时。

30、，其同样地可工作于SI燃烧模式(包括冷机启动、暖机、怠速、高负荷等工况)或者正常HCCI燃烧模式。在这两种工作模式下，进排气系统有不同的进气策略。以下结合图2说明HCCI发动机的工况情况。0052 图2所示为HCCI发动机的燃烧模式的工况情况示意图。HCCI发动机所工作的燃烧模式主要取决于负荷、转速以及发动机的温度状态。通常地，在低转速、低负荷启动的过程中，采用SI燃烧模式(图2中最左下端的SI区域部分)，例如，在冷机启动、怠速、暖机的过程；在负荷相对较高的情况，例如发动机负荷大于40的情况下，一般采用SI燃烧模式(图2中上部分的SI区域部分)，以避免粗暴的现象。在正常负荷状态下，例如发动机启。

31、动工作后的0-40的负荷条件下，并且发动机温度水平合适时，一般采用HCCI燃烧模式(图2中的中间HCCI区域部分)。需要说明的是，本发明中所指的正常负荷是指HCCI燃烧模式下能稳定运转，且气缸内压升率或最高爆发压力均在可接受范围内时发动机所能达到的负荷，例如，在发动机不增压的情况下，通常是指平均指示有效压力为15bar。其中较高负荷指超出HCCI燃烧模式正常负荷的更大负荷，例如，发动机负荷在大于40的条件下。0053 具体地，在HCCI发动机工作在负荷为0-80的条件下、并以SI燃烧模式的工况下时，通过调控第一节流阀50和第二节流阀60以调节第一气道和第二气道的气体流量说明书CN 1024。

32、44507 ACN 102444524 A 6/7页9比，提高气缸80的平均进气温度，并随着发动机负荷增加而降低平均进气温度。发动机在一定负荷范围内，平均进气温度也可以随着发动机负荷增加而保持不变。0054 图3所示为在SI燃烧模式下、不同负荷时平均进气温度的变化示意图。其中，线11a为传统汽油机SI燃烧模式工况下，不同负荷时的平均进气温度的变化曲线。在传统模式下，气缸的进气通道单一，气缸中进入的气体通常为常温大气温度并在发动机的运行中基本保持不变，例如，在10-30的某一个温度点附近；线11b为本发明的进气方法控制下的SI燃烧模式工况下，不同负荷的平均进气温度的变化曲线。在冷机启动、暖机、怠。

33、速、或部分高负荷(负荷在80-100之外的高负荷)条件下时，打开第一节流阀50、第二节流阀60并调节第一气道和第二气道的气体流量比，这样相比于传统的进气模式，可以相对大气温度而大幅提高平均进气温度。气缸的平均进气温度的提高范围(相对于大气温度常温)约为10到150，具体地，假设环境温度为30，气缸的平均进气温度的范围可以为40到180。在发动机运行过程中，随着负荷的增加，平均进气温度逐渐降低。在又一实施例，也可以在某一温度下保持一段时间然后再线性下降。在负荷条件达到80时，此时发动机工作在高负荷条件下，平均进气温度下降至大气温度(此时可以关闭第一气道上的第一节流阀50)。在该实施例中，平均进气。

34、温度随发动机负荷增加(增加到80之前)而线性地下降至大气温度(即常温)，但是，具体的下降形式不是限制性的，例如还可以以其它非线性的形式下降(如抛物线形式下降)。0055 通过提高冷机启动过程的平均进气温度，可以改善燃油的蒸发过程，减少壁面油膜，改善发动机的排放性能；另外相对较高的平均进气温度也会适当地提高排气温度，从而可以尽快地使催化器起燃，进一步降低排放。并且，提高冷机启动、暖机、怠速、部分高负荷过程的平均进气温度，可提高燃烧速度和燃烧等容度，这会改善部分负荷下的燃油经济性。需要说明的是，在低负荷时的平均进气温度不宜过高，例如，其尽量低于300，以避免因为进气温度过高而发生爆震。0056 继。

35、续如图3所示，在负荷条件为80-100范围的高负荷条件下时，HCCI发动机工作在SI燃烧模式的工况下，此时关闭第一节流阀50、开启所述第二节流阀60；这样，气缸80仅从冷进气道中进入气体，进气温度相对较低。有利于发动机高负荷运行。较佳地，在图1所示实施例中，由于发动机在高负荷运行时，通常要求大空气流输入，仅从冷进气道通入气体不能满足要求，因此，通过设置的第三气道，打开第三节流阀70，第二气道中的气体通过第三节流阀70同时流入第一气道中，以使热进气道能同时流入大量冷气。从而进一步提高发动机在高负荷的SI燃烧模式的工况下的工作性能(例如动力性能)。0057 在又一实施例中，在SI燃烧模式的工况下(。

36、负荷条件在0-80的情况下)提高平均进气温度的同时，还可以提高进气压力。通过调控第一节流阀50和第二节流阀60以控制进气总流量并提高缸体的平均进气温度，在进气总流量不变时，相对提高气缸的进气压力。并随着发动机负荷增加而进一步提高气缸的进气压力。0058 图4所示为在SI燃烧模式下，不同负荷下进气压力的变化示意图。其中，线12a为传统汽油机SI燃烧模式下，不同负荷的进气压力的变化曲线。在传统汽油机SI燃烧模式下，在低负荷时进气压力很低，但是随着负荷的增加，其进气压力逐渐较快升高；线12b为在本发明的进气方法控制下，在SI燃烧模式下，不同负荷的进气压力的变化曲线。在冷机启动、暖机、怠速、部分高负荷。

37、(负荷在80-100之外的高负荷)等工况时，通过调控说明书CN 102444507 ACN 102444524 A 7/7页10第一节流阀50和第二节流阀60以控制其空气总流量并提高进气温度，例如，同时增加第一气道和第二气道的流量，或者主要增加某一气道的流量，从而可以在进气流量相同的情况下提高气缸80的进气压力，并随着发动机负荷增加而提高进气压力。这样相比于传统的进气模式，可以大幅提高部分负荷下的进气压力。部分负荷下，气缸的进气压力提高的百分比范围约为10-100，具体地，如果传统模式下，发动机空转时的平均进气压力为0.3bar，那么本发明中空转时气缸的进气压力可以为0.5bar至0.6b。

38、ar。在随后的发动机运行过程中，随着负荷的增加，进气压力逐渐升高，在全负荷工况下达到最大值(也即达到传统模式下全负荷工况的压力)。在该实施例中，进气压力以线性形式增加，但是这不是限制性的。通过调控第一节流阀50和第二节流阀60，可以实现各种形式的进气压力增加。通过增加进气压力(特别是在刚低负荷工况下)，可以降低泵气损失，提高热效率。0059 在正常(也即正常负荷)HCCI燃烧模式的工况下(图2中的中间HCCI区域部分)，通过调控(例如调节开度)第一节流阀50和第二节流阀60以调节第一气道和第二气道的气体流量比，进而控制气缸的平均进气温度。HCCI燃烧对进气温度比较敏感，进气温度越高则燃烧相位越。

39、靠前，因此将进气温度控制在合适的范围之内就可以控制均质压燃燃烧模式的燃烧相位在合理位置，从而可以控制HCCI燃烧模式的燃烧时间。其中，气缸的平均进气温度可以相对于大气温度的提高，具体提高范围约为80到250。0060 本发明同时提供HCCI发动机，如图1所示，HCCI发动机的机体80上分别设置有冷进气通道和热进气通道，并包括与热进气通道与连接的第一气道、以及与冷进气通道与连接的第二气道。HCCI发动机还包括液冷循环系统(图中未示出)，特别是还包括以上所述的进排气系统。第一气道、第二气道的具体设置以及第一气道、第二气道与液冷循环系统的连接关系如以上所述。该HCCI发动机结合运用以上所述的进气方法时，可以大大提高工作性能，例如燃油经济性、排放性能。0061 以上例子主要说明了本发明的HCCI发动机进排气系统、使用该进排气系统的进气控制方法以及带该进排气系统的发动机。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。说明书CN 102444507 A。

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