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CN113006934B - 一种点燃式柴油转子机及其控制方法 - Google Patents

一种点燃式柴油转子机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种点燃式柴油转子机及其控制方法，使用加热棒对燃烧室内进气充量和喷射的柴油进行预热，并利用火花塞将柴油燃料引燃，实现低压缩比柴油燃料转子机的应用。通过在缸体上止点处安装耐高压喷水器，以缸内压升率信号为依据，采用缸内喷水的辅助方式控制点燃式柴油燃料转子机的压升率，合理控制柴油燃烧的剧烈程度。本发明通过点燃的方式实现了柴油燃料在转子机上的应用，提高了转子机的热效率及燃油经济性，并利用喷水的方式控制反应剧烈程度，有效降低缸内燃烧温度改善NOx排放。

Description

一种点燃式柴油转子机及其控制方法
技术领域
本发明设计了一种点燃式柴油转子机及其控制方法，具体涉及转子发动机柴油燃料供给以及预热、点火的相关控制方法，属于内燃机领域。
背景技术
转子发动机具有结构简单、体积小、重量轻、功重比大等优点，目前在混合动力汽车增程器、小型电力设备、航空无人机、巡飞弹等领域应用前景广阔。然而转子发动机由于几何结构与运动方式的限制，导致转子发动机所能达到的实际压缩比并不高。由于压缩比的限制，长期以来转子发动机普遍采用汽油作为燃料，难以得到较高的燃烧热效率。众所周知，柴油内燃机的热效率相比同级别汽油内燃机的热效率高，并且由于扭矩曲线平坦，在较大的负荷变化范围内经济性普遍较好，整车燃油消耗更低。因此，实现柴油燃料转子发动机的应用有望解决转子发动机自身热效率低、燃油经济性差等诸多问题。
基于转子发动机所存在的上述相关问题，本发明结合转子发动机自身结构及柴油燃料的特点，提出一种点燃式柴油转子机及其控制方法。本发明采用预热装置对新鲜充量及柴油燃料进行预热，并在上止点附近引燃混合气实现柴油燃料在转子发动机内的燃烧，有效提高转子发动机的热效率及燃油经济性。通过使用辅助喷水装置控制柴油燃料在转子发动机的反应剧烈程度，利用高压水雾降低燃烧温度进而降低氮氧化物排放量。
发明内容
为了提升转子发动机的热效率及燃油经济性，本发明提供了一种点燃式柴油转子机及其控制方法。
一种点燃式柴油转子机涉及的主要装置包括：储水箱1、高压水泵2、耐高压喷水器3，所述高压水泵2与耐高压喷水器3通过高压管连接,耐高压喷水器3可承受最高缸内压力为15MPa；火花塞式缸压传感器4、温度传感器5、加热棒11三者分别布置在穿过缸体上布置的通孔中；柴油油箱10与柴油滤清器9、输油泵8、喷油泵7、柴油喷嘴6串联连接，所述喷油泵7与柴油喷嘴6通过高压管连接，且柴油喷嘴6布置在穿过缸体上布置的通孔中；空气滤清器13、节气门S1、空气流量计12依次串联安装在进气道上；燃烧尾气通过排气道14排出；ECU15接收空气流量信号b、缸内温度信号f、缸内压力信号g，并控制耐高压喷水器喷射信号a、节气门开度信号c、加热棒加热信号d、柴油喷嘴喷射信号e。
点燃式柴油转子机包括以下控制过程：
转子发动机依靠偏心轴旋转带动三角转子在缸体内旋转，由于转子相对缸体的位置不断发生变化，依次完成进气、压缩、做功、排气四个冲程。当转子发动机工作后ECU15判断转子所处位置，当转子转动至进气门开启时刻，ECU15发出节气门开度信号c打开节气门S1，新鲜充量通过进气道依次经空气滤清器13、节气门S1、空气流量计12进入气缸，其中空气流量计12监控进气流量，并将空气流量信号b发送至ECU15，ECU15根据转子机所处转速与负荷调控节气门S1开度。温度传感器5监控上止点前燃烧室温度，并将缸内温度信号f传递给ECU15，ECU15通过判断缸内温度数值确定是否启用加热棒11对燃烧室内充量进行加热，当上止点前燃烧室温度低于473K，ECU15发出加热棒加热信号d启动加热棒对燃烧室充量持续加热，当上止点前燃烧室温度高于473K，ECU15发出信号停止加热棒对燃烧室充量的加热。ECU15发出柴油喷嘴喷射信号e，柴油燃料依次经柴油油箱10、柴油滤清器9、输油泵8、喷油泵7、柴油喷嘴6直接喷入燃烧室内，柴油喷嘴6喷射压力维持在20MPa±0.5MPa，喷射后的柴油与燃烧室内空气混合，预热空气将热量传递给柴油，提高燃料温度便于燃料蒸发与引燃；经加热棒11预热的柴油空气混合气在转子作用下向上止点运动，在上止点附近ECU15控制火花塞跳火引燃混合气，实现柴油燃料在转子机上燃烧。
柴油燃料燃烧做功过程中，火花塞式缸压传感器4采集缸内压力数据并将缸内压力信号g发送至ECU15，ECU15对火花塞式缸压传感器4采集到的缸内压力数据进行分析，当缸内压力升高率小于等于0.7MPa/°CA，ECU15不向耐高压喷水器3发送耐高压喷水器喷射信号a，当缸内压力升高率大于0.7MPa/°CA，ECU15发出耐高压喷水器喷射信号a。储水箱1中的水经高压水泵2加压后通过高压水管输送至耐高压喷水器3，耐高压喷水器3向燃烧室喷射高压水雾，控制缸内压力升高率降低至0.7MPa/°CA再停止向燃烧室喷射高压水雾。
本发明的有益效果主要是：本发明通过将柴油燃料喷射装置与点火装置相结合，采用加热棒对新鲜充量及柴油燃料进行预热，并在上止点附近引燃混合气实现柴油燃料在转子发动机内的燃烧，有效提高转子发动机的热效率及燃油经济性。本发明中辅助喷水装置的使用控制了柴油燃料在转子发动机的反应剧烈程度，利用高压水雾降低燃烧温度，在维持柴油燃料转子发动机稳定运转的同时降低了氮氧化物排放量。
附图说明
图1.本发明的结构原理图
图中：1、储水箱，2、高压水泵，3、耐高压喷水器，4、火花塞式缸压传感器，5、温度传感器，6、柴油喷嘴，7、喷油泵，8、输油泵，9、柴油滤清器，10、柴油油箱，11、加热棒，12、空气流量计，S1、节气门，13、空气滤清器，14、排气道，15、ECU，耐高压喷水器喷射信号a,空气流量信号b,节气门开度信号c，加热棒加热信号d，柴油喷嘴喷射信号e，缸内温度信号f，缸内压力信号g。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
当转子发动机工作后ECU15判断转子所处位置，当转子转动至进气门开启时刻，ECU15发出节气门开度信号c打开节气门S1，新鲜充量通过进气道依次经空气滤清器13、节气门S1、空气流量计12进入气缸，其中空气流量计12监控进气流量，并将空气流量信号b发送至ECU15，ECU15根据转子机所处转速与负荷调控节气门S1开度。温度传感器5监控上止点前燃烧室温度，并将缸内温度信号f传递给ECU15，ECU15通过判断缸内温度数值确定是否启用加热棒11对燃烧室内充量进行加热，当上止点前燃烧室温度低于473K，ECU15发出加热棒加热信号d启动加热棒对燃烧室充量持续加热，当上止点前燃烧室温度高于473K，ECU15发出信号停止加热棒对燃烧室充量的加热。ECU15发出柴油喷嘴喷射信号e，柴油燃料依次经柴油油箱10、柴油滤清器9、输油泵8、喷油泵7、柴油喷嘴6直接喷入燃烧室内，柴油喷嘴6喷射压力维持在20MPa±0.5MPa，喷射后的柴油与燃烧室内空气混合，预热空气将热量传递给柴油，提高燃料温度便于燃料蒸发与引燃；经加热棒11预热的柴油空气混合气在转子作用下向上止点运动，在上止点附近ECU15控制火花塞跳火引燃混合气，实现柴油燃料在转子机上燃烧。
柴油燃料燃烧做功过程中，火花塞式缸压传感器4采集缸内压力数据并将缸内压力信号g发送至ECU15，ECU15对火花塞式缸压传感器4采集到的缸内压力数据进行分析，当缸内压力升高率小于等于0.7MPa/°CA，ECU15不向耐高压喷水器3发送耐高压喷水器喷射信号a，当缸内压力升高率大于0.7MPa/°CA，ECU15发出耐高压喷水器喷射信号a。储水箱1中的水经高压水泵2加压后通过高压水管输送至耐高压喷水器3，耐高压喷水器3向燃烧室喷射高压水雾，控制缸内压力升高率降低至0.7MPa/°CA再停止向燃烧室喷射高压水雾，维持柴油燃料转子机平稳运行。

Claims (1)

1.一种点燃式柴油转子机，包括：储水箱(1)、高压水泵(2)、耐高压喷水器(3)，所述高压水泵(2)与耐高压喷水器(3)通过高压管连接，耐高压喷水器(3)可承受最高缸内压力为15MPa；火花塞式缸压传感器(4)、温度传感器(5)、加热棒(11)三者分别布置在穿过缸体上布置的通孔中；柴油油箱(10)与柴油滤清器(9)、输油泵(8)、喷油泵(7)、柴油喷嘴(6)串联连接，所述喷油泵(7)与柴油喷嘴(6)通过高压管连接，且柴油喷嘴(6)布置在穿过缸体上布置的通孔中；空气滤清器(13)、节气门(S1)、空气流量计(12)依次串联安装在进气道上；燃烧尾气通过排气道(14)排出；ECU(15)接收空气流量信号b、缸内温度信号f、缸内压力信号g，并控制耐高压喷水器喷射信号a、节气门开度信号c、加热棒加热信号d、柴油喷嘴喷射信号e；
其特征在于，控制方法如下：
转子机工作后ECU(15)判断转子所处位置，当转子转动至进气门开启时刻，ECU(15)发出节气门开度信号c打开节气门(S1)，新鲜充量通过进气道依次经空气滤清器(13)、节气门(S1)、空气流量计(12)进入气缸；温度传感器(5)监控上止点前燃烧室温度，并将缸内温度信号f传递给ECU(15)，ECU(15)通过判断缸内温度数值确定是否启用加热棒(11)对燃烧室内充量进行加热，当上止点前燃烧室温度低于473K，ECU(15)发出加热棒加热信号d启动加热棒对燃烧室充量持续加热，当上止点前燃烧室温度高于473K，ECU(15)发出信号停止加热棒对燃烧室充量的加热；ECU(15)通过判断转子机具体运转转速与负荷，发出柴油喷嘴喷射信号e，柴油燃料依次经柴油油箱(10)、柴油滤清器(9)、输油泵(8)、喷油泵(7)、柴油喷嘴(6)直接喷入燃烧室内，柴油喷嘴(6)喷射压力维持在20MPa±0.5MPa，喷射后的柴油与燃烧室内空气混合，预热空气将热量传递给柴油，提高燃料温度便于燃料蒸发与引燃；经加热棒(11)预热的柴油空气混合气在转子作用下向上止点运动，在上止点附近ECU(15)控制火花塞跳火引燃混合气，实现柴油燃料在转子机上燃烧；
柴油燃料燃烧做功过程中，火花塞式缸压传感器(4)采集缸内压力数据并将缸内压力信号g发送至ECU(15)，ECU(15)对火花塞式缸压传感器(4)采集到的缸内压力数据进行分析，当缸内压力升高率小于等于0.7MPa/°CA，ECU(15)不向耐高压喷水器(3)发送耐高压喷水器喷射信号a，当缸内压力升高率大于0.7MPa/°CA，ECU(15)发出耐高压喷水器喷射信号a，此时储水箱(1)中的水经高压水泵(2)加压后通过高压水管输送至耐高压喷水器(3)，耐高压喷水器(3)向燃烧室喷射高压水雾，控制缸内压力升高率降低至0.7MPa/°CA再停止向燃烧室喷射高压水雾，维持柴油燃料转子机平稳运行。
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