CN106762128A - 一种定容‑定压燃烧发动机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种定容‑定压燃烧发动机及其控制方法，发动机包括气缸，及其内部的活塞，气缸顶部的进气门和排气门均连接到凸轮轴；所述活塞包括筒状的活塞壁，活塞壁内设有恒压活塞，恒压活塞上方为气缸的燃烧室，下方为活塞内的恒压室；活塞底部设有通向恒压室的进液管和回流管，回流管上设有排空管；设置在活塞底部的活塞销通过连杆连接到曲轴，曲轴的一端通过正时链条与凸轮轴连接；喷油器、各传感器，各阀门均连接到ECU。通过控制进入恒压室的流体的量，调节发动机的压缩比和定容燃烧和定压燃烧比例，以适应不同机械强度、热负荷的发动机和不同的燃料，组织最优的缸内燃烧过程，提高发动机的热效率，改善动力性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种定容-定压燃烧发动机及其控制方法。
背景技术
改善发动机缸内燃烧过程是降低排放、改善柴油机性能的一个重要方面。通过提高压缩比和合理组织缸内燃烧过程是提高发动机热效率的一种重要手段，但是发动机的机械强度和热负荷限制了发动机压缩比的提高，而且目前主要的燃烧过程为定容燃烧或者定压燃烧，这两种燃烧模式在实际应用中都不能充分的兼顾发动机的机械强度和热负荷与热效率。
发明内容
基于上述原因，本发明的目的在于提供一种连续可变压缩比而且能够组织缸内燃烧为定容-定压燃烧的发动机及其控制方法，可以任意调节发动机的压缩比和定容燃烧和定压燃烧比例，以适应不同机械强度、热负荷的发动机和不同的燃料。技术方案如下：
一种压燃式定容-定压燃烧发动机，包括气缸，及其内部的活塞，气缸顶部设有喷油器、缸压传感器、进气门和排气门，进气门和排气门均连接到凸轮轴；所述活塞包括筒状的活塞壁，活塞壁内设有恒压活塞，恒压活塞上方为气缸的燃烧室，下方为活塞内的恒压室，恒压活塞上设有恒压活塞位置传感器；活塞底部设有通向恒压室的进液管和回流管，回流管上设有排空管；设置在活塞底部的活塞销通过连杆连接到曲轴，曲轴的一端通过正时链条与凸轮轴的链轮端连接；还包括控制发动机运行的ECU，所述喷油器、缸压传感器、恒压活塞位置传感器，以及设置在进液管上的进液阀、回流管上的限压阀、排空管上的排空阀均连接到ECU。
进一步的，所述喷油器替换为火花塞构成点燃式定容-定压燃烧发动机。
更进一步的，所述曲轴的飞轮端设有曲轴位置传感器，凸轮轴的链轮端设有凸轮轴位置传感器，曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器均连接到ECU。
更进一步的，所述进液管和回流管均连接到储能室，所述储能室上设有为蓄能室提供恒定压力流体的恒压泵。
更进一步的，所述活塞与气缸之间设有活塞环；恒压活塞与活塞壁之间设有恒压活塞密封环。
一种压燃式定容-定压燃烧发动机的控制方法，包括
1)进气冲程：
曲轴带动凸轮轴旋转打开进气门，同时打开排空阀排出恒压室中的保压流体，使恒压活塞下行；
控制曲轴通过连杆带动活塞下行，吸入新鲜充量；
充气完成后关闭进气门，同时关闭排空阀；
2)压缩冲程：
曲轴通过连杆带动活塞上行压缩新鲜充量；
在压缩至上止点时打开进液阀向恒压室中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞上行进一步压缩新鲜充量；
当恒压活塞位置传感器检测到恒压活塞到达限位环时，关闭进液阀；
3)做功冲程：
控制喷油器喷入燃料，开始定容燃烧做功；
当缸压传感器测得燃烧室中的压力P大于等于限压阀的压力P限时，活塞和恒压活塞开始下行，限压阀打开，开始以压力P限做定压燃烧；
4)排气冲程：
曲轴通过连杆带动活塞上行排出燃烧室中的废气，同时打开进液阀向恒压室中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞上行进一步排出废气，当排气门关闭后关闭进液阀。
一种点燃式定容-定压燃烧发动机的控制方法，包括
1)进气冲程：
曲轴带动凸轮轴旋转打开进气门，同时打开排空阀排出恒压室中的保压流体，使恒压活塞下行；
控制曲轴通过连杆带动活塞下行，吸入可燃混合气；
充气完成后关闭进气门，同时关闭排空阀；
2)压缩冲程：
曲轴通过连杆带动活塞上行压缩可燃混合气；
在压缩至上止点时打开进液阀向恒压室中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞上行进一步压缩可燃混合气；
当恒压活塞位置传感器检测到恒压活塞到达限位环时，关闭进液阀；
3)做功冲程：
利用火花塞点燃燃烧室中的可燃混合气，开始定容燃烧做功；
当缸压传感器测得燃烧室中的压力P大于等于限压阀的压力P限时，活塞和恒压活塞开始下行，限压阀打开，开始以压力P限做定压燃烧；
4)排气冲程：
曲轴通过连杆带动活塞上行排出燃烧室中的废气，同时打开进液阀向恒压室中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞上行进一步排出废气，当排气门关闭后关闭进液阀。
本发明的有益效果是：本发明通过控制进入恒压室的流体的量，可以任意调节发动机的压缩比和定容燃烧和定压燃烧比例，以适应不同机械强度、热负荷的发动机和不同的燃料；通过调整压缩比和定容燃烧与定压燃烧的比例，可以组织最优的缸内燃烧过程，提高发动机的热效率，改善动力性和经济性。
附图说明
图1为本发明一种定容-定压燃烧发动机示意图。
图2为本发明一种定容-定压燃烧发动机的控制系统示意图。
图3为本发明一种定容-定压燃烧发动机工作过程流程图。
图4为本发明一种定容-定压燃烧发动机与原始发动机的P-V示意图。
图中：1-凸轮轴；2-喷油器；3-缸压传感器；4-进气门；5-排气门；6-恒压活塞；7-恒压活塞密封环；8-曲轴位置传感器；9-活塞；10-恒压活塞位置传感器；11-恒压室；12-限压阀；13-排空阀；14-连杆；15-回流管；16-蓄能室；17-恒压泵；18-进液管；19-曲轴；20-排空管；21-进液阀；22-活塞销；23-活塞环；24-限位环；25-气缸；26-燃烧室；27-正时链条；28-凸轮轴位置传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和技术效果做进一步详细说明。如图1所示，一种压燃式定容-定压燃烧发动机，包括气缸25，及其内部的活塞9，气缸25顶部设有喷油器2、缸压传感器3、进气门4和排气门5，进气门4和排气门5均连接到凸轮轴1。
所述活塞9包括筒状的活塞壁，活塞壁内设有恒压活塞6，恒压活塞6可在活塞9内移动，活塞9的顶部安装有限位环24用于防止恒压活塞6脱落。恒压活塞6上方为气缸25的燃烧室26，下方为活塞9内的恒压室11，恒压活塞6上设有恒压活塞位置传感器10。
活塞9底部设有通向恒压室11的进液管18和回流管15，回流管15上设有排空管20，进液管18上安装有进液阀21，排空管20上安装有排空阀13回流管15上排空管20接头之后安装有限压阀12。设置在活塞9底部的活塞销22通过连杆14连接到曲轴19，且活塞销22与连杆14小头相连，连杆14大头与曲轴19相连；曲轴19的一端通过正时链条27与凸轮轴1的链轮端连接；所述曲轴19的飞轮端设有曲轴位置传感器8，凸轮轴1的链轮端设有凸轮轴位置传感器28。当用于点燃式发动机时，上述用作柴油机时的喷油器2替换为火花塞。
如图2所示，还包括控制发动机运行的ECU，所述喷油器2、缸压传感器3、恒压活塞位置传感器10、曲轴位置传感器8和凸轮轴位置传感器28，以及设置在进液管18上的进液阀21、回流管15上的限压阀12、排空管20上的排空阀13均连接到ECU。
本实施例多个气缸中，每缸的进液管18相互连通，每缸的回流管15相互连通，且进液管18和回流管15均连接到储能室16，所述储能室16上设有为蓄能室16提供恒定压力流体的恒压泵17。
为达到较好的密封效果，本实施例的活塞9与气缸25之间设有活塞环23；恒压活塞6与活塞壁之间设有恒压活塞密封环7。
一种压燃式定容-定压燃烧发动机的工作过程如图3所示，具体步骤为：
1)进气冲程：
曲轴19带动凸轮轴1旋转打开进气门4，同时打开排空阀13排出恒压室11中的保压流体，使恒压活塞6下行；控制曲轴19通过连杆14带动活塞9下行，吸入新鲜充量；充气完成后关闭进气门4，同时关闭排空阀13。
在点燃式发动机的燃烧控制中，该处充入的为可燃混合气。
2)压缩冲程：
曲轴19通过连杆14带动活塞9上行压缩新鲜充量；在压缩至上止点时打开进液阀21向恒压室11中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞6上行进一步压缩新鲜充量；当恒压活塞位置传感器10检测到恒压活塞6到达限位环24时，关闭进液阀21。
同样，在点燃式发动机的燃烧控制中，该处是将可燃混合气进行压缩。
3)做功冲程：
控制喷油器2喷入燃料，开始定容燃烧做功；当缸压传感器3测得燃烧室26中的压力P大于等于限压阀12的压力P限时，活塞9和恒压活塞6开始下行，限压阀12打开，开始以压力P限做定压燃烧。
在点燃式发动机的燃烧控制中，该处的“喷油器2喷入燃料”，则为利用火花塞点燃燃烧室26中的可燃混合气。
4)排气冲程：
曲轴19通过连杆14带动活塞9上行排出燃烧室26中的废气，同时打开进液阀21向恒压室11中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞6上行进一步排出废气，当排气门5关闭后关闭进液阀21。
上述过程中，ECU通过凸轮轴位置传感器28和曲轴位置传感器8的信号确定各缸的工作冲程，进而控制进气冲程所对应的气缸的排空阀13、进液阀21的打开和关闭，排气冲程所对应的气缸的排空阀13的打开和关闭，以及喷油器2的喷油或火花塞2的点火。
而且，ECU可以根据恒压活塞位置传感器10的信号计算出燃烧室26的当前体积V：
式中V表示燃烧室26的当前体积；V0为活塞9位于压缩上止点且恒压活塞6位于限位环24处时燃烧室26的初始体积；ΔS为恒压活塞6的位移；D为燃烧室26的直径。
ECU将燃烧室26的实时体积V和实时压力P信号一一对应传给显示器；显示器根据燃烧室26的实时体积V和实时压力P信号绘制出发动机燃烧燃烧过程P-V图，如图4所示，以供进一步研究燃烧特性。
Claims (6)
1.一种压燃式定容-定压燃烧发动机，其特征在于，包括气缸（25），及其内部的活塞（9），气缸（25）顶部设有喷油器（2）、缸压传感器（3）、进气门（4）和排气门（5），进气门（4）和排气门（5）均连接到凸轮轴（1）；所述活塞（9）包括筒状的活塞壁，活塞壁内设有恒压活塞（6），恒压活塞（6）上方为气缸（25）的燃烧室（26），下方为活塞（9）内的恒压室（11），恒压活塞（6）上设有恒压活塞位置传感器（10）；活塞（9）底部设有通向恒压室（11）的进液管（18）和回流管（15），回流管（15）上设有排空管（20）；设置在活塞（9）底部的活塞销（22）通过连杆（14）连接到曲轴（19），曲轴（19）的一端通过正时链条（27）与凸轮轴（1）的链轮端连接；还包括控制发动机运行的ECU，所述喷油器（2）、缸压传感器（3）、恒压活塞位置传感器（10），以及设置在进液管（18）上的进液阀（21）、回流管（15）上的限压阀（12）、排空管（20）上的排空阀（13）均连接到ECU。
2.根据权利要求1所述的压燃式定容-定压燃烧发动机，其特征在于，所述喷油器（2）替换为火花塞构成点燃式定容-定压燃烧发动机。
3.根据权利要求1或2所述的定容-定压燃烧发动机，其特征在于，所述进液管（18）和回流管（15）均连接到储能室（16），所述储能室（16）上设有为蓄能室（16）提供恒定压力流体的恒压泵（17）。
4.根据权利要求1或2所述的定容-定压燃烧发动机，其特征在于，恒压活塞（6）与活塞壁之间设有恒压活塞密封环（7）。
5.一种如权利要求1所述的压燃式定容-定压燃烧发动机的控制方法，其特征在于，包括
1）进气冲程：
曲轴（19）带动凸轮轴（1）旋转打开进气门（4），同时打开排空阀（13）排出恒压室（11）中的保压流体，使恒压活塞（6）下行；
控制曲轴（19）通过连杆（14）带动活塞（9）下行，吸入新鲜充量；
充气完成后关闭进气门（4），同时关闭排空阀（13）；
2）压缩冲程：
曲轴（19）通过连杆（14）带动活塞（9）上行压缩新鲜充量；
在压缩至上止点时打开进液阀（21）向恒压室（11）中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞（6）上行进一步压缩新鲜充量；
当恒压活塞位置传感器（10）检测到恒压活塞（6）到达限位环（24）时，关闭进液阀（21）；
3）做功冲程：
控制喷油器（2）喷入燃料，开始定容燃烧做功；
当缸压传感器（3）测得燃烧室（26）中的压力P大于等于限压阀（12）的压力P限时，活塞（9）和恒压活塞（6）开始下行，限压阀（12）打开，开始以压力P限做定压燃烧；
4）排气冲程：
曲轴（19）通过连杆（14）带动活塞（9）上行排出燃烧室（26）中的废气，同时打开进液阀（21）向恒压室（11）中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞（6）上行进一步排出废气，当排气门（5）关闭后关闭进液阀（21）。
6.一种如权利要求2所述的点燃式定容-定压燃烧发动机的控制方法，其特征在于，包括
1）进气冲程：
曲轴（19）带动凸轮轴（1）旋转打开进气门（4），同时打开排空阀（13）排出恒压室（11）中的保压流体，使恒压活塞（6）下行；
控制曲轴（19）通过连杆（14）带动活塞（9）下行，吸入可燃混合气；
充气完成后关闭进气门（4），同时关闭排空阀（13）；
2）压缩冲程：
曲轴（19）通过连杆（14）带动活塞（9）上行压缩可燃混合气；
在压缩至上止点时打开进液阀（21）向恒压室（11）中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞（6）上行进一步压缩可燃混合气；
当恒压活塞位置传感器（10）检测到恒压活塞（6）到达限位环（24）时，关闭进液阀（21）；
3）做功冲程：
利用火花塞点燃燃烧室（26）中的可燃混合气，开始定容燃烧做功；
当缸压传感器（3）测得燃烧室（26）中的压力P大于等于限压阀（12）的压力P限时，活塞（9）和恒压活塞（6）开始下行，限压阀（12）打开，开始以压力P限做定压燃烧；
4）排气冲程：
曲轴（19）通过连杆（14）带动活塞（9）上行排出燃烧室（26）中的废气，同时打开进液阀（21）向恒压室（11）中充入保压流体，保压流体推动恒压活塞（6）上行进一步排出废气，当排气门（5）关闭后关闭进液阀（21）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170531 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |