CN109404123B - 一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法 - Google Patents

一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法，以火花塞式缸压传感器与CO浓度传感器的信号为依据，调节氢气的喷射时刻与喷射量，利用氢气缸内直喷技术改善汽油转子机的燃烧过程，提升转子机的性能，降低发动机排放物中的CH与CO排放。同时，根据发动机的工况调节汽油的喷射量，使得汽油与氢气的混合气在能够充分燃烧。与现有技术相比，本发明利用缸内直喷氢气改善转子机的燃烧效果，提升转子机性能的同时降低排气中有害物的排放，具有一定的创新性和应用前景。

Description

一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法
技术领域
本发明提供了一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法。涉及转子发动机燃料供给及燃烧优化，属于内燃机领域。
背景技术
随着环境问题越来越受到广大人民的重视，各国对污染的监控也越来越严格。汽车尾气排放在这种环境下也被推到了前台，各国都相继推出了相关法规来限制汽车尾气的排放。因此，降低发动机油耗和排放已经成为了当前内燃机领域的主流研究方向。
与往复式活塞机相比，转子发动机具有体积小、重量轻、结构简单，功重比大等优点，世界各国已将转子机广泛应用于无人机、军用特种车辆、海军陆战队登陆艇、小型船舶和轻便式发电机等领域。然而，转子机也存在着燃油经济性差和排放高等问题，造成这些问题的主要原因是转子机狭长的燃烧室结构不利于燃料的快速、完全燃烧，较高的面容比增加了壁面淬息的问题，以及线密封形式导致较高的漏气率等。随着排放法规的日益严格，转子发动机也面临着节能减排的问题。
掺氢可以有效改善汽油转子机的燃烧性能，但进气道喷氢会降低汽油/空气混合气的质量分数，导致充气效率降低。通过缸内直喷氢气的方法来解决进气道掺氢的缺点，进而提升转子机的燃烧效率。由于转子机独特的燃烧室结构，在压缩过程中燃烧室内会出现一个与转子旋转方向相同的主流流场，在该流场的影响下，与转子旋转方向相同的火焰传播会被促进，反之则被抑制，进而导致在燃烧室尾端存在一定量未燃混合气，造成了环境污染。利用氢气直喷可以引燃未燃混合气，提高转子机的燃烧特性与排放特性。
发明内容
为了改善转子内燃机的排放特性，本发明提供了一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法，通过氢气缸内直喷引燃未燃混合气，改善转子机的燃烧与排放特性
本发明解决上述结束问题是通过以下技术方案解决的：
一种氢气缸内直喷转子机包括：氢气储存罐(1)、氢气从储存罐(1)中出来后依次经过位于氢气管路上的减压阀(2)、氢气流量调节计(5)，阻燃阀(6)后，经位于气缸壁面上的氢气喷嘴(7)进入燃烧室参与燃烧，汽油从汽油储存罐(14)中抽出，经油泵(13)、汽油流量计(12)及阻燃阀(10)之后，经安装在进气道上的汽油喷嘴(9)喷入进气道内，与空气混合后进入燃烧室参与燃烧，进气道上还安装有空气流量计(11)，排气管上安装有CO浓度传感器(15)，ECU(8)接收来自CO浓度传感器(15)、火花塞式缸压传感器(4)传递的信号，并调节各个流量计的大小，向与火花塞式缸压传感器(4)串联的电荷放大器(3)中发送信号，控制发动机的点火。
一种氢气缸内直喷转子机控制方法如下：
当转子发动机工作后，ECU(8)接收来自曲轴传来的转速信号，当发动机转数低于怠速转速时，关闭减压阀(2)，使得喷入气缸内的氢气质量为0，此时，油泵(13)将汽油储存罐(14)中的汽油抽出，经过汽油流量计(12)与阻燃阀(10)之后，从汽油喷嘴(9)喷入进气道内，与空气混合后进入燃烧室参与燃烧，汽油流量计(12)控制输送管路中汽油的流量，火花塞式缸压传感器(4)接收到信号，进行点火，同时，ECU(8)接收来自空气流量计(11)传递来的空气流量信号，调节汽油流量计(12)，调节汽油的供给量使混合气按浓燃条件进行燃烧，实现发动机的启动，此时CO浓度传感器(15)不工作，处于关闭状态，燃烧产生的废气直接排入大气中。
发动机转数在怠速转速至最大转速之间时，ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号，氢气储存罐(1)中的氢气经减压阀(2)、氢气流量计(5)、阻燃阀(6)后，由氢气喷嘴(7)进入燃烧室参与燃烧，同时，ECU(8)向汽油流量计(12)传递信号，减少汽油的供给量，同时结合空气流量计(11)传递过来的空气流量信号，使氢-汽-空混合气按照稀薄燃烧条件进行燃烧，随着氢气喷射量的增加，缸内压力逐渐上高。CO浓度传感器(15)检测排气道中CO的浓度并传递至ECU(8)，当排气道中CO浓度不断降低时，ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号，增加氢气的供给量，当CO浓度传感器(15)检测到排气道中CO浓度开始上升时，ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号，停止增加氢气流量，使喷入燃烧室内氢气的量稳定在CO浓度开始上升时所对应的值，保证燃料的燃烧效率最高，产生的有害排放最少。
当发动机转速大于最大转速时，ECU(8)向火花塞式缸压传感器(4)传递信号，停止点火，同时，停止汽油与氢气的供给。
额定转速、最高转速是本行业内的基础知识，额定转速指发动机在额定功率下的转速，最高转速指在特定条件下，发动机转速能够达到的最大值，长时间处于最大转速会损坏发动机。
本发明的特点及有益效果为，针对转子发动机高排放的问题，提供了一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法，利用氢气火焰传播速度快的优点，通过缸内直喷的方法引燃燃烧室内的未燃混合气，同时，位于排气口的CO浓度传感器(15)检测CO浓度并将信号传递给ECU(8)，并依据此信号调节氢气喷射量，使得喷入燃烧室内的氢气量式中维持在一个最优值，优化转子机的燃烧与排放特性。当转子机超过危险转速时，ECU(8)停止发送点火信号并停止燃料供应，发动机停止工作。
附图说明
图1.本发明的结构和工作原理图
图中：氢气储存罐1、减压阀2、电荷放大器3、火花塞式缸压传感器4、氢气流量调节剂5，阻燃阀6、氢气喷嘴7、ECU8、汽油喷嘴9、阻燃阀10、空气流量计11，汽油流量计12，油泵13、汽油储存罐14、CO浓度传感器15。
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：
如图1包括：氢气储存罐(1)、氢气从储存罐中出来后依次进过位于氢气管路上的减压阀(2)、氢气流量计(5)，阻燃阀(6)后，经位于气缸壁面上的氢气喷嘴(7)进入燃烧室参与燃烧，汽油从汽油储存罐(14)中抽出，经油泵(13)、汽油流量计(12)及阻燃阀(10)之后，经安装在进气道上的汽油喷嘴(9)喷入进气道内，与空气混合后进入燃烧室参与燃烧，进气道上还安装有空气流量计(11)，排气管上安装有CO浓度传感器(15)，ECU(8)接收来自CO浓度传感器(15)、火花塞式缸压传感器(4)传递的信号，并调节各个流量计的大小，向与火花塞式缸压传感器(15)串联的电荷放大器(3)中发送信号，控制发动机的点火。
一种氢气缸内直喷转子机包括以下控制方法：
当转子发动机工作后，ECU(8)接收来自曲轴传来的转速信号，当转速<1200rpm时，关闭减压阀(2)，使得喷入气缸内的氢气质量为0，此时，油泵(13)将汽油储存罐(14)中的汽油抽出，经过汽油流量计(12)与阻燃阀(10)之后，从汽油喷嘴(9)喷入进气道内，与空气混合后进入燃烧室参与燃烧，汽油流量计(12)控制输送管路中汽油的流量，火花塞式缸压传感器(4)接收到信号，进行点火，同时，ECU(8)接收来自空气流量计(11)传递来的空气流量信号，调节汽油流量计(12)，调节汽油的供给量，使混合气按浓燃条件进行燃烧，实现发动机的启动，此时CO浓度传感器(15)不工作，处于关闭状态，燃烧产生的废气直接排入大气中。
当发动机转数在1200rpm到12000之间时，ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号，氢气储存罐(1)中的氢气经减压阀(2)、氢气流量计(5)、阻燃阀(6)后，由氢气喷嘴(7)进入燃烧室参与燃烧，同时，ECU(8)向汽油流量计(12)传递信号，减少汽油的供给量，同时结合空气流量计(11)传递过来的空气流量信号，使混合气与空气按照稀薄燃烧的比例进行燃烧(当量比在0.5-1之间)，随着喷氢量的增加，缸内压力逐渐上高。CO浓度传感器(15)检测排气道中CO的浓度并传递至ECU(8)，当排气道中CO浓度不断降低时，ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号，增加氢气的供给量，当CO浓度传感器(15)检测到排气道中CO浓度开始上升时，ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号，停止增加氢气流量，使喷入燃烧室内氢气的量稳定在CO浓度开始上升时所对应的值，保证燃料的燃烧效率最高，产生的有害排放最少。
当发动机转速大于1200rpm时，ECU(8)向火花塞式缸压传感器(4)传递信号，停止点火，同时，停止汽油与氢气的供给。
额定转速、最高转速是本行业内的基础知识，额定转速指发动机在额定功率下的转速，最高转速指在特定条件下，发动机转速能够达到的最大值，长时间处于最大转速会损坏发动机。

Claims (1)

1.一种氢气缸内直喷转子发动机，包括：氢气储存罐(1)、氢气从储存罐中出来后依次经过位于氢气管路上的减压阀(2)、氢气流量计(5)，第一阻燃阀(6)后，经位于气缸壁面上的氢气喷嘴(7)进入燃烧室参与燃烧，汽油从汽油储存罐(14)中抽出，经油泵(13)及汽油流量计(12)及第二阻燃阀(10)之后，经安装在进气道上的汽油喷嘴(9)喷入进气道内，与空气混合后进入燃烧室参与燃烧，进气道上还安装有空气流量计(11)，排气管上安装有CO浓度传感器(15)，ECU(8)接收来自CO浓度传感器(15)、火花塞式缸压传感器(4)传递的信号，并调节各个流量计的大小，向与火花塞式缸压传感器(4)串联的电荷放大器(3)中发送信号，控制转子发动机的点火；
其特征在于控制方法：
当转子发动机工作后，ECU(8)接收来自曲轴传来的转速信号，当转速低于怠速转速时，关闭减压阀(2)，使得喷入气缸内的氢气质量为0，此时，油泵(13)将汽油储存罐(14)中的汽油抽出，经过汽油流量计(12)与第二阻燃阀(10)之后，从汽油喷嘴(9)喷入进气道内，与空气混合后进入燃烧室参与燃烧，汽油流量计(12)控制输送管路中汽油的流量，火花塞式缸压传感器(4)接收到信号，进行点火，同时，ECU(8)接收来自空气流量计(11)传递来的空气流量信号，调节汽油流量计(12)，调节汽油的供给量，使得混合气按浓燃条件进行燃烧，实现转子发动机的启动，此时CO浓度传感器(15)不工作，处于关闭状态，燃烧产生的废气直接排入大气中；
当转子发动机转数在怠速转速至最大转速之间时，ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号，氢气储存罐(1)中的氢气经减压阀(2)、氢气流量计(5)、第一阻燃阀(6)后，由氢气喷嘴(7)进入燃烧室参与燃烧，同时，ECU(8)向汽油流量计(12)传递信号，减少汽油的供给量，同时结合空气流量计(11)传递过来的空气流量信号，使氢-汽-空混合气按照稀薄燃烧条件进行燃烧，随着氢气喷射量的增加，缸内压力逐渐上高；CO浓度传感器(15)检测排气道中CO的浓度并传递至ECU(8)，当排气道中CO浓度不断降低时，氢气流量计(5)传递信号，增加氢气的供给量，当CO浓度传感器(15)检测到排气道中CO浓度开始上升时，ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号，停止增加氢气流量，使喷入燃烧室内氢气的量稳定在CO浓度开始上升时所对应的值；
当转子发动机转速高于最高转速时，ECU(8)向火花塞式缸压传感器(4)传递信号，停止点火，同时，停止汽油与氢气的供给。
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