CN109944685A - 一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法 - Google Patents

一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法。采用缸内直喷技术，以曲轴位置信号为控制依据，将氢气与氧气直接喷入燃烧室进行燃烧，取消了原有的进气道，消除进气过程中的泵气损失，提升转子机的燃烧效率，实现转子机的零排放。在排气管上安装换热器，利用液氢液氧汽化过程需要吸收热量的特性冷凝尾气中的水蒸气，根据缸内压升率信号为依据，采用直喷的方式将水喷入燃烧室，控制缸内的压升率，克服氢氧燃烧过于剧烈的问题。本发明实现了转子机的零排放，并利用喷水的方式有效控制了氢氧转子机缸内压升率。克服了氢氧燃烧过于剧烈的问题。

Description

一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法
技术领域
本发明提供了一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法。涉及转子发动机燃料供给及压升率的控制，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。一种氢氧转子发动机及控制方法
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。
氢气在纯氧氛围下的生成产物只有水，不会产生对环境有害的排放产物。因此，本发明提出了一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法，该发明在消除了进气道泵气损失、实现转子发动机的零排放，同时，采用缸内直喷高压水的方式控制燃烧室内的压升率。
发明内容
为了改善转子机排放较高的问题，本发明提供了一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法，在消除了进气道泵气损失、实现转子发动机零排放的基础上利用水汽化吸热的特性，控制燃烧室内的压升率。
本发明采用如下技术方案：
一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法，涉及的装置主要包括：液氢储存罐(1)、液氢泵(2)、与安装在排气道上的第一换热器(3)、氢气减压阀(4)、氢气流量计(7)、阻燃阀(11)、安装在转子壁面的氢气喷嘴(12)通过氢气输送管路串联连接；储水箱(20)、水泵(5)、流量计(6)与安装在转子壁面的高压水喷嘴(13)通过高压水输送管路串联连接；液氧储存罐(21)、液氧泵(17)与安装在排气道上的第二换热器(18)、氧气减压阀(19)、氧气流量计(8)、氧气喷嘴(9)通过氧气输送管路串联连接；氧气传感器(16)位于排气管上，将尾气中的氧浓度传至尾气分析仪(22)，燃烧分析仪(23)接收来自火花塞式缸压传感器(14)的信号m，对燃烧进行分析；电控单元(10)接收曲轴转角信号n，并控制高压水流量信号a，氢气流量信号b，氧气流量信号c，氧气喷嘴信号d，氢气喷嘴信号e，高压水喷嘴信号f，火花塞信号g控制个燃料的供给及火花塞的点火。
利用如上所述一种压升率可控的直喷氢氧转子机及其控制方法，其特征在于：
当转子发动机工作后，电控单元接收曲轴位置传感器传递的曲轴位置信号n，当曲轴位于上止点后60°时，电控单元(10)打开氧气喷嘴(9)，液氧泵(17)将液氧储存罐(21)中的液氧抽出，经第二换热器(18)后，吸收尾气中的热量汽化，汽化后的氧气经氧气减压阀(19)及氧气流量计(8)后，从氧气喷嘴(9)喷入燃烧室内。当曲轴转角位于330°时，关闭氧气喷嘴(9)，停止喷射氧气。当曲轴转角位于430°时，电控单元(10)向氢气喷嘴(12)发送信号，液氢泵(2)将液氢储存罐(1)中的液氢抽出，经第一换热器(3)进行热交换后，通过氢气喷嘴(12)喷入燃烧室，与氧气形成均匀的混合气，当曲轴转角到达450°时，停止氢气的供应，火花塞式缸压传感器(14)点燃混合气并将缸压数据m传送至燃烧分析仪(23)中进行分析，当缸内压力升高率不高于0.2MPa/°CA时，关闭高压水喷嘴(13)，此时燃烧室内只有氢气与氧气两种工质，氧浓度传感器(16)检测尾气中的氧气浓度，并将其传至尾气分析仪(22)。燃烧后的尾气经第二换热器(18)与第一换热器(3)后直接排入大气，尾气中的水蒸气冷凝后储存到储水箱(20)中。
当转子发动机工作后，电控单元接收曲轴位置传感器传递的曲轴位置信号n，当曲轴位于上止点后60°时，电控单元(10)打开氧气喷嘴(9)，液氧泵(17)将液氧储存罐(21)中的液氧抽出，经第二换热器(18)后，吸收尾气中的热量汽化，汽化后的氧气经氧气减压阀(19)及氧气流量计(8)后，从氧气喷嘴(9)喷入燃烧室内。当曲轴转角位于330°时，关闭氧气喷嘴(9)，停止喷射氧气。当曲轴转角位于430°时，电控单元(10)向氢气喷嘴(12)发送信号，液氢泵(2)将液氢储存罐(1)中的液氢抽出，经第一换热器(3)进行热交换后，通过氢气喷嘴(12)喷入燃烧室，与氧气形成均匀的混合气，当曲轴转角到达450°时，停止氢气的供应，火花塞式缸压传感器(14)点燃混合气并将缸压数据m传送至燃烧分析仪(23)中进行分析，当缸内压力升高率高于0.2MPa/°CA时，电控单元(10)向高压水喷嘴(13)发送信号，水箱(20)内的水经水泵(5)、流量计(6)之后喷入燃烧室内，利用水汽化吸热的特性，控制燃烧室内地压升率。当缸内压力升高率开始下降时，按照一定的速率L减少向燃烧室内喷入的高压水量，直到缸内压力升高率稳定在0.2MPa/°CA时，停止减少喷入燃烧室内高压水的量并保持当前水流量。燃烧后的尾气经第二换热器(18)和第一换热器(3)后排入大气，冷凝后的水进入储水箱(20)。
附图说明
图1.本发明的结构和工作原理图
图中：1、液氢储存罐，2、液氢泵，3、第一换热器，4、氢气减压阀，5、水泵，6、流量计，7、氢气流量计，8、氧气流量计，9、氧气喷嘴，10、电控单元，11、氢气流量计，12、氢气喷嘴，13、高压水喷嘴，14、火花塞时缸压传感器，15、曲轴位置传感器，16、氧气传感器，17、液氧泵，18、第二换热器，19、氧气减压阀，20+、储水箱，21、液氧储存罐，22尾气分析仪，23、燃烧分析仪，高压水流量信号a，氢气流量信号b，氧气流量信号c，氧气喷嘴信号d，氢气喷嘴信号e，高压水喷嘴信号f，火花塞信号g，曲轴位置信号n，缸内压力信号m。
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，电控单元接收曲轴位置传感器传递的曲轴位置信号n，当曲轴位于上止点后60°时，电控单元(10)打开氧气喷嘴(9)，液氧泵(17)将液氧储存罐(21)中的液氧抽出，经第二换热器(18)后，吸收尾气中的热量汽化，汽化后的氧气经氧气减压阀(19)及氧气流量计(8)后，从氧气喷嘴(9)喷入燃烧室内。当曲轴转角位于330°时，关闭氧气喷嘴(9)，停止喷射氧气。当曲轴转角位于430°时，电控单元(10)向氢气喷嘴(12)发送信号，液氢泵(2)将液氢储存罐(1)中的液氢抽出，经第一换热器(3)进行热交换后，通过氢气喷嘴(12)喷入燃烧室，与氧气形成均匀的混合气，当曲轴转角到达上止点前90°(450°)时，停止氢气的供应，火花塞式缸压传感器(14)点燃混合气并将缸压数据m传送至燃烧分析仪(23)中进行分析，当缸内压力升高率不高于0.2MPa/°CA时，关闭高压水喷嘴(13)，此时燃烧室内只有氢气与氧气两种工质，氧浓度传感器(16)检测尾气中的氧气浓度，并将其传至尾气分析仪(22)。燃烧后的尾气经第二换热器(18)与第一换热器(3)后直接排入大气，尾气中的水蒸气冷凝后储存到储水箱(20)中。
当转子发动机工作后，电控单元接收曲轴位置传感器传递的曲轴位置信号n，当曲轴位于上止点后60°时，电控单元(10)打开氧气喷嘴(9)，液氧泵(17)将液氧储存罐(21)中的液氧抽出，经第二换热器(18)后，吸收尾气中的热量汽化，汽化后的氧气经氧气减压阀(19)及氧气流量计(8)后，从氧气喷嘴(9)喷入燃烧室内。当曲轴转角位于330°时，关闭氧气喷嘴(9)，停止喷射氧气。当曲轴转角位于430°时，电控单元(10)向氢气喷嘴(12)发送信号，液氢泵(2)将液氢储存罐(1)中的液氢抽出，经第一换热器(3)进行热交换后，通过氢气喷嘴(12)喷入燃烧室，与氧气形成均匀的混合气，当曲轴转角到达450°时，停止氢气的供应，火花塞式缸压传感器(14)点燃混合气并将缸压数据m传送至燃烧分析仪(23)中进行分析，当缸内压力升高率高于0.2MPa/°CA时，电控单元(10)向高压水喷嘴(13)发送信号，水箱(20)内的水经水泵(5)、流量计(6)之后喷入燃烧室内，利用水汽化吸热的特性，控制燃烧室内地压升率。当缸内压力升高率开始下降时，按照一定的速率L减少向燃烧室内喷入的高压水量，直到缸内压力升高率稳定在0.2MPa/°CA时，停止减少喷入燃烧室内高压水的量并保持当前水流量。燃烧后的尾气经第二换热器(18)和第一换热器(3)后排入大气，冷凝后的水进入储水箱(20)。

Claims (2)

1.一种压升率可控的直喷氢氧转子机，其特征在于，包括：液氢储存罐(1)、液氢泵(2)、与安装在排气道上的第一换热器(3)、氢气减压阀(4)、氢气流量计(7)、阻燃阀(11)、安装在转子壁面的氢气喷嘴(12)通过氢气输送管路串联连接；储水箱(20)、水泵(5)、流量计(6)与安装在转子壁面的高压水喷嘴(13)通过高压水输送管路串联连接；液氧储存罐(21)、液氧泵(17)与安装在排气道上的第二换热器(18)、氧气减压阀(19)、氧气流量计(8)、氧气喷嘴(9)通过氧气输送管路串联连接；氧气传感器(16)位于排气管上，将尾气中的氧浓度传至尾气分析仪(22)，燃烧分析仪(23)接收来自火花塞式缸压传感器(14)的信号m，对燃烧进行分析；电控单元(10)接收曲轴转角信号n，并控制高压水流量信号a，氢气流量信号b，氧气流量信号c，氧气喷嘴信号d，氢气喷嘴信号e，高压水喷嘴信号f，火花塞信号g控制燃料的供给及火花塞的点火。
2.控制如权利要求1所述的一种压升率可控的直喷氢氧转子机的方法，其特征在于：
当转子发动机工作后，电控单元接收曲轴位置传感器传递的曲轴位置信号n，当曲轴位于上止点后60°时，电控单元(10)打开氧气喷嘴(9)，开始向燃烧室内持续喷射氧气，当曲轴转角位于330°时，关闭氧气喷嘴，当曲轴转角位于430°时，电控单元(10)向氢气喷嘴(12)发送信号，开始向燃烧室内喷射氢气，当曲轴转角到达450°时，停止氢气的供应，火花塞式缸压传感器(14)将缸压数据m传送至燃烧分析仪(23)中进行分析，当缸内压力升高率不高于0.2MPa/℃A时，关闭高压水喷嘴(13)，燃烧室内只有氢气与氧气两种工质，氧浓度传感器(16)检测尾气中的氧气浓度，并将其传至尾气分析仪(22)；燃烧后的尾气经第二换热器(18)与第一换热器(3)后直接排入大气，尾气中的水蒸气冷凝后储存到储水箱(20)中；
当转子发动机工作后，电控单元接收曲轴位置传感器传递的曲轴位置信号n，当曲轴位于上止点后60°时，电控单元(10)打开氧气喷嘴(9)，开始向燃烧室内持续喷射氧气，当曲轴转角位于330°时，关闭氧气喷嘴，停止氧气的供应；当曲轴转角位于430°时，电控单元(10)向氢气喷嘴(12)发送信号，开始向燃烧室内喷射氢气，当曲轴转角到达450°时，停止氢气的供应，火花塞式缸压传感器(14)将缸压数据m传送至燃烧分析仪(23)中进行分析，当缸内压力升高率高于0.2MPa/℃A时，电控单元(10)向高压水喷嘴(13)发送信号，水箱(20)内的水经水泵(5)、流量计(6)之后喷入燃烧室内，当缸内压力升高率开始下降时，减少向燃烧室内喷入的高压水量，直到缸内压力升高率稳定在0.2MPa/℃A时，停止减少喷入燃烧室内高压水的量并保持当前水流量；燃烧后的尾气经第二换热器(18)和第一换热器(3)后排入大气，冷凝后的水进入储水箱(20)。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110509783A (zh) * 2019-08-19 2019-11-29 北京工业大学 一种增程式纯氢转子发动机及其控制方法
CN111156078A (zh) * 2020-01-03 2020-05-15 北京工业大学 一种二冲程氢氧燃料转子机及其控制策略
CN111997746A (zh) * 2020-07-20 2020-11-27 北京工业大学 一种进气道及直喷复合的掺氢汽油燃料转子机及其控制方法
CN111997744A (zh) * 2020-07-20 2020-11-27 北京工业大学 一种缸内喷水的纯氢氧燃料二冲程转子机及其控制方法
CN113006934A (zh) * 2021-03-12 2021-06-22 北京工业大学 一种点燃式柴油转子机及其控制方法
CN113389637A (zh) * 2021-06-29 2021-09-14 北京工业大学 一种进气加湿质调节氢转子机及控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3809386A1 (de) * 1988-03-16 1988-09-15 Bernau Klaus Juergen Wasserstoff-knallgas-motor
JP2005042563A (ja) * 2003-07-23 2005-02-17 Seiji Kubo 水素エンジン及びその駆動方法
WO2009029525A1 (en) * 2007-08-24 2009-03-05 Abet Technologies, Llc Hydrogen peroxide-fueled rotary expansion engine
CN204532528U (zh) * 2015-03-09 2015-08-05 李懋源 一种拉瓦尔喷射气体发动机装置
CN107387234A (zh) * 2017-07-28 2017-11-24 江苏大学 一种直喷式转子发动机的气/液燃料供给系统及控制方法
CN108825366A (zh) * 2018-06-15 2018-11-16 北京工业大学 一种点燃式氢氧气转子发动机及控制方法
CN109404123A (zh) * 2018-12-30 2019-03-01 北京工业大学 一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3809386A1 (de) * 1988-03-16 1988-09-15 Bernau Klaus Juergen Wasserstoff-knallgas-motor
JP2005042563A (ja) * 2003-07-23 2005-02-17 Seiji Kubo 水素エンジン及びその駆動方法
WO2009029525A1 (en) * 2007-08-24 2009-03-05 Abet Technologies, Llc Hydrogen peroxide-fueled rotary expansion engine
CN204532528U (zh) * 2015-03-09 2015-08-05 李懋源 一种拉瓦尔喷射气体发动机装置
CN107387234A (zh) * 2017-07-28 2017-11-24 江苏大学 一种直喷式转子发动机的气/液燃料供给系统及控制方法
CN108825366A (zh) * 2018-06-15 2018-11-16 北京工业大学 一种点燃式氢氧气转子发动机及控制方法
CN109404123A (zh) * 2018-12-30 2019-03-01 北京工业大学 一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110509783A (zh) * 2019-08-19 2019-11-29 北京工业大学 一种增程式纯氢转子发动机及其控制方法
CN111156078A (zh) * 2020-01-03 2020-05-15 北京工业大学 一种二冲程氢氧燃料转子机及其控制策略
CN111997746A (zh) * 2020-07-20 2020-11-27 北京工业大学 一种进气道及直喷复合的掺氢汽油燃料转子机及其控制方法
CN111997744A (zh) * 2020-07-20 2020-11-27 北京工业大学 一种缸内喷水的纯氢氧燃料二冲程转子机及其控制方法
CN113006934A (zh) * 2021-03-12 2021-06-22 北京工业大学 一种点燃式柴油转子机及其控制方法
CN113389637A (zh) * 2021-06-29 2021-09-14 北京工业大学 一种进气加湿质调节氢转子机及控制方法

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