CN110486151B - 一种二甲醚压燃式转子发动机及其控制方法 - Google Patents

一种二甲醚压燃式转子发动机及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种二甲醚压燃式转子发动机，装置包括：油箱，当汽油喷嘴接收到喷油信号打开时，油泵将油箱中的汽油抽出后，经汽油流量计喷入燃烧室内。火花塞式缸压传感器进行点火，电荷放大器与其串联连接。电子控制单元对点火及喷油参数进行调控。进气压力传感器与空气流量计串联连接，在进气压力传感器后还安装有二甲醚喷嘴，二甲醚经减压阀与流量计后，通过喷嘴喷入燃烧室内，在二甲醚输送管路上还安装有阻燃阀。本发明以发动机转速与缸内压力升高率为触发信号，电子控制单元根据发动机的工作状态控制喷入燃烧室内燃料的流量，实现压燃式转子机的控制方法，有效提升了转子发动机的燃油经济性和热效率。

Description

一种二甲醚压燃式转子发动机及其控制方法
技术领域
本发明提供了一种二甲醚压燃式转子发动机及其控制方法。涉及压燃式转子就的实现方法，属于内燃机领域。
背景技术
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。汽车尾气的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，节能减排成了限制转子发动机发展的主要问题。
由于转子机燃烧室结构狭长，采用火花塞点火时，火焰很难传递至燃烧室后端。均质压燃技术传统汽油机与柴油机的技术相结合，燃料与空气一起进入燃烧室内，经过压缩冲程后，缸内混合气温度升高，将混合气压燃，此时缸内混合气多点同时着火，避免了单电点火和火焰传播过程，使得燃烧室内的燃料充分燃烧，提升了发动机的热效率，降低了排放物中有害物的浓度。
发明内容
为了提升转子内燃机的燃烧效率，提升其排放特性，本发明提供了一种二甲醚压燃式转子机及其控制方法。利用二甲醚具有较高的十六烷值，实现发动机压燃技术。
本发明解决上述问题是通过以下技术方案解决的：
1.一种二甲醚压燃式转子发动机，装置包括：油箱1，当汽油喷嘴6接收到喷油信号打开时，油泵2将油箱1中的汽油抽出后，经汽油流量计5从喷嘴喷入燃烧室内。火花塞式缸压传感器4检测缸内压力压力变化的同时对缸内混合气进行点火，电荷放大器3与其串联连接。电子控制单元7对点火及喷油参数进行调控。在进气道上进气压力传感器10与空气流量计11串联连接，对进气压力及温度进行监控，在进气压力传感器10后还安装有二甲醚喷嘴，二甲醚燃料罐14中的燃料经减压阀13与流量计12后，通过喷嘴8喷入燃烧室内，在二甲醚输送管路上还安装有阻燃阀9。排气道上掺氢浓度传感器15对排气道中的碳氢浓度进行监测。
2.根据上述所述的二甲醚转子机，其特征在于：根据发动机不同的工况，调节二甲醚与汽油的混合比例，利用均质压燃技术提升转子机的燃烧效率。
当发动机处于冷启动工况时，电子控制单元7接收偏心轴位置传感器的信号，判断发动机要工作时，向二甲醚喷嘴8发送信号，二甲醚燃料罐14中的燃料经管路减压阀13与流量计12之后喷入燃烧室内，结合空气流量计11的信号，通过流量计12调节进入缸内的二甲醚质量，使得此时缸内过量空气系数λ维持在0.8-0.9之间，由于此时缸内温度较低，所以电子控制单元7向火花塞时缸压传感器4发送信号，火花塞将缸内的二甲醚点燃，实现发动机浓燃启动。启动15分钟后，此时认为发动机已处于暖机工况，缸内具有良好的热氛围，此时可以关闭点火信号，实现发动机的纯二甲醚压燃式工作状态。
当发动机处于暖机启动工况时，电子控制单元7向二甲醚喷嘴8发送信号，二甲醚燃料罐14中的燃料经管路减压阀13与流量计12之后喷入燃烧室内，结合空气流量计11的信号，通过流量计12调节进入缸内的二甲醚质量，使得此时缸内过量空气系数λ维持在0.9-0.8，同时关闭点火信号，利用二甲醚具有较高的十六烷值，点火能量低等特性，实现暖机下二甲醚压燃启动。
低负荷工况：当发动机正常启动后，当节气门开度不大于30％，发动机处于低负荷工况，此时火花塞停止点火，二甲醚经喷嘴8进入到进气道内，与空气充分混合后进入燃烧室内，在压缩阶段利用缸内较高的温度自燃，并结合空气流量计11传递的流量信号，调节二甲醚流量计12，使得此时燃烧室内的过量空气系数λ维持在1.1-1.3之间。
当发动机处于中负荷状态时，节气门开度大于等于30％且不大于70％时，电子控制单元7接收来自火花塞式缸压传感器传递的缸压信号并计算缸内压力的升高率，当压力升高率小于等于M(M为发生爆震时所对应的压升率)，通过调整二甲醚的喷射量，使得缸内混合气过量空气系数λ维持在1.1-1.3之间。当检测到缸内压力升高率大于M时，汽油喷嘴6打开，油箱1中的汽油经油泵2和流量计5后进入燃烧室，并缓慢增加其喷射量，同时，减少二甲醚的喷射量，直到压力升高率再次小于M时，停止汽油的增加与二甲醚的减少，使发动机工作在稳定状态。
当发动机处于高负荷，节气门开度大于等于70％时，电子控制单元7向火花塞式缸压传感器4发送点火信号进行点火，并关闭二甲醚喷嘴8，使得此时进入气缸内的燃料均为汽油，根据空气流量计11传递的信号，调整汽油流量计5，改变进入燃烧室内汽油的质量，使得此时的过量空气系数λ维持在0.9-1.1。
本发明的特点及有益效果为，利用二甲醚具有较高的十六烷值，点火能量低等特性，在进气道喷射二甲醚并利用均质压燃技术，实现一种压燃式转子发动机。克服点燃式转子发动机在工作过程中火焰难以传至燃烧室后方缺点，提升燃料的燃烧效率，降低排放物中有害物的浓度。
附图说明
图1.本发明的结构和工作原理图
图中：油箱1、油泵2、电荷放大器3、火花塞式缸压传感器4，安装在汽油输送管路上的汽油流量计5和汽油喷嘴6、电子控制单元7对燃油喷射和点火进行控制。二甲醚储存罐14、减压阀13、流量计12及阻燃阀9，二甲醚喷嘴8安装在进气管道上，进气道上还安有进气压力传感器10和空气流量计11，排气管道上安有掺氢浓度传感器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：油箱1，当汽油喷嘴6接收到喷油信号打开时，油泵2将油箱1中的汽油抽出后，经汽油流量计5从喷嘴喷入燃烧室内。火花塞式缸压传感器4检测缸内压力压力变化的同时对缸内混合气进行点火，电荷放大器3与其串联连接。电子控制单元7对点火及喷油参数进行调控。在进气道上进气压力传感器10与空气流量计11串联连接，对进气压力及温度进行监控，在进气压力传感器10后还安装有二甲醚喷嘴，二甲醚燃料罐14中的燃料经减压阀13与流量计12后，通过喷嘴8喷入燃烧室内，在二甲醚输送管路上还安装有阻燃阀9。排气道上掺氢浓度传感器15对排气道中的碳氢浓度进行监测。
当发动机处于冷启动工况时，电子控制单元7接收到偏心轴位置传感器的信号后，开始向二甲醚喷嘴8发送信号，二甲醚燃料罐14中的燃料经管路减压阀13与流量计12之后喷入燃烧室内，结合空气流量计11的信号，通过流量计12调节进入缸内的二甲醚质量，使得此时缸内过量空气系数λ维持在0.8-0.9之间，由于此时缸内温度较低，所以电子控制单元7向火花塞时缸压传感器4发送信号，火花塞将缸内的二甲醚点燃，实现发动机浓燃启动。启动15分钟后，此时认为发动机已处于暖机工况，缸内具有良好的热氛围，此时可以关闭点火信号，实现发动机的纯二甲醚压燃式工作状态。
当发动机处于暖机启动工况时，电子控制单元7向二甲醚喷嘴8发送信号，二甲醚燃料罐14中的燃料经管路减压阀13与流量计12之后喷入燃烧室内，结合空气流量计11的信号，通过流量计12调节进入缸内的二甲醚质量，使得此时缸内过量空气系数λ维持在0.7-0.8，同时关闭点火信号，利用二甲醚具有较高的十六烷值，点火能量低等特性，实现暖机下二甲醚压燃启动。
低负荷工况：当发动机正常启动后，当节气门开度不大于30％，发动机处于低负荷工况，此时火花塞停止点火，二甲醚经喷嘴8进入到进气道内，与空气充分混合后进入燃烧室内，在压缩阶段利用缸内较高的温度自燃，并结合空气流量计11传递的流量信号，调节二甲醚流量计12，使得此时燃烧室内的过量空气系数λ维持在1.1-1.3之间。
当发动机处于中负荷状态时，节气门开度大于等于30％且不大于70％时，电子控制单元7接收来自火花塞式缸压传感器传递的缸压信号并计算缸内压力的升高率，当压力升高率小于等于M(M为发生爆震时所对应的压升率)，通过调整二甲醚的喷射量，使得缸内混合气过量空气系数λ维持在1.1-1.3之间。当检测到缸内压力升高率大于M时，汽油喷嘴6打开，油箱1中的汽油经油泵2和流量计5后进入燃烧室，并缓慢增加其喷射量，同时，减少二甲醚的喷射量，直到压力升高率再次小于M时，停止汽油的增加与二甲醚的减少，使发动机工作在稳定状态。
当发动机处于高负荷，节气门开度大于等于70％时，电子控制单元7向火花塞式缸压传感器4发送点火信号进行点火，并关闭二甲醚喷嘴8，使得此时进入气缸内的燃料均为汽油，根据空气流量计11传递的信号，调整汽油流量计5，改变进入燃烧室内汽油的质量，使得此时的过量空气系数λ维持在0.9-1.1。

Claims (1)

1.一种二甲醚压燃式转子发动机，包括：油箱（1），当汽油喷嘴（6）接收到喷油信号打开时，油泵（2）将油箱（1）中的汽油抽出后，经汽油流量计（5）从汽油喷嘴喷入燃烧室内；火花塞式缸压传感器（4）检测缸内压力变化的同时对缸内混合气进行点火，电荷放大器（3）与其串联连接；电子控制单元（7）对点火及喷油参数进行调控；在进气道上进气压力传感器（10）与空气流量计（11）串联连接，对进气压力及温度进行监控，在进气压力传感器（10）后还安装有二甲醚喷嘴，二甲醚燃料罐（14）中的燃料经减压阀（13）与流量计（12）后，通过二甲醚喷嘴（8）喷入燃烧室内，在二甲醚输送管路上还安装有阻燃阀（9）；排气道上掺氢浓度传感器（15）对排气道中的碳氢浓度进行监测；
其特征在于：
当发动机处于冷启动工况时，电子控制单元（7）接收到偏心轴位置传感器的信号后，开始向二甲醚喷嘴（8）发送信号，二甲醚燃料罐（14）中的燃料经减压阀（13）与流量计（12）之后喷入燃烧室内，结合空气流量计（11）的信号，通过流量计（12）调节进入缸内的二甲醚质量，使得此时缸内过量空气系数λ维持在0.8-0.9，同时，电子控制单元（7）向火花塞式缸压传感器（4）发送信号，点燃缸内新鲜混合气，实现发动机浓燃启动；启动15分钟后，此时认为发动机已处于暖机工况，关闭点火信号，实现发动机的纯二甲醚压燃式工作状态；
当发动机处于暖机启动工况时，电子控制单元（7）向二甲醚喷嘴（8）发送信号，二甲醚燃料罐（14）中的燃料经减压阀（13）与流量计（12）之后喷入燃烧室内，结合空气流量计（11）的信号，通过流量计（12）调节进入缸内的二甲醚质量，使得此时缸内过量空气系数λ维持在0.7-0.8，同时关闭点火信号，实现暖机下二甲醚压燃启动；
低负荷工况：当发动机处于低负荷工况时，节气门开度不大于30%，电子控制单元（7）停止向火花塞传递信号，停止点火，二甲醚经二甲醚喷嘴（8）进入到进气道内，与空气充分混合后进入燃烧室内，此时汽油喷嘴（6）处于关闭状态；结合空气流量计（11）传递的流量信号，调节流量计（12），使得此时燃烧室内的过量空气系数λ维持在1.1-1.3，发动机为二甲醚压燃式；
当发动机处于中负荷状态时，节气门大于等于30%且开度不大于70%时，电子控制单元（7）接收来自火花塞式缸压传感器传递的缸压信号并计算缸内压力的升高率，当压力升高率小于等于M时，M为发生爆震时所对应的压升率，通过调整二甲醚的喷射量，使得缸内混合气过量空气系数λ维持在1.1-1.3；当检测到缸内压力升高率大于M时，汽油喷嘴（6）打开，油箱（1）中的汽油经油泵（2）和汽油流量计（5）后进入燃烧室，并增加其喷射量，同时，减少二甲醚的喷射量，直到压力升高率再次小于M时，停止汽油的增加与二甲醚的减少，使发动机工作在稳定状态；
当发动机处于高负荷，节气门开度大于等于70%时，电子控制单元（7）向火花塞式缸压传感器（4）发送点火信号进行点火，并关闭二甲醚喷嘴（8），使得此时进入气缸内的燃料均为汽油，根据空气流量计（11）传递的信号，调整汽油流量计（5），改变进入燃烧室内汽油的质量，使得此时的过量空气系数λ为0.9-1.1。
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