CN110529321A - 一种缸内喷氢转子机电控点火控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种缸内喷氢转子机电控点火系统的控制策略方法，属于内燃机控制技术领域。缸内直喷氢气转子发动机点燃转子燃烧室内的可燃混合气需要合理的火花塞位置、点火正时及放电能量，所以本发明在中高转速条件下采用双火花塞异步点火策略，通过布置双火花塞位置、控制前/后火花塞点火之间的时间间隙、分配前/后火花塞放电能量来实现发动机的点火控制。采用双火花塞异步点火，有效解决了转子燃烧室后部未燃区问题，提升了发动机的燃烧效率，降低了有害污染物的排放。另外，根据当前转速确定的点火控制策略，还可以减轻多次点火对火花塞电极的过度烧蚀，避免放电能量的浪费。

Description

一种缸内喷氢转子机电控点火控制方法
技术领域
本发明提供了一种缸内喷氢转子机电控点火控制方法。涉及转子发动机火花塞布置方式及点火策略，属于内燃机控制技术范畴。
背景技术
为了放缓不可再生能源开发和降低污染物排放，人们将研究重点放在了寻找性能优异的动力系统及高效清洁的替代燃料。转子发动机和掺氢燃料分别作为高性能动力系统和新型代用燃料的代表引起了发动机领域的广泛关注。转子发动机相比于传统往复活塞式内燃机，转子机具有结构简单、功重比高、功率密度大、振动噪声小等特点。当前转子发动机在无人机、小型船舶和电动增程器等领域已得到广泛应用。作为一种可应用于发动机的气态燃料，氢气以其来源广泛、火焰传播速度快、点火能量低和扩散系数大等突出优势引起普遍关注。
点火在转子机缸内工作过程中起着至关重要的作用。然而目前针对转子发动机的点火控制策略的挖掘依旧不够深入。一方面，点火正时是火花塞点火式发动机的一个关键运行参数。过早的点火会导致在压缩行程的压力升高率和发动机做功上升，更容易造成爆震、敲缸的现象发生；过晚的点火会带来已燃混合物在膨胀行程中的做功下降，不完全燃烧产物增加。因此，恰当的点火正时是发动机获得高效率和低排放的关键因素。另一方面，点火能量对保证点火系统的工作可靠性具有特别重要的意义。点火能量过低，导致发动机燃烧状况恶化，功率、扭矩下降，油耗上升，排放变坏，起动性能变差；点火能量过高，容易烧蚀火花塞电极，缩短点火系统的寿命，甚至会引发早燃爆震，使发动机功率下降，机件受损。因此，有必要把点火能量限定在一个合适的范围内。此外，随着电控点火技术的快速发展，其已经在往复式活塞机上得到成熟应用，它可精确控制点火参数来满足不同工况下的需求。但是转子机缸内的气流运动形式与之存在较大差异，高速向前的主流流场给合理组织混合气分布带来了诸多挑战，尤其是缸内直喷的燃料存在分层的现象，其油气混合过程更加复杂。与此同时，当前点火控制技术在转子机的开发、应用还无法与往复式活塞机相比。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有点火控制方法的上述缺陷，提供了一种新的缸内喷氢转子机电控点火控制方法，可以精确控制火花塞的点火策略来实现对缸内混合气的可靠点燃及燃烧，可解决转子机效率低和排放不达标的问题，以优化转子机动力性能和和燃烧特性。
本发明解决上述结束问题是通过以下技术方案解决的：
一种缸内喷氢转子机电控点火控制方法，涉及装置包括：高压氢气从高压储氢罐(1)中出来后依次经调压阀(6)、氢气流量计(7)、阻燃阀(8)之后，从安装在转子燃烧室壁面上的氢气直喷喷嘴(9)进入转子机与汽油进行混合燃烧，前火花塞及缸压传感器(3)与第一电荷放大器(2)串联后，后火花塞及缸压传感器(4)与第二电荷放大器(5)串联后再并联安装在缸体壁面(20)上，电控单元(10)根据发动机工况发送点火信号至电荷放大器(2)、(5)对火花塞进行点火，在转子机进气道上安装有空气流量计(13)对进气压力进行检测，汽油从油箱(16)中流出后经油泵(15)与油耗仪(14)后，通过安装在进气道上的喷油器(12)进入进气道(18)中，随进气一起进入燃烧室进行燃烧。碳氢浓度传感器(17)位于排气道(19)上，对排气中的碳氢浓度进行检测，并将碳氢浓度信号b发送至电控单元(10)。
当转子机处于运行状态时，采用双火花塞异步点火策略，通过布置双火花塞位置、控制前/后火花塞点火之间的时间间隙、分配前/后火花塞放电能量来实现发动机的点火控制。采用双火花塞异步点火，有效解决了转子燃烧室后部未燃区问题，提升了发动机的燃烧效率，降低了有害污染物的排放。
一种缸内喷氢双火花塞转子机包括以下电控点火控制过程。
(1)火花塞布置：
根据权利要求1所述的缸内喷氢转子机电控点火控制方法，其特征在于：所述的前火花塞与后火花塞布置在缸体壁面(20)的水平中心线上；所述前火花塞和后火花塞之间的距离为25～30mm，且根据偏心曲轴(21)对称布置；所述前火花塞与后火花塞按照偏心曲轴(21)的径向分布在中心截面上，分别到转子机上下端盖距离为15～25mm。
(2)点火正时：
电控单元(10)根据转速信号分别控制前后火花塞的点火时刻，具体为：当转速n小于或等于3000rpm时，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角15°EA～20°EA；当转速n为3000～6000rpm时且不包括3000和6000rpm，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角10°EA～15°EA；当转速n大于或等于6000rpm时，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角5°EA～10°EA；所述的压缩行程末期为上止点前偏心曲轴转角25°EA～35°EA。
(3)点火能量：
电控单元(10)分别控制前后火花塞点火线圈初级边的闭合时间，进而来控制点火线圈次级边的输出能量，具体为：当前火花塞提前点火时，放电能量为25mJ～35mJ；后火花塞再点火时，放电能量为5mJ～15mJ。
本发明的特点及有益效果为，针对转子发动机低效率、高排放的问题，提供了一种双火花塞双燃料转子机及其控制方法，通过掺氢的方式改善转子机的排放，同时采用双火花塞式布置方式改善因转子机狭长的燃烧室结构不利于火焰传播的问题，有效改善了转子发动机的排放特性并提升燃料的燃烧效率。另外，根据当前转速确定的点火控制策略，还可以减轻多次点火对火花塞电极的过度烧蚀，避免放电能量的浪费。
附图说明
图1为本发明所述的缸内喷氢双火花塞转子机的电控点火系统实施的结构示意图。
图2为本发明所述的缸内喷氢双火花塞转子机的内部剖视图。
图3为本发明所述的电控点火的控制示意图。
图中：高压储氢罐(1)、第一电荷放大器(2)、前火花塞及缸压传感器(3)、后火花塞及缸压传感器(4)、第二电荷放大器(5)、减压阀(6)、氢气流量计(7)、阻燃阀(8)、氢气喷嘴(9)、电控单元(10)、阻燃阀(11)、喷油器(12)、空气流量计(13)、油耗仪(14)、汽油泵(15)、油箱(16)、碳氢浓度传感器(17)、进气道(18)、排气道(19)、缸体壁面(20)、偏心曲轴(21)。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步的说明，但本发
明的保护范围并不限于此。
结合图1所示的实施例，一种缸内喷氢转子机电控点火控制方法包括：高压氢气从高压储氢罐(1)中出来后依次经调压阀(6)、氢气流量计(7)、阻燃阀(8)之后，从安装在转子燃烧室壁面上的氢气直喷喷嘴(9)进入转子机与汽油进行混合燃烧，前火花塞及缸压传感器(3)与第一电荷放大器(2)串联后，后火花塞及缸压传感器(4)与第二电荷放大器(5)串联后再并联安装在转子燃烧室壁面上，电控单元(10)根据发动机工况发送点火信号至电荷放大器(2)、(5)对火花塞进行点火，在转子机进气道上安装有空气流量计(13)对进气压力进行检测，汽油从油箱(16)中流出后经油泵(15)与油耗仪(14)后，通过安装在进气道上的喷油器(12)进入进气道(18)中，随进气一起进入燃烧室进行燃烧。碳氢浓度传感器(17)位于排气道(19)上，对排气中的碳氢浓度进行检测，并将碳氢浓度信号b发送至电控单元(10)。
当转子机处于运行状态时，采用双火花塞异步点火策略，通过布置双火花塞位置、控制前/后火花塞点火之间的时间间隙、分配前/后火花塞放电能量来实现发动机的点火控制。采用双火花塞异步点火，有效解决了转子燃烧室后部未燃区问题，提升了发动机的燃烧效率，降低了有害污染物的排放。
一种缸内喷氢双火花塞转子机包括以下电控点火控制过程。
(1)火花塞布置：
如图2所示，前火花塞与后火花塞布置在缸体壁面(20)的水平中心线上；所述前火花塞和后火花塞之间的距离为25～30mm，且根据偏心曲轴(21)对称布置；所述前火花塞与后火花塞按照偏心曲轴(21)的径向分布在中心截面上，分别到转子机上下端盖距离为15～25mm。
(2)点火正时：
电控单元(10)根据转速信号分别控制前后火花塞的点火时刻，具体为：当转速n小于或等于3000rpm时，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角15°EA～20°EA；当转速n为3000～6000rpm时且不包括3000和6000rpm，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角10°EA～15°EA；当转速n大于或等于6000rpm时，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角5°EA～10°EA；所述的压缩行程末期为上止点前偏心曲轴转角25°EA～35°EA。
(3)点火能量：
电控单元(10)分别控制前后火花塞点火线圈初级边的闭合时间，进而来控制点火线圈次级边的输出能量，具体为：当前火花塞提前点火时，放电能量为25mJ～35mJ；后火花塞再点火时，放电能量为5mJ～15mJ。
所述实施例为本发明的优选的实施形式，但本发明并不限于上述实施形式，在不背离本发明的实质内容的条件下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或者变形均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种缸内喷氢转子机电控点火控制方法，其特征在于：高压氢气从高压储氢罐(1)中出来后依次经调压阀(6)、氢气流量计(7)、阻燃阀(8)之后，从安装在转子燃烧室壁面上的氢气直喷喷嘴(9)进入转子机与汽油进行混合燃烧，前火花塞及缸压传感器(3)与第一电荷放大器(2)串联后，后火花塞及缸压传感器(4)与第二电荷放大器(5)串联后再并联安装在缸体壁面(20)上，电控单元(10)根据发动机工况发送点火信号至第一电荷放大器(2)、第二电荷放大器(5)对火花塞进行点火，在转子机进气道上安装有空气流量计(13)对进气压力进行检测，汽油从油箱(16)中流出后经油泵(15)与油耗仪(14)后，通过安装在进气道上的喷油器(12)进入进气道(18)中，随进气一起进入燃烧室进行燃烧；碳氢浓度传感器(17)位于排气道(19)上，对排气中的碳氢浓度进行检测，并将碳氢浓度信号b发送至电控单元(10)。
2.根据权利要求1所述的缸内喷氢转子机电控点火控制方法，其特征在于：所述的前火花塞与后火花塞布置在缸体壁面(20)的水平中心线上；所述前火花塞和后火花塞之间的距离为25～30mm，且根据偏心曲轴(21)对称布置；所述前火花塞与后火花塞按照偏心曲轴(21)的径向分布在中心截面上，所述前火花塞到转子机上端盖距离为15～25mm；后火花塞到转子机下端盖距离为15～25mm。
3.根据权利要求1所述的缸内喷氢转子机电控点火控制方法，其特征在于：所述的电控单元(10)根据转速信号分别控制前后火花塞的点火时刻，具体为：当转速n小于或等于3000rpm时，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角15°EA～20°EA；当转速n为3000～6000rpm时且不包括3000和6000rpm，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角10°EA～15°EA；当转速n大于或等于6000rpm时，采用在压缩行程末期异步点火模式，前火花塞提前点火，后火花塞再点火，双火花塞点火的时间间隔为偏心曲轴转角5°EA～10°EA；所述的压缩行程末期为上止点前偏心曲轴转角25°EA～35°EA。
4.根据权利要求1所述的缸内喷氢转子机电控点火控制方法，其特征在于：所述的电控单元(10)分别控制前后火花塞点火线圈初级边的闭合时间，进而来控制点火线圈次级边的输出能量，具体为：当前火花塞提前点火时，放电能量为25mJ～35mJ；后火花塞再点火时，放电能量为5mJ～15mJ。
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