CN111237050A - 一种转子发动机运行设备以及控制系统 - Google Patents

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CN111237050A CN202010048708.XA CN202010048708A CN111237050A CN 111237050 A CN111237050 A CN 111237050A CN 202010048708 A CN202010048708 A CN 202010048708A CN 111237050 A CN111237050 A CN 111237050A
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Abstract

本发明公开了一种转子发动机运行设备及控制系统，其运行设备包括光学转子发动机、电子离合器、变速器、电机和高压燃油泵；所述光学转子发动机与所述变速器通过所述电子离合器连接，所述变速器与所述电机通过第一联轴器连接，所述电机与所述高压燃油泵通过第二联轴器连接；所述电机是以电动机和发电机两种工作状态进行切换的电机。本发明可以对光学转子发动机运行情况进行监控，同时光学转子发动机运转后可以利用发电机发电，解决了发动机空转的问题，给发动机增加了负载，发电机发的电可以为电池充电。

Description

一种转子发动机运行设备以及控制系统
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种转子发动机运行设备以及控制系统。
背景技术
奇瑞汽车撰写的《一种光学发动机的供油系统》中设计了一种光学发动机的供油系统，供油系统中包括燃油箱、滤清器、增压单元、高压油轨、喷油器以及多种传感器和电磁阀，该系统虽然能保证光学发动机试验结果的准确性，但目前汽车内多使用高压共轨系统作为供油系统，改动后虽能保证光学发动机试验结果准确但与实际情况确有不同。
吉林大学程鹏等《一种光学发动机》中，将四缸GDI发动机改装成光学发动机，将原有发动机进行改造，保留第一缸的进排气门，拆除其他缸进排气门，将气门导管上端密封，将可视化部分的加装到原发动机的缸盖与缸体之间，该方法结构简单，但不适用于转子发动机的可视化。
发明内容
本发明提供了一种转子发动机运行设备以及控制系统，本系统在光学转子发动机运转后可以利用发电机发电，解决了发动机空转的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种转子发动机运行设备，包括光学转子发动机、电子离合器、变速器、电机和高压燃油泵；所述光学转子发动机与所述变速器通过所述电子离合器连接，所述变速器与所述电机通过第一联轴器连接，所述电机与所述高压燃油泵通过第二联轴器连接；所述电机是以电动机和发电机两种工作状态进行切换的电机。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述转子发动机运行设备还包括电池、电动机控制器和发电机控制器，所述电动机控制器和发电机控制器分别与所述电机连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述转子发动机运行设备还包括油箱、油水分离器、输油泵、滤清器、高压油轨和两个喷油器；所述油箱、油水分离器、输油泵、滤清器、高压燃油泵和高压油轨依次通过管路连接，所述高压油轨通过管路分别与两个喷油器连接，两个喷油器伸入光学转子发动机内。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述高压燃油泵与所述油箱通过管路连接；所述高压油轨上设有轨压传感器；所述高压燃油泵设置有可控制高压油轨压力的压力电磁阀。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述光学转子发动机的飞轮固定套设有齿圈，所述齿圈配置有检测其轮齿和齿槽交替变化的转速传感器；所述光学转子发动机在进气道位置设有节气门位置传感器；所述光学转子发动机设置有节气门位置控制电机。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电池设有电池配置有第一电压传感器、第一电流传感器和温度传感器。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电机配置有第二电压传感器和第二电流传感器。
一种根据上述转子发动机运行设备的控制系统，包括上位机和光学转子发动机控制器，所述光学转子发动机控制器分别与所述转速传感器、节气门位置传感器、轨压传感器和上位机连接；所述光学转子发动机控制器还与节气门位置控制电机、喷油器和压力电磁阀连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电池配置有电池控制器，所述电池控制器分别与所述上位机、第一电压传感器、第一电流传感器和温度传感器连接；所述电动机控制器和发电机控制器分别与所述上位机、第二电压传感器和第二电流传感器连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电子离合器配置有动力传动控制器，所述动力传动控制器分别与所述上位机和电子离合器连接；所述变速器为手动变速器或者自动变速器，当所述变速器为自动变速器时，所述动力传动控制器与所述变速器连接，控制所述变速器实现自动变速。
本发明具有如下有益效果：
本发明可以对光学转子发动机运行情况进行监控，同时光学转子发动机运转后可以利用发电机发电，解决了发动机空转的问题，给发动机增加了负载，发电机发的电可以为电池充电，通过发电机控制器和电池管理系统可以监控发电机信息以及电池信息，电池提供其他设备能源，实现电池的放电，该系统可同时实现光学发动机检测、电池管理、电动机控制、发电机管理等目的，对试验研究具有一定的意义。
附图说明
图1为本发明提供的转子发动机运行设备的结构示意图；
图2为本发明提供的转子发动机运行设备的连接示意图；
图3为油路连接控制示意图；
图4为本发明提供的控制系统的结构示意图。
图中：1-光学转子发动机；2-节气门位置传感器；3-第一喷油器；4-第二喷油器；5-轨压传感器；6-高压油轨；7-转速传感器(角标器)；8-高压燃油泵；9-滤清器；10-输油泵；11-油水分离器；12-油箱；13-第二联轴器；14-电机；15-第一联轴器；16-变速器；17-电子离合器；18-飞轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-3，本发明提供的一种实施例：一种转子发动机运行设备，包括光学转子发动机1、电子离合器17、变速器16、电机14和高压燃油泵8；所述光学转子发动机1与所述变速器16通过所述电子离合器17连接，所述变速器16与所述电机14通过第一联轴器15连接，所述电机14与所述高压燃油泵8通过第二联轴器13连接；所述电机14是以电动机和发电机两种工作状态进行切换的电机。
电子离合器17可以由电子控制单元ECU控制其断开或者接合，电子离合器17用于连接或断开光学转子发动机1和变速器16的动力传输。变速器16有不同的档位，即不同的传动比。变速器16的输出轴通过联轴器15与电机14的主轴相连接，电机14的主轴的另一端通过联轴器13与高压燃油泵8连接。电机14是一种双输出电机，即其主轴从电机14的两端伸出，同时其还是一种可以在电动机和发电机两种工作状态进行切换的电机，其工作状态由相应的电机控制器和发电机控制器进行控制。
在一些实施例中，所述转子发动机运行设备还包括电池、电动机控制器和发电机控制器，所述电动机控制器和发电机控制器分别与所述电机14连接。
本发明的转子发动机运行设备以及控制系统在初始状态时由电机14(此处电机指图2中的电动机/发电机)带动高压燃油泵8运转，电机14由电池提供电源，高压燃油泵8运转启动后，带动整个油路运行，实现光学转子发动机1点火；光学转子发动机1运行后，离合器17状态由断开变为接合，通过减速装置，即变速器16，光学转子发动机1带动电机14和高压燃油泵8运转，此时，电机14作为发电机运转，对电池提供充电；电池电量不止带动电机运行，还要同时实现带动整套设备运行，使整套设备无需通过外接电源实现运行。
电机14处于电动机时，通过电动机控制器对电动机进行控制，当电动机转化为发电机时通过发电机控制器对电池进行充电，光学转子发动机1运行初期不需要连接到高压燃油泵8中，光学转子发动机1与高压燃油泵8的动力连接中间有离合器17，运转初期离合器17断开，待光学转子发动机1运行平稳后，离合器17接合，光学转子发动机1带动发电机14和高压燃油泵8运转，实现系统运行。
在一些实施例中，如图1和3所示，所述转子发动机运行设备还包括油箱12、油水分离器11、输油泵10、滤清器9、高压油轨6和两个喷油器；两个喷油器分别为第一喷油器3和第二喷油器4；所述油箱12、油水分离器11、输油泵10、滤清器9、高压燃油泵8和高压油轨6依次通过管路连接，所述高压油轨6通过管路分别与两个喷油器连接，两个喷油器伸入光学转子发动机1内；所述高压燃油泵8与所述油箱12通过管路连接；所述高压油轨6上设有轨压传感器5；所述高压燃油泵8设置有可控制高压油轨压力的压力电磁阀。
输油泵10由一个专门的小电机带动，小电机一直使用电池供电，电机14连接高压燃油泵8，在光学转子发动机1启动之前，高压燃油泵8由电动机14带动，整个油路开始运行，光学转子发动机1启动后，高压燃油泵8的动力来源变为光学转子发动机1，电动机14转化为发电机，所以整套系统通过控制器进行控制。
燃油油路工作原理：燃油从油箱12依次经过油水分离器11、输油泵10(进行初次增压)、滤清器9到达高压燃油泵8，在高压燃油泵8进行二次增压后进入高压油轨6中，通过喷油器1和喷油器2喷入光学转子发动机1，而高压燃油泵8处多余的燃油则可以通过回油路回到油箱12中。高压油轨的压力由高压燃油泵中的压力电磁阀进行控制，通过控制压力电磁阀的开启和闭合时间可以控制油轨中的压力。
在一些实施例中，所述光学转子发动机1的飞轮18固定套设有齿圈(图中未画出)，所述齿圈配置有检测其轮齿和齿槽交替变化的转速传感器7；所述光学转子发动机1在进气道位置设有节气门位置传感器2；所述光学转子发动机1设置有节气门位置控制电机。具体地，光学转子发动机1的输出轴上安装有一飞轮18，飞轮外缘有齿圈，齿圈正对着转速传感器(角标器)7，在光学转子发动机1运转过程中，飞轮随着转子发动机输出轴一起旋转，齿圈的旋转使得转速传感器7(角标器)正对着的轮齿和齿槽交替变化，从而使得转速传感器输出的信号交替变化，将信号输入到电子控制单元ECU则可以获得转速和相位。
供油系统的工作过程：系统启动后，电子离合器17处于断开状态，输油泵10在小电机(图中未画出)的带动下运转，高压燃油泵8在电机14的带动下运转，此时小电机和电机14均使用电池供电。在启动时，光学转子发动机1的飞轮齿圈与起动电机(图中未画出)的小齿轮啮合，从而使得光学转子发动机1在起动电机的带动下起动，电子控制单元ECU感知转速传感器(角标器)7和节气门位置传感器2的输入信号从而控制喷油和点火，使得光学转子发动机1正常运转，起动电机在光学转子发动机起动后会自动退回，防止被光学转子发动机1反带而损坏。在光学转子发动机1运转平稳后，电子离合器17在ECU的控制下由断开状态变为接合状态，从而将光学转子发动机1的动力依次传递到变速器16、电机14、高压燃油泵8，在电子离合器17接合后，电机14的工作状态由电动机状态变成发电机状态，在发电机控制器的控制下给电池充电，自此，高压燃油泵的动力来源由最开始的电池提供切换到光学转子发动机1提供。
在一些实施例中，所述电池设有电池配置有第一电压传感器、第一电流传感器和温度传感器。所述电机配置有第二电压传感器和第二电流传感器。
如图4所示，一种根据上述转子发动机运行设备的控制系统，包括上位机和光学转子发动机控制器，所述光学转子发动机控制器分别与所述转速传感器、节气门位置传感器、轨压传感器和上位机连接；所述电池配置有电池控制器，所述电池控制器分别与所述上位机、第一电压传感器、第一电流传感器和温度传感器连接；所述电动机控制器和发电机控制器分别与所述上位机、第二电压传感器和第二电流传感器连接；所述光学转子发动机控制器还与节气门位置控制电机、喷油器和压力电磁阀连接。
电子离合器17配置有动力传动控制器，所述动力传动控制器分别与所述上位机和电子离合器17连接；所述变速器16为手动变速器或者自动变速器，当所述变速器为手动变速器时，所述动力传动控制器不与所述变速器16连接；当所述变速器为自动变速器时，所述动力传动控制器与所述变速器16连接，控制所述变速器16实现自动变速。
整个控制系统可以由上位机控制，上位机通过CAN总线与控制器通信，将控制指令传给控制器，由控制器控制各个系统的运行，各控制器也可以通过CAN总线进行信息的交换，起到部分自动控制的功能，各个传感器将信号传输到各个控制器中，经控制器通讯将信号传输到上位机，实现上位机对各个系统的监控，监控的信号有电池温度、各个电池的电压、电流、转子发动机的转速及转角、油门踏板开度、发电机充电时的输出电流电压以及电动机运行时的电压和电流。
该设备操作方法：首先通过打开电池控制器，开启设备，使用上位机控制电机控制器，电机14(此时为电动机)启动，同时小电机启动并带动输油泵工作，整个燃油系统启动，同时起动电机带动光学转子发动机1运转，使光学转子发动机1点火启动，待光学转子发动机1转速平稳后，电机控制器停止运转，电子离合器17连接，光学转子发动机1动力通过电子离合器17、变速器16、联轴器传递到电机14(此时为发电机)上，光学转子发动机1带动发电机14和高压燃油泵8一起运转，发电机控制器控制发电机14给电池充电，电池电量由电池控制器控制，整个设备实现运行。
设备运行后，通过上位机软件监控发动机转动速度、燃油压力、电池温度、电池电压、电池电流、电动机电压电流、发电机电压电流等信息，通过上位机监控可以得到整个设备当前的运行情况。
本发明可以研究以光学转子发动机为动力源，通过带动发电机14发电为自身电控系统及外部负载提供能源的动力系统的台架结构和功能的设计，即可以监测光学转子发动机不同运转工况下的火焰燃烧及碳烟，可以对光学转子发动机、电动机、发电机、电池进行综合协同控制的研究。
本发明提出了一种以光学转子发动机为动力源，通过发电机发电为电池充电，电池作为其他设备的能源为监控系统提供电源的设计，即台架系统不需要外部额外供能的设计。
本发明通过上位机可以实时调整喷油量，从而研究不同喷油量情况下的火焰燃烧和碳烟生成情况，从而获得良好的火焰燃烧和较少的碳烟生成情况下的转子发动机喷油量的实验研究方法。
本系统的启动及运行控制流程设计和光学转子发动机1、电机14与高压燃油泵8的连接方式设计：在光学转子发动机1启动之前，高压燃油泵8由电机14带动，整个油路开始运行，光学转子发动机1运行后，高压燃油泵8的动力来源为光学转子发动机1，电动机14转化为发电机。光学转子发动机1、变速器16、离合器17、电机14和高压燃油泵8依次连接，光学转子发动机1启动前，离合器17断开，电动机14驱动高压燃油泵8运转；光学转子发动机1启动后，离合器17接合，电动机14转换为发电机，在光学转子发动机1的驱动下输出电能，高压燃油泵8也由光学转子发动机1驱动。
本发明是整套实验设备的发明，该设备中使用光学转子发动机作为实验的主要能量源与主要监控对象，通过电机的连接使设备能够检测发电以及电机运行，换其他发动机连接均在本发明的保护范围内。另外，本发明中的光学转子机电燃油系统的连接方式可以改动，其他改动均在本发明的保护范围内。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转子发动机运行设备，其特征在于：包括光学转子发动机、电子离合器、变速器、电机和高压燃油泵；所述光学转子发动机与所述变速器通过所述电子离合器连接，所述变速器与所述电机通过第一联轴器连接，所述电机与所述高压燃油泵通过第二联轴器连接；所述电机是以电动机和发电机两种工作状态进行切换的电机。
2.根据权利要求1所述的转子发动机运行设备，其特征在于：所述转子发动机运行设备还包括电池、电动机控制器和发电机控制器，所述电动机控制器和发电机控制器分别与所述电机连接。
3.根据权利要求1所述的转子发动机运行设备，其特征在于：所述转子发动机运行设备还包括油箱、油水分离器、输油泵、滤清器、高压油轨和两个喷油器；所述油箱、油水分离器、输油泵、滤清器、高压燃油泵和高压油轨依次通过管路连接，所述高压油轨通过管路分别与两个喷油器连接，两个喷油器伸入光学转子发动机内。
4.根据权利要求3所述的转子发动机运行设备，其特征在于：所述高压燃油泵与所述油箱通过管路连接；所述高压油轨上设有轨压传感器；所述高压燃油泵设置有可控制高压油轨压力的压力电磁阀。
5.根据权利要求1所述的转子发动机运行设备，其特征在于：所述光学转子发动机的飞轮固定套设有齿圈，所述齿圈配置有检测其轮齿和齿槽交替变化的转速传感器；所述光学转子发动机在进气道位置设有节气门位置传感器；所述光学转子发动机设置有节气门位置控制电机。
6.根据权利要求5所述的转子发动机运行设备，其特征在于：所述电池设有电池配置有第一电压传感器、第一电流传感器和温度传感器。
7.根据权利要求6所述的转子发动机运行设备，其特征在于：所述电机配置有第二电压传感器和第二电流传感器。
8.一种根据权利要求7中所述的转子发动机运行设备的控制系统，其特征在于：包括上位机和光学转子发动机控制器，所述光学转子发动机控制器分别与所述转速传感器、节气门位置传感器、轨压传感器和上位机连接；所述光学转子发动机控制器还与节气门位置控制电机、喷油器和压力电磁阀连接。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于：所述电池配置有电池控制器，所述电池控制器分别与所述上位机、第一电压传感器、第一电流传感器和温度传感器连接；所述电动机控制器和发电机控制器分别与所述上位机、第二电压传感器和第二电流传感器连接。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于：所述电子离合器配置有动力传动控制器，所述动力传动控制器分别与所述上位机和电子离合器连接；所述变速器为手动变速器或者自动变速器，当所述变速器为自动变速器时，所述动力传动控制器与所述变速器连接，控制所述变速器实现自动变速。
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