CN113250810A - 二行程发动机进气压力稳定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

为解决二行程发动机在高海拔情况下动力衰减严重导致不同海拔下发动机进气压力不稳定的问题，本发明实施例提供一种二行程发动机进气压力稳定方法及系统，方法包括：对比即时海拔高度压力数据与预设海拔高度压力数据，获取即时海拔高度与预设海拔高度的压力差；根据二行程发动机进气量数据，生成进气量值；根据压力差和进气量值生成增压器控制信号。系统包括连续可变调速器和增压器；连续可变调速器用于与二行程发动机的动力输出端连接；增压器用于与连续可变调速器的执行机构连接；增压器的出气口用于通过管道与二行程发动机的进气口连接。本发明实施例通过增压器补偿高度升高而带来的气压下降，使二行程发动机不受高度影响而衰减功率。

Description

二行程发动机进气压力稳定方法及系统
技术领域
本发明涉及飞行器二行程发动机领域，具体涉及一种二行程发动机进气压力稳定方法及系统。
背景技术
二行程发动机因其结构简单、升功率大、重量轻、造价低廉而被用于小型航空器、摩托车、农林机械等诸多领域。
但是其冲程特性使它没有像四行程那样的专门吸气过程。二行程发动机吸气冲程是靠活塞自下止点向上运行时（即与上行活塞压缩同步）活塞下部部分缸体和曲轴内形成的负压力抽动混合气进入曲轴箱的。由于曲轴箱内容积大于气缸上行产生的容积，故曲轴箱对进气吸力有一定的影响，使其充填效率下降。相比四行程二行程发动机直接抽吸混合气直接入缸的方式充填效率更是低下不少。
在进气充填效率本就不高的情况下，海拔和高度的增加导致空气密度下降更加剧了二行程发动机的功率衰减。以某国产知名品牌小型无人机二行程发动机为例，海拔100米时净拉力14.50公斤，同等条件在海拔1800米时净拉力12.50公斤，仅仅1700米海拔升程导致拉力降低了13.79%。
所以，二行程发动机的高空高海拔特性比较差，严重影响了它的应用。
发明内容
为解决二行程发动机在高海拔情况下动力衰减严重导致不同海拔下发动机进气压力不稳定的问题，本发明实施例提供一种二行程发动机进气压力稳定方法及系统。
本发明实施例通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种二行程发动机进气压力稳定方法，包括：
对比即时海拔高度压力数据与预设海拔高度压力数据，获取即时海拔高度与预设海拔高度的压力差；
根据二行程发动机进气量数据，生成进气量值；
根据所述压力差和进气量值生成增压器控制信号，以通过所述增压器控制信号控制增压器的出气口压力来调节二行程发动机的进气压力实现二行程发动机的进气压力的稳定；
所述二行程发动机的动力输出端为增压器提供动力。
进一步的，所述预设海拔高度压力数据为零海拔高度压力数据。
进一步的，所述根据二行程发动机进气量数据，确定进气量值；包括：
根据节气门控制数据获取二行程发动机进气量数据，经转速数据和废气中氧含量数据修正后，生成进气量值。
进一步的，还包括：根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定。
进一步的，所述根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定；包括：
当所述二行程发动机瞬间加速时，根据节气门瞬间开启速度数据获取二行程发动机瞬态响应所需进气量数据，根据所述二行程发动机瞬态响应所需进气量数据生成调压阀控制信号以减少调压阀泄压量；
当所述二行程发动机瞬间减速时，根据节气门瞬间开启速度数据获取二行程发动机瞬态响应所需进气量数据，根据所述二行程发动机瞬态响应所需进气量数据生成调压阀控制信号以增加调压阀泄压量。
进一步的，所述增压器的出气口的气体压力恒大于二行程发动机进气口的气体压力。
第二方面，本发明实施例提供一种二行程发动机进气压力稳定系统，包括：连续可变调速器和增压器；连续可变调速器用于与二行程发动机的动力输出端连接；
增压器用于与连续可变调速器的执行机构连接；
增压器的出气口用于通过管道与二行程发动机的进气口连接，以通过增压器调节二行程发动机的进气压力而实现二行程发动机的进气压力的稳定。
进一步的，还包括调压阀；所述调压阀设于增压器与二行程发动机的进气口之间的所述管道。
进一步的，还包括控制系统；所述控制系统包括：
大气压力传感器，用于获取外界大气压力数据；
进气压力传感器，用于获取二行程发动机进气压力数据；
增压器，用于根据增压器控制信号增强二行程发动机的进气压力；以及
控制器，用于对比即时海拔高度压力数据与预设海拔高度压力数据，获取即时海拔高度与预设海拔高度的压力差；根据二行程发动机进气量数据，生成进气量值；根据所述压力差和进气量值生成增压器控制信号，以通过控制增压器调节二行程发动机的进气压力而实现二行程发动机的进气压力的稳定。
进一步的，所述控制系统还包括：
转速传感器，用于获取二行程发动机转速数据；以及
氧传感器，用于获取废气中氧含量值数据；
所述控制器还用于根据节气门控制数据获取二行程发动机进气量数据，经转速数据和废气中氧含量数据修正后，生成进气量值;用于根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例的一种二行程发动机进气压力稳定方法及系统，在不同海拔状态下，通过二行程发动机的动力输出端为增压器提供动力，通过调节增压器出气口压力来调节二行程发动机的进口压力，补偿由于高度升高而带来的气压下降，从而减少或避免高海拔对二行程发动机功率的影响；保证了在不同海拔高度下发动机进气压力的稳定。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为一种进气压力稳定方法流程示意图。
图2为另一种进气压力稳定方法示意图。
图3为一种进气压力稳定系统示意图。
图4为另一种进气压力稳定系统示意图。
图5为控制系统的控制原理示意图。
图6为电动机与增压器的连接结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-皮带，2-调速器执行机构，3-增压器，4-气相连通管，5-油箱，6-油路管，7-电源，8-调参接口，9-控制器，10-进气压力传感器信号通路，11-化油器，12-二行程发动机，13-进气压力传感器，14-调压阀，15-曲轴，16-调压阀排气口，17-调压阀信号通路，18-调速器信号通路，19-电动机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
为解决二行程发动机在高海拔情况下动力衰减严重导致不同海拔下发动机进气压力不稳定的问题，本发明实施例提供一种二行程发动机进气压力稳定方法，参考图1所示，该方法可在服务器侧运行，也可以在无人机或汽车搭载的用户端系统运行。
以该方法在服务器运行为例。
发动机的进气压力与发动机的进气量有关，海拔越高空气越稀薄，进气量越低，为了保持发动机的进气压力的稳定，自然应当保持发动机的进气量稳定。发明人通过以下方法来实现。
参考图1和2所示，二行程发动机进气压力稳定方法包括：
S1.对比即时海拔高度压力数据与预设海拔高度压力数据，获取即时海拔高度与预设海拔高度的压力差。
当二行程发动机在高海拔环境运转时，通过服务器即时获取海拔高度压力数据；服务器存储有预设海拔高度压力数据，可选地，预设海拔高度压力数据为零海拔高度压力数据。将即时海拔高度压力数据与预设海拔高度压力数据对比后，得到即时海拔高度与预设海拔高度的压力差。
S2.根据二行程发动机进气量数据，生成进气量值；
获取此时二行程发动机的进气量数据，生成进气量值；可选地，可根据节气门控制数据获取二行程发动机进气量数据。进一步的，为了提高进气量值的准确性。
可选地，根据节气门控制数据获取二行程发动机进气量数据，二行程发动机进气量数据经转速数据和废气中氧含量数据修正后，生成进气量值。
通过发动机的转速数据可以推算出发动机实际的进气量；通过废气中氧含量数据可以推算出发动机中的混合气气体是否完全燃烧，也可以推算出发动机实际的进气量；通过节气门控制数据获取的二行程发动机进气量经过转速数据和废气中氧含量数据得到的实际二行程发动机的进气量对比后，可知实际的进气量值。
S3.根据所述压力差和进气量值生成增压器控制信号，以通过所述增压器控制信号控制增压器的出气口压力来调节二行程发动机的进气压力实现二行程发动机的进气压力的稳定。
所述二行程发动机的动力输出端为增压器提供动力。
根据步骤S1获得的压力差和步骤S2获得的进气量值生成增压器控制信号，增压器控制信号控制增压器产生增压调节二行程发动机的进气压力。
从而，当二行程发动机在高海拔环境运转时，随着海拔高度的升高，二行程发动机的进气压力逐渐减小，而上述方法通过及时获取海拔高度数据，通过实时获得的增压器控制信号，控制增压器向二行程发动机进行增压补偿，使二行程发动机维持预设海拔高度时的进气压力状态，从而避免了随着海拔的升高，二行程发动机的功率减小的问题，同时，采用二行程发动机的动力输出端为增压器提供动力，保证了增压器工作的稳定性和及时性，从而通过调节增压器的出气口压力补偿了二行程发动机的进气口压力由于高度升高而带来的气压下降，从而减少或避免高海拔对二行程发动机功率的影响；保证了在不同海拔高度下发动机进气压力的稳定。
通过上述方法，无论二行程发动机工作在任何转速和海拔高度时，都能得到预设的海拔高度压力环境的进气压力，即恒定充填量。恒定充填量使二行程发动机工况更加稳定可靠，并消除了高度产生的功率衰减； 恒定充填量使发动机扭矩、功率输出更加线性平滑，动力响应能力提高。
进一步的，还包括：S4.根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定。
其工作原理为：
设定：预设海拔高度压力Pm;
发动机当前工作海拔高度下的大气压力Pf；
增压器进口压力Pi;
增压器出口压力Pz;
增压器增压压力为Pd;
调压阀泄放压力为Pa（发动机稳定工作时调压阀的压力）；
发动机进气压力Ph;
则其关系为Pm=Ph;Pm=Pi;Pa=Pz-Ph；Pd=Pz-Pi。
当发动机的海拔高度=预设海拔高度=海拔高度为零时；
Pm=Pf=Ph；
Pz=Ph+Pa；
当发动机的海拔高度＞预设海拔高度＞零时；
Pm＞Pf;
Pz=Ph+Pa;
Pd=Pm-Pf+Pa。
为了应对二行程发动机在转速急加、急减、调速器故障等产生的二行程发动机的进气压力不稳定的情况；进气压力的稳定方法还包括：根据二行程发动机的进气压力数据生成调压阀控制信号；当二行程发动机出现瞬时加速或瞬时减速时，通过调压阀的启闭和启闭量来控制该瞬时进入二行程发动机中的进气压力，从而，在瞬时加速或瞬时减速时，保持二行程发动机的进气压力的稳定。
具体地，所述根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定；包括：
当所述二行程发动机瞬间加速时，根据节气门瞬间开启速度数据获取二行程发动机瞬态响应所需进气量数据，根据所述二行程发动机瞬态响应所需进气量数据生成调压阀控制信号以减少调压阀泄压量；
当所述二行程发动机瞬间减速时，根据节气门瞬间开启速度数据获取二行程发动机瞬态响应所需进气量数据，根据所述二行程发动机瞬态响应所需进气量数据生成调压阀控制信号以增加调压阀泄压量。
从而，当二行程发动机出现瞬时加速或瞬时减速时，通过操控调压阀启闭和泄压调整动作，泄去超出部分压力，从而使二行程发动机进气压力更加稳定、安全。可选地，常态下调压阀的压力Pa为正值，从而在二行程发动机进气压力出现变动时，通过调节调压阀的开度实现对二行程发动机进气压力的调节以实现二行程发动机进气压力的稳定。
进一步的，所述增压器的出气口的气体压力恒大于二行程发动机进气口的气体压力。
可选地，增压器的出气口的气体压力恒大于二行程发动机进气口的气体压力；从而可使调压阀长期处于泄压状态；从而保证了调压阀前压力始终大于发动机的实际进气压力；而增压器的出气口的气体压力一直大于二行程发动机进气口的气体压力，使增压器的出气口始终处于高气体压力状态，当二行程发动机突然上升至高海拔环境时，此时，增压器的出气口的压力主要用于补偿二行程发动机的进气口的压力；此时调压阀瞬时关小开度，由于，此前增压器出气口已经处于高气体压力状态，此时再对增压器出气口进行增压则仅需增加很小量的气体压力，即增压的时间大幅缩短，从而，增压器出气口的气体压力升至目标气体压力的时间更短，表现在效果上则是，在极短的时间内增压器的出气口的气体迅速升压，使发动机在该海拔下迅速实现进气压力的调整，从而使二行程发动机在极短的时间内实现了进气压力的稳定。
从而，增压器的出气口的气体压力恒大于二行程发动机进气口的气体压力，缩短了在不同海拔下二行程发动机由不稳定到稳定的过渡时间。
从而，该方式实现了本发明的二行程发动机在不同海拔下的连续稳定，而非间歇性稳定；即不同海拔下的二行程发动机的进气量的调整时间极短，从效果上来看，可使二行程发动机在不同海拔下保持进气量的迅速稳定和迅速调整，从而当二行程发动机在突然变化海拔高度时，二行程发动机的进气量在极短的时间内实现了进气量的稳定。
因此，上述方式实现了二行程发动机在不同海拔下变换时的连续、快速稳定。
实际应用中为保证发动机的急加速瞬态响应，发动机平稳工作时调压阀前压力大于实际进气压力，即调压阀前压力与实际进气压力存在差值（下称阀前后压差）。此时调压阀处于泄压状态，将差值部分泄出；当发动机需要瞬间加速时服务器根据节气门瞬间开启速度计算出发动机瞬态响应所需进气量，由于增压器系统存在响应迟滞现象，服务器输出调压阀关闭量信号操控调压阀减小泄压量，用阀前后压差补偿增压器迟滞对发动机工况的影响，使发动机瞬态加速响应性和工作可靠性提高。可选地，调压阀为可连续调整开度的气体阀。
当发动机需要瞬间减速时，服务器根据节气门瞬间开启速度计算出发动机瞬态响应所需进气量，由于增压器系统存在运动部件惯性和进气气体惯性，服务器输出调压阀关闭量信号或者开关量信号，操控调压阀加大泄压量，使发动机不至因瞬间混合气的混合比失准而熄火，使发动机瞬态响应性、安全性提高。
从而，本发明实施例中的调压阀一方面起到安全阀的作用，一方面又起到了调节或稳定发动机进气压力的作用。
第二方面，本发明实施例提供一种二行程发动机进气压力稳定系统，包括：连续可变调速器和增压器；连续可变调速器用于与二行程发动机的动力输出端连接；
增压器用于与连续可变调速器的执行机构连接；
增压器的出气口用于通过管道与二行程发动机的进气口连接，以通过增压器调节二行程发动机的进气压力而实现二行程发动机的进气压力的稳定。
具体参考图3和4所示。一种二行程发动机进气压力稳定系统，包括：连续可变调速器；可选地，连续可变调速器为CVT连续可变调速器，还可以是其它形式连续可变调速器。连续可变调速器通过皮带1与二行程发动机的曲轴15传动连接。
可选地，连续可变调速器还可以通过齿轮传动、曲轴同轴驱动、联轴节传动或摩擦传动等传动方式与二行程发动机的曲轴传动连接。
连续可变调速器的调速器执行机构2与增压器3传动连接。
可选地，增压器可以为离心式增压器，还可以是螺杆式、罗茨式、轴流式等增压器。
可选地，增压器的动力源还可以是电动机动力，电机动力时中控器控制信号输入连续可变电子调速器，控制连续可变电子调速器输出相应电流从而调节电动机轴端转速，使增压器空气输出端的空气压力得到控制。
增压器的出气口通过管道与二进程发动机的化油器11连接。
从而，进气压力稳定系统通过二进程发动机通过可变调速器带动增压器旋转带动空气进入增压器，增压器又通过与二进程发动机的化油器11的进气端连接（增压器也可以与燃油喷射系统进气管节气门前端连接）；起到增加二进程发动机进气压力的目的。该系统结构简单、重量轻，可外部加装外还可与发动机机体整体设计融合。
进一步的，还包括调压阀；所述调压阀设于增压器与二行程发动机的进气口之间的所述管道。
进一步的，还包括控制系统；所述控制系统包括：
大气压力传感器，用于获取外界大气压力数据；
进气压力传感器，用于获取二行程发动机进气压力数据；
增压器，用于根据增压器控制信号增强二行程发动机的进气压力；以及
控制器，用于对比即时海拔高度压力数据与预设海拔高度压力数据，获取即时海拔高度与预设海拔高度的压力差；根据二行程发动机进气量数据，生成进气量值；根据所述压力差和进气量值生成增压器控制信号，以通过控制增压器调节二行程发动机的进气压力而实现二行程发动机的进气压力的稳定。
进一步的，所述控制系统还包括：
转速传感器，用于获取二行程发动机转速数据；以及
氧传感器，用于获取废气中氧含量值数据；
所述控制器还用于根据节气门控制数据获取二行程发动机进气量数据，经转速数据和废气中氧含量数据修正后，生成进气量值;用于根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定。
引入氧传感器与控制系统配合可有效提高发动机经济型和排放水平。
参考图3-5所示。
控制系统参考图5所示。控制系统分别与大气压力传感器、进气压力传感器、转速传感器、氧传感器、节气门、调压阀和电源连接；从而可通过该连接实现所述进气压力稳定方法。
图4中的进气稳定压力系统包括连续可变调速器、增压器和调压器；连续可变调速器通过皮带1与二行程发动机12的曲轴15传动连接，连续可变调速器的调速器执行机构2与增压器连接；增压器3通过气相连通管4连接调压阀14后与化油器11连通；化油器还通过气相连通管4与油箱5中的气相连通；化油器入口设有进气压力传感器13，化油器还通过油路管6与油箱中的油连通；所述调压阀上设有调压阀排气口16。
控制器9通过进气压力传感器信号通路10与连接；控制器9通过调速器信号通路18与连续可变调速器连接；控制器通过调压阀信号通路17和伺服机构与调压阀连接；控制器9连有调参接口8；控制器连有电源7。
调压阀是一个可以连续调整开度的气体阀门，由伺服机构控制其开度大小。
其中，图4中的增压器为变速增压模式。具体地，所述增压器通过连续可变调速器与二行程发动机12连接；当二行程发动机的进气压力较大二行程发动机的转速较快时，可通过控制器控制连续可变调速器使其将二行程发动机的转速降低后传动至增压器；当二行程发动机的进气压力较小，二行程发动机的转速较慢时，可通过控制器控制连续可变调速器使其将二行程发动机的转速升高后传动至增压器。
其中，图3中得增压器为定速增压模式。具体地，图3中的二行程发动机通过皮带1直接与增压器3连接；当二行程发动机转速较快时，增压器的转速较快，从而增压器的增压气体压力较大，通过调压阀14泄压后，增压器的出气压力降至预期压力进入化油器；当二行程发动机转速较慢时，增压器的转速较慢，为了达到使用要求，此时需要配备较大的增压器。
另外，如图6所示，图3中的增压器还可以采用电动增压模式。采用飞行器或者其它使用二行程发动机的设备上的电动机连接增压器，电动机19机械连接增压器，通过调节电动机的转速来调节增压器的旋转速度，从而，实现不同状态需要增压器时，增压器可通过调节电动机来调节增压器的出气压力。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二行程发动机进气压力稳定方法，其特征在于，包括：
对比即时海拔高度压力数据与预设海拔高度压力数据，获取即时海拔高度与预设海拔高度的压力差；
根据二行程发动机进气量数据，生成进气量值；
根据所述压力差和进气量值生成增压器控制信号，以通过所述增压器控制信号控制增压器的出气口压力来调节二行程发动机的进气压力实现二行程发动机的进气压力的稳定；
所述二行程发动机的动力输出端为增压器提供动力。
2.如权利要求1所述二行程发动机进气压力稳定方法，其特征在于，所述预设海拔高度压力数据为零海拔高度压力数据。
3.如权利要求1所述二行程发动机进气压力稳定方法，其特征在于，所述根据二行程发动机进气量数据，确定进气量值；包括：
根据节气门控制数据获取二行程发动机进气量数据，经转速数据和废气中氧含量数据修正后，生成进气量值。
4.如权利要求1所述二行程发动机进气压力稳定方法，其特征在于，还包括：根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定。
5.如权利要求4所述二行程发动机进气压力稳定方法，其特征在于，所述根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定；包括：
当所述二行程发动机瞬间加速时，根据节气门瞬间开启速度数据获取二行程发动机瞬态响应所需进气量数据，根据所述二行程发动机瞬态响应所需进气量数据生成调压阀控制信号以减少调压阀泄压量；
当所述二行程发动机瞬间减速时，根据节气门瞬间开启速度数据获取二行程发动机瞬态响应所需进气量数据，根据所述二行程发动机瞬态响应所需进气量数据生成调压阀控制信号以增加调压阀泄压量。
6.如权利要求5所述二行程发动机进气压力稳定方法，其特征在于，所述增压器的出气口的气体压力恒大于二行程发动机进气口的气体压力。
7.一种二行程发动机进气压力稳定系统，其特征在于，包括：连续可变调速器和增压器；连续可变调速器用于与二行程发动机的动力输出端连接；
增压器用于与连续可变调速器的执行机构连接；
增压器的出气口用于通过管道与二行程发动机的进气口连接，以通过增压器调节二行程发动机的进气压力而实现二行程发动机的进气压力的稳定。
8.如权利要求7所述二行程发动机进气压力稳定系统，其特征在于，还包括调压阀；所述调压阀设于增压器与二行程发动机的进气口之间的所述管道。
9.如权利要求8所述二行程发动机进气压力稳定系统，其特征在于，还包括控制系统；所述控制系统包括：
大气压力传感器，用于获取外界大气压力数据；
进气压力传感器，用于获取二行程发动机进气压力数据；
增压器，用于根据增压器控制信号增强二行程发动机的进气压力；以及
控制器，用于对比即时海拔高度压力数据与预设海拔高度压力数据，获取即时海拔高度与预设海拔高度的压力差；根据二行程发动机进气量数据，生成进气量值；根据所述压力差和进气量值生成增压器控制信号，以通过控制增压器调节二行程发动机的进气压力而实现二行程发动机的进气压力的稳定。
10.如权利要求9所述二行程发动机进气压力稳定系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
转速传感器，用于获取二行程发动机转速数据；以及
氧传感器，用于获取废气中氧含量值数据；
所述控制器还用于根据节气门控制数据获取二行程发动机进气量数据，经转速数据和废气中氧含量数据修正后，生成进气量值;用于根据所述进气压力数据生成调压阀控制信号，以控制调压阀启闭使进气压力稳定。
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