CN118128678A - 一种内燃机跳火控制系统及双模式内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种内燃机跳火控制系统及双模式内燃机，其中跳火控制系统设置于内燃机中并用以控制火花塞跳火，包括：火花塞，高频脉冲发生器和控制器；随活塞四冲程动作而同步回转的信号轮结构，用以产生跳火信号，且当跳火信号结束时活塞压缩冲程结束；随活塞四冲程动作而同步回转的飞轮结构，用以产生喷射信号，且当喷射信号结束时活塞压缩冲程结束。本发明可实现对内燃机燃烧模式的控制和切换，实现压燃和点燃两种模式，适应多种类型的燃料，从而可根据燃料选择对应的燃烧模式，达到提高内燃机压缩比和燃烧经济性的目的。

Description

一种内燃机跳火控制系统及双模式内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种内燃机跳火控制系统及双模式内燃机。

背景技术

现有的内燃机按工作方式包括压燃式与点燃式，对应的燃烧方式分为压缩燃烧与火花塞点火燃烧。

压燃式内燃机，譬如柴油机，在向燃烧室内喷油前就已经有空气在燃烧室内被压缩产生高温环境，该高温环境能维持一定的时间并能使柴油燃烧，由于在烧然室压缩过程中尚未加入燃料，故不会产生爆燃，当燃烧室压缩到一定程度时柴油喷入燃烧室即可燃烧。

点燃式内燃机在燃烧三要素在时间上的搭配顺序是空气、燃料加点火的气料火，即将空气与燃料混合后再点火燃烧，这种模式压缩比一般为8:1至11:1，当压缩比过高时容易暴燃，而燃油热效率也只有30％～40％。此外，点火燃烧需将燃料气化，燃料燃烧时间相比压燃式短，相同功率下热效率更低、扭矩小，一种类型的内燃机只能使用对应类型的燃料，使得燃料选择范围受到限制。特别是现有的LNG燃气机，采用了与汽油机相同的压缩比，故其能耗高，扭矩也相对较低。

众所周知的是，内燃机压缩比越大，其热效率就越高，扭矩就越大，经济性就越好。目前的柴油机能耗低、扭矩大，但其排放物污染大；汽油机及燃气机污染排放低但能耗高、扭矩小。可见当前的内燃机还存在亟待改进的空间，应当进行调整以提升内燃机的压缩比，优化其能耗和扭矩输出，并避免造成过多的污染排放，同时能兼用多种类型的燃料。故需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

至少为克服其中一种上述内容提到的缺陷，本发明提出一种内燃机跳火控制系统及双模式内燃机，解决现有的内燃机在能耗、扭矩和经济性上的局限性，使得内燃机能够提供更高的压缩比环境，并采用高频脉冲的跳火方式实现燃料的燃烧，提高燃料的经济性，同时避免了以往内燃机存在的污染问题和安全隐患。

为了实现上述目的，本发明公开的内燃机结构可采用如下技术方案：

一种内燃机跳火控制系统，设置于内燃机中并用以控制火花塞跳火，包括：

设置于缸体上的火花塞，火花塞与高频脉冲发生器连接并用以执行高频跳火动作，高频脉冲发生器由控制器控制启停；

随活塞四冲程动作而同步回转的信号轮结构，信号轮结构包括与控制器通信的跳火传感器和随信号轮回转的跳火感应件，跳火感应件沿圆周延伸长度对应的圆心角为ɑ，跳火传感器用以在距离跳火感应件小于设定值A时产生跳火信号，且当跳火信号结束时活塞压缩冲程结束；

随活塞四冲程动作而同步回转的飞轮结构，飞轮结构包括与控制器通信的喷射传感器组以及随飞轮回转的喷射感应件；所述的喷射传感器组包括第一喷射传感器和第二喷射传感器，两喷射传感器在圆周上的距离所对应的圆心角为β且β＜ɑ，第一喷射传感器和第二喷射传感器用以在距离喷射感应件小于设定值B时产生喷射信号，且当喷射信号结束时活塞压缩冲程结束；所述的喷射感应件依次靠近第一喷射传感器和第二喷射传感器，且当喷射感应件靠近第一喷射传感器并达到设定距离A时，跳火感应件靠近跳火传感器且达到设定距离B。

上述公开的跳火控制系统，其通过信号轮结构产生信号用以控制火花塞的跳火动作，且通过飞轮结构产生信号用以控制燃料泵向燃烧室喷射燃料，从而可实现压燃与点燃两种模式。其中，当第一喷射传感器连接至控制器，而第二喷射传感器、跳火传感器不接入工作时，在活塞的压缩冲程过程中不断压缩燃烧室内的原有气体，第一喷射传感器产生喷射信号后向燃烧室内喷射燃料，并在后续的继续压缩过程中达到燃烧条件并形成压燃。当跳火传感器、第二喷射传感器连接至控制器，而第一喷射传感器不接入工作时，在活塞杠的压缩冲程中不断压缩燃烧室内原有气体，跳火传感器先于第二喷射传感器产生信号，因此火花塞开始跳火动作，待第二喷射传感器产生喷射信号且燃料泵开使向燃烧室内喷射燃料时，可直接被点燃进行燃烧，如此实现点火操作。在点火模式下，可事先将燃烧室内的气体进行压缩并达到更高的压缩比，该过程中燃烧室内无燃料，故不会产生爆燃，保障了整体的安全可靠性。同时能够根据实际的燃料类型和驱动需求，合理进行切换以选择工作模式。

进一步的，在本发明中，可将跳火传感器和跳火感应件的设置位置进行优化，其并不被唯一限定，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的内燃机包括多个相互独立的燃烧室，跳火传感器和跳火感应件的数量与燃烧室数量相同且在圆周上均匀间隔分布。采用如此方案时，所述的内燃机不仅仅可采用单缸机，也可采用多缸机，对应将跳火传感器和跳火感应件的数量进行增加和分布即可。

再进一步，同理可对喷射传感器和喷射感应件的设置进行调整，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的内燃机包括多个相互独立的燃烧室，喷射传感器组和喷射感应件的数量与燃烧室数量相同且在圆周均匀间隔分布。采用如此方案时，根据内燃机的缸数设定喷射传感器组和喷射感应件的数量。

进一步的，跳火感应件和喷射感应件可采用多种方案，其并不被唯一限定，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的跳火感应件和喷射感应件包括永磁体。

再进一步，跳火传感器和喷射传感器组可采用多种方案，其并不被唯一限定，此处进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的跳火传感器、第一喷射传感器和第二喷射传感器包括霍尔传感器。

进一步的，对跳火感应件的设置进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的ɑ为15°。

进一步的，对喷射传感器组的设置进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的β与ɑ的差值为7°或8°。采用如此方案时，当第一喷射传感器未接入工作而第二喷射传感器接入工作，跳火传感器先产生跳火信号，活塞需继续压缩动作并使喷射感应件偏转7°～8°才产生喷射信号，当燃料被喷射进入燃烧室后，燃烧室内已经形成高温、高压且有点火物、助燃剂的氛围，燃料作为可燃物则会被直接点燃，从而提高了燃烧的效率和经济性。

进一步的，对信号轮的设置进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的信号轮套设于内燃机的凸轮轴上并随凸轮轴同步回转。

再进一步，对飞轮的设置进行优化并提出其中一种可行的选择：所述的飞轮套设于内燃机的曲轴上并随曲轴同步回转。

上述内容公开了跳火控制系统，本发明还提供了内燃机，下列进行具体说明：

一种双模式内燃机，包括前文所述的内燃机跳火控制系统，还包括模式切换开关，所述的模式切换开关用以将第一喷射传感器或第二喷射传感器连接至控制器。

与现有技术相比，本发明公开技术方案的部分有益效果包括：

本发明可实现对内燃机燃烧模式的控制和切换，实现压燃和点燃两种模式，适应多种类型的燃料，从而可根据燃料选择对应的燃烧模式，达到提高内燃机压缩比和燃烧经济性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为曲轴处的飞轮结构示意图。

图2为凸轮轴处的信号轮结构示意图。

图3为压燃模式下，活塞压缩冲程中燃料泵开始喷射的起始位置，该模式下火花塞不跳火。

图4为压燃模式下，活塞压缩冲程中到达上止点的结构示意图。

图5为点燃模式下，活塞压缩冲程中燃料泵开始喷射的起始位置，该模式下火花塞跳火。

图6为模式切换开关的电路组成示意图。

图7为高频脉冲发生器处的电路组成示意图。

上述附图中各个标记的含义为：

1、曲轴；2、飞轮；3、喷射感应件；4、第一喷射传感器；5、第二喷射传感器；6、凸轮轴；7、信号轮；8、跳火感应件；9、跳火传感器；10、活塞；11、气门；12、燃料泵；13、火花塞。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

针对现有技术中内燃机存在的局限性，下列是实施例进行优化以克服现有技术中存在的缺陷。

实施例1

本实施例提供一种内燃机跳火控制系统，设置于内燃机中并用以控制火花塞13跳火，包括：

如图3～图5所示，设置于缸体上的火花塞13，火花塞13与高频脉冲发生器连接并用以执行高频跳火动作，高频脉冲发生器由控制器控制启停；

如图2所示，随活塞10四冲程动作而同步回转的信号轮7结构，信号轮7结构包括与控制器通信的跳火传感器9和随信号轮7回转的跳火感应件8，跳火感应件8沿圆周延伸长度对应的圆心角为ɑ，跳火传感器9用以在距离跳火感应件8小于设定值A时产生跳火信号，且当跳火信号结束时活塞10压缩冲程结束；

如图1所示，随活塞10四冲程动作而同步回转的飞轮2结构，飞轮2结构包括与控制器通信的喷射传感器组以及随飞轮2回转的喷射感应件3；所述的喷射传感器组包括第一喷射传感器4和第二喷射传感器5，两喷射传感器在圆周上的距离所对应的圆心角为β且β＜ɑ，第一喷射传感器4和第二喷射传感器5用以在距离喷射感应件3小于设定值B时产生喷射信号，且当喷射信号结束时活塞10压缩冲程结束；所述的喷射感应件3依次靠近第一喷射传感器4和第二喷射传感器5，且当喷射感应件3靠近第一喷射传感器4并达到设定距离A时，跳火感应件8靠近跳火传感器9且达到设定距离B。

本实施例公开的跳火控制系统，其通过信号轮7结构产生信号用以控制火花塞13的跳火动作，且通过飞轮2结构产生信号用以控制燃料泵12向燃烧室喷射燃料的时机，从而可实现压燃与点燃两种模式。其中，当第一喷射传感器4连接至控制器，而第二喷射传感器5、跳火传感器9不接入工作时，在活塞10的压缩冲程过程中不断压缩燃烧室内的原有气体，第一喷射传感器4产生喷射信号后向燃烧室内喷射燃料，并在后续的继续压缩过程中达到燃烧条件并形成压燃。当跳火传感器9、第二喷射传感器5连接至控制器，而第一喷射传感器4不接入工作时，在活塞10杠的压缩冲程中不断压缩燃烧室内原有气体，跳火传感器9先于第二喷射传感器5产生信号，因此火花塞13开始跳火动作，待第二喷射传感器5产生喷射信号且燃料泵12开使向燃烧室内喷射燃料时，可直接被点燃进行燃烧，如此实现点火操作。在点火模式下，可事先将燃烧室内的气体进行压缩并达到更高的压缩比，该过程中燃烧室内无燃料，故不会产生爆燃，保障了整体的安全可靠性。同时能够根据实际的燃料类型和驱动需求，合理进行切换以选择工作模式。

在本实施例中，可将跳火传感器9和跳火感应件8的设置位置进行优化，其并不被唯一限定，本实施例进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的内燃机包括多个相互独立的燃烧室，跳火传感器9和跳火感应件8的数量与燃烧室数量相同且在圆周上均匀间隔分布。采用如此方案时，所述的内燃机不仅仅可采用单缸机，也可采用多缸机，对应将跳火传感器9和跳火感应件8的数量进行增加和分布即可。

同理可对喷射传感器和喷射感应件3的设置进行调整，本实施例进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的内燃机包括多个相互独立的燃烧室，喷射传感器组和喷射感应件3的数量与燃烧室数量相同且在圆周均匀间隔分布。采用如此方案时，根据内燃机的缸数设定喷射传感器组和喷射感应件3的数量。

跳火感应件8和喷射感应件3可采用多种方案，其并不被唯一限定，本实施例进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的跳火感应件8和喷射感应件3包括永磁体。

跳火传感器9和喷射传感器组可采用多种方案，其并不被唯一限定，本实施例进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的跳火传感器9、第一喷射传感器4和第二喷射传感器5包括霍尔传感器。

对跳火感应件8的设置进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的ɑ为15°。

对喷射传感器组的设置进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的β与ɑ的差值为7°或8°。采用如此方案时，当第一喷射传感器4未接入工作而第二喷射传感器5接入工作，跳火传感器9先产生跳火信号，活塞10需继续压缩动作并使喷射感应件3偏转7°～8°才产生喷射信号，当燃料被喷射进入燃烧室后，燃烧室内已经形成高温、高压且有点火物、助燃剂的氛围，燃料作为可燃物则会被直接点燃，从而提高了燃烧的效率和经济性。

对信号轮7的设置进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的信号轮7套设于内燃机的凸轮轴6上并随凸轮轴6同步回转。

对飞轮2的设置进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的飞轮2套设于内燃机的曲轴1上并随曲轴1同步回转。

实施例2

上述实施例1的内容公开了跳火控制系统，本实施例还提供了内燃机，下列进行具体说明：

一种双模式内燃机，包括前文所述的内燃机跳火控制系统，还包括模式切换开关，所述的模式切换开关用以将第一喷射传感器4或第二喷射传感器5连接至控制器。

优选的，如图6、图7所示，在本实施例中，具体的控制过程如下：

1、选择柴油机作为本实施例的内燃机，当燃料为柴油的时候，模式切换开关处于压燃模式，气门11关闭，开关K1的2脚、3脚接通，即第一喷射传感器4输出信号时，电脑识别到此时为压缩冲程，曲柄位于活塞10上止点前15°，随即控制燃料泵12使其喷油，机器以柴油机的基本方式运转，此时，它是一个柴油机，跳火控制系统不工作。

2、当燃料为汽油及液化石油气、甲醇、乙醇、LNG筹需要点火的物质为燃料时，通过模式切换开关将第二喷射传感器5连接控制器，此时开关K1的1、3脚接通，当在压缩冲程，曲柄位于活塞10距上止点前15°开始至上止点时，即原柴油机喷油角度时，第一喷油传感器检测不到信号暂时不喷射燃料，而此时凸轮轴6信号轮7外跳火传感器9则检测到信号，产生低电平，脉冲信号发生器输出30kHz以上的高频脉冲使脉冲输出管Q2工作，Q2再推动高频变压T，在变压器次级产生高频脉冲高压，使火花塞13连续跳火，曲轴1继续旋转，当信号轮7再向前7°时，第二喷射传感器5检测到曲轴1位置信号，并将信号输送给电脑，但此的实际为曲柄位于活塞10上止点前8°左右，这是因为此时传感器的位置发生了变化，这个角度也正是现有汽油机的点火提前角，电脑便控制燃料泵12向燃烧室喷射雾状燃料，雾化后的燃料遇到高温压缩气体便迅速气化。喷射燃料时要让其中一部分雾化的燃料喷向火花塞13跳火处，这样，燃烧室内先有助燃物，后有压缩空气产生的高温及火花塞13产生的高频火源，再有易燃物燃料喷入，至此，燃烧三要素已完全具备，燃烧室内即刻产生剧烈燃烧。而采用高频点火的目的是为了避免冷机启动时单次点火失败，以及料与火衔接不好而设置，以确保机器在冷机启动时处于点火阶段时曲轴1每转过1度火花塞13都跳火数次，使其点火成功，让冷机启动更容易。在热机状态时因燃料泵12及燃烧室温度较高则着火也变得十分可靠。同时也为喷油提前角的调节创造了条件。此时，内燃机的工作状况与汽油机相同，但性能发生了改变，得到了显著提高。

高频脉冲高压发生器工作过程。Q1为脉冲输出控制管，Q2为高压脉冲输出管。当活塞10在压缩冲程距上止点前15°至上止点这个区间时，凸轮轴6位置信号脉冲使Q1截止，高频脉冲信号发生器产生的高频脉冲输入Q2基极，脉冲输出管工作，再推动高频变压器T，在变压器次级产生高频高压，再通过火花塞13产生高频电火花。在其余时间内，凸轮轴6位置信号脉冲使Q1导通，脉冲输出管驱动信号被短路，输出管Q2不工作，火花塞13不跳火。

以上即为本实施例列举的实施方式,但本实施例不局限于上述可选的实施方式,本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式,任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制,本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准。

Claims (10)

1.一种内燃机跳火控制系统，设置于内燃机中并用以控制火花塞(13)跳火，其特征在于，包括：

设置于缸体上的火花塞(13)，火花塞(13)与高频脉冲发生器连接并用以执行高频跳火动作，高频脉冲发生器由控制器控制启停；

随活塞(10)四冲程动作而同步回转的信号轮(7)结构，信号轮(7)结构包括与控制器通信的跳火传感器(9)和随信号轮(7)回转的跳火感应件(8)，跳火感应件(8)沿圆周延伸长度对应的圆心角为ɑ，跳火传感器(9)用以在距离跳火感应件(8)小于设定值A时产生跳火信号，且当跳火信号结束时活塞(10)压缩冲程结束；

随活塞(10)四冲程动作而同步回转的飞轮(2)结构，飞轮(2)结构包括与控制器通信的喷射传感器组以及随飞轮(2)回转的喷射感应件(3)；所述的喷射传感器组包括第一喷射传感器(4)和第二喷射传感器(5)，两喷射传感器在圆周上的距离所对应的圆心角为β且β＜ɑ，第一喷射传感器(4)和第二喷射传感器(5)用以在距离喷射感应件(3)小于设定值B时产生喷射信号，且当喷射信号结束时活塞(10)压缩冲程结束；所述的喷射感应件(3)依次靠近第一喷射传感器(4)和第二喷射传感器(5)，且当喷射感应件(3)靠近第一喷射传感器(4)并达到设定距离A时，跳火感应件(8)靠近跳火传感器(9)且达到设定距离B。

2.根据权利要求1所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：所述的内燃机包括多个相互独立的燃烧室，跳火传感器(9)和跳火感应件(8)的数量与燃烧室数量相同且在圆周上均匀间隔分布。

3.根据权利要求1所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：所述的内燃机包括多个相互独立的燃烧室，喷射传感器组和喷射感应件(3)的数量与燃烧室数量相同且在圆周均匀间隔分布。

4.根据权利要求1所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：所述的跳火感应件(8)和喷射感应件(3)包括永磁体。

5.根据权利要求1所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：所述的跳火传感器(9)、第一喷射传感器(4)和第二喷射传感器(5)包括霍尔传感器。

6.根据权利要求1所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：所述的ɑ为15°。

7.根据权利要求6所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：所述的β与ɑ的差值为7°或8°。

8.根据权利要求1所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：所述的信号轮(7)套设于内燃机的凸轮轴(6)上并随凸轮轴(6)同步回转。

9.根据权利要求1所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：所述的飞轮(2)套设于内燃机的曲轴(1)上并随曲轴(1)同步回转。

10.一种双模式内燃机，包括权利要求1～9中任一项所述的内燃机跳火控制系统，其特征在于：

还包括模式切换开关，所述的模式切换开关用以将第一喷射传感器(4)或第二喷射传感器(5)连接至控制器。