CN201581998U - 变频供油调节发动机功率的装置 - Google Patents
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Abstract
变频供油调节发动机功率的装置，涉及一种发动机功率调节装置。由发动机转速传感器、冷却液温度传感器、发动机功率信号传感器、发动机功率及转速选择开关、供油频率控制器、放大驱动电路、喷油控制器和气缸喷油器构成，发动机转速传感器、冷却液温度传感器、发动机功率信号传感器和发动机功率及转速选择开关分别连接供油频率控制器的信号输入端，供油频率控制器的输出端连接放大驱动电路，放大驱动电路连接四个气缸喷油器，四个气缸喷油器分别连接喷油控制器。本实用新型解决了目前发动机节能问题。本实用新型可以通过改变发动机供油，从而调节发动机频率，来达实现节油的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发动机功率调节装置。
背景技术
现有的发动机正常工作状态下功率转速调节基本采用每个工作循环都供油做功，只是通过调节进气多少或供油多少来改变发动机输出功率转速。在工作过程中无论功率转速大小，所有汽缸都参与工作。由内燃机原理可知，在负荷率较小时比油耗较高，排放污染较大；负荷率较大时比油耗较小，排放污染最少。例如汽油机一般在负荷率约为80％-90％时比油耗最低，排放污染最小。安装在汽车上的发动机，其功率都是按照满载时最高车速或最大爬坡度等极端工况配备的。而在大多数使用情况下，例如在城市市区行驶，负荷率通常只有20％-50％，因而油耗较高；在高速公路上行驶，由于提高了发动机的负荷率，油耗即可降低。小排量汽车比大排量汽车省油的最主要原因就是在多数情况下小排量汽车发动机的负荷率比大排量汽车高。
从上个世纪60年代就有人研究闭缸技术，即在发动机负荷率较低时将一半的气缸停止燃烧作功。到80年代还有人申请了专利，例如中国专利ZL87215817是东风汽车公司申请的。该专利的基本内容是在化油器后的进气歧管内安装控制混合气进入的气阀，某气缸的气阀关闭，该缸即停止燃烧作功。该技术由于结构复杂、密封性困难等原因无法实施。在最近二十多年的中国专利文献中，由于系统复杂，实现性差，没有实现推广应用。中国专利ZL02208975提出了对内燃机采取循环闭缸的方法可以节省燃油和降低排放污染，并提出了循环闭缸可以有规律地进行。但具体的规律是什么、什么工况下采用循环闭缸、怎样实现有规律的循环闭缸等技术内容都没有给出具体的技术方案，因而不具有操作性，无法实现。中国专利ZL 200610012987提出了一种电喷发动机变工作排量控制技术，包括喷油控制模式和发动机喷油装置两部分。其最大的特点是保留了原有的发动机系统，只是在其基础上附上部件。而且其闭缸过程中对尾气中的氧气含量影响非常大，看似没有影响原有系统，而实际中则使电喷汽油机的氧传感器的闭环控制给破坏掉了。因而此时的发动机排放和效率都将非常之差。而且此技术提出的控制方法过程都很复杂，而且不具有通用性，不同的汽缸数不同的节气门开度都得定制。在节气门开度很小的时候基本不起作用，因而达不到其预想的效果。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种变频供油调节发动机功率的装置，本实用新型解决了目前发动机节能问题。本实用新型可以通过改变发动机供油，从而调节发动机频率，来达实现节油的目的。
本实用新型的变频供油调节发动机功率的装置，由发动机转速传感器1、冷却液温度传感器2、发动机功率信号传感器3、发动机功率及转速选择开关4、供油频率控制器5、放大驱动电路6、喷油控制器7和气缸喷油器8、9、10、11构成，发动机转速传感器1、冷却液温度传感器2、发动机功率信号传感器3和发动机功率及转速选择开关4分别连接供油频率控制器5的信号输入端，供油频率控制器5的输出端连接放大驱动电路6，放大驱动电路6连接四个气缸喷油器8、9、10、11，四个气缸喷油器分别连接喷油控制器7。
本实用新型的变频供油调节发动机功率的装置，可广泛应用于各种类型的内燃机，尤其是汽油机和柴油机。通过本实用新型的装置可以改变供油频率，即每分钟供油循环和停油循环均匀交叉进行，改变供油循环与停油循环的比列，即可调节发动机的输出功率转速。每次发动机气缸都处于一定的中高负荷，喷油量基本不变，控制简单。转化效率高、排放性好，动力响应性好。减少了汽油机节气门体组件及相关部件或者柴油机油门调节机构，真正实现“软”控制发动机的功率转速，可控性好。本实用新型可以实现最终节油的目的。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并用最佳的实施例对本实用新型作详细的说明。
参阅图1，变频供油调节发动机功率的装置，由发动机转速传感器1、冷却液温度传感器2、发动机功率信号传感器3、发动机功率及转速选择开关4、供油频率控制器5、放大驱动电路6、喷油控制器7和气缸喷油器8、9、10、11构成，发动机转速传感器1、冷却液温度传感器2、发动机功率信号传感器3和发动机功率及转速选择开关4分别连接供油频率控制器5的信号输入端，供油频率控制器5的输出端连接放大驱动电路6，放大驱动电路6连接四个气缸喷油器8、9、10、11，四个气缸喷油器分别连接喷油控制器7。
在图1中，发动机转速信号输入，冷却液温度信号输入，控制比例信号(即控制发动机功率大小或者转速大小的控制比例)，功率控制或者转速控制的选择开关信号，分别输入到放大驱动电路中。
供油频率控制器5，根据功率/转速选择信号，明确目前采用功率控制还是转速控制，再通过控制比例知道当前需要的功率或者转速，根据发动机冷却液温度知道当前发动机的冷却情况或者是否冷启动，确定是否采用全频率供油或者超温保护，然后根据发动机的转速与目标转速对比采取相应的增加供油频率还是减小供油频率，如果采用的功率控制则进行固定的供油频率或者适当的调速，以此逻辑计算出当前需要的供油频率，以此来控制放大驱动电路，实现对喷油的变频控制。
放大驱动电路6，根据供油频率控制器的输出信号实现对喷油器的供油频率进行控制，再根据基本喷油器确定每次喷油量和喷油时刻，以达到具体的喷油变频控制。
基本喷油控制器7，可以是现有的电喷系统，也可以是新开发的定制的喷油系统，逻辑非常简单，只需要对全负荷工况进行喷油量控制，和喷油时刻控制即可，逻辑简单，对硬件要求极低。
采用上述技术方案，对于汽油机而言，彻底改变以往靠节气门控制进气量来控制发动机的功率转速，而采用取消节气门(相当于节气门全开)或者处于几个较大的典型位置，改变供油频率(每分钟供油循环和停油循环均匀交叉进行，改变供油循环与停油循环的比列，既可达到改变输出功率转速)来调节发动机的输出功率转速。对于以往传统的汽油机而言，正常工作状态下往往每个工作循环都供油做功，只是通过进气多少或供油多少来改变发动机输出功率转速，而本方法则是对于某一典型节气门位置，每次发动机进气量基本不变(随转速变化，有细微变化)，喷油量基本不变(只是相对发动机转速、进气压力、进气温度、冷却液温度等作微调)，始终使发动机的每个供油做功的汽缸的每次燃烧做功都处于转化效率高的中高负荷工况。以每个缸为单位或者以每个工作循环为单位，采用供油与停油均匀交叉进行的变频供油方式来达到调节汽油机功率转速的目的。
例如：四缸汽油机，按工作循环为单位：
100％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 13 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
80％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 13 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
60％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 13 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
50％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
20％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
10％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
0％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
按缸为单位：
100％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 13 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
80％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 13 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
60％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 13 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
50％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 13 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
20％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 13 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
10％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
0％ 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2
等等，完全可以做到从0-100％的连续调节。其中加粗不带下划线的缸表示供油，不加粗带下划线的缸表示停油。这两种方式中，按工作循环为单位相对控制简单得多，不涉及到具体某一缸，也不涉及到具体几缸机，通用性强，适合高速机。按缸为单位相对控制比较复杂，适合低速机。尤其是对汪克尔转子发动机而言，按气室为单位控制更简单。
对于柴油机而言，原理基本类似，可以使柴油机始终工作在效率较高的中高负荷，而且可以大大减小柴油机电控系统。每次喷油量基本不变或则设定几个较大固定喷油量，只是控制喷油频率。而且由于有的工作循环供油燃烧做功，有的工作循环不供油，此时冷空气对发动机具有非常好的冷却效果，对于高速、风冷式发动机特别有益。
采用本实用新型技术方案的工作实例：
实例1：
4/6缸电喷汽油机改造、以工作循环为变频供油控制单位。
首先取消氧传感器，将其信号至高电压1V(制造混合气偏浓的假象，让发动机减小喷油量，从而达到稀燃的效果)，然后将节气门开度固定于趋近最大开度位置(不能最大，防止起动的时候电控单位误认为溢流控制，以至于无法起动)，将原有节气门拉索至于供油频率控制器的控制比例电位计，通过拉动控制比例电位计来反映操作者的功率需求或者转速需求。将原有的曲轴位置传感器信号接入到供油频率控制器发动机转速信号输入口，以此来作为供油频率控制器的发动机转速信号。将原有的冷却液温度信号传入供油频率控制器冷却液温度输入信号接口。然后将喷油器与放大驱动电路进行连接，既可实现本方法的发动机功率转速调节。
控制比例范围为0-100％，供油频率比例从X％-100％，其中X％即稳定怠速时候的供油频率比例，通过调试确定。
如果采用功率控制，则控制比列与供油频率比例成正比。
如果采用转速控制，则采用闭环控制，根据当前转速与目标转速的比较，如果当前转速低于目标转速则增加供油频率，如果当前转速高于目标转速则降低供油频率。其中目标转速采用(最高额定转速-怠速转速)*控制比例，如此通过控制比例大小可以控制目标转速，以达到控制发动机转速的目的。
实施例2：
化油器式风冷式单转子汪克尔汽油发动机、以转子气室为变频供油控制单位。
首先取消化油器，将其改进成喷油器(高速，能适应3000--9000rpm)，倾斜角以适应，每次喷油都能直接喷入到气室内，以防止停油气室后有上一供油气室的剩余燃油，影响发动机油耗和排放。改进供油系统，采用压供一体式喷油器。将原有节气门拉索至于供油频率控制器的控制比例电位计，通过拉动控制比例电位计来反映操作者的功率需求或者转速需求，也可以通过控制电脑直接控制比例信号实现“软”控制。将原有的转速信号(点火引出)接入到供油频率控制器发动机转速信号输入口，以此来作为供油频率控制器的发动机转速信号。将原有的发动机特征温度信号传入供油频率控制器冷却液温度输入信号接口。然后将喷油器与放大驱动电路进行连接，即可实现本方法的发动机功率转速调节。
控制比例范围为0-100％，供油频率比例从X％-100％，其中X％即稳定怠速时候的供油频率比例，通过调试确定。
如果采用功率控制，则控制比列与供油频率比例成正比。
如果采用转速控制，则采用闭环控制，根据当前转速与目标转速的比较，如果当前转速低于目标转速则增加供油频率，如果当前转速高于目标转速则降低喷油频率。其中目标转速采用(最高额定转速-怠速转速)*控制比例，如此通过控制比例大小可以控制目标转速，以达到控制发动机转速的目的。
本控制方法对于此高速小型发动机应用于航空或者发电机组非常的适用，可以实现“软”控制，对于类似无人机和高速变频发电机组非常之有益。采用本实用新型的装置控制发动机具有以下特点：
1、减少了进气测量系统，以及汽油机的节气门体及相关部件，以及柴油机的油门等部件。
2、由于发动机汽缸始终工作于一种工作状态，喷油量控制相对简单得多(只需在设计时调试好，参数基本不变)。
3、可以实现2种控制：功率控制(直接控制喷油频率也可以适当范围内的调速)和速度控制(相当于巡航功能，直接进行对比控制，将瞬时速度与目标速度进行比较，如果小于目标速度就增大喷油频率，如果大于目标速度就减小喷油频率)。
4、可以实现无变速器，无级变速，对于摩托车或者速度扭矩范围要求不高的应用领域非常适用。
5、节油(每次燃烧做功都处于中高负荷，转化效率高)，提高发动机寿命和工作可靠性(对于每一个汽缸而言，始终在供油燃烧和停油空循环2种状态之间转换，在空循中就可以对汽缸进行冷却，对发动机的冷却润滑非常有益)。
6、减少了机械式发动机控制装置，提高了发动机的可控性和可靠性。(尤其对于需要自动调速或者无人操作自动控制装置中非常有用)。
7、加减速性能高，响应速度快，不存在加减速工况剧烈变化引起的冒黑烟等现象。
8、由于中间存在不供油空循环，因此，排气管里氧气浓度较高，可以氧化未然HC和CO，有利于降低排放。
9、由于气缸冷却好，有利于减少爆震，而且发动机处于80％-90％负荷，气量大，最高温度不是非常高。如果需要排放好，还可以适当减小空燃比，增加供油，从而减小NQx排放；如果需要经济型好，则可以适当增加空燃比，使发动机处于偏稀燃烧。
10、对于类似汪克尔三角转子发动机类高速发动机，此种控制方法更是特别有效，对于一个三角转子的三个气室，只需要一个喷油器，而且由于汪克尔三角转子发动机自身的平衡性好，因此其振动会更小，工作更稳定。
11、对于航空用活塞发动机或者发电机组用发动机，由于其工作转速相对较高较稳定，此种控制方法更适应，还可实现“软”调速，而且此种控制方法简单对硬件要求较低，完全可以利用变频单片机实现发动机喷油控制。
12、此方案所用的组件：凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、控制信号(速度/功率)，进气温度、冷却液温度。相对现有电子控制发动机系统简单得多。
13、对于采用CDI磁电机点火的汪克尔三角转子发动机，采用此方案实现的电喷汪克尔三角转子发动机，可以从点火信号引出转速信号，点火信号和转速信号估算出喷油时刻，进气温度、发动机特征温度。相对以前的化油器式或者电喷式都简单得多，可实现“软”控，加速性更好，经济性好。
14、采用以工作循环为单位的变频控制供油调节发动机功率转速，通用型好，无论汽油机柴油机几缸都可以采用。可以单独重新设计，也可以在原有电喷系统之上改进，可实施性强。对控制电路的要求非常低。
15、此控制方法实现的发动机喷油系统属于闭环控制，抗干扰能力强，如果在工作过程中，某一次喷油或停油丢失，对发动机的工作基本没有影响，自适应性强。
Claims (1)
1.变频供油调节发动机功率的装置，其特征在于，由发动机转速传感器(1)、冷却液温度传感器(2)、发动机功率信号传感器(3)、发动机功率及转速选择开关(4)、供油频率控制器(5)、放大驱动电路(6)、喷油控制器(7)和气缸喷油器(8、9、10、11)构成，发动机转速传感器(1)、冷却液温度传感器(2)、发动机功率信号传感器(3)和发动机功率及转速选择开关(4)分别连接供油频率控制器(5)的信号输入端，供油频率控制器(5)的输出端连接放大驱动电路(6)，放大驱动电路(6)连接四个气缸喷油器(8、9、10、11)，四个气缸喷油器分别连接喷油控制器(7)。
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|---|---|---|---|---|
| CN103670757A (zh) * | 2014-01-07 | 2014-03-26 | 王志恒 | 发动机变频燃油喷射方法 |
| CN105402060A (zh) * | 2015-11-23 | 2016-03-16 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | 一种燃机用燃油泵变频调速控制的供油装置及供油方法 |
| CN112196677A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 东风康明斯发动机有限公司 | 一种发电用电控柴油机的转速控制系统 |
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