CN202187830U - 进气道电控喷射的二冲程煤油发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种进气道电控喷射的二冲程煤油发动机，属于二冲程发动机领域。该发动机包括发动机机体、喷油器、煤油供油系统及电控系统，喷油器安装在发动机进气道的节气门体与簧片阀之间，电控系统是由传感器单元和电控单元组成，用于控制喷油器和供油系统中的电动燃油泵，以实现对发动机喷油过程的控制。本实用新型是在现有二冲程汽油发动机的基础上加以改进，提高了煤油燃油的喷射雾化效果，提高了发动机的使用安全性，并降低了使用成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种二冲程发动机，尤其涉及一种进气道电控喷射的二冲程煤油发动机，属于二冲程发动机领域。
背景技术
二冲程发动机由于没有复杂的气门结构，所以结构简单、成本低、重量轻，同时在相同排量下，其输出的功率接近四冲程发动机的两倍，因此二冲程发动机的功重比较高。在航空领域中，低速飞机至今仍然以活塞式发动机驱动螺旋桨作为动力，这就要求发动机有很高的功重比，所以在航空活塞发动机领域，火花点火二冲程发动机受到青睐。
目前，国内外绝大多数火花点燃的二冲程发动机均以汽油为燃料。然而汽油的闪点在零度以下，这就意味着在常温下只要遇明火就会着火，这是个严重的安全隐患，同时汽油的挥发性强，会给运输和使用造成许多不便。尤其是在航空领域，对燃油的使用安全性要求较高，因此迫切需要寻找安全可靠的燃料来替换汽油燃料。与汽油相比，煤油的粘度大、闪点高、挥发性弱、不易着火、能量密度高，其在能量密度、储运及安全等方面具有许多优势。此外煤油的价格也比汽油低，因此，研究火花点燃的二冲程煤油发动机具有重要的应用价值和社会效益。
目前，国内对二冲程煤油发动机的研究主要是在已有二冲程汽油发动机上改烧煤油。实践证明，以煤油为燃料而按汽油机方式运行的往复活塞式发动机可以工作得较好。然而，由于煤油的运动粘度是汽油的两到三倍，这就意味着其流动阻力大，从而煤油的雾化效果要比汽油差很多，这是目前汽油机改烧煤油时需要着重解决的一个关键问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是：在现有二冲程汽油发动机的基础上进行改进，提出一种对煤油燃料雾化效果好的进气道电控喷射二冲程煤油发动机。
该发动机的结构包括二冲程发动机机体、喷油器、煤油供油系统和电控系统，所述煤油供油系统是由电动燃油泵、压力调节器、滤清器通过相应管路连接构成，电控系统用于控制喷油器和电动燃油泵，以实现对发动机喷油过程的控制，喷油器安装在发动机进气道的节气门体与簧片阀之间。
所述电控系统是由传感器单元和电控单元组成。
所述煤油供油系统的油轨中的油压大于4bar压力。
所述传感器单元包括节气门位置传感器、曲轴位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器及缸体温度传感器。
所述曲轴位置传感器是由一个分度盘和两个光电对管组成，在分度盘的径向方向开有60个等间距的梯形槽，其中1个为深槽，其余59个为浅槽，在安装时深槽与发动机曲轴的上止点位置对应。
技术效果：
本实用新型提高了二冲程发动机对煤油燃料的雾化效果，从而提高了二冲程煤油发动机的工作性能。相比二冲程汽油发动机而言，本实用新型提高了发动机的使用安全性，大大降低了使用成本，尤其在航空领域具有重要的应用价值和良好的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中标号名称：1、曲轴位置传感器；2、曲轴；3、二冲程发动机机体；4、电控单元(ECU)；5、节气门位置传感器；6、缸体温度传感器；7、进气压力传感器；8、进气温度传感器；9、节气门体；10、滤清器；11、15为供油管路；12、压力调节器；13、回油管路；14、电动燃油泵；16、油箱；17、喷油器；18、簧片阀。
图2为电控系统的结构框图。
图3为电控系统主程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
本实用新型是在现有二冲程汽油发动机的基础上加以改进完成的，其结构如图1所示，包括二冲程发动机机体3、喷油器17、煤油供油系统及电控系统。
发动机机体3完全保留原型机的构造，为两缸直列二冲程风冷发动机，采用簧片阀进气方式。发动机的每个气缸各有一个独立的进气道，在各进气道的节气门体与簧片阀之间均安装一个喷油器，发动机采用进气道电控多点顺序喷射。
煤油供油系统与普通汽油供油系统基本相同，是由电动燃油泵14、压力调节器12、滤清器10通过供油管路11、15和回油管路13连接构成，电动燃油泵14设置于油箱16内。为了提高煤油的喷射雾化效果，需要适当增大压力调节器12中弹簧的预紧力，使油轨中的燃油压力提高到4bar压力以上。
电控系统用于控制喷油器17和电动燃油泵14，电控系统是由传感器单元和电控单元4(ECU)组成，电控系统的结构如图2所示。传感器单元包括节气门位置传感器5、曲轴位置传感器1、进气压力传感器7、进气温度传感器8及缸体温度传感器6，其中较重要的是决定发动机工况的曲轴位置传感器1和节气门位置传感器5，两者决定了发动机相应工况下的基本喷油量和喷油时刻等重要参数。ECU的硬件结构主要包括传感器信号调理电路、微控制器、执行器驱动电路以及CAN通信电路，微控制器采用MC9S12DP512系列微控制器。ECU的软件程序主要包括主程序、中断服务程序和任务服务程序。主程序用于初始化系统，判断工况以及计算当前工况的喷油数据等，主程序流程如图3所示；中断服务程序包括AD中断程序、曲轴位置信号捕捉中断程序和CAN接收中断程序，AD中断程序用于完成模拟量信号AD转换，曲轴位置信号捕捉中断程序用于确定曲轴位置并控制相应喷油器喷油，CAN接收中断程序用于接收上位机发送来的指令等对实时性要求较高的任务；任务服务程序完成对实时性要求不高的计算任务，用于被主程序和中断服务程序调用。ECU支持与上位机的CAN通信，上位机可以实时监控发动机的运行状态。
曲轴位置传感器1是由一个分度盘和两个光电对管组成，分度盘的径向方向开有60个等间距的梯形槽，其中1个为深槽，其余59个为浅槽，安装时深槽与发动机曲轴2的上止点位置对应。两个光电对管分别安装在分度盘的径向方向，其中1号光电对管用于感应深槽，当深槽转到该对管位置时，该光电对管上产生曲轴上止点信号；2号光电对管用于感应浅槽，当曲轴转过一转时，该光电对管上产生60个等间距的曲轴角度脉冲信号，每个脉冲信号对应6度曲轴角度，这样通过计量脉冲信号的个数，即可得到当前的曲轴角度。
节气门位置传感器5安装在节气门体9上的节气门轴的一端，其工作原理与滑动电阻器相同，其作用是检测节气门开度和加减速信号，通过ECU对节气门开度信号进行处理，即可判定加减速信号和负荷大小。
缸体温度可用于指示发动机的工作温度，对应不同的发动机温度范围，ECU应对发动机的工作特性进行相应修正和补偿。进气温度会影响进气密度，所以会影响进气质量，从而影响所需的燃油量，故需要根据进气温度对喷油量进行进一步的修正补偿。由于海拔高度的不同，进气压力也会发生变化，从而影响发动机的进气量，进而影响发动机的工作性能。根据喷油器的工作过程可知，当喷油脉冲到来时，要经过一定时间后针阀才能达到最大行程，而脉冲结束后，也要经过一定时间后才落座，这两段时间之和称为喷油器的无效喷射时间。无效喷射时间随蓄电池电压的变化而变化，在蓄电池电压高时，线圈驱动电流增大，针阀上升迅速，无效喷射时间减少，从而喷射量增大。因此，必须对蓄电池电压进行监控，确保在蓄电池电压波动的情况下相同的喷射脉宽对应相同的燃油喷射量。
各传感器的采集信号经过ECU的信号调理电路调理后输入到微控制器中，微控制器按照设定的软件程序运行。ECU采用基于插值算法的喷油控制策略，根据节气门开度信号和当前转速得到当前的基本喷油脉宽。节气门开度坐标的单位定义为将节气门从0到100％的开度范围平均分为250等份，每一份为一个坐标单位。ECU对传感器信号进行分析判断，得出发动机当前的工作工况以及相应的工况修正系数，并根据工况的不同以及进气温度、缸体温度、进气压力、蓄电池电压等运行参数对基本喷油量进行修正，从而得到最终的喷油脉宽。涉及的工况主要有起动工况、怠速工况、加/减速工况、稳定工况和限速断油等。各工况下喷油脉宽的计算公式为：
Tp＝Tb(1+Kas)+Tat+Tbt+Tap+Tbv
式中：Tp为最终喷油脉宽；Tb为基本喷油脉宽；Kas为工况修正系数；Tat为进气温度修正脉宽；Tbt为缸体温度修正脉宽；Tap为进气压力修正脉宽；Tbv为蓄电池电压对应的修正脉宽。由上式可知，最终喷油脉宽由三部分组成：第一部分是基本喷油脉宽，该部分是通过理论计算和标定试验综合得到的；第二部分是由进气温度、进气压力、缸体温度和蓄电池电压得到的喷油修正量；第三部分是与发动机运行工况相关的喷油修正量。需要说明的是，基本喷油脉宽、工况修正系数以及各传感器信号修正脉宽的具体数值与发动机有关，需要通过标定试验进行标定。
Claims (6)
1.一种进气道电控喷射的二冲程煤油发动机，包括二冲程发动机机体(3)、喷油器(17)及煤油供油系统，所述煤油供油系统是由电动燃油泵(14)、压力调节器(12)、滤清器(10)通过相应管路连接构成，其特征在于：
还包括用于控制喷油器(17)和电动燃油泵(14)的电控系统，喷油器(17)安装在发动机进气道的节气门体(9)与簧片阀(18)之间。
2.根据权利要求1所述的进气道电控喷射的二冲程煤油发动机，其特征在于：所述电控系统是由传感器单元和电控单元(4)组成。
3.根据权利要求1所述的进气道电控喷射的二冲程煤油发动机，其特征在于：所述煤油供油系统的油轨中的油压大于4bar压力。
4.根据权利要求2所述的进气道电控喷射的二冲程煤油发动机，其特征在于：所述传感器单元包括节气门位置传感器(5)、曲轴位置传感器(1)、进气压力传感器(7)、进气温度传感器(8)及缸体温度传感器(6)。
5.根据权利要求4所述的进气道电控喷射的二冲程煤油发动机，其特征在于：所述曲轴位置传感器(1)是由一个分度盘和两个光电对管组成。
6.根据权利要求5所述的进气道电控喷射的二冲程煤油发动机，其特征在于：所述分度盘的径向方向开有60个等间距的梯形槽，其中1个为深槽，其余59个为浅槽，在安装时深槽与发动机曲轴(2)的上止点位置对应。
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