CN113586267B - 一种无节气门转子发动机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了一种无节气门转子发动机控制方法，具体内容涉及转子发动机无节气门控制技术及氢气、汽油双燃料燃烧控制方法。本发明取消了转子发动机节气门装置，通过输出扭矩和平均指示压力循环变动系数合理调控转子发动机氢气和汽油双燃料喷射策略，保证转子发动机在无节气门状态下稳定运行。本发明在消除节气门节流损失、提高充量系数的同时利用氢气燃料喷射技术实现了转子发动机高效、清洁运行。
Description
技术领域
本发明设计了一种无节气门转子发动机控制方法，具体涉及一种转子发动机无节气门控制技术及氢气、汽油双燃料燃烧控制方法，属于内燃机领域。
背景技术
转子发动机作为一种特殊结构形式的内燃机在汽车和小型无人机等领域具有广泛的应用前景。与内燃机相比，转子发动机取消了曲柄连杆机构，通过三角转子的旋转运动取代了曲柄连杆的往复运动，不产生往复式惯量力。转子发动机具有体积小、重量轻、高速性能好、运行稳定、噪音低等优点，然而转子发动机由于狭长的燃烧室结构和特殊的进排气机构导致转子发动机存在充气效率低和排放物含量高等问题。
由于转子发动机不存在进气门机构，因此节气门装置的存在是影响充量系数的重要因素。节气门装置的取消可以直接有效的消除节气门处的节流损失，提高转子发动机充量系数。氢气燃料由于自身良好的理化特性，稀燃极限约为传统化石燃料的5到10倍，且氢气较低的点火能量很适合对缸内平均指示有效压力的循环变动系数进行快速调控。节气门装置的取消和掺混氢气燃料的使用不仅可以消除节流损失，提高转子发动机进气充量系数，还可以维持转子发动机稳定运行，减少碳基污染物排放。
基于无节气门转子发动机控制和掺混氢气燃烧的特点，本发明提出一种无节气门转子发动机控制方法，填补了目前无节气门转子发动机双燃料控制的空白，实现转子发动机的高效、清洁运行。
指示平均有效压力为发动机的一个通识性能参数，可通过电控单元实时测算获得。
发明内容
针对转子发动机充气效率低的问题，本发明提供了一种无节气门转子发动机控制方法。本发明通过取消节气门装置，使转子发动机在运行过程中始终处于全流量进气状态，且通过调整汽油燃料喷射量保持实际输出转矩与目标转矩一致，并通过氢气喷射策略控制缸内平均指示有效压力的循环变动系数，使转子发动机在无节气门条件下稳定运行。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种无节气门转子发动机控制方法，包括：进气管路P1，其上依次有：空气滤清器1、空气流量计2、汽油喷射支路P2，其上依次有：汽油喷嘴3、汽油流量控制器4、油泵5、汽油滤清器6、汽油油箱7，汽油喷射后在进气道与空气混合形成混合气，进入燃烧室；氢气喷射管路P3，其上依次有：氢气喷嘴8、阻燃阀9、氢气流量控制器10、氢气减压阀11、氢气储存罐12，氢气采用缸内直喷，在燃烧室内直接与汽油混合气混合；火花塞13、缸压传感器14、偏心轴15、电控单元ECU16；
所述电控单元ECU16汽油流量控制器4相连接并通过汽油流量信号a控制汽油燃料供给量；
所述电控单元ECU16与空气流量计2相连接并接收进气流量信号b；
所述电控单元ECU16与汽油喷嘴3相连接并通过汽油喷射信号c控制汽油喷射；
所述电控单元ECU16与缸压传感器14相连接并接收缸压信号d；
所述电控单元ECU16与火花塞13相连接并通过火花塞点火信号e控制火花塞点火正时；
所述电控单元ECU16与氢气流量控制器10相连接并通过氢气流量信号f控制氢气燃料供给量；
所述电控单元ECU16与氢气喷嘴8相连接并通过氢气喷射信号g控制氢气喷射；
所述电控单元ECU16与偏心轴15相连接并通过扭矩测量装置获得输出扭矩信号h。
一种无节气门转子发动机控制方法包括以下控制过程：
当转子发动机转速n由n＝0变为n≠0时为启动阶段，空气在进气道内依次经过空气滤清器1、空气流量计2，电控单元ECU16接收进气流量信号b，并根据进气量及启动过程所需当量比计算燃料喷射量；电控单元ECU16发出汽油流量信号a将汽油燃料通过汽油油箱7、汽油滤清器6、油泵5、汽油流量控制器4供给至汽油喷嘴3并发出汽油喷射信号c控制汽油喷射至进气道；汽油和空气在进气道内形成混合气，随着转子转动至进气门开启时刻，混合气进入燃烧室，在压缩冲程末期火花塞13跳火引燃混合气，实现无节气门转子发动机的启动。
转子发动机启动后，电控单元ECU16通过与偏心轴15相连接的扭矩测量装置接收输出扭矩信号h并计算实际转矩值，同时电控单元ECU16根据原机标定数据实时获得相应目标转矩。当实际转矩高于目标转矩，电控单元ECU16通过汽油喷射信号c减少汽油喷嘴3的喷油量，从而使转子发动机的实际输出转矩降低，直至实际转矩与目标转矩相同；当实际转矩等于目标转矩，电控单元ECU16通过汽油喷射信号c控制汽油喷嘴3的喷油量保持不变；当实际转矩低于目标转矩，电控单元ECU16通过汽油喷射信号c增加汽油喷嘴3的喷油量，从而使转子发动机的实际输出转矩升高，直至实际转矩与目标转矩相同。
在调控汽油喷嘴3喷油量的过程中，电控单元ECU16根据缸压传感器14输出的缸压信号d计算平均指示有效压力的循环变动系数CoVimep,
公式(1)中i为循环数，i≥100，Pi为第i个循环的平均指示有效压力，
为i个循环的平均指示有效压力的均值。
电控单元ECU16通过公式(1)计算缸内平均指示有效压力的循环变动系数CoVimep，当CoVimep大于5％时，电控单元ECU16发出氢气喷射信号g，利用掺混氢气燃料提高燃烧稳定性的特点，将氢气燃料依次经氢气储存罐12、氢气减压阀11、氢气流量控制器10、阻燃阀9、氢气喷嘴8喷入气缸，直至CoVimep小于或等于5％；当CoVimep小于或等于5％时，电控单元ECU16停止发出氢气喷射信号g，仅通过汽油喷射量控制无节气门转子发动机运行。
本发明的有益效果主要是：取消了转子发动机节气门装置，直接消除节气门处的节流损失，提高转子发动机进气充量系数。本发明通过调控汽油燃料喷射量保持实际输出转矩与目标转矩一致，并通过氢气喷射控制缸内平均指示有效压力的循环变动系数，实现了转子发动机稳定运行，减少碳基污染物排放。
附图说明
图1.本发明的结构工作原理图
图中：1.空气滤清器、2.空气流量计、3.汽油喷嘴、4.汽油流量控制器、5.油泵、6.汽油滤清器、7.汽油油箱、8.氢气喷嘴、9.阻燃阀、10.氢气流量控制器、11.氢气减压阀、12.氢气储存罐、13.火花塞、14.缸压传感器、15.偏心轴、16.电控单元ECU；
a.汽油流量信号、b.进气流量信号、c.汽油喷射信号、d.缸压信号、e.火花塞点火信号、f.氢气流量信号、g.氢气喷射信号、h.输出扭矩信号。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
如图1所示，当转子发动机转速n由n＝0变为n≠0时为启动阶段，空气在进气道内依次经过空气滤清器1、空气流量计2，电控单元ECU16接收进气流量信号b，并根据进气量及启动过程所需当量比计算燃料喷射量；电控单元ECU16发出汽油流量信号a将汽油燃料通过汽油油箱7、汽油滤清器6、油泵5、汽油流量控制器4供给至汽油喷嘴3并发出汽油喷射信号c控制汽油喷射至进气道；汽油和空气在进气道内形成混合气，随着转子转动至进气门开启时刻，混合气进入燃烧室，在压缩冲程末期火花塞13跳火引燃混合气，实现无节气门转子发动机的启动。
转子发动机启动后，电控单元ECU16通过与偏心轴15相连接的扭矩测量装置接收输出扭矩信号h并计算实际转矩值，同时电控单元ECU16根据原机标定数据实时获得相应目标转矩。当实际转矩高于目标转矩，电控单元ECU16通过汽油喷射信号c减少汽油喷嘴3的喷油量，从而使转子发动机的实际输出转矩降低，直至实际转矩与目标转矩相同；当实际转矩等于目标转矩，电控单元ECU16通过汽油喷射信号c控制汽油喷嘴3的喷油量保持不变；当实际转矩低于目标转矩，电控单元ECU16通过汽油喷射信号c增加汽油喷嘴3的喷油量，从而使转子发动机的实际输出转矩升高，直至实际转矩与目标转矩相同。
在调控汽油喷嘴3喷油量的过程中，电控单元ECU16根据缸压传感器14输出的缸压信号d计算平均指示有效压力的循环变动系数CoVimep,
公式(1)中i为循环数，i≥100，Pi为第i个循环的平均指示有效压力，
为i个循环的平均指示有效压力的均值。
电控单元ECU16通过公式(1)计算缸内平均指示有效压力的循环变动系数CoVimep，当CoVimep大于5％时，电控单元ECU16发出氢气喷射信号g，利用掺混氢气燃料提高燃烧稳定性的特点，将氢气燃料依次经氢气储存罐12、氢气减压阀11、氢气流量控制器10、阻燃阀9、氢气喷嘴8喷入气缸，直至CoVimep小于或等于5％；当CoVimep小于或等于5％时，电控单元ECU(16)停止发出氢气喷射信号g，仅通过汽油喷射量控制无节气门转子发动机运行。
Claims (1)
1.一种无节气门转子发动机控制方法，其特征在于，该方法所用装置具体包括：进气管路(P1)，其上依次有：空气滤清器(1)、空气流量计(2)；汽油喷射支路(P2)，其上依次有：汽油喷嘴(3)、汽油流量控制器(4)、油泵(5)、汽油滤清器(6)、汽油油箱(7)，汽油喷射后在进气道与空气混合形成混合气；氢气喷射管路(P3)，其上依次有：氢气喷嘴(8)、阻燃阀(9)、氢气流量控制器(10)、氢气减压阀(11)、氢气储存罐(12)，氢气采用缸内直喷，在燃烧室内直接与汽油混合气混合；火花塞(13)、缸压传感器(14)、偏心轴(15)、电控单元ECU(16)；
所述电控单元ECU(16)与汽油流量控制器(4)相连接并通过汽油流量信号a控制汽油燃料供给量；
所述电控单元ECU(16)与空气流量计(2)相连接并接收进气流量信号b；
所述电控单元ECU(16)与汽油喷嘴(3)相连接并通过汽油喷射信号c控制汽油喷射；
所述电控单元ECU(16)与缸压传感器(14)相连接并接收缸压信号d；
所述电控单元ECU(16)与火花塞(13)相连接并通过火花塞点火信号e控制火花塞点火正时；
所述电控单元ECU(16)与氢气流量控制器(10)相连接并通过氢气流量信号f控制氢气燃料供给量；
所述电控单元ECU(16)与氢气喷嘴(8)相连接并通过氢气喷射信号g控制氢气喷射；
所述电控单元ECU(16)与偏心轴(15)相连接并通过扭矩测量装置获得输出扭矩信号h；
其特征在于：
当转子发动机转速n由n＝0变为n≠0时为启动阶段，空气在进气道内依次经过空气滤清器(1)、空气流量计(2)，电控单元ECU(16)接收进气流量信号b，并根据进气量及启动过程所需当量比计算燃料喷射量；电控单元ECU(16)发出汽油流量信号a将汽油燃料通过汽油油箱(7)、汽油滤清器(6)、油泵(5)、汽油流量控制器(4)供给至汽油喷嘴(3)并发出汽油喷射信号c控制汽油喷射至进气道；汽油和空气在进气道内形成混合气，随着转子转动至进气门开启时刻，混合气进入燃烧室，在压缩冲程末期火花塞(13)跳火引燃混合气，实现无节气门转子发动机的启动；
转子发动机启动后，电控单元ECU(16)通过与偏心轴(15)相连接的扭矩测量装置接收输出扭矩信号h并计算实际转矩值，同时电控单元ECU(16)根据原机标定数据实时获得相应目标转矩；当实际转矩高于目标转矩，电控单元ECU(16)通过汽油喷射信号c减少汽油喷嘴(3)的喷油量，从而使转子发动机的实际输出转矩降低，直至实际转矩与目标转矩相同；当实际转矩等于目标转矩，电控单元ECU(16)通过汽油喷射信号c控制汽油喷嘴(3)的喷油量保持不变；当实际转矩低于目标转矩，电控单元ECU(16)通过汽油喷射信号c增加汽油喷嘴(3)的喷油量，从而使转子发动机的实际输出转矩升高，直至实际转矩与目标转矩相同；
在调控汽油喷嘴(3)喷油量的过程中，电控单元ECU(16)根据缸压传感器(14)输出的缸压信号d计算平均指示有效压力的循环变动系数CoVimep,
公式(1)中i为循环数，i≥100，Pi为第i个循环的平均指示有效压力，
为i个循环的平均指示有效压力的均值；
电控单元ECU(16)通过公式(1)计算缸内平均指示有效压力的循环变动系数CoVimep，当CoVimep大于5％时，电控单元ECU(16)发出氢气喷射信号g，利用掺混氢气燃料提高燃烧稳定性的特点，将氢气燃料依次经氢气储存罐(12)、氢气减压阀(11)、氢气流量控制器(10)、阻燃阀(9)、氢气喷嘴(8)喷入气缸，直至CoVimep小于或等于5％；当CoVimep小于或等于5％时，电控单元ECU(16)停止发出氢气喷射信号g，仅通过汽油喷射量控制无节气门转子发动机运行。
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