[发明专利]一种工作腔增压的斯特林发动机控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种斯特林发动机控制系统，具体为一种工作腔增压的斯特林发动机控制系统。

背景技术

控制系统是斯特林发动机可靠运行的关键，各种结构的斯特林发动机都必须配备与其结构匹配的控制系统。例如，Kockums公司V4-275R发动机和菲利浦公司4-235发动机，都有相应的控制系统。现在同斯特林可逆热机匹配的是中国发明专利一种斯特林热机工况控制器(201110035499.6)提供的斯特林发动机控制系统，能实现斯特林发动机起动、制动、工况调整的控制操作。

斯特林可逆热机作热泵或制冷机，只需工况控制器实现各工作腔的工质均衡即可。中国发明专利一种斯特林热泵热水器和中国发明专利一种多级斯特林制冷机是应用实例。斯特林可逆热机作发动机，起动、制动、加速、减速及相应的热量供应都必须有效控制。如作车用发动机，就是要在工况变化时，做好供油量和供气量调整。

现有斯特林可逆热机作发动机的控制系统，其高压工质罐内的工质由工质增压泵从低压工质罐直接泵入，不是利用工作腔为高压工质罐增压。也没有利用二级密封腔为工况控制器提供稳压工质。该控制系统部件多、能耗高。改进斯特林发动机控制系统就要从解决工质增压和稳压问题开始，根据控制过程遵循的原理，寻找部件最少、控制效果最佳的部件组合。

斯特林发动机起动操作是在燃烧供热开始的同时，向处于等温膨胀过程的工作腔加注工质，膨胀压力增高，发动机迅速起动；制动操作是在发动机高速运转时，向处于等温压缩过程的工作腔加注工质，发动机迅速减速；工况控制是通过同步增减处于运行状态发动机工作腔的工质量和燃油空气量，使发动机转速和输出功率相应增减，而热机效率保持基本不变。燃油空气供应量取决于工况控制器压力值。起动制动所需高压工质由高压工质罐提供，加速减速(即工况控制)使用二级密封腔内的工质，低压工质罐的工质由工质增压泵增压到二级密封腔，高压工质罐内的工质是二级密封腔内的工质经工况控制器进入工作腔，然后增压到高压工质罐。按照这条技术路线，斯特林发动机控制系统将会变得简洁高效。

发明内容

本发明的目的是应用工作腔压力波动规律实现工质增压，直接利用二级密封腔的工质作工况控制器补充工质，合理利用高压工质罐、二级密封腔、低压工质罐构成的压力梯度，设计一套能完成起动制动、加速减速的斯特林发动机控制系统。

为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括起动制动控制器、高压工质罐、单向阀、工况控制器、减速阀、加速阀、工质增压泵、低压工质罐。其特征在于：所述起动制动控制器的热机转子相位信号采集探头接触热机转子轴，信号传输线连接相位信号采集探头和起动制动控制器的控制信号处理芯，控制信号处理芯连接工质控制阀。高压工质罐分别连通起动制动控制器内对应各工作腔的工质控制阀进口。高压工质罐经一个单向阀连接一个工作腔。各工作腔与高压工质罐都可经单向阀连接。单向阀流向为工作腔到高压工质罐。工况控制器底板上的工作腔接口分别连通各工作腔，工况控制器壳上的两个连接口分别连通加速阀出口和减速阀进口，工况控制器壳上的压力传感器插孔安插压力传感器。加速阀进口连通二级密封腔，减速阀出口连通低压工质罐。工质增压泵进口连通低压工质罐，工质增压泵出口连通二级密封腔。压力传感器经信号传输线连接燃油和空气量供应控制器。

所述起动制动控制器由热机转子相位信号采集探头、控制信号处理芯、工质控制阀组成。控制信号处理芯只有断开、起动、制动三种工作状态。断开状态，工质控制阀关闭，对工况没有影响；起动状态，处于等温膨胀过程工作腔的工质控制阀打开，发动机各工作腔压力平衡不能保持，开始运转；制动状态，处于等温压缩过程工作腔的工质控制阀打开，压力升高，平衡处于等温膨胀过程工作腔的压力，整机输出功减少、转速降低，最终停止运转。设置这三种工作状态的信号统称起动制动控制信号。

所述减速阀和加速阀不能同时处于打开状态。减速阀打开而加速阀关闭，各工作腔的工质经工况控制器和减速阀流入低压工质罐，燃油和空气供应量减少，发动机减速；减速阀关闭而加速阀打开，二级密封腔内的工质经加速阀和工况控制器流入工作腔，燃油和空气供应量增加，发动机加速；减速阀和加速阀都关闭，工况控制器内没有工质流动，燃油和空气供应量恒定，发动机处于稳定工作状态。控制斯特林发动机加速减速稳定运行的信号统称工况控制信号。