[发明专利]等温放热循环内燃机及其控制方法

说明书

本发明提供了一种等温放热循环内燃机及其控制方法，包括气缸、活塞、火花塞以及点火线圈(3)；在点燃式发动机的奥拓循环的基础上融合等温放热过程，大幅降低冷却损失，提高燃料效率。整个燃烧过程由定容放热和等温放热过程组成。每个火花塞通过点火线圈(3)驱动，通过控制单电极放电策略、多电极放电协调进行燃烧放热率控制。在压缩上止点时先经过定容燃烧，再借助活塞下行过程中燃烧室体积的增加和单电极放电策略、多电极协调控制，实现等温放热热力学循环；能够提高燃料效率、降低冷却损失，同时能够降低工质温度，进而降低爆震概率。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体地，涉及一种等温放热循环内燃机及其控制方法，尤其涉及一种适用在汽油机、气体内燃机机等点燃式发动机领域的高效率等温放热循环内燃机。

背景技术

提高燃烧效率是发动机发展过程中的关键目标。对于点燃式内燃机，一般通过稀薄燃烧、高压缩比等方法提高效率，但是也会带来燃烧不稳定、易爆震等问题。此外，传热损失也是限制发动机热效率提高的一大障碍之一。点燃式内燃机基于奥拓循环，现有技术可以归纳为将实际发动机循环逼近于理想的奥拓循环从而提高效率，并没有在热力学循环上提出创新从而提升发动机效率。

因此，设计一种高燃料效率、低冷却损失的新型内燃机具有一定的现实意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种等温放热循环内燃机及其控制方法。

根据本发明提供的一种等温放热循环内燃机，包括气缸、活塞、火花塞以及点火线圈；所述活塞和火花塞均设置在气缸内，活塞与气缸内壁合围形成第一空间；所述点火线圈与火花塞相连，并且能够控制火花塞的放电能量和放电持续时间；

所述气缸上设置有进气门和排气门。

优选地，N个所述火花塞在M个点火线圈的控制下能够实现单电极放电或者多电极协调放电，其中N和M均为正整数。

优选地，所述点火线圈包括控制电路、线圈组件、高压二极管以及高压导线；所述控制电路与线圈组件相连，并且能够控制线圈组件放电；所述线圈组件经高压二极管与高压导线相连；点火线圈通过高压导线与火花塞相连。

根据本发明提供的一种等温放热循环内燃机控制方法，利用上述的等温放热循环内燃机，包括：

燃烧过程步骤：N个所述火花塞在M个点火线圈的控制下按照设定的第一放电策略放电，点燃部分内燃机燃料与空气的混合物，随后N个所述火花塞在M个点火线圈的控制下按照设定的第二放电策略持续放电，燃烧剩余内燃机燃料与空气的混合物，实现热力学等温过程。

优选地，进气冲程步骤：进气门打开，排气门关闭，通过活塞的移动使得第一空间体积增大，从而在气缸内引入外部空气；

压缩冲程步骤：进气门和排气门均关闭，通过活塞的移动使得第一空间的体积减小，内燃机燃料与空气的混合物被压缩；

做功冲程步骤：被点燃的内燃机燃料与空气的混合物产生高温高压气体，推动活塞运动，对外做功；

排热过程步骤：进气门关闭，排气门打开，定容排热；

排气冲程步骤：进气门关闭，排气门打开，通过活塞惯性运动使得第一空间体积减小，排出废气。

优选地，所述第一放电策略和第二放电策略包括单次放电、多次放电以及连续放电中的任一种或任多种组合。

优选地，所述燃烧过程步骤中等温过程的放热率可以通过如下公式计算得到：

其中，Q为等温放热过程中放出的热量，为曲轴转角，R为理想气体常数，K为常数，S为活塞顶部面积，V₀为上止点时第一空间体积，λ为连杆比，为压缩上止点时曲轴转角。