[发明专利]可控压升率的零氮烃类燃料点燃式转子机及其控制方法

说明书

本发明设计了一种可控压升率的零氮烃类燃料点燃式转子机及其控制方法，具体包括：以发动机燃烧室内的压力升高率为触发信号，通过调节氧气与氩气流量调节器，改变进气道中氧气与氩气的比例，利用氩气稀释进入燃烧室内氧气的浓度，从而控制燃烧室内的压力升高率，解决纯氧发动机燃烧过于剧烈的问题。同时，采用氩‑氧混合气代替空‑氧混合气，去除进气中的氮气，利用纯氧进气降低排放物中的CH与CO浓度的同时，实现零氮排放点燃式转子机控制方法。与现有技术相比，本发明所述的控制方法在提升转子机动力性及排放性的前提下，控制了发动机的压升率，具有一定的创新性和应用前景。

技术领域

本发明提供了一种可控压升率的零氮烃类燃料点燃式转子机及其控制方法，涉及转子发动机压升率的控制方法，属于内燃机领域。

背景技术

转子发动机具有体积小、重量轻、结构简单，功重比大等优点，世界各国已将转子机广泛应用于无人机、军用特种车辆、海军陆战队登陆艇、小型船舶和轻便式发电机等领域。然而，转子机也存在着燃油经济性差和排放高等问题，造成这些问题的主要原因是转子机狭长的燃烧室结构不利于燃料的快速、完全燃烧，较高的面容比增加了壁面淬息的问题，以及线密封形式导致较高的漏气率等。随着环境问题越来越受到广大人民的重视，各国对污染的监控也越来越严格。汽车尾气排放在这种环境下也被推到了前台，各国都相继推出了相关法规来限制汽车尾气的排放。因此，节能减排成了限制转子发动机发展的主要问题。

转子机中NO_X的生成主要有两种方式：热力型和燃料型。在汽油机中，NO_X的主要来源是参与燃烧的空气中的氮。空气中的氮气不参与燃烧，所以将空气中的氮气除去(采用纯氧作为发动机进气气体)，则可以避免NO_X的生成。但使用纯氧与燃料混合，如果混合气浓度适当，在着火以前，形成了大量具有合适浓度的预混合气，在滞燃期内形成的混合气点火后迅速燃烧，加之上止点附件燃烧室容积很小，导致燃烧压力急剧增高。过大的压力升高导致燃烧噪音，发动机振动增加，影响发动机可靠性。此外，压力升高率过大也会使压力波动增加，同时诱发早燃、回火等异常燃烧。随着过量空气系数的增大，混合气变稀，压力升高率迅速减小。所以，在去除空气中的氮气后，检测燃烧室内的压升率，并采用氩气调节进气道中氧气的浓度，从而控制氧气与燃料的比值，控制燃烧反应速度，进而控制转子机的压升率，实现一种压升率可控的烃类燃料点燃式转子发动机。

发明内容

为了改善转子内燃机的排放特性，本发明提供了一种可控压升率的零氮烃类燃料点燃式转子机控制方法。利用氩气改变进气道中氧气的比例，从而控制发动机燃烧室内的压升率。

本发明解决上述问题是通过以下技术方案解决的：

一种可控压升率的零氮烃类燃料点燃式转子机包括：氩气储存罐(1)，氩气泄压阀(2)，氩气流量计(3)，烃类燃料储存罐(4)，安装在输油管路上的油泵(5)，燃料流量计(6)，安装在进气管内的喷油嘴(8)，氧气储存罐(12)中的气体进过氧气管路减压阀(11)、氧气流量调节器(10)之后与来自排气管中的循环废气混合，混合气与来自氩气储存罐(1)中的气体在稳压混合罐(9)中混合后进入转子机燃烧室内，废气循环管道上依次安装废气循环阀(16)、冷凝器(15)、温度传感器(14)，氧浓度传感器(13)等装置，在排气管还设有排气背压阀(17)与大气相连通，火花塞式缸压传感器(18)、电荷放大器(19)。控制：以发动机燃烧室内的压力升高率为触发信号，ECU(7)根据自火花塞式缸压传感器(18)传来的缸压信号，向氧气流量调节器(10)，氩气流量计(6)发送信号，调节进气道中氧气与氩气的比例，从而控制转子发动机的压升率。同时，ECU(7)接收安装在排气道处的氧浓度传感器(13)传递来的信号，调节废气循环阀(16)与排气背压阀(17)的开闭程度，从而调节废气循环量，保证发动机稳定工作。实现一种压升率可控的烃类燃料点燃式零氮排放转子发动机。

一种可控压升率的零氮烃类燃料点燃式转子机控制方法包括以下控制过程：