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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811648339.7 (22)申请日 2018.12.30 (71)申请人 北京工业大学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园100号 (72)发明人 纪常伟 杨金鑫 汪硕峰 马泽东 徐溥言 苏腾 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 11203 代理人 刘萍 (51)Int.Cl. F02B 53/02(2006.01) F02B 53/10(2006.01) F02B 53/12(2006.01) (54)发明名称 一种氢气缸内直喷转子机及其控制。
2、方法 (57)摘要 本发明设计了一种氢气缸内直喷转子机及 其控制方法， 以火花塞式缸压传感器与CO浓度传 感器的信号为依据， 调节氢气的喷射时刻与喷射 量， 利用氢气缸内直喷技术改善汽油转子机的燃 烧过程， 提升转子机的性能， 降低发动机排放物 中的CH与CO排放。 同时， 根据发动机的工况调节 汽油的喷射量， 使得汽油与氢气的混合气在能够 充分燃烧。 与现有技术相比， 本发明利用缸内直 喷氢气改善转子机的燃烧效果， 提升转子机性能 的同时降低排气中有害物的排放， 具有一定的创 新性和应用前景。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 109404123 A 2019.03.01 CN 1。
3、09404123 A 1.一种氢气缸内直喷转子机， 其特征在于， 包括： 氢气储存罐(1)、 氢气从储存罐中出来 后依次经过位于氢气管路上的减压阀(2)、 氢气流量调节计(5)， 阻燃阀(6)后， 经位于气缸 壁面上的氢气喷嘴(7)进入燃烧室参与燃烧， 汽油从汽油储存罐(14)中抽出， 经油泵(13)及 汽油流量计(12)及阻燃阀(10)之后， 经安装在进气道上的汽油喷嘴(9)喷入进气道内， 与空 气混合后进入燃烧室参与燃烧， 进气道上还安装有空气流量计(11)， 排气管上安装有CO浓 度传感器(15)， ECU(8)接收来自CO浓度传感器(15)、 火花塞式缸压传感器(4)传递的信号， 并调。
4、节各个流量计的大小， 向与火花塞式缸压传感器(4)串联的电荷放大器(3)中发送信 号， 控制发动机的点火。 2.根据权利要求1所述的一种氢气缸内直喷转子机控制方法， 其特征在于： 当转子发动机工作后， ECU(8)接收来自曲轴传来的转速信号， 当转速低于怠速转速时， 关闭减压阀(2)， 使得喷入气缸内的氢气质量为0， 此时， 油泵(13)将汽油储存罐(14)中的汽 油抽出， 经过汽油流量计(12)与阻燃阀(10)之后， 从汽油喷嘴(9)喷入进气道内， 与空气混 合后进入燃烧室参与燃烧， 汽油流量计(12)控制输送管路中汽油的流量， 火花塞式缸压传 感器(4)接收到信号， 进行点火， 同时， E。
5、CU(8)接收来自空气流量计(11)传递来的空气流量 信号， 调节汽油流量计(12)， 调节汽油的供给量， 使得混合气按浓燃条件进行燃烧， 实现发 动机的启动， 此时CO浓度传感器(15)不工作， 处于关闭状态， 燃烧产生的废气直接排入大气 中； 当发动机转数在怠速转速至最大转速之间时， ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号， 氢气 储存罐(1)中的氢气经减压阀(2)、 氢气流量计(5)、 阻燃阀(6)后， 由氢气喷嘴(7)进入燃烧 室参与燃烧， 同时， ECU(8)向汽油流量计(12)传递信号， 减少汽油的供给量， 同时结合空气 流量计(11)传递过来的空气流量信号， 使氢-汽-空混合气按。
6、照稀薄燃烧条件进行燃烧， 随 着氢气喷射量的增加， 缸内压力逐渐上高； CO浓度传感器(15)检测排气道中CO的浓度并传 递至ECU(8)， 当排气道中CO浓度不断降低时， ECU(8)氢气流量计(5)传递信号， 增加氢气的 供给量， 当CO浓度传感器(15)检测到排气道中CO浓度开始上升时， ECU(8)向氢气流量计(5) 传递信号， 停止增加氢气流量， 使喷入燃烧室内氢气的量稳定在CO浓度开始上升时所对应 的值； 当发动机转速高于最高转速时， ECU(8)向火花塞式缸压传感器(4)传递信号， 停止点 火， 同时， 停止汽油与氢气的供给。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 10940。
7、4123 A 2 一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法 技术领域 0001 本发明提供了一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法。 涉及转子发动机燃料供给 及燃烧优化， 属于内燃机领域。 背景技术 0002 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， 降低发动机油耗和排放已经成为了当前内燃机领域的主流研究方向。 0003 与往复式活塞机相比， 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。
8、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。 随着排放法规的日益严格， 转 子发动机也面临着节能减排的问题。 0004 掺氢可以有效改善汽油转子机的燃烧性能， 但进气道喷氢会降低汽油/空气混合 气的质量分数， 导致充气效率降低。 通过缸内直喷氢气的方法来解决进气道掺氢的缺点， 进 而提升转子机的燃烧效率。 由于转子机独特的燃烧室结构， 在压缩过程中燃烧室内会出现 一个与转子旋转方向相同的主流流场。
9、， 在该流场的影响下， 与转子旋转方向相同的火焰传 播会被促进， 反之则被抑制， 进而导致在燃烧室尾端存在一定量未燃混合气， 造成了环境污 染。 利用氢气直喷可以引燃未燃混合气， 提高转子机的燃烧特性与排放特性。 发明内容 0005 为了改善转子内燃机的排放特性， 本发明提供了一种氢气缸内直喷转子机及其控 制方法， 通过氢气缸内直喷引燃未燃混合气， 改善转子机的燃烧与排放特性 0006 本发明解决上述结束问题是通过以下技术方案解决的： 0007 一种氢气缸内直喷转子机包括： 氢气储存罐(1)、 氢气从储存罐(1)中出来后依次 经过位于氢气管路上的减压阀(2)、 氢气流量调节计(5)， 阻燃阀(。
10、6)后， 经位于气缸壁面上 的氢气喷嘴(7)进入燃烧室参与燃烧， 汽油从汽油储存罐(14)中抽出， 经油泵(13)、 汽油流 量计(12)及阻燃阀(10)之后， 经安装在进气道上的汽油喷嘴(9)喷入进气道内， 与空气混合 后进入燃烧室参与燃烧， 进气道上还安装有空气流量计(11)， 排气管上安装有CO浓度传感 器(15)， ECU(8)接收来自CO浓度传感器(15)、 火花塞式缸压传感器(4)传递的信号， 并调节 各个流量计的大小， 向与火花塞式缸压传感器(4)串联的电荷放大器(3)中发送信号， 控制 发动机的点火。 0008 一种氢气缸内直喷转子机控制方法如下： 0009 当转子发动机工作后。
11、， ECU(8)接收来自曲轴传来的转速信号， 当发动机转数低于 怠速转速时， 关闭减压阀(2)， 使得喷入气缸内的氢气质量为0， 此时， 油泵(13)将汽油储存 说 明 书 1/3 页 3 CN 109404123 A 3 罐(14)中的汽油抽出， 经过汽油流量计(12)与阻燃阀(10)之后， 从汽油喷嘴(9)喷入进气道 内， 与空气混合后进入燃烧室参与燃烧， 汽油流量计(12)控制输送管路中汽油的流量， 火花 塞式缸压传感器(4)接收到信号， 进行点火， 同时， ECU(8)接收来自空气流量计(11)传递来 的空气流量信号， 调节汽油流量计(12)， 调节汽油的供给量使混合气按浓燃条件进行燃。
12、烧， 实现发动机的启动， 此时CO浓度传感器(15)不工作， 处于关闭状态， 燃烧产生的废气直接排 入大气中。 0010 发动机转数在怠速转速至最大转速之间时， ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号， 氢 气储存罐(1)中的氢气经减压阀(2)、 氢气流量计(5)、 阻燃阀(6)后， 由氢气喷嘴(7)进入燃 烧室参与燃烧， 同时， ECU(8)向汽油流量计(12)传递信号， 减少汽油的供给量， 同时结合空 气流量计(11)传递过来的空气流量信号， 使氢-汽-空混合气按照稀薄燃烧条件进行燃烧， 随着氢气喷射量的增加， 缸内压力逐渐上高。 CO浓度传感器(15)检测排气道中CO的浓度并 传递至EC。
13、U(8)， 当排气道中CO浓度不断降低时， ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号， 增加氢 气的供给量， 当CO浓度传感器(15)检测到排气道中CO浓度开始上升时， ECU(8)向氢气流量 计(5)传递信号， 停止增加氢气流量， 使喷入燃烧室内氢气的量稳定在CO浓度开始上升时所 对应的值， 保证燃料的燃烧效率最高， 产生的有害排放最少。 0011 当发动机转速大于最大转速时， ECU(8)向火花塞式缸压传感器(4)传递信号， 停止 点火， 同时， 停止汽油与氢气的供给。 0012 额定转速、 最高转速是本行业内的基础知识， 额定转速指发动机在额定功率下的 转速， 最高转速指在特定条件下， 发。
14、动机转速能够达到的最大值， 长时间处于最大转速会损 坏发动机。 0013 本发明的特点及有益效果为， 针对转子发动机高排放的问题， 提供了一种氢气缸 内直喷转子机及其控制方法， 利用氢气火焰传播速度快的优点， 通过缸内直喷的方法引燃 燃烧室内的未燃混合气， 同时， 位于排气口的CO浓度传感器(15)检测CO浓度并将信号传递 给ECU(8)， 并依据此信号调节氢气喷射量， 使得喷入燃烧室内的氢气量式中维持在一个最 优值， 优化转子机的燃烧与排放特性。 当转子机超过危险转速时， ECU(8)停止发送点火信号 并停止燃料供应， 发动机停止工作。 附图说明 0014 图1.本发明的结构和工作原理图 0。
15、015 图中： 氢气储存罐1、 减压阀2、 电荷放大器3、 火花塞式缸压传感器4、 氢气流量调节 剂5， 阻燃阀6、 氢气喷嘴7、 ECU8、 汽油喷嘴9、 阻燃阀10、 空气流量计11， 汽油流量计12， 油泵 13、 汽油储存罐14、 CO浓度传感器15。 具体实施方式 0016 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： 0017 如图1包括： 氢气储存罐(1)、 氢气从储存罐中出来后依次进过位于氢气管路上的 减压阀(2)、 氢气流量计(5)， 阻燃阀(6)后， 经位于气缸壁面上的氢气喷嘴(7)进入燃烧室参 与燃烧， 汽油从汽油储存罐(14)中抽出， 经油泵(13)、 汽油流量。
16、计(12)及阻燃阀(10)之后， 经安装在进气道上的汽油喷嘴(9)喷入进气道内， 与空气混合后进入燃烧室参与燃烧， 进气 说 明 书 2/3 页 4 CN 109404123 A 4 道上还安装有空气流量计(11)， 排气管上安装有CO浓度传感器(15)， ECU(8)接收来自CO浓 度传感器(15)、 火花塞式缸压传感器(4)传递的信号， 并调节各个流量计的大小， 向与火花 塞式缸压传感器(15)串联的电荷放大器(3)中发送信号， 控制发动机的点火。 0018 一种氢气缸内直喷转子机包括以下控制方法： 0019 当转子发动机工作后， ECU(8)接收来自曲轴传来的转速信号， 当转速1200r。
17、pm时， 关闭减压阀(2)， 使得喷入气缸内的氢气质量为0， 此时， 油泵(13)将汽油储存罐(14)中的汽 油抽出， 经过汽油流量计(12)与阻燃阀(10)之后， 从汽油喷嘴(9)喷入进气道内， 与空气混 合后进入燃烧室参与燃烧， 汽油流量计(12)控制输送管路中汽油的流量， 火花塞式缸压传 感器(4)接收到信号， 进行点火， 同时， ECU(8)接收来自空气流量计(11)传递来的空气流量 信号， 调节汽油流量计(12)， 调节汽油的供给量， 使混合气按浓燃条件进行燃烧， 实现发动 机的启动， 此时CO浓度传感器(15)不工作， 处于关闭状态， 燃烧产生的废气直接排入大气 中。 0020 当。
18、发动机转数在1200rpm到12000之间时， ECU(8)向氢气流量计(5)传递信号， 氢气 储存罐(1)中的氢气经减压阀(2)、 氢气流量计(5)、 阻燃阀(6)后， 由氢气喷嘴(7)进入燃烧 室参与燃烧， 同时， ECU(8)向汽油流量计(12)传递信号， 减少汽油的供给量， 同时结合空气 流量计(11)传递过来的空气流量信号， 使混合气与空气按照稀薄燃烧的比例进行燃烧(当 量比在0.5-1之间)， 随着喷氢量的增加， 缸内压力逐渐上高。 CO浓度传感器(15)检测排气道 中CO的浓度并传递至ECU(8)， 当排气道中CO浓度不断降低时， ECU(8)向氢气流量计(5)传递 信号， 增加。
19、氢气的供给量， 当CO浓度传感器(15)检测到排气道中CO浓度开始上升时， ECU(8) 向氢气流量计(5)传递信号， 停止增加氢气流量， 使喷入燃烧室内氢气的量稳定在CO浓度开 始上升时所对应的值， 保证燃料的燃烧效率最高， 产生的有害排放最少。 0021 当发动机转速大于1200rpm时， ECU(8)向火花塞式缸压传感器(4)传递信号， 停止 点火， 同时， 停止汽油与氢气的供给。 0022 额定转速、 最高转速是本行业内的基础知识， 额定转速指发动机在额定功率下的 转速， 最高转速指在特定条件下， 发动机转速能够达到的最大值， 长时间处于最大转速会损 坏发动机。 说 明 书 3/3 页 5 CN 109404123 A 5 图1 说 明 书 附 图 1/1 页 6 CN 109404123 A 6 。