[發明專利]一種自由活塞發動機啟動過程控制方法

有效

• 申請號: 201811564467.3
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109736957B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 徐照平;劉東;劉梁
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: F02D29/06
• 分類號: F02D29/06;F02N11/04;F02N11/08;F02B71/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

本發明公開了一種自由活塞發動機啟動過程控制方法。在其啟動過程中，對其缸內壓力信號和活塞運動信號進行檢測，控制器根據信號算出當前的缸內循環指示功，判斷啟動時的燃燒狀態，對電機的工作模式進行調節，保證在缸內出現失火、后燃以及燃燒壓力不足的不正常燃燒情況下，運動組件都能按照控制要求到達預定的沖程終點位置，完成自由活塞發動機的冷機啟動。上述的控制方法，可以保證自由活塞發動機穩定高效啟動。

技術領域

本發明屬于活塞發動機技術領域，特別涉及一種自由活塞發動機啟動過程控制方法。

背景技術

自由活塞發動機是目前一種新型的能量轉換系統，不同于傳統的內燃機，自由活塞發動機去除了傳統的曲柄連桿機構，其活塞的運動相對自由。這帶來了壓縮比可變、摩擦損耗小、燃料普適性強等一系列優勢。目前已經有大量仿真和試驗室原理性樣機證明，自由活塞發動機相對于傳統發動機在效率和環保型上有著顯著優勢。

目前常見的自由活塞發動機有單活塞、雙活塞和對置活塞三種形式，主要部件有內燃機、電機構成，單活塞式自由活塞發動機由于結構不對稱還有回復裝置。

單活塞式自由活塞發動機的具體結構如圖1所示，其機械結構通常由掃氣室6、活塞組件7、燃燒室8、點火線圈9和噴油嘴10組成的內燃機部分、電機部分5以及回復裝置4組成。

在冷機啟動時，電機部分5的電機動子驅動活塞壓縮回復裝置4到達下換向點，而后活塞組件7在回復裝置4的推動下進行壓縮沖程，噴油嘴10在壓縮沖程中按照控制器信號進行噴油；而后點火線圈9對缸內混合氣進行點燃，進行膨脹沖程。

目前自由活塞發動機的穩定高效啟動是當下亟需解決的一個重點問題，由于自由活塞發動機冷機啟動的燃燒環境不好，容易出現失火與不充分燃燒的現象。當缸內出現失火或者不充分燃燒時，現有的控制策略難以準確判斷此時缸內是否燃燒，從而無法對電機的工作模式進行控制；啟動過程中的燃燒變化范圍較大，燃燒的好壞決定了電機發電量的多少，準確判斷燃燒狀態從而對活塞的運動進行有效的主動控制也是當前啟動過程控制策略的難點之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穩定高效啟動自由活塞發動機的控制方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種自由活塞發動機啟動過程控制方法，包括以下步驟：

10)采集發動機信號:實時采集活塞運動的位移信號和缸內壓力信號，具體包括：

11)全程實時監測活塞的位移信號和缸內壓力信號；

12)對位移信號進行計算得到活塞運動速度信號；

20)驅動過程：將活塞驅動至壓縮沖程始點，具體包括：

21)電機以電動模式工作，驅動活塞從初始位置運動；

22)根據位移信號對活塞的位置進行判斷，若到達預定的壓縮沖程起點，則開始壓縮沖程循環；

23)若沒有到達預定的壓縮沖程起點，則電機繼續驅動活塞運動；

30)壓縮沖程：自由活塞發動機開始壓縮沖程工作循環，具體包括：

31)控制器根據活塞的位置給定當前循環壓縮沖程的電機發電量；

32)當活塞運動到預定位置時，控制器給出噴油點火信號；

33)活塞在所給發電量的控制下，到達預定的壓縮沖程終點位置，同時根據活塞速度信號判斷，若速度反向則自由活塞發動機開始進行膨脹沖程；

34)若活塞速度信號未反向，則繼續壓縮沖程；

40)膨脹沖程：自由活塞發動機開始膨脹沖程工作循環，具體包括：