[發明專利]以氧氣為氧化劑的烴類燃料點燃式零氮轉子機及其控制方法

有效

• 申請號: 201811648344.8
• 申請日: 2018-12-30
• 公開（公告）號: CN109681318B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 紀常偉;馬澤東;汪碩峰;楊金鑫;徐溥言;蘇騰
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F02D41/00
• 分類號: F02D41/00;F02B53/00;F02B53/10;F02B53/02;F02D41/14;F02M26/19;F02M26/47;F02M26/46;F02M26/23
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明設計了以氧氣為氧化劑的烴類燃料點燃式零氮轉子機及其控制方法，以發動機的轉速為信號，結合氧濃度傳感器(7)、CO濃度傳感器(14)的信號，調節燃料流量計(3)、位于氧氣輸送管路中的氧氣流量調節器(9)、氣體流量調節器(15)，使轉子發動機的過氧濃度系數維持在一個合適的區間，提升發動機的燃燒效率，采用純氧進氣的方式除去進氣中的氮氣，改善轉子機的排放性能，實現轉子機零氮排放。由于該裝置采用清潔氧化劑，克服了傳統發動機進氣中氮氣在缸內高溫環境中生成氮氧化物(NOx)的缺點；因此實現了發動機零排放。

技術領域

本發明提供了一種以氧氣為氧化劑的烴類燃料點燃式零氮轉子機控制方法，涉及轉子發動機純氧燃燒及烴類燃料的供給方法，屬于內燃機領域。

背景技術

隨著環境問題越來越受到廣大人民的重視，各國對污染的監控也越來越嚴格。汽車尾氣排放在這種環境下也被推到了前臺，各國都相繼推出了相關法規來限制汽車尾氣的排放。因此，降低發動機油耗和排放已經成為了當前內燃機領域的主流研究方向。

與往復式活塞機相比，轉子發動機具有體積小、重量輕、結構簡單，功重比大等優點，世界各國已將轉子機廣泛應用于無人機、軍用特種車輛、海軍陸戰隊登陸艇、小型船舶和輕便式發電機等領域。然而，轉子機也存在著燃油經濟性差和排放高等問題，造成這些問題的主要原因是轉子機狹長的燃燒室結構不利于燃料的快速、完全燃燒，較高的面容比增加了壁面淬息的問題，以及線密封形式導致較高的漏氣率等。隨著排放法規的日益嚴格，轉子發動機也面臨著節能減排的問題。

轉子機的排放物主要有NO_X、PM、HC、CO等，內燃機中NO_X的生成主要有兩種方式：熱力型和燃料型。在汽油機中，NO_X的主要來源是參與燃燒的空氣中的氮。空氣中含有21％的氧氣和79％的氮氣，二者在內燃機燃燒室內發生化學反應生成NO_X，形成內燃機的排放物。如果將空氣中的氮氣除去，則可以避免NO_X的生成。但使用純氧燃燒會產生高溫，降低燃燒的穩定性，且不利于熱量的快速釋放，容易產生爆震。所以將燃燒后的廢氣再循環與供氧裝置相結合，降低進氣道內氧氣含量，并精確控制氧氣與烴類燃料的濃度，實現轉子機的零氮排放。

發明內容

為了改善轉子內燃機的排放特性，本發明提供了一種以氧氣為氧化劑的烴類燃料點燃式零氮轉子機控制方法，并采用廢氣再循環的方式調節進氣道中氧氣濃度，提升其燃燒穩定性。

本發明解決上述技術問題是通過以下技術方案解決的：

一種以氧氣為氧化劑的烴類燃料點燃式零氮轉子機及其控制方法，具體設及純氧的供給裝置與循環廢氣的控制方法。裝置包括：烴類燃料儲存罐1，儲存罐的出口與油泵2，燃料流量計3、安裝在進氣道上的燃料噴嘴5串聯連接，發動機排氣管上依次安裝CO濃度傳感器14、廢氣循環閥13、冷凝器12、溫度傳感器8、氧濃度傳感器7、穩壓混合罐6，氧氣從氧氣儲存罐11中出來后依次經過氧氣管路減壓閥10、氧氣流量調節器9，與循環廢氣混合經穩壓混合罐6后經進氣道進入燃燒室，排氣管上還安裝氣體流量調節器15。ECU4通過火花塞式缸壓傳感器16與電荷放大器17控制發動機點火。冷凝器12對燃燒產生的廢氣經進行冷卻降溫。

一種以氧氣為氧化劑的烴類燃料點燃式零氮轉子機包括以下控制過程。

1)ECU4接收來自曲軸傳來的轉速信號，當轉速低于怠速轉速時，關閉廢氣循環閥13，打開氣體流量計15，使發動機燃燒產生的廢氣直接排入大氣中。ECU4接收氧濃度傳感器7中的信號，氧氣流量調節器9調節氧氣的輸送量，燃料流量計3控制燃料的流量，使得過氧濃度系數小于1，燃料與氧氣形成的混合氣在濃燃條件下進行燃燒。實現發動機的快速啟動。此時燃燒產生的廢氣直接排入大氣中。