[发明专利]一种动态改变燃烧室容积的活塞式内燃机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及热力学的循环领域，尤其涉及一种随燃料供给量的变化而动态改变燃烧室容积的活塞式内燃机控制方法。

背景技术

活塞式内燃机的压缩、燃料燃烧、做功等过程都是在同一带有活塞的气缸内进行的，结构紧凑。活塞式内燃机按所使用的燃料分为：煤气机、汽油机和柴油机；按点火方式分为：点燃式和压燃式两大类。点燃式内燃机吸入燃料和空气的混合气，经压缩后由电火花点燃；压燃式内燃机吸入的仅仅是空气，经压缩后使空气的温度上升到燃料自燃的温度，再喷入燃料燃烧。煤气机、汽油机属于点燃式内燃机，而柴油机则是压燃式内燃机。活塞式内燃机完成一个循环，需要“吸气”、“压缩”、“燃烧及膨胀”、“排气”四个确定的行程。

现有的内燃机循环都是开放式的，吸入空气后经过和燃料的混合、燃烧，燃气膨胀做功后以废气的形式排入大气，下一循环要另行吸入新鲜空气。燃烧、排气都是不可逆过程，而且燃气的质量和成分与空气明显不同。工程热力学中引用“空气标准假设”，把实际开式循环抽象成闭式的以空气为工质的理想循环，并按不同燃烧方式归纳成三类理想循环：定容加热理想循环、定压加热理想循环和混合加热理想循环。

例如，点燃式内燃机在实际工作过程中，根据转速及燃料供给速率控制节气门的大小，从而控制混合气中的燃料浓度和混合气进入燃烧室的速率；当排气行程结束、吸气行程开始时刻，受曲轴旋转角度控制的进气阀被打开，混合气开始进入燃烧室；当吸气行程临近结束之时，进气阀被关闭，吸气行程结束，压缩行程开始；压缩行程临近结束之时刻，控制火花塞点燃压缩后的混合气，进入燃烧及膨胀行程；燃烧及膨胀行程临近结束的时候，打开排气阀，进入排气行程；排气行程结束时，关闭排气阀。此后进入下一个循环。

在整个过程中，燃烧室的容积，是固定不可调整的，其它类型活塞式内燃机，如，压燃式活塞内燃机在工作过程中，燃烧室的容积都是固定不变的。

同时，现有的内燃机循环理论，包括混合加热理想可逆循环、定压加热理想可逆循环、定容加热理想可逆循环，其中，定压加热理想可逆循环和定容加热理想可逆循环都是混合加热可逆循环在一定条件下的特例。混合加热循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高，这是因为随压缩比ε和定容增压比λ的增大，循环平均吸热温度提高而循环平均放热温度不变，故热效率提高；混合加热循环的热效率随定压预胀比p的增加而降低，这是因为定容线比定压陡，故加大定压加热份额造成的循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快，故而热效率反而降低；定压加热理想可逆循环在重负荷下，实际柴油机的内部热效率要降低。除p的影响外，还有绝热指数K的影响，当温度升高时，气体的K相应地变小，热效率也会降低；定容加热理想可逆循环的热效率随着压缩比ε的增大而提高，当提高压缩比而循环的最高温度不变时，循环的平均吸热温度增高，平均放热温度降低，循环的热效率也相应提高；循环热效率也与指数K有关，而K值随气体温度增大而减小，使效率降低。

通过对上述三种循环的理论和实现方法分析后发现，现代内燃机一直工作于富氧燃烧的状态，以使燃料充分燃烧。但是在大多数工况时效率并不能够达到最佳。即使是最高的工作效率，也还有较大的提升空间。其根本原因在于：①过量的空气供应量，会使点燃后气体的定容增加比和定压预胀比不佳，没有充分利用燃烧的化学能；②没有精细控制每一次燃烧的条件和手段，不能使点燃时的初始压力达到可用的最大值，也就不能使定容增加比和定压预胀比达到最佳状态。③原来的循环理论没有针对工况变化的动态分析，缺少进一步提高效率的理论支持。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态改变燃烧室容积的活塞式内燃机控制方法，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种动态改变燃烧室容积的活塞式内燃机控制方法，其过程为：其根据燃料供给量的变化而动态改变燃烧室容积，其基于等效吸气行程小于排气行程的理论实现，其过程为：

步骤a，检测、计算、核定控制量；检测燃料供给量，根据点燃时的固定的空燃比，计算、核定所需空气总量；

步骤b，计算、控制燃烧室的容积；根据上述空气供给量，结合以大气压为参考的空气压缩比，计算并控制燃烧室的容积，以获得最大点燃初始压力；

步骤c，控制进入的空气总量；吸气行程开始时，控制进气阀开通的时长或者进气压力，控制进气总量，以获得最佳的点燃参数。

进一步，上述步骤a的具体过程为：