一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)包括天然氣供給設(shè)備、氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)、氧氣供給設(shè)備、氬氣循環(huán)處理設(shè)備和電控設(shè)備，所述的天然氣供給設(shè)備與氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)連接，所述的氧氣供給設(shè)備和氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)分別與氬氣循環(huán)處理設(shè)備連接，所述的電控設(shè)備分別與天然氣供給設(shè)備、氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)、氧氣供給設(shè)備和氬氣循環(huán)處理設(shè)備連接，所述的氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)和氬氣循環(huán)處理設(shè)備形成氬氣循環(huán)回路，氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)燃燒排出的廢氣經(jīng)過氬氣循環(huán)處理設(shè)備除去水蒸汽、二氧化碳后再次循環(huán)利用其中的氬氣，最后進(jìn)過凈化的廢氣與氧氣混合回到氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)燃燒，并且當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的氬氣出現(xiàn)泄漏時(shí)，對整個(gè)系統(tǒng)補(bǔ)充氬氣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有安全可靠、節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，尤其是涉及一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及其控制方法

【背景技術(shù)】
[0002]以惰性氣體氬氣為工作氣體的工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，國外已經(jīng)進(jìn)行了一定的研究。1978年,James C.Fletcher, Rollin K.Reynolds首先提出了一種用于發(fā)電的氫燃料柴油機(jī)專利，申請?zhí)?718268。Ar和O2通過化油器混合后進(jìn)入氣缸，通過噴射閥將H2噴進(jìn)氣缸內(nèi)燃燒。廢氣(主要由水蒸氣、殘留的O2和Ar組成)通過冷凝器進(jìn)入氣水分離器進(jìn)行分離并循環(huán)。廢氣中的碳酸鹽和未燃碳?xì)浠衔?來自于潤滑油)通過吸附過濾器濾除，未燃H2通過催化器處理或采取少噴H2的方法解決。但是在該專利中在內(nèi)燃機(jī)外的氬循環(huán)回路直接將內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣門連接，壓力波在回路中震蕩，會(huì)對內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣造成影響；另夕卜，該專利沒有氬氣收集裝置，一旦氬氣量補(bǔ)充過多，沒有辦法回收循環(huán)系統(tǒng)中的氬氣。
[0003]2006年9月12日，豐田自動(dòng)車株式會(huì)社提出了車用氬循環(huán)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制方法的專利。申請?zhí)?200680006642.6。該發(fā)明主要由氫和氧供給部分、氬供給量調(diào)節(jié)部分、電控單元等組成。氫和氧的供給量根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩來確定。該專利可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)矩來控制氬氣的供給量，同時(shí)起到補(bǔ)充因泄露造成的氬氣損失，可以分離燃燒后工作氣體中的H20。但是該專利不能分離燃燒后工作氣體中的CO2,也不能避免進(jìn)排氣過程在發(fā)動(dòng)機(jī)外氬循環(huán)回路中造成相互影響。
[0004]Shinichi Mitani, Shizuoka-ken在2010年提出了帶有廢氣后處理的気循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的專利。該發(fā)明與之前的氬循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)相似，所不同的是系統(tǒng)中多了一個(gè)廢氣(CO2)處理部分。同樣，該專利的缺點(diǎn)也是不能避免進(jìn)排氣過程在氬循環(huán)回路中的相互影響。
[0005]在本專利中，專利設(shè)計(jì)了在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管前安裝電子節(jié)氣門，以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的作用。在氬氣循環(huán)回路中安裝工作氣體循環(huán)收集裝置，不僅可以根據(jù)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)進(jìn)入混合室內(nèi)工作氣體的量，保持混合室內(nèi)壓力穩(wěn)定；而且，還可以隔離內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣支路，防止進(jìn)、排氣之間的相互影響。專利單獨(dú)設(shè)計(jì)了工作氣體量補(bǔ)充裝置，可以補(bǔ)充因泄露等原因造成的氬氣損失。專利還設(shè)計(jì)了二氧化碳分離裝置，可以使工作氣體和CO2氣體分離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)及其控制方法
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，包括天然氣供給設(shè)備、氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)、氧氣供給設(shè)備、氬氣循環(huán)處理設(shè)備和電控設(shè)備，所述的天然氣供給設(shè)備與氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)連接，所述的氧氣供給設(shè)備和氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)分別與氬氣循環(huán)處理設(shè)備連接，所述的電控設(shè)備分別與天然氣供給設(shè)備、氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)、氧氣供給設(shè)備和氬氣循環(huán)處理設(shè)備連接，所述的氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)和氬氣循環(huán)處理設(shè)備形成氬氣循環(huán)回路，氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)燃燒排出的廢氣經(jīng)過氬氣循環(huán)處理設(shè)備除去水蒸汽、二氧化碳后再次循環(huán)利用其中的氬氣，最后進(jìn)過凈化的廢氣與氧氣混合回到氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)燃燒，并且當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的氬氣出現(xiàn)泄漏時(shí)，對整個(gè)系統(tǒng)補(bǔ)充氬氣。
[0009]所述的氬氣循環(huán)處理設(shè)備包括依次連接的冷凝裝置、二氧化碳捕集器、氬氣循環(huán)收集補(bǔ)充裝置和混合室，所述的氧氣供給設(shè)備與混合室連接。
[0010]所述的氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)包括氣缸、曲軸、活塞、燃燒室、進(jìn)氣口和出氣口，所述進(jìn)氣口上設(shè)有進(jìn)氣閥，所述的出氣口上設(shè)有出氣閥，所述的進(jìn)氣閥和出氣閥與電控設(shè)備連接。
[0011]所述的天然氣供給設(shè)備包括依次連接的天然氣瓶、天然氣穩(wěn)壓腔和天然氣噴閥，所述的天然氣穩(wěn)壓腔入口處設(shè)有天然氣壓力調(diào)節(jié)閥，內(nèi)部設(shè)有壓力傳感器，所述的天然氣噴閥、天然氣壓力調(diào)節(jié)閥和天然氣壓力傳感器分別與電控設(shè)備連接。
[0012]所述的氧氣供給設(shè)備包括依次連接的氧氣瓶、氧氣穩(wěn)壓腔和氧氣噴閥，所述的氧氣穩(wěn)壓腔入口處設(shè)有氧氣壓力調(diào)節(jié)閥，內(nèi)部設(shè)有氧氣壓力傳感器，所述的氧氣噴閥、氧氣壓力調(diào)節(jié)閥和氧氣壓力傳感器分別與電控設(shè)備連接。
[0013]所述的氬氣循環(huán)收集補(bǔ)充裝置包括通過管道連接的氬氣補(bǔ)充罐和氬氣緩沖罐，所述的連接管道上設(shè)有氬氣補(bǔ)充閥，所述的氬氣緩沖罐內(nèi)部設(shè)有氬氣壓力傳感器，所述的氬氣緩沖罐通過氣泵與二氧化碳捕集器連接，所述的氬氣緩沖罐出口處設(shè)有氬氣控制閥，所述的氬氣控制閥、氬氣補(bǔ)充閥和氬氣壓力傳感器分別與電控設(shè)備連接。
[0014]所述的混合室包括節(jié)氣門和設(shè)在混合室內(nèi)部的混合壓力傳感器，所述的節(jié)氣門和混合壓力傳感器分別與電控設(shè)備連接。
[0015]所述的電控設(shè)備包括光電編碼器、凸輪軸相位傳感器和電控CPU。
[0016]所述的光電編碼器發(fā)生曲軸旋轉(zhuǎn)單位角度的脈沖信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)，所述的凸輪軸相位傳感器發(fā)生脈沖信號(hào)判斷壓縮上止點(diǎn)。
[0017]一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0018]I)通過凸輪軸相位傳感器測量氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速；
[0019]2)通過節(jié)氣門獲得節(jié)氣門的閥門開度；
[0020]3)根據(jù)氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門的閥門開度計(jì)算出內(nèi)燃機(jī)所需的進(jìn)氣量；
[0021]4)根據(jù)確定的氬氣和氧氣的比例，計(jì)算所需的氧氣的量；
[0022]5)根據(jù)確定的天然氣和氧氣的比例，計(jì)算所需的天然氣的量；
[0023]6)測量混合室內(nèi)混合氣體的實(shí)際壓力值Pmix ；
[0024]7)比較目標(biāo)壓力值Pmix.tgt和實(shí)際壓力值Pmix的大小，若Pmix.tgt = Pfflix,則進(jìn)行步驟10)，若 Pmix.tgt < Pfflix,則進(jìn)行步驟 8)，若 Pmixtgt > Pfflix,則進(jìn)行步驟 9)；
[0025]8)減小氬氣控制閥開度，增大氣泵速度，減少氬氣流入混合室的速度，并且返回步驟6)；
[0026]9)增大氬氣控制閥開度，減小氣泵速度，增加氬氣流入混合室的速度，并且返回步驟6)；
[0027]10) CPU 控制結(jié)束。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0029]一、安全可靠，氬氣循環(huán)處理設(shè)備可以隔離內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣支路，避免了進(jìn)排氣過程在氬循環(huán)回路中的相互影響。
[0030]二、節(jié)能減排，氬氣循環(huán)處理設(shè)備可將廢氣中的水分、二氧化碳和雜物過濾掉，并將廢氣中的氬氣進(jìn)行循環(huán)利用，既節(jié)能又減排。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明的運(yùn)行控制流程圖；
[0033]圖3為本發(fā)明的氧氣噴射流程圖；
[0034]圖4為本發(fā)明的天然氣噴射流程圖；
[0035]圖5為本發(fā)明的氬氣供給量調(diào)節(jié)流程圖；
[0036]圖6為本發(fā)明的氬氣補(bǔ)充控制流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0038]實(shí)施例:
[0039]如圖1所示，此氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括天然氣供給設(shè)備1、氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)2、氧氣供給設(shè)備3、氬氣循環(huán)處理設(shè)備4和電控設(shè)備5，所述的天然氣供給設(shè)備I與氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)2連接，所述的氧氣供給設(shè)備3和氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)2分別與氬氣循環(huán)處理設(shè)備4連接，所述的電控設(shè)備5分別與天然氣供給設(shè)備1、氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)2、氧氣供給設(shè)備3和氬氣循環(huán)處理設(shè)備4連接；該內(nèi)燃機(jī)是工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，它通過在燃燒室內(nèi)燃燒燃料(天然氣等)且使用燃燒生成的熱來加熱膨脹比熱比大于氧氣的惰性氣體從而產(chǎn)生動(dòng)力，然后將燃燒后的氣體排出燃燒室，使燃燒后氣體中的工作氣體經(jīng)過循環(huán)回路，再次進(jìn)入燃燒室。
[0040]氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)2包括氣缸21、曲軸22和在氣缸里做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞23，連接曲軸22和活塞23且使活塞23做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的連桿，氣缸蓋的下表面和氣缸體的壁面以及活塞23的上表面圍成的空間構(gòu)成了燃燒室24。
[0041]進(jìn)氣口 25和出氣口 26與燃燒室24相連，進(jìn)氣口 25與燃燒室24的導(dǎo)通或不導(dǎo)通由進(jìn)氣閥27控制，出氣口 26與燃燒室24的導(dǎo)通或不導(dǎo)通由排氣閥28控制。
[0042]天然氣供給設(shè)備I主要包括:天然氣瓶11、天然氣穩(wěn)壓腔12和天然氣噴閥13，所述的天然氣穩(wěn)壓腔12入口處設(shè)有天然氣壓力調(diào)節(jié)閥14，內(nèi)部設(shè)有壓力傳感器15，所述的天然氣噴閥13、天然氣壓力調(diào)節(jié)閥14和天然氣壓力傳感器15分別與電控設(shè)備5連接。
[0043]天然氣瓶11是天然氣儲(chǔ)存裝置，其中存有一定壓力的天然氣；天然氣壓力調(diào)節(jié)閥14是天然氣的壓力調(diào)節(jié)裝置，對高壓氣瓶中的高壓氣體進(jìn)行減壓調(diào)節(jié)；天然氣穩(wěn)壓腔12可以保持天然氣噴射壓力恒定；天然氣噴閥13可以把所確定量的天然氣直接噴入所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室24 ;壓力傳感器15可以測量穩(wěn)壓腔12之中的天然氣壓力。
[0044]天然氣壓力調(diào)節(jié)閥14是電控可變壓力調(diào)節(jié)器，它根據(jù)電控單元的指令將天然氣壓力調(diào)節(jié)閥14下游的天然氣穩(wěn)壓腔12中的壓力調(diào)整到規(guī)定值。天然氣穩(wěn)壓腔12作用是減少天然氣噴射時(shí)在天然氣通路中產(chǎn)生的壓力波動(dòng)。
[0045]壓力傳感器15安裝在天然氣穩(wěn)壓腔12上，它的作用是為了實(shí)時(shí)監(jiān)測天然氣穩(wěn)壓腔12中的壓力值，并把該壓力值反饋給電控設(shè)備5，以確定是否需要調(diào)節(jié)天然氣壓力調(diào)節(jié)閥14，以把天然氣穩(wěn)壓腔12中的壓力維持在規(guī)定值，保持天然氣噴射壓力的恒定。天然氣噴閥13安裝在燃燒室上，作用是將確定量的天然氣供給到所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室24內(nèi)。
[0046]氧氣供給部分30主要包括；依次連接的氧氣瓶31、氧氣穩(wěn)壓腔32和氧氣噴閥33，氧氣穩(wěn)壓腔32入口處設(shè)有氧氣壓力調(diào)節(jié)閥34，內(nèi)部設(shè)有氧氣壓力傳感器35。
[0047]氧氣瓶31是氧氣儲(chǔ)存裝置，其中存有一定壓力的氧氣；氧氣壓力調(diào)節(jié)器34是氧氣的壓力調(diào)節(jié)裝置，對高壓氣瓶中的高壓氣體進(jìn)行減壓調(diào)節(jié)；氧氣穩(wěn)壓腔32可以保持氧氣噴射壓力恒定；氧氣噴嘴33可以把所確定量的氧氣直接噴入混合室4 ;氧氣壓力傳感器35可以測量氧氣穩(wěn)壓腔32之中的氧氣壓力。
[0048]氧氣壓力調(diào)節(jié)閥34是電控可變壓力調(diào)節(jié)閥，它根據(jù)電控單元的指令將氧氣壓力調(diào)節(jié)閥34下游的氧氣穩(wěn)壓腔32中的壓力調(diào)整到規(guī)定值。氧氣穩(wěn)壓腔32作用是減少氧氣噴射時(shí)在氧氣通路中產(chǎn)生的壓力波動(dòng)。
[0049]氧氣壓力傳感器35安裝在氧氣穩(wěn)壓腔32上，它的作用是為了實(shí)時(shí)監(jiān)測氧氣穩(wěn)壓腔32中的壓力值，并把該壓力值反饋給電控設(shè)備5，以確定是否需要調(diào)節(jié)氧氣壓力調(diào)節(jié)閥34，以把氧氣穩(wěn)壓腔32中的壓力維持在規(guī)定值，保持氧氣噴射壓力的恒定。氧氣噴閥33安裝在混合室4上，作用是將確定量的氧氣供給到混合室內(nèi)。
[0050]冷凝裝置41用來收集從出氣口 26排出的燃燒后的全部氣體中的水蒸氣。燃燒后的全部氣體從出氣口 26排出后，進(jìn)入冷凝裝置41。在冷凝裝置41中，具有冷卻作用的冷卻液冷卻進(jìn)入冷凝裝置41的全部氣體，使其中的水蒸氣由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，液態(tài)水被收集并排出系統(tǒng)。
[0051]二氧化碳捕集器42用來收集除去水蒸氣后的氣體中的二氧化碳。被除去水蒸氣后的氣體進(jìn)入二氧化碳捕集器42。在二氧化碳捕集器42中二氧化碳與工作氣體分離，并被排出系統(tǒng)。
[0052]氬氣循環(huán)收集補(bǔ)充裝置43包括通過管道連接的氬氣補(bǔ)充罐431和氬氣緩沖罐432，所述的連接管道上設(shè)有氬氣補(bǔ)充閥433，所述的氬氣緩沖罐432內(nèi)部設(shè)有氬氣壓力傳感器434，所述的氬氣緩沖罐432出口處設(shè)有氬氣控制閥435，所述的氬氣控制閥435、氬氣補(bǔ)充閥433和IS氣壓力傳感器434分別與電控設(shè)備5連接。
[0053]電控設(shè)備5主要是已知的微型計(jì)算機(jī)設(shè)備，它包括CPU、RAM和ROM以及接口等。電控設(shè)備5還包括光電編碼器51、凸輪軸相位傳感器52。
[0054]光電編碼器51用來發(fā)生曲軸旋轉(zhuǎn)單位角度的脈沖信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)。凸輪軸相位傳感器52用來發(fā)生脈沖信號(hào)以便對壓縮上止點(diǎn)進(jìn)行判斷。
[0055]如圖2所示:此圖為氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行控制流程圖。
[0056]I)通過凸輪軸相位傳感器測量氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速；
[0057]2)通過節(jié)氣門獲得節(jié)氣門的閥門開度；
[0058]3)根據(jù)氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門的閥門開度計(jì)算出內(nèi)燃機(jī)所需的進(jìn)氣量；
[0059]4)根據(jù)確定的氬氣和氧氣的比例，計(jì)算所需的氧氣的量；
[0060]5)根據(jù)確定的天然氣和氧氣的比例，計(jì)算所需的天然氣的量；
[0061]6)測量混合室內(nèi)混合氣體的實(shí)際壓力值Pmix ；
[0062]7)比較目標(biāo)壓力值Pmix.tgt和實(shí)際壓力值Pmix的大小，若Pmix.tgt = Pfflix,則進(jìn)行步驟10)，若 Pmix.tgt < Pfflix,則進(jìn)行步驟 8)，若 Pmix.tgt > Pfflix,則進(jìn)行步驟 9)；
[0063]8)減小氬氣控制閥開度，增大氣泵速度，減少氬氣流入混合室的速度，并且返回步驟6)；
[0064]9)增大氬氣控制閥開度，減小氣泵速度，增加氬氣流入混合室的速度，并且返回步驟6)；
[0065]10) CPU 控制結(jié)束。
[0066]如圖3所示，發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行時(shí)，CPU執(zhí)行氧氣噴射控制程序。當(dāng)給定氣缸的曲軸轉(zhuǎn)角與給定的曲軸轉(zhuǎn)角匹配時(shí)，CPU從步驟3000開始執(zhí)行該程序；然后執(zhí)行步驟3001，噴射時(shí)間保證所確定的氧氣的量被噴入混合室；然后執(zhí)行步驟3002，在步驟3002中CPU發(fā)出氧氣噴射信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)打開氧氣噴射器，并持續(xù)到給定時(shí)間間隔，關(guān)閉氧氣噴射器，結(jié)束氧氣噴射過程；最后CPU執(zhí)行步驟3003，在步驟3003中結(jié)束氧氣噴射程序。
[0067]如圖4所示，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行時(shí)，CPU執(zhí)行天然氣噴射控制程序。當(dāng)給定氣缸的曲軸轉(zhuǎn)角與給定的曲軸轉(zhuǎn)角匹配時(shí)，CPU從步驟1000開始該程序；然后執(zhí)行步驟1001，噴射時(shí)間保證所確定的天然氣的量被噴入氣缸；然后執(zhí)行步驟1002，在步驟1002中CPU發(fā)出天然氣噴射信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)打開天然氣噴射器，并持續(xù)到給定時(shí)間間隔，關(guān)閉天然氣噴射器，結(jié)束天然氣噴射過程；最后CPU執(zhí)行步驟1003，在步驟1003中結(jié)束天然氣噴射程序。
[0068]如圖5所示，當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行時(shí)，CPU執(zhí)行氬氣供給量調(diào)節(jié)控制程序。當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行時(shí)，CPU從步驟4000開始執(zhí)行該程序。CPU前進(jìn)到步驟4001，CPU讀取安裝在混合室37上的壓力傳感器的值；CPU前進(jìn)到步驟4002，CPU把測量所得到的壓力值與CPU中已經(jīng)存入的值(目標(biāo)值)進(jìn)行比較。如果二者不相同，則對二者的大小進(jìn)行判斷，如果測量值小于目標(biāo)值，就進(jìn)入步驟4003，接著進(jìn)入步驟4004，增大氬氣控制閥開度；然后前進(jìn)到步驟4005，減小氣泵轉(zhuǎn)速；再次調(diào)到步驟4001。如果測量值大于目標(biāo)值，就進(jìn)入步驟4006，接著進(jìn)入步驟4007，減小氬氣控制閥開度；然后前進(jìn)到步驟4008，增大氣泵轉(zhuǎn)速；再次調(diào)到步驟4001。如果二者相同，CPU從4002前進(jìn)到4009。
[0069]如圖6所示，圖為氬氣補(bǔ)充控制流程圖，CPU從4011開始執(zhí)行改程序，CPU前進(jìn)到步驟4012，CPU讀取安裝在氬氣緩沖罐432上的壓力傳感器的值；CPU前進(jìn)到步驟4013，CPU把測量所得到的壓力值與CPU中已經(jīng)存入的值(目標(biāo)值上限)進(jìn)行比較，如果測量值小于目標(biāo)值上限，就進(jìn)入步驟4014，判斷測量值是否小于目標(biāo)值下限，若是，進(jìn)入步驟4015，若否，進(jìn)入步驟4016，再進(jìn)入步驟4017，如果測量值大于等于目標(biāo)值上限，進(jìn)入步驟4016，再進(jìn)入步驟4017。
【權(quán)利要求】
1.一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括天然氣供給設(shè)備(I)、氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)(2)、氧氣供給設(shè)備(3)、氬氣循環(huán)處理設(shè)備(4)和電控設(shè)備(5)，所述的天然氣供給設(shè)備(I)與氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)(2)連接，所述的氧氣供給設(shè)備(3)和氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)(2)分別與氬氣循環(huán)處理設(shè)備(4)連接，所述的電控設(shè)備(5)分別與天然氣供給設(shè)備(I)、氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)(2)、氧氣供給設(shè)備(3)和氬氣循環(huán)處理設(shè)備(4)連接； 所述的氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)(2)和氬氣循環(huán)處理設(shè)備(4)形成氬氣循環(huán)回路，氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)(2)燃燒排出的廢氣經(jīng)過氬氣循環(huán)處理設(shè)備(4)除去水蒸汽、二氧化碳后再次循環(huán)利用其中的氬氣，最后進(jìn)過凈化的廢氣與氧氣混合回到氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)(2)燃燒，并且當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的氬氣出現(xiàn)泄漏時(shí)，對整個(gè)系統(tǒng)補(bǔ)充氬氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氬氣循環(huán)處理設(shè)備(4)包括依次連接的冷凝裝置(41)、二氧化碳捕集器(42)、氬氣循環(huán)收集補(bǔ)充裝置(43)和混合室(44)，所述的氧氣供給設(shè)備(3)與混合室(44)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)(2)包括氣缸(21)、曲軸(22)、活塞(23)、燃燒室(24)、進(jìn)氣口(25)和出氣口(26)，所述進(jìn)氣口(26)上設(shè)有進(jìn)氣閥(27)，所述的出氣口(26)上設(shè)有出氣閥(28)，所述的進(jìn)氣閥(27)和出氣閥(28)與電控設(shè)備(5)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的天然氣供給設(shè)備(I)包括依次連接的天然氣瓶(11)、天然氣穩(wěn)壓腔(12)和天然氣噴閥(13)，所述的天然氣穩(wěn)壓腔(12)入口處設(shè)有天然氣壓力調(diào)節(jié)閥(14)，內(nèi)部設(shè)有壓力傳感器(15)，所述的天然氣噴閥(13)、天然氣壓力調(diào)節(jié)閥(14)和天然氣壓力傳感器(15)分別與電控設(shè)備(5)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氧氣供給設(shè)備(3)包括依次連接的氧氣瓶(31)、氧氣穩(wěn)壓腔(32)和氧氣噴閥(33)，所述的氧氣穩(wěn)壓腔(32)入口處設(shè)有氧氣壓力調(diào)節(jié)閥(34)，內(nèi)部設(shè)有氧氣壓力傳感器(35)，所述的氧氣噴閥(33)、氧氣壓力調(diào)節(jié)閥(34)和氧氣壓力傳感器(35)分別與電控設(shè)備(5)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的氬氣循環(huán)收集補(bǔ)充裝置(43)包括通過管道連接的氬氣補(bǔ)充罐(431)和氬氣緩沖罐(432)，所述的連接管道上設(shè)有氬氣補(bǔ)充閥(433)，所述的氬氣緩沖罐(432)內(nèi)部設(shè)有氬氣壓力傳感器(434)，所述的氬氣緩沖罐(432)通過氣泵(436)與二氧化碳捕集器(42)連接，所述的氬氣緩沖罐(432)出口處設(shè)有氬氣控制閥(435)，所述的氬氣控制閥(435)、氬氣補(bǔ)充閥(433)和氬氣壓力傳感器(434)分別與電控設(shè)備(5)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的混合室(44)包括節(jié)氣門(441)和設(shè)在混合室(44)內(nèi)部的混合壓力傳感器(442)，所述的節(jié)氣門(441)和混合壓力傳感器(442)分別與電控設(shè)備(5)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的電控設(shè)備(5)包括光電編碼器(51)、凸輪軸相位傳感器(52)和電控CPU(53)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光電編碼器(51)發(fā)生曲軸旋轉(zhuǎn)單位角度的脈沖信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)，所述的凸輪軸相位傳感器(52)發(fā)生脈沖信號(hào)判斷壓縮上止點(diǎn)。
10.一種氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)通過凸輪軸相位傳感器測量氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速； 2)通過節(jié)氣門獲得節(jié)氣門的閥門開度； 3)根據(jù)氬循環(huán)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門的閥門開度計(jì)算出內(nèi)燃機(jī)所需的進(jìn)氣量； 4)根據(jù)確定的氬氣和氧氣的比例，計(jì)算所需的氧氣的量； 5)根據(jù)確定的天然氣和氧氣的比例，計(jì)算所需的天然氣的量； 6)測量混合室內(nèi)混合氣體的實(shí)際壓力值Pmix; 7)判斷目標(biāo)壓力值Pmix.tgt和實(shí)際壓力值Pmix的大小，若Pmix.tgt = Pmix,則進(jìn)行步驟10)，若Pmix.tgt < Pmix，則進(jìn)行步驟8)，若Pmix.tgt > Pfflix,則進(jìn)行步驟9)； 8)減小氬氣控制閥開度，增大氣泵速度，減少氬氣流入混合室的速度，并且返回步驟6)； 9)增大氬氣控制閥開度，減小氣泵速度，增加氬氣流入混合室的速度，并且返回步驟6)； 10)CPU控制結(jié)束。
【文檔編號(hào)】F02M21/02GK104314711SQ201410421892
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】李理光, 龔寅春, 鄧俊, 吳志軍 申請人:同濟(jì)大學(xué)