[发明专利]自由活塞式内燃机点火保护模块、系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种内燃机技术领域的点火保护模块、系统及方法，具体是一种自由活塞式内燃机点火保护模块、系统及方法。

背景技术

自由活塞式内燃机是指发动机取消了通常的曲柄连杆机构，活塞运动不受物理约束的一种特种内燃机。其结构一般包括两个同轴相向开口的气缸，及一活动连杠两头分别置于该气缸中，并沿轴向往复活动。由于不受机械杆件的约束，其动力活塞是自由的，即压缩比可变。与传统的曲轴式发动机相比，它省去了曲轴式内燃机中将活塞的往复运动转换为旋转运动的曲柄连杆机构，具有结构简单、零件数目少、重量轻、成本低、效率高等优点；并且在受力和运动方面，活塞与缸体间无侧向力作用，摩擦力小，从而延长了发动机的寿命；另一方面只有做往复直线运动的活塞组件，发动机的起停相对容易；此外由于压缩比可变，易于使用其它代用燃料，启动性能好。由此可见，自由活塞式内燃机具有广阔的发展前景。

近年来，随着内燃机技术的日益成熟，应用日趋广泛，人们开始对传统内燃机进行探索性改进研究。国外关于自由活塞式内燃机也开始了基础性的探索研究，主要围绕液压自由活塞式内燃机和自由活塞内燃式发电机展开。但现在对自由活塞式内燃机的研究还不够深入，也缺乏相关的报道。

众所周知，为了提高二冲程内燃机的性能，采用电控喷油和点火定时是最关键的因素，若控制不精确，则发动机性能恶化，经济性、动力性差，甚至不能启动。自由活塞式内燃机面临的主要问题出现在上止点的控制上。控制上止点位置，可在不同工况下实现可变压缩比；可以限制活塞极限位置，避免碰壁而损坏气缸等。而上止点的控制通常由控制点火时间来进行。所以研制精确、可靠、可控制的电火控制装置是自由活塞式内燃机的首要任务。

经对现有技术的文献检索发现，浙江大学流体传动及控制实验室张亚强等人在《小型内燃机与摩托车》2003年32(1)上发表的“液压自由活塞发动机点火系统的研制”介绍了浙江大学研制的液压自由活塞式内燃机的点火系统。其利用霍尔开关定点触发火花塞点火，属于硬件控制。但其在变工况时不能灵活调整点火位置，某些工况下不恰当的点火时刻会使得发动机性能恶化，经济性、动力性变差，很难发挥自由活塞式内燃机压缩比可变的优势。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种自由活塞式内燃机点火保护模块、系统及方法。本发明的保护模块能够判断连杆与气缸的相对运动情况，当该连杆即将撞上该气缸盖时，强制点火，以实现对该自由活塞式内燃机的保护；本发明的系统能够实时地判定连杆的位置，以精确地掌控点火时间，可以根据工况灵活调节点火参数，以保障自由活塞式内燃机运行在最优条件，其中，该自由活塞式内燃机点火系统围绕判缸、点火正时、点火最小能量展开；本发明的方法能够实时地判定连杆的位置，以精确地掌控点火时间，可以根据工况灵活调节点火参数，提高效率，以保障该自由活塞式内燃机运行在最优条件；进一步，它可以避免连杆撞击到气缸盖而损坏该自由活塞式内燃机。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的自由活塞式内燃机点火保护模块，包括：速度传感器、保护点火执行器、电子保护控制单元，所述电子保护控制单元电连接于所述速度传感器及所述保护点火执行器，存储有一临界速度值；

其中，所述速度传感器设置于自由活塞式内燃机的一气缸内，离该自由活塞式内燃机连杆的一运动极限位置预设距离，感应该连杆到达此处的一瞬时速度，该临界速度值为该连杆自由压缩时恰好能到达该运动极限位置的速度，当该瞬时速度大于该临界速度值时，所述电子控制保护单元控制所述保护点火执行器点火。

本发明所涉及的自由活塞式内燃机点火系统，包括：输入信号传感器、点火执行器、电子控制单元，所述电子控制单元电连接于所述输入信号传感器及所述点火执行器，用于从所述输入信号传感器接受信号，并控制所述点火执行器点火；

所述输入信号传感器，包括霍尔传感器及直线位移传感器，所述直线位移传感器电连接于所述霍尔传感器，并由该霍尔传感器触发；

其中，所述霍尔传感器设置于自由活塞式内燃机的连杆的运动路线上，当该连杆通过时，所述霍尔传感器触发所述直线位移传感器开始精确感应该连杆的一位移量，当该位移量到达一预设值时，所述电子控制单元控制所述点火执行器点火，利用热力学原理使该连杆制动并反向运动，如是反复。

本发明所涉及的自由活塞式内燃机点火方法，包括如下步骤：

第一步，在自由活塞式内燃机的连杆通过一预设位置时产生一点火参考信号；