本發(fā)明涉及航空技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法。

背景技術(shù)：

在航空領(lǐng)域，由于航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有效率高、燃油經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用在無人機(jī)以及各種通用航空器上。

現(xiàn)有的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)策略和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類似，是利用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速后由噴油嘴噴油進(jìn)行點(diǎn)火起動(dòng)或者壓燃起動(dòng)，直到發(fā)動(dòng)機(jī)能夠自行穩(wěn)定在怠速狀態(tài)，起動(dòng)過程結(jié)束。這種起動(dòng)策略存在了一些固有弊端：發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止開始轉(zhuǎn)動(dòng)，這導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間電流很大，遠(yuǎn)超過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來后所需要的起動(dòng)機(jī)電流。這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械部件繁多，起動(dòng)瞬間需要克服靜摩擦力和缸內(nèi)氣體壓力疊加后的阻力，而靜摩擦力遠(yuǎn)大于動(dòng)摩擦力，因此起動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間電流超大，這種固有現(xiàn)象是電機(jī)控制算法所不能解決的，這就對起動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)施，如逆變器、蓄電池、散熱裝置、保護(hù)裝置等提出了更苛刻的要求，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)重量增加、可靠性下降，甚至由于高緯度地區(qū)冬天氣溫較低，蓄電池性能下降，會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)失敗或無法起動(dòng)的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法，該起動(dòng)策略只適用于氣門開閉和活塞位置完全解耦的發(fā)動(dòng)機(jī)，比如安裝了無凸輪軸電動(dòng)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例公開了一種四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法，包括：維持發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門處于打開狀態(tài)，由起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)從零加速至預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速，以使所述發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件存儲(chǔ)動(dòng)能；周期性地打開和關(guān)閉所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣門，利用存儲(chǔ)的所述動(dòng)能和起動(dòng)電機(jī)提供的力矩帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速、所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的壁溫達(dá)到預(yù)設(shè)氣缸溫度且所述缸內(nèi)氣體溫度達(dá)到預(yù)設(shè)缸內(nèi)氣體溫度；其中，所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速小于所述點(diǎn)火轉(zhuǎn)速。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法，在起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速至預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的階段，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性飛輪、曲軸等旋轉(zhuǎn)部件存儲(chǔ)一定動(dòng)能，并且由于打開發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門，摩擦力和缸內(nèi)氣體壓力就可以實(shí)現(xiàn)解耦，起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流可以大幅減?。恢芷谛缘卮蜷_和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣門，使得發(fā)動(dòng)機(jī)既能相對平穩(wěn)地達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，也能實(shí)現(xiàn)很好的暖機(jī)。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在步驟S2中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的排氣門保持關(guān)閉，周期性地打開和關(guān)閉所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門。

進(jìn)一步地，在步驟S2中，通過控制所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)氣門的占空比，以實(shí)現(xiàn)步驟S1結(jié)束時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)到步驟S2中最終點(diǎn)火時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)之間的平滑過渡。

進(jìn)一步地，所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門的一個(gè)周期包括順序設(shè)置的：第一周期單元，所述第一周期單元為氣門關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間；第二周期單元，所述第二周期單元為氣門處于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)間；第三周期單元，所述第三周期單元為氣門開啟響應(yīng)時(shí)間；第四周期單元，所述第四周期單元為氣門處于開啟狀態(tài)的時(shí)間。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓縮沖程的示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣門周期性打開和關(guān)閉的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實(shí)施例中的一些特定實(shí)施方式，來表示實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實(shí)施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。

以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法的流程圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法，適用于活塞相位和氣門開閉狀態(tài)完全解耦的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括以下步驟：

S1：維持發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門處于打開狀態(tài)，由起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)從零加速至預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速，以使發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件存儲(chǔ)動(dòng)能。

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓縮沖程的示意圖。如圖2所示，其中F代表缸內(nèi)氣體壓力，f代表摩擦力。傳統(tǒng)技術(shù)中，壓縮沖程時(shí)進(jìn)排氣門都處于關(guān)閉狀態(tài)，起動(dòng)機(jī)需要克服缸內(nèi)氣體壓力和靜摩擦力疊加后的阻力矩，這導(dǎo)致起動(dòng)瞬間起動(dòng)機(jī)電流很大，這對逆變器和蓄電池造成了負(fù)擔(dān)。而在本發(fā)明的實(shí)施例中，在第一起動(dòng)階段(即起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)從零加速至預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速階段，下同)汽缸壓力不再跟摩擦力疊加在一起，實(shí)現(xiàn)了解耦，這樣起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流可以大幅減小，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性飛輪、曲軸等旋轉(zhuǎn)部件存儲(chǔ)一定動(dòng)能。

S2：周期性地打開和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣門，提升發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的壁溫、缸內(nèi)氣體溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，直至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的壁溫達(dá)到預(yù)設(shè)氣缸溫度且缸內(nèi)氣體溫度達(dá)到預(yù)設(shè)缸內(nèi)氣體溫度。

具體地，發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件在第一起動(dòng)階段積累了一定的動(dòng)能，在第二起動(dòng)階段(即發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的壁溫、缸內(nèi)氣體溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，直至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的壁溫達(dá)到預(yù)設(shè)氣缸溫度且缸內(nèi)氣體溫度達(dá)到預(yù)設(shè)缸內(nèi)氣體溫度的階段，下同)需要關(guān)閉氣門對氣缸內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮加熱，如果氣門突然關(guān)閉，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速劇烈波動(dòng)，引起發(fā)動(dòng)機(jī)甚至整個(gè)航空器的振動(dòng)，因此需要緩慢關(guān)閉電動(dòng)氣門，但是電動(dòng)氣門開閉響應(yīng)速度很快，只有2～3ms，無法實(shí)現(xiàn)氣門的緩慢關(guān)閉功能，因此本發(fā)明提出了變占空比氣門關(guān)閉技術(shù)，由于機(jī)械常數(shù)遠(yuǎn)大于電磁時(shí)間常數(shù)，機(jī)械系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)濾波作用來降低振動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)兩個(gè)起動(dòng)步驟間的平滑過渡。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟S2中，通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門的占空比設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門的打開和關(guān)閉的周期。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門的一個(gè)周期包括順序設(shè)置的：

第一周期單元，所述第一周期單元為氣門關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間；

第二周期單元，所述第二周期單元為氣門處于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)間；

第三周期單元，所述第三周期單元為氣門開啟響應(yīng)時(shí)間；

第四周期單元，所述第四周期單元為氣門處于開啟狀態(tài)的時(shí)間。

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣門周期性打開和關(guān)閉的示意圖。如圖3所示，T代表一個(gè)氣門周期，t₁代表氣門關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間，t₂代表氣門處于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)間，t₃代表氣門開啟響應(yīng)時(shí)間，t₄代表氣門處于開啟狀態(tài)的時(shí)間，變占空比氣門關(guān)閉技術(shù)即逐漸增大氣門關(guān)閉時(shí)間t₂在整個(gè)氣門周期T中的比重，直到氣門完全關(guān)閉，然后發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入壓縮沖程，壓縮缸內(nèi)氣體做功，使得汽缸內(nèi)壁和缸內(nèi)氣體溫度達(dá)到噴油點(diǎn)火或壓燃的條件，起動(dòng)之后發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常的四沖程階段，電動(dòng)氣門開閉按照傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門開閉規(guī)律運(yùn)行。其中，采用變占空比技術(shù)關(guān)閉進(jìn)氣門時(shí)，需要檢測活塞相位和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過合理的算法預(yù)估下一次氣門周期結(jié)束時(shí)的活塞相位，保證氣門的最終完全關(guān)閉時(shí)，活塞處于下止點(diǎn)附近，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入壓縮沖程時(shí)，氣缸內(nèi)有足夠的空氣供噴油燃燒。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在步驟S2中，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的排氣門保持關(guān)閉，周期性地打開和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門。

具體地，在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起動(dòng)或者壓燃起動(dòng)之前，排氣門始終關(guān)閉，因此在之前的幾個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)周期里，吸進(jìn)氣缸的空氣和排出的空氣都是存儲(chǔ)在進(jìn)氣道里，因此對空氣做的功以及傳遞的熱量并沒有像傳統(tǒng)策略那樣通過排氣門耗散到空氣中，因此相對于傳統(tǒng)策略，本起動(dòng)策略更容易實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)，并且由于對蓄電池容量要求不苛刻，因而更能適應(yīng)寒冷的環(huán)境下起動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法，在起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速至預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速的階段，由于打開發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的進(jìn)氣門，摩擦力和缸內(nèi)氣體壓力就可以實(shí)現(xiàn)解耦，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性飛輪、曲軸等旋轉(zhuǎn)部件存儲(chǔ)一定動(dòng)能，起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流可以大幅減??；周期性地打開和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的氣門，使得發(fā)動(dòng)機(jī)既能相對平穩(wěn)地達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，也能實(shí)現(xiàn)很好的暖機(jī)。

此外，當(dāng)航空器在高空飛行，一旦因?yàn)橐馔馇闆r出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障無法再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，傳統(tǒng)的起動(dòng)策略會(huì)顯得無能為力，而本發(fā)明提出的起動(dòng)策略，具體而言是第一起動(dòng)階段的策略，可以實(shí)現(xiàn)航空器軟著陸，即保持進(jìn)氣門和排氣門處于完全打開狀態(tài)，由起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，再通過離合器帶動(dòng)旋翼或者螺旋槳繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使得航空器緩慢下降實(shí)現(xiàn)軟著陸，避免因?yàn)橛仓懗霈F(xiàn)機(jī)毀人亡的災(zāi)難。傳統(tǒng)的起動(dòng)策略由于無法實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)壓力和摩擦力、負(fù)載扭矩等解耦，導(dǎo)致阻力矩很大，因而無法實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

另外，本發(fā)明實(shí)施例的四沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)方法的其它構(gòu)成以及作用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。