专利摘要
本发明涉及一种氩循环内燃机系统及其控制方法，该系统包括天然气供给设备、氩循环内燃机、氧气供给设备、氩气循环处理设备和电控设备，所述的天然气供给设备与氩循环内燃机连接，所述的氧气供给设备和氩循环内燃机分别与氩气循环处理设备连接，所述的电控设备分别与天然气供给设备、氩循环内燃机、氧气供给设备和氩气循环处理设备连接，所述的氩循环内燃机和氩气循环处理设备形成氩气循环回路，氩循环内燃机燃烧排出的废气经过氩气循环处理设备除去水蒸汽、二氧化碳后再次循环利用其中的氩气，最后进过净化的废气与氧气混合回到氩循环内燃机燃烧，并且当整个系统的氩气出现泄漏时，对整个系统补充氩气。与现有技术相比，本发明具有安全可靠、节能减排等优点。
权利要求
1.一种氩循环内燃机系统，其特征在于，包括天然气供给设备(1)、氩循环内燃机(2)、氧气供给设备(3)、氩气循环处理设备(4)和电控设备(5)，所述的天然气供给设备(1)与氩循环内燃机(2)连接，所述的氧气供给设备(3)和氩循环内燃机(2)分别与氩气循环处理设备(4)连接，所述的电控设备(5)分别与天然气供给设备(1)、氩循环内燃机(2)、氧气供给设备(3)和氩气循环处理设备(4)连接；
所述的氩循环内燃机(2)和氩气循环处理设备(4)形成氩气循环回路，氩循环内燃机(2)燃烧排出的废气经过氩气循环处理设备(4)除去水蒸汽、二氧化碳后再次循环利用其中的氩气，最后进过净化的废气与氧气混合回到氩循环内燃机(2)燃烧，并且当整个系统的氩气出现泄漏时，对整个系统补充氩气。
2.根据权利要求1所述的一种氩循环内燃机系统，其特征在于，所述的氩气循环处理设备(4)包括依次连接的冷凝装置(41)、二氧化碳捕集器(42)、氩气循环收集补充装置(43)和混合室(44)，所述的氧气供给设备(3)与混合室(44)连接。
3.根据权利要求1所述的一种氩循环内燃机系统，其特征在于，所述的氩循环内燃机(2)包括气缸(21)、曲轴(22)、活塞(23)、燃烧室(24)、进气口(25)和出气口(26)，所述进气口(26)上设有进气阀(27)，所述的出气口(26)上设有出气阀(28)，所述的进气阀(27)和出气阀(28)与电控设备(5)连接。
4.根据权利要求1所述的一种氩循环内燃机系统，其特征在于，所述的天然气供给设备(1)包括依次连接的天然气瓶(11)、天然气稳压腔(12)和天然气喷阀(13)，所述的天然气稳压腔(12)入口处设有天然气压力调节阀(14)，内部设有压力传感器(15)，所述的天然气喷阀(13)、天然气压力调节阀(14)和天然气压力传感器(15)分别与电控设备(5)连接。
5.根据权利要求1所述的一种氩循环内燃机系统，其特征在于，所述的氧气供给设备(3)包括依次连接的氧气瓶(31)、氧气稳压腔(32)和氧气喷阀(33)，所述的氧气稳压腔(32)入口处设有氧气压力调节阀(34)，内部设有氧气压力传感器(35)，所述的氧气喷阀(33)、氧气压力调节阀(34)和氧气压力传感器(35)分别与电控设备(5)连接。
6.根据权利要求1所述的一种氩循环内燃机系统，其特征在于，所述的氩气循环收集补充装置(43)包括通过管道连接的氩气补充罐(431)和氩气缓冲罐(432)，所述的连接管道上设有氩气补充阀(433)，所述的氩气缓冲罐(432)内部设有氩气压力传感器(434)，所述的氩气缓冲罐(432)通过气泵(436)与二氧化碳捕集器(42)连接，所述的氩气缓冲罐(432)出口处设有氩气控制阀(435)，所述的氩气控制阀(435)、氩气补充阀(433)和氩气压力传感器(434)分别与电控设备(5)连接。
7.根据权利要求1所述的一种氩循环内燃机系统，其特征在于，所述的混合室(44)包括节气门(441)和设在混合室(44)内部的混合压力传感器(442)，所述的节气门(441)和混合压力传感器(442)分别与电控设备(5)连接。
8.根据权利要求1所述的一种氩循环内燃机系统，其特征在于，所述的电控设备(5)包括光电编码器(51)、凸轮轴相位传感器(52)和电控CPU(53)。
9.根据权利要求8所述的一种氩循环内燃机系统，其特征在于，所述的光电编码器(51)发生曲轴旋转单位角度的脉冲信号和基准信号，所述的凸轮轴相位传感器(52)发生脉冲信号判断压缩上止点。
10.一种氩循环内燃机系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过凸轮轴相位传感器测量氩循环内燃机转速；
2)通过节气门获得节气门的阀门开度；
3)根据氩循环内燃机转速和节气门的阀门开度计算出内燃机所需的进气量；
4)根据确定的氩气和氧气的比例，计算所需的氧气的量；
5)根据确定的天然气和氧气的比例，计算所需的天然气的量；
6)测量混合室内混合气体的实际压力值Pmix；
7)判断目标压力值Pmix.tgt和实际压力值Pmix的大小，若Pmix.tgt＝Pmix，则进行步骤10)，若Pmix.tgt＜Pmix，则进行步骤8)，若Pmix.tgt＞Pmix，则进行步骤9)；
8)减小氩气控制阀开度，增大气泵速度，减少氩气流入混合室的速度，并且返回步骤6)；
9)增大氩气控制阀开度，减小气泵速度，增加氩气流入混合室的速度，并且返回步骤6)；
10)CPU控制结束。
说明书
技术领域
本发明涉及内燃机领域，尤其是涉及一种氩循环内燃机系统及其控制方法
背景技术
以惰性气体氩气为工作气体的工作气体循环型内燃机，国外已经进行了一定的研究。1978年，James C.Fletcher，Rollin K.Reynolds首先提出了一种用于发电的氢燃料柴油机专利，申请号：718268。Ar和O2通过化油器混合后进入气缸，通过喷射阀将H2喷进气缸内燃烧。废气(主要由水蒸气、残留的O2和Ar组成)通过冷凝器进入气水分离器进行分离并循环。废气中的碳酸盐和未燃碳氢化合物(来自于润滑油)通过吸附过滤器滤除，未燃H2通过催化器处理或采取少喷H2的方法解决。但是在该专利中在内燃机外的氩循环回路直接将内燃机的进排气门连接，压力波在回路中震荡，会对内燃机的进气造成影响；另外，该专利没有氩气收集装置，一旦氩气量补充过多，没有办法回收循环系统中的氩气。
2006年9月12日，丰田自动车株式会社提出了车用氩循环氢燃料发动机及其控制方法的专利。申请号：200680006642.6。该发明主要由氢和氧供给部分、氩供给量调节部分、电控单元等组成。氢和氧的供给量根据发动机所需的转矩来确定。该专利可以通过发动机所需转矩来控制氩气的供给量，同时起到补充因泄露造成的氩气损失，可以分离燃烧后工作气体中的H2O。但是该专利不能分离燃烧后工作气体中的CO2，也不能避免进排气过程在发动机外氩循环回路中造成相互影响。
Shinichi Mitani，Shizuoka-ken在2010年提出了带有废气后处理的氩循环发动机的专利。该发明与之前的氩循环发动机相似，所不同的是系统中多了一个废气(CO2)处理部分。同样，该专利的缺点也是不能避免进排气过程在氩循环回路中的相互影响。
在本专利中，专利设计了在内燃机进气管前安装电子节气门，以达到调节发动机输出扭矩的作用。在氩气循环回路中安装工作气体循环收集装置，不仅可以根据转速和节气门开度调节进入混合室内工作气体的量，保持混合室内压力稳定；而且，还可以隔离内燃机的进排气支路，防止进、排气之间的相互影响。专利单独设计了工作气体量补充装置，可以补充因泄露等原因造成的氩气损失。专利还设计了二氧化碳分离装置，可以使工作气体和CO2气体分离。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氩循环内燃机系统及其控制方法
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种氩循环内燃机系统，包括天然气供给设备、氩循环内燃机、氧气供给设备、氩气循环处理设备和电控设备，所述的天然气供给设备与氩循环内燃机连接，所述的氧气供给设备和氩循环内燃机分别与氩气循环处理设备连接，所述的电控设备分别与天然气供给设备、氩循环内燃机、氧气供给设备和氩气循环处理设备连接，所述的氩循环内燃机和氩气循环处理设备形成氩气循环回路，氩循环内燃机燃烧排出的废气经过氩气循环处理设备除去水蒸汽、二氧化碳后再次循环利用其中的氩气，最后进过净化的废气与氧气混合回到氩循环内燃机燃烧，并且当整个系统的氩气出现泄漏时，对整个系统补充氩气。
所述的氩气循环处理设备包括依次连接的冷凝装置、二氧化碳捕集器、氩气循环收集补充装置和混合室，所述的氧气供给设备与混合室连接。
所述的氩循环内燃机包括气缸、曲轴、活塞、燃烧室、进气口和出气口，所述进气口上设有进气阀，所述的出气口上设有出气阀，所述的进气阀和出气阀与电控设备连接。
所述的天然气供给设备包括依次连接的天然气瓶、天然气稳压腔和天然气喷阀，所述的天然气稳压腔入口处设有天然气压力调节阀，内部设有压力传感器，所述的天然气喷阀、天然气压力调节阀和天然气压力传感器分别与电控设备连接。
所述的氧气供给设备包括依次连接的氧气瓶、氧气稳压腔和氧气喷阀，所述的氧气稳压腔入口处设有氧气压力调节阀，内部设有氧气压力传感器，所述的氧气喷阀、氧气压力调节阀和氧气压力传感器分别与电控设备连接。
所述的氩气循环收集补充装置包括通过管道连接的氩气补充罐和氩气缓冲罐，所述的连接管道上设有氩气补充阀，所述的氩气缓冲罐内部设有氩气压力传感器，所述的氩气缓冲罐通过气泵与二氧化碳捕集器连接，所述的氩气缓冲罐出口处设有氩气控制阀，所述的氩气控制阀、氩气补充阀和氩气压力传感器分别与电控设备连接。
所述的混合室包括节气门和设在混合室内部的混合压力传感器，所述的节气门和混合压力传感器分别与电控设备连接。
所述的电控设备包括光电编码器、凸轮轴相位传感器和电控CPU。
所述的光电编码器发生曲轴旋转单位角度的脉冲信号和基准信号，所述的凸轮轴相位传感器发生脉冲信号判断压缩上止点。
一种氩循环内燃机系统的控制方法，包括以下步骤：
1)通过凸轮轴相位传感器测量氩循环内燃机转速；
2)通过节气门获得节气门的阀门开度；
3)根据氩循环内燃机转速和节气门的阀门开度计算出内燃机所需的进气量；
4)根据确定的氩气和氧气的比例，计算所需的氧气的量；
5)根据确定的天然气和氧气的比例，计算所需的天然气的量；
6)测量混合室内混合气体的实际压力值Pmix；
7)比较目标压力值Pmix.tgt和实际压力值Pmix的大小，若Pmix.tgt＝Pmix，则进行步骤10)，若Pmix.tgt＜Pmix，则进行步骤8)，若Pmixtgt＞Pmix，则进行步骤9)；
8)减小氩气控制阀开度，增大气泵速度，减少氩气流入混合室的速度，并且返回步骤6)；
9)增大氩气控制阀开度，减小气泵速度，增加氩气流入混合室的速度，并且返回步骤6)；
10)CPU控制结束。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、安全可靠，氩气循环处理设备可以隔离内燃机的进排气支路，避免了进排气过程在氩循环回路中的相互影响。
二、节能减排，氩气循环处理设备可将废气中的水分、二氧化碳和杂物过滤掉，并将废气中的氩气进行循环利用，既节能又减排。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的运行控制流程图；
图3为本发明的氧气喷射流程图；
图4为本发明的天然气喷射流程图；
图5为本发明的氩气供给量调节流程图；
图6为本发明的氩气补充控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
如图1所示，此氩循环内燃机系统的结构示意图，包括天然气供给设备1、氩循环内燃机2、氧气供给设备3、氩气循环处理设备4和电控设备5，所述的天然气供给设备1与氩循环内燃机2连接，所述的氧气供给设备3和氩循环内燃机2分别与氩气循环处理设备4连接，所述的电控设备5分别与天然气供给设备1、氩循环内燃机2、氧气供给设备3和氩气循环处理设备4连接；该内燃机是工作气体循环型内燃机，它通过在燃烧室内燃烧燃料(天然气等)且使用燃烧生成的热来加热膨胀比热比大于氧气的惰性气体从而产生动力，然后将燃烧后的气体排出燃烧室，使燃烧后气体中的工作气体经过循环回路，再次进入燃烧室。
氩循环内燃机2包括气缸21、曲轴22和在气缸里做往复运动的活塞23，连接曲轴22和活塞23且使活塞23做往复运动的连杆，气缸盖的下表面和气缸体的壁面以及活塞23的上表面围成的空间构成了燃烧室24。
进气口25和出气口26与燃烧室24相连，进气口25与燃烧室24的导通或不导通由进气阀27控制，出气口26与燃烧室24的导通或不导通由排气阀28控制。
天然气供给设备1主要包括：天然气瓶11、天然气稳压腔12和天然气喷阀13，所述的天然气稳压腔12入口处设有天然气压力调节阀14，内部设有压力传感器15，所述的天然气喷阀13、天然气压力调节阀14和天然气压力传感器15分别与电控设备5连接。
天然气瓶11是天然气储存装置，其中存有一定压力的天然气；天然气压力调节阀14是天然气的压力调节装置，对高压气瓶中的高压气体进行减压调节；天然气稳压腔12可以保持天然气喷射压力恒定；天然气喷阀13可以把所确定量的天然气直接喷入所述内燃机的燃烧室24；压力传感器15可以测量稳压腔12之中的天然气压力。
天然气压力调节阀14是电控可变压力调节器，它根据电控单元的指令将天然气压力调节阀14下游的天然气稳压腔12中的压力调整到规定值。天然气稳压腔12作用是减少天然气喷射时在天然气通路中产生的压力波动。
压力传感器15安装在天然气稳压腔12上，它的作用是为了实时监测天然气稳压腔12中的压力值，并把该压力值反馈给电控设备5，以确定是否需要调节天然气压力调节阀14，以把天然气稳压腔12中的压力维持在规定值，保持天然气喷射压力的恒定。天然气喷阀13安装在燃烧室上，作用是将确定量的天然气供给到所述内燃机的燃烧室24内。
氧气供给部分30主要包括；依次连接的氧气瓶31、氧气稳压腔32和氧气喷阀33，氧气稳压腔32入口处设有氧气压力调节阀34，内部设有氧气压力传感器35。
氧气瓶31是氧气储存装置，其中存有一定压力的氧气；氧气压力调节器34是氧气的压力调节装置，对高压气瓶中的高压气体进行减压调节；氧气稳压腔32可以保持氧气喷射压力恒定；氧气喷嘴33可以把所确定量的氧气直接喷入混合室4；氧气压力传感器35可以测量氧气稳压腔32之中的氧气压力。
氧气压力调节阀34是电控可变压力调节阀，它根据电控单元的指令将氧气压力调节阀34下游的氧气稳压腔32中的压力调整到规定值。氧气稳压腔32作用是减少氧气喷射时在氧气通路中产生的压力波动。
氧气压力传感器35安装在氧气稳压腔32上，它的作用是为了实时监测氧气稳压腔32中的压力值，并把该压力值反馈给电控设备5，以确定是否需要调节氧气压力调节阀34，以把氧气稳压腔32中的压力维持在规定值，保持氧气喷射压力的恒定。氧气喷阀33安装在混合室4上，作用是将确定量的氧气供给到混合室内。
冷凝装置41用来收集从出气口26排出的燃烧后的全部气体中的水蒸气。燃烧后的全部气体从出气口26排出后，进入冷凝装置41。在冷凝装置41中，具有冷却作用的冷却液冷却进入冷凝装置41的全部气体，使其中的水蒸气由气态转变为液态，液态水被收集并排出系统。
二氧化碳捕集器42用来收集除去水蒸气后的气体中的二氧化碳。被除去水蒸气后的气体进入二氧化碳捕集器42。在二氧化碳捕集器42中二氧化碳与工作气体分离，并被排出系统。
氩气循环收集补充装置43包括通过管道连接的氩气补充罐431和氩气缓冲罐432，所述的连接管道上设有氩气补充阀433，所述的氩气缓冲罐432内部设有氩气压力传感器434，所述的氩气缓冲罐432出口处设有氩气控制阀435，所述的氩气控制阀435、氩气补充阀433和氩气压力传感器434分别与电控设备5连接。
电控设备5主要是已知的微型计算机设备，它包括CPU、RAM和ROM以及接口等。电控设备5还包括光电编码器51、凸轮轴相位传感器52。
光电编码器51用来发生曲轴旋转单位角度的脉冲信号和基准信号。凸轮轴相位传感器52用来发生脉冲信号以便对压缩上止点进行判断。
如图2所示：此图为氩循环内燃机系统运行控制流程图。
1)通过凸轮轴相位传感器测量氩循环内燃机转速；
2)通过节气门获得节气门的阀门开度；
3)根据氩循环内燃机转速和节气门的阀门开度计算出内燃机所需的进气量；
4)根据确定的氩气和氧气的比例，计算所需的氧气的量；
5)根据确定的天然气和氧气的比例，计算所需的天然气的量；
6)测量混合室内混合气体的实际压力值Pmix；
7)比较目标压力值Pmix.tgt和实际压力值Pmix的大小，若Pmix.tgt＝Pmix，则进行步骤10)，若Pmix.tgt＜Pmix，则进行步骤8)，若Pmix.tgt＞Pmix，则进行步骤9)；
8)减小氩气控制阀开度，增大气泵速度，减少氩气流入混合室的速度，并且返回步骤6)；
9)增大氩气控制阀开度，减小气泵速度，增加氩气流入混合室的速度，并且返回步骤6)；
10)CPU控制结束。
如图3所示，发动机开始运行时，CPU执行氧气喷射控制程序。当给定气缸的曲轴转角与给定的曲轴转角匹配时，CPU从步骤3000开始执行该程序；然后执行步骤3001，喷射时间保证所确定的氧气的量被喷入混合室；然后执行步骤3002，在步骤3002中CPU发出氧气喷射信号，通过驱动打开氧气喷射器，并持续到给定时间间隔，关闭氧气喷射器，结束氧气喷射过程；最后CPU执行步骤3003，在步骤3003中结束氧气喷射程序。
如图4所示，当所述发动机开始运行时，CPU执行天然气喷射控制程序。当给定气缸的曲轴转角与给定的曲轴转角匹配时，CPU从步骤1000开始该程序；然后执行步骤1001，喷射时间保证所确定的天然气的量被喷入气缸；然后执行步骤1002，在步骤1002中CPU发出天然气喷射信号，通过驱动打开天然气喷射器，并持续到给定时间间隔，关闭天然气喷射器，结束天然气喷射过程；最后CPU执行步骤1003，在步骤1003中结束天然气喷射程序。
如图5所示，当所述发动机开始运行时，CPU执行氩气供给量调节控制程序。当所述发动机开始运行时，CPU从步骤4000开始执行该程序。CPU前进到步骤4001，CPU读取安装在混合室37上的压力传感器的值；CPU前进到步骤4002，CPU把测量所得到的压力值与CPU中已经存入的值(目标值)进行比较。如果二者不相同，则对二者的大小进行判断，如果测量值小于目标值，就进入步骤4003，接着进入步骤4004，增大氩气控制阀开度；然后前进到步骤4005，减小气泵转速；再次调到步骤4001。如果测量值大于目标值，就进入步骤4006，接着进入步骤4007，减小氩气控制阀开度；然后前进到步骤4008，增大气泵转速；再次调到步骤4001。如果二者相同，CPU从4002前进到4009。
如图6所示，图为氩气补充控制流程图，CPU从4011开始执行改程序，CPU前进到步骤4012，CPU读取安装在氩气缓冲罐432上的压力传感器的值；CPU前进到步骤4013，CPU把测量所得到的压力值与CPU中已经存入的值(目标值上限)进行比较，如果测量值小于目标值上限，就进入步骤4014，判断测量值是否小于目标值下限，若是，进入步骤4015，若否，进入步骤4016，再进入步骤4017，如果测量值大于等于目标值上限，进入步骤4016，再进入步骤4017。
一种氩循环内燃机系统及其控制方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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