专利摘要

本发明公开了一种四冲程航空活塞发动机冷起动方法，包括：维持发动机气缸的进气门处于打开状态，由起动机带动所述发动机从零加速至预设转速，以使所述发动机的旋转部件存储动能；周期性地打开和关闭所述发动机气缸的气门，利用存储的动能和起动电机提供的力矩带动发动机继续转动，直至所述发动机转速达到点火转速、所述发动机气缸的壁温达到预设气缸温度且所述缸内气体温度达到预设缸内气体温度；其中，所述预设转速小于所述点火转速。本发明具有如下优点：容易实现发动机暖机，更能适应寒冷的环境下起动。

权利要求

1.一种四冲程航空活塞发动机冷起动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：维持发动机气缸的进气门处于打开状态，由起动机带动发动机从零加速至预设转速，以使所述发动机的旋转部件存储动能；

S2：周期性地打开和关闭所述发动机气缸的气门，利用存储的所述动能和所述起动机提供的力矩带动所述发动机继续转动，直至所述发动机转速达到点火转速、所述发动机气缸的壁温达到预设气缸温度且缸内气体温度达到预设缸内气体温度；其中，所述预设转速小于所述点火转速；其中，所述发动机气缸的排气门保持关闭，周期性地打开和关闭所述发动机气缸的进气门，通过控制所述发动机气缸进气门的占空比，以实现步骤S1结束时发动机状态到步骤S2中最终点火时的发动机状态之间的平滑过渡。

2.根据权利要求1所述的四冲程航空活塞发动机冷起动方法，其特征在于，所述发动机气缸的进气门的一个周期包括顺序设置的：

第一周期单元，所述第一周期单元为气门关闭响应时间；

第二周期单元，所述第二周期单元为气门处于关闭状态的时间；

第三周期单元，所述第三周期单元为气门开启响应时间；

第四周期单元，所述第四周期单元为气门处于开启状态的时间。

说明书

技术领域

本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种四冲程航空活塞发动机冷起动方法。

背景技术

在航空领域，由于航空活塞发动机具有效率高、燃油经济性好等特点，因此广泛应用在无人机以及各种通用航空器上。

现有的航空活塞发动机起动策略和汽车发动机类似，是利用起动机带动发动机从静止状态开始转动，发动机到点火转速后由喷油嘴喷油进行点火起动或者压燃起动，直到发动机能够自行稳定在怠速状态，起动过程结束。这种起动策略存在了一些固有弊端：发动机从静止开始转动，这导致起动机起动瞬间电流很大，远超过发动机转动起来后所需要的起动机电流。这是由于发动机机械部件繁多，起动瞬间需要克服静摩擦力和缸内气体压力叠加后的阻力，而静摩擦力远大于动摩擦力，因此起动机起动瞬间电流超大，这种固有现象是电机控制算法所不能解决的，这就对起动系统的硬件设施，如逆变器、蓄电池、散热装置、保护装置等提出了更苛刻的要求，导致整个发动机起动系统重量增加、可靠性下降，甚至由于高纬度地区冬天气温较低，蓄电池性能下降，会出现发动机起动失败或无法起动的现象。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种四冲程航空活塞发动机冷起动方法，该起动策略只适用于气门开闭和活塞位置完全解耦的发动机，比如安装了无凸轮轴电动气门的发动机。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种四冲程航空活塞发动机冷起动方法，包括：维持发动机气缸的进气门处于打开状态，由起动机带动所述发动机从零加速至预设转速，以使所述发动机的旋转部件存储动能；周期性地打开和关闭所述发动机气缸的气门，利用存储的所述动能和起动电机提供的力矩带动发动机继续转动，直至所述发动机转速达到点火转速、所述发动机气缸的壁温达到预设气缸温度且所述缸内气体温度达到预设缸内气体温度；其中，所述预设转速小于所述点火转速。

根据本发明实施例的四冲程航空活塞发动机冷起动方法，在起动机带动发动机加速至预设转速的阶段，使得发动机的惯性飞轮、曲轴等旋转部件存储一定动能，并且由于打开发动机气缸的进气门，摩擦力和缸内气体压力就可以实现解耦，起动机的起动电流可以大幅减小；周期性地打开和关闭发动机气缸的气门，使得发动机既能相对平稳地达到点火转速，也能实现很好的暖机。

另外，根据本发明上述实施例的四冲程航空活塞发动机冷起动方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在步骤S2中，所述发动机气缸的排气门保持关闭，周期性地打开和关闭所述发动机气缸的进气门。

进一步地，在步骤S2中，通过控制所述发动机气缸进气门的占空比，以实现步骤S1结束时发动机状态到步骤S2中最终点火时的发动机状态之间的平滑过渡。

进一步地，所述发动机气缸的进气门的一个周期包括顺序设置的：第一周期单元，所述第一周期单元为气门关闭响应时间；第二周期单元，所述第二周期单元为气门处于关闭状态的时间；第三周期单元，所述第三周期单元为气门开启响应时间；第四周期单元，所述第四周期单元为气门处于开启状态的时间。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的四冲程航空活塞发动机冷起动方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的发动机气缸压缩冲程的示意图；

图3是本发明一个实施例的发动机气缸的气门周期性打开和关闭的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述本发明。

图1是本发明实施例的四冲程航空活塞发动机冷起动方法的流程图。如图1所示，根据本发明实施例的四冲程航空活塞发动机冷起动方法，适用于活塞相位和气门开闭状态完全解耦的发动机，包括以下步骤：

S1：维持发动机气缸的进气门处于打开状态，由起动机带动发动机从零加速至预设转速，以使发动机的旋转部件存储动能。

图2是本发明一个实施例的发动机气缸压缩冲程的示意图。如图2所示，其中F代表缸内气体压力，f代表摩擦力。传统技术中，压缩冲程时进排气门都处于关闭状态，起动机需要克服缸内气体压力和静摩擦力叠加后的阻力矩，这导致起动瞬间起动机电流很大，这对逆变器和蓄电池造成了负担。而在本发明的实施例中，在第一起动阶段(即起动机带动发动机从零加速至预设转速阶段，下同)汽缸压力不再跟摩擦力叠加在一起，实现了解耦，这样起动机的起动电流可以大幅减小，使得发动机的惯性飞轮、曲轴等旋转部件存储一定动能。

S2：周期性地打开和关闭发动机气缸的气门，提升发动机气缸的壁温、缸内气体温度和发动机转速，直至发动机转速达到点火转速、发动机气缸的壁温达到预设气缸温度且缸内气体温度达到预设缸内气体温度。

具体地，发动机旋转部件在第一起动阶段积累了一定的动能，在第二起动阶段(即发动机气缸的壁温、缸内气体温度和发动机转速，直至发动机转速达到点火转速、发动机气缸的壁温达到预设气缸温度且缸内气体温度达到预设缸内气体温度的阶段，下同)需要关闭气门对气缸内的空气进行压缩加热，如果气门突然关闭，会造成发动机转速剧烈波动，引起发动机甚至整个航空器的振动，因此需要缓慢关闭电动气门，但是电动气门开闭响应速度很快，只有2～3ms，无法实现气门的缓慢关闭功能，因此本发明提出了变占空比气门关闭技术，由于机械常数远大于电磁时间常数，机械系统会有一个滤波作用来降低振动，可以实现发动机两个起动步骤间的平滑过渡。

在本发明的一个实施例中，在步骤S2中，通过控制发动机气缸的进气门的占空比设定发动机气缸的进气门的打开和关闭的周期。

在本发明的一个实施例中，发动机气缸的进气门的一个周期包括顺序设置的：

第一周期单元，所述第一周期单元为气门关闭响应时间；

第二周期单元，所述第二周期单元为气门处于关闭状态的时间；

第三周期单元，所述第三周期单元为气门开启响应时间；

第四周期单元，所述第四周期单元为气门处于开启状态的时间。

图3是本发明一个实施例的发动机气缸的气门周期性打开和关闭的示意图。如图3所示，T代表一个气门周期，t1代表气门关闭响应时间，t2代表气门处于关闭状态的时间，t3代表气门开启响应时间，t4代表气门处于开启状态的时间，变占空比气门关闭技术即逐渐增大气门关闭时间t2在整个气门周期T中的比重，直到气门完全关闭，然后发动机进入压缩冲程，压缩缸内气体做功，使得汽缸内壁和缸内气体温度达到喷油点火或压燃的条件，起动之后发动机进入正常的四冲程阶段，电动气门开闭按照传统发动机气门开闭规律运行。其中，采用变占空比技术关闭进气门时，需要检测活塞相位和发动机转速，通过合理的算法预估下一次气门周期结束时的活塞相位，保证气门的最终完全关闭时，活塞处于下止点附近，这样发动机进入压缩冲程时，气缸内有足够的空气供喷油燃烧。

在本发明的一个实施例中，在步骤S2中，发动机气缸的排气门保持关闭，周期性地打开和关闭发动机气缸的进气门。

具体地，在发动机点火起动或者压燃起动之前，排气门始终关闭，因此在之前的几个发动机周期里，吸进气缸的空气和排出的空气都是存储在进气道里，因此对空气做的功以及传递的热量并没有像传统策略那样通过排气门耗散到空气中，因此相对于传统策略，本起动策略更容易实现发动机暖机，并且由于对蓄电池容量要求不苛刻，因而更能适应寒冷的环境下起动。

根据本发明实施例的四冲程航空活塞发动机冷起动方法，在起动机带动发动机加速至预设转速的阶段，由于打开发动机气缸的进气门，摩擦力和缸内气体压力就可以实现解耦，使得发动机的惯性飞轮、曲轴等旋转部件存储一定动能，起动机的起动电流可以大幅减小；周期性地打开和关闭发动机气缸的气门，使得发动机既能相对平稳地达到点火转速，也能实现很好的暖机。

此外，当航空器在高空飞行，一旦因为意外情况出现发动机故障无法再次起动发动机时，传统的起动策略会显得无能为力，而本发明提出的起动策略，具体而言是第一起动阶段的策略，可以实现航空器软着陆，即保持进气门和排气门处于完全打开状态，由起动机带动发动机旋转，再通过离合器带动旋翼或者螺旋桨继续旋转，使得航空器缓慢下降实现软着陆，避免因为硬着陆出现机毁人亡的灾难。传统的起动策略由于无法实现缸内压力和摩擦力、负载扭矩等解耦，导致阻力矩很大，因而无法实现这个功能。

另外，本发明实施例的四冲程航空活塞发动机冷起动方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

四冲程航空活塞发动机冷起动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》。