CN105673199B - 带egr的进气掺氢富氧汽油发动机燃烧的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机及燃烧的控制方法，包括：汽油机、EGR冷却器、EGR阀、水电解器、氢气存储器等。本发明在发动机冷启动与怠速工况、中小负荷工况、大负荷工况、全负荷下，分别采用进气掺混“氢气+氧气”、“小比例废气再循环+掺氢”、“大比例废气再循环+掺氢”、“富氧”四种进气方式的缸内燃烧模式，可以实现汽油机在冷启动怠速阶段明显改善热效率、降低HC和CO排放的效果；在中小负荷时发动机泵气损失大幅降低，且油耗和NOx排放降低；大负荷工况时NOx排放大大降低；在处于节气门全开时，发动机功率短时获得显著提高。本发明使汽油机获得优异的低排放、低油耗、瞬时高动力输出的综合性能。

Description

带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机燃烧的控制方法
技术领域
本发明涉及发动机，特别是一种带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机及燃烧的控制方法。
背景技术
环境污染与能源紧张的压力促使汽车制造商不断推出先进的发动机技术，期望推出清洁高效的发动机，以满足日趋严格的排放与经济性法规。其中，合理地组织发动机缸内燃烧即是降低发动机排放与提高经济性的重要手段之一。
已有研究表明，氢气以其火焰速度快、燃烧极限宽、淬熄距离短等优异的理化特性，在被掺入汽油机缸内进行燃烧时，可提高燃油的燃烧效率，可使汽油机获得较好的排放和经济性表现。专利200610089282.2以气道喷氢的方式实现进气掺氢，在冷启动和小负荷采用纯氢燃烧，在中等负荷采用混氢燃料，大负荷采用纯汽油，可获得较好的排放和经济性表现。但是，由于氢气随车制取和储存困难，在冷启动和小负荷采用纯氢燃烧将消耗大量的氢气，有氢气供应不足的问题；单单在中等负荷采用混氢燃料对热效率的提高有限。
此外，通过提高进气空气中的氧气浓度实现发动机富氧燃烧也是一种优异的降低排放、提高发动机功率密度、降低油耗的发动机燃烧技术。专利201010515492.X提出一种混氢、氧气的高辛烷值燃料点燃式内燃机及控制方法，主要特点是以水电解器产生的氢氧气在冷启动阶段以纯氢氧混合气方式启动，怠速工况根据冷却液温度由低到高分别采用氢氧混合气、“氢氧混合气+高辛烷值燃料”的混合气燃烧方式，中小负荷采用“氢氧混合气+高辛烷值燃料”燃烧模式，高速、高负荷采用纯高辛烷值燃料燃烧模式运行。该方法综合利用了氢气和氧气对发动机性能改善方面的特性，但是整机性能的改善尚不足，仍有很大提升空间。
发明内容
针对传统汽油机冷启动HC、CO等排放高；怠速阶段油耗和排放高；中小负荷燃油燃烧不充分，泵气损失大，发动机油耗与有害排放高；大负荷下氮氧化物排放较高；以及发动机小型化后最大功率下降等问题。本发明提出一种带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机及燃烧模式的控制方法。本发明区别于传统技术的主要特点是：一、在冷启动的最初30秒采用氢气燃料燃烧模式，冷启动后阶段采用“氢氧混合气-汽油-空气”混合气燃烧模式；二、中小负荷时，在汽油机进气中掺入部分氢气的基础上向进气中引入部分废气，采用“氢气-汽油-EGR-空气”混合气燃烧模式，可有效降低发动机泵气损失，可以进一步利用稀燃技术提高发动机热效率与降低排放；三、在大负荷引入EGR与氢气可以进一步降低氮氧化物排放；四、在全负荷下实现单独富氧燃烧，可显著提高功率输出。
汽油机可以在各个工况下灵活的选择“掺氢、掺氧与引入EGR”的不同进气策略，以新的混合气燃烧模式组织缸内燃烧，以该燃烧模式能够更合理、更充分地挖掘水电解氢氧气技术对发动机性能的提升潜力，特别是进一步降低油耗、提高功率输出与减少HC和NOx排放方面。
本发明是在传统的自然吸气汽油机上，通过对进排气道和缸盖的改造加装氧气和氢气供应系统，同时匹配一套冷却的废气(以下简称为EGR)回收再燃烧系统，使改造后的汽油机可以在各个工况下灵活的选择“掺氢、掺氧、引入EGR”进气策略，以新的混合气燃烧模式控制方法组织缸内燃烧，进而达到降低排放、降低油耗和提高动力输出的目标。本发明能有效改善汽油机的排放、油耗和动力性能，可满足严格的排放与油耗法规，
本发明的技术方案如下：
一种带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机，包括进气总管、节气门、进气歧管、具有多个气缸的发动机、排气歧管、排气总管，所述进气总管通过所述的进气歧管与发动机的每个气缸相连通，所述的发动机的每个气缸的排气口通过所述的排气歧管与所述的排气总管相通，在所述的发动机的每个气缸的进气道上布置有汽油喷嘴，每个汽油喷嘴通过油管与油泵相连；其特点在于：还有EGR管路、EGR冷却器、EGR阀、蓄电池、通断继电器、水电解器、氢气储存器、喷氢器、氢气压力控制开关、氧气储存器、喷氧器、氧气压力控制开关和电子控制器；
在所述的进气总管的节气门前设置所述的喷氧器；
在所述的发动机的每个气缸的缸盖上设置所述的喷氢器；
所述的水电解器的氢气出口通过管路与所述的氢气储存器的氢气进口相连接，所述的水电解器的氧气出口通过管路与所述的氧气储存器的氧气进口相连接，所述的水电解器电接口经所述的通断继电器利用线缆与所述的蓄电池相连接；
所述的氢气储存器设置所述的氢气压力控制开关，该氢气储存器的出口经管路与每个气缸的喷氢器的氢气进口相连；
所述的氧气储存器上设置所述的氧气压力控制开关，该氧气储存器的氧气出口经管路与所述的喷氧器的氧气进口相连；
在所述的排气总管和所述的节气门之后的进气总管之间接设所述的EGR管路，该EGR管路中接设所述的EGR冷却器和EGR阀；
在所述的发动机上还设有冷却水温探测器和发动机转速探测器，在所述的进气歧管设有歧管压力传感器，在进气总管上设有空气流量传感器，在排气总管上设有排气氧传感器；
所述的电子控制器分别与所述的节气门、喷氢器、喷氧器、EGR阀、通断继电器、氢气压力控制开关、氧气压力控制开关、汽油喷嘴、冷却水温探测器、发动机转速探测器、歧管压力传感器、空气流量传感器、排气氧传感器相连。
所述的电子控制器从原发动机采集到冷却水温度信号、发动机转速信号、排气氧传感器信号、进气空气流量信号、歧管压力传感器信号，该电子控制器适时地向节气门发出节气门开度信号、向EGR阀发出EGR阀开度信号，向汽油喷嘴发出喷油器脉宽信号、向喷氢器发出喷氢器脉宽信号、向喷氧器发出喷氧器脉宽信号，向通断继电器发出通断继电器控制信号，接受氢气压力控制开关发出氢气储存器压力触发信号、氧气压力控制开关获得氧气储存器压力触发信号，以实现发动机工作状态的识别和控制。
上述带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机燃烧模式的控制方法，该方法包括如下步骤：
该控制方法按工况分为冷启动工况、怠速工况、中小负荷工况、大负荷工况与全负荷工况控制：
a)冷启动工况：
所述的电子控制器采集到的冷却水温度信号识别冷却水温度小于50℃，判断发动机处于冷启动状态；
电子控制器启动发动机，在发动机启动的0～30秒内，所述的电子控制器发出喷氢器脉宽信号与喷氧器脉宽信号分别控制所述的喷氢器与喷氧器同时打开，发出EGR阀开度信号控制所述的EGR阀保持关闭；电子控制器通过调节喷射脉宽控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比合适，同时保证掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的10％～20％，使发动机在该阶段的点火过程以“空气-氢-氧”形式组织燃烧；
在发动机启动的30～50秒内，电子控制器发出喷氢器脉宽信号、喷氧器脉宽信号、喷油器脉宽信号分别控制所述的喷氢器、喷氧器、汽油喷嘴打开，且通过EGR阀开度信号控制所述的EGR阀保持关闭；电子控制器通过调节喷射脉宽控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比，同时保证掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的5％～10％，使汽油机以“汽油-空气-掺入氢氧”混合气形式组织燃烧；
b)怠速工况：
电子控制器通过发动机转速信号、冷却水温度信号、进气总管的空气流量信号、歧管压力传感器信号，分析判断发动机处于怠速状态；
电子控制器发出喷氢器脉宽信号、喷氧器脉宽信号和喷油器脉宽信号分别控制喷氢器、喷氧器、汽油喷嘴打开，且通过EGR阀开度信号控制EGR阀保持关闭，电子控制器通过调节喷氢器、喷氧器的喷射脉宽，控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比合适，同时保证额外掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的5％～10％，电子控制器通过排气氧传感器信号实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号控制汽油喷嘴的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1，发动机在怠速阶段以“汽油-空气-掺入氢氧气”的混合气形式组织燃烧；
c)中小负荷工况
电子控制器采集发动机转速信号、进气空气流量信号、歧管压力传感器信号，分析判断发动机的负荷率，并作如下处理：
当发动机负荷率在10％～60％之间时，电子控制器发出喷氢器脉宽信号、喷氧器脉宽信号与喷油器脉宽信号分别控制喷氢器、汽油喷嘴打开，喷氧器关闭，电子控制器设定喷氢器的喷射脉宽使每循环喷入缸内的氢气体积占该循环总进气体积的1％～5％；同时，电子控制器发出EGR阀开度信号控制EGR阀打开并调整开度，向进气总管引入废气，根据负荷率的不同，使EGR率控制在5％～20％(EGR率定义为引入废气质量占总进气质量的比率)；电子控制器通过排气氧传感器信号实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号控制汽油喷嘴的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机将在中小负荷阶段以“汽油-空气-氢气-EGR”的混合气形式组织燃烧；
d)大负荷工况：
当发动机的负荷率在60％～90％之间时，电子控制器发出喷氢器脉宽信号、喷氧器脉宽信号与喷油器脉宽信号分别控制喷氢器、汽油喷嘴打开，喷氧器关闭，电子控制器设定喷氢器的喷射脉宽使每循环喷入缸内的氢气体积占该循环总进气体积的1％～5％，同时，电子控制器通过EGR阀开度信号控制EGR阀打开并调整开度，向进气总管引入废气，根据负荷率的不同，使EGR率控制在10％～40％；电子控制器通过排气氧传感器信号实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号控制汽油喷嘴的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机将在大负荷阶段以“汽油-空气-氢气-EGR”的混合气形式组织燃烧；
e)全负荷(节气门全开)：
电子控制器发出节气门开度信号控制节气门全开，电子控制器发出喷氢器脉宽信号、喷氧器脉宽信号和喷油器脉宽信号控制喷氢器关闭，喷氧器与汽油喷嘴打开；电子控制器设定喷氧器喷射脉宽，使发动机进气的氧气浓度提高到22％～29％；电子控制器通过排气氧传感器信号实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号控制汽油喷嘴的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机工作在“汽油-富氧空气”的富氧燃烧模式下，即以非增压发动机的“增氧”，实现增压发动机时的强化燃烧效果，从而达到快速提高发动机瞬时扭矩的目的。
发动机运转在冷启动工况、怠速工况、中小负荷工况、大负荷、全负荷各工况时，所述的电子控制器还要根据所述的氢气压力开关和氧气压力开关提供的氢气储存器和氧气储存器的压力状态，作下列处理：
当氢气储存器和氧气储存器内的压力低于某特定值(4bar～5bar)时，发动机将以原机电子控制策略在“汽油-空气”进气模式下工作。同时，电子控制器发出通断继电器控制信号使通断继电器闭合，所述的水电解器工作并向所述的氢气储存器和氧气储存器分别充氢气和氧气；
当氢气储存器和氧气储存器内的压力达到某特定值(4bar～5bar)时，发动机工作的同时，所述的水电解器将继续工作并向氢气储存器和氧气储存器充气；
当氢气储存器和氧气储存器内的压力高于某特定值(4bar～5bar)的10％～50％时，电子控制器相应的发出通断继电器控制信号使通断继电器断开，水电解器将停止工作并不向氢气储存器和氧气储存器充气，发动机继续工作。
本发明的有益效果：
通过本发明提出的带EGR的掺氢富氧汽油发动机系统及其燃烧模式控制方法，可以有效的降低汽油机冷启动阶段的HC、CO排放；降低怠速工况下的有害排放和油耗；使中小负荷时燃油燃烧更加充分，降低中小负荷下的泵气损失，改善油耗和排放水平；使大负荷下的氮氧化物排放显著降低；以及显著提高发动机全负荷下的最大输出功率。冷启动阶段额外掺入部分氢氧混合气，利用氢气燃烧速度快、燃烧温度高、淬熄距离短与氧气的助燃特点，可以改善缸内燃烧质量，提高缸内温度，使燃料燃烧效率提高，进而降低HC、CO排放；怠速阶段额外掺入氢氧混合气同样有助于提高热效率与降低有害排放，主要是因为掺入的氢氧混合气会提高燃烧速度和温度，改善燃烧质量，提高燃烧效率；中小负荷工况下使进气掺氢与引入EGR，利用氢气燃烧极限宽、火焰速度快的特点可以增加发动机对EGR的容忍度，使发动机在较大比率EGR下运转，降低泵气损失，油耗和NOx排放都会得到显著的降低；大负荷工况下使进气掺氢与引入大比率EGR，将利用EGR降低缸内燃烧温度与稀释进气，使氮氧化物排放明显降低，同时掺入氢气可以提高大比率EGR进气下缸内燃烧的稳定性，改善油耗；在节气门全开时通过提高进气氧浓度，同时相应的增加喷油量(保证当量比为1左右)，实现缸内富氧燃烧，可以显著提高发动机功率输出水平，有助于解决汽油机小型化后功率下降问题且避免使用复杂昂贵的涡轮增压系统，有助于小型强化汽油机的开发。
综上所述，本发明可作为有效改善汽油机排放、油耗和动力性能且满足严格排放法规的重要技术手段之一，具有很高的应用潜力与良好的经济与社会效益。
附图说明
图1为本发明带EGR的掺氢富氧汽油发动机系统的结构原理示意图。
图中：1-进气总管；2-节气门；3-进气歧管；4-发动机；5-排气歧管；6-排气总管；7-EGR管道；8-EGR冷却器；9-EGR阀；10-蓄电池；11-通断继电器；12-水电解器；13-氢气储存器；14-喷氢器；15-氢气压力开关；16-氧气储存器；17-喷氧器；18-氧气压力开关；19-油泵；20-汽油喷嘴；21-电子控制器；22-冷却水温探测器；23-发动机转速探测器；24-排气氧传感器；25-空气流量传感器；26-歧管压力传感器；a-冷却水温度信号；b-发动机转速信号；c-排气氧传感器信号；d-进气空气流量信号；e-歧管压力传感器信号；f-通断继电器控制信号；g-氧气储存器压力触发信号；h-氢气储存器压力触发信号；i-喷氧器脉宽信号；j-节气门开度信号；k-喷油器脉宽信号；l-喷氢器脉宽信号；m-EGR阀开度信号。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体内容和实施方式作进一步详细说明。
图1所示，图1为本发明带EGR的掺氢富氧汽油发动机系统实施例的结构原理示意图，以一款小型三缸自然吸气汽油机为例，实现发明中的该种带EGR的掺氢富氧汽油发动机及控制方法：
由图可见，本发明带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机，包括进气总管1、节气门2、进气歧管3、具有三个气缸的发动机4、排气歧管5、排气总管6，所述进气总管1通过所述的进气歧管3与发动机4的每个气缸相连通，所述的发动机4的每个气缸的排气口通过所述的排气歧管5与所述的排气总管6相通，在所述的发动机4的每个气缸的进气道上布置有汽油喷嘴20，每个汽油喷嘴20通过油管与油泵19相连；还有EGR管路7、EGR冷却器8、EGR阀9、蓄电池10、通断继电器11、水电解器12、氢气储存器13、喷氢器14、氢气压力控制开关15、氧气储存器16、喷氧器17、氧气压力控制开关18和电子控制器21；
在所述的进气总管1的节气门2前设所述的喷氧器17；
在所述的发动机4的每个气缸的缸盖上设置所述的喷氢器14；
所述的水电解器12的氢气出口通过管路与所述的氢气储存器13的氢气进口相连接，所述的水电解器12的氧气出口通过管路与所述的氧气储存器16的氧气进口相连接，所述的水电解器12电接口经所述的通断继电器11利用线缆与所述的蓄电池10相连接；
所述的氢气储存器13设置所述的氢气压力控制开关15，该氢气储存器13的出口经管路与每个气缸的喷氢器14的氢气进口相连；
所述的氧气储存器16上设置所述的氧气压力控制开关18，该氧气储存器16的氧气出口经管路与所述的喷氧器17的氧气进口相连；
在所述的排气总管6和所述的节气门2之后的进气总管1之间接设所述的EGR管路7，该EGR管路7中接设所述的EGR冷却器8和EGR阀9；
在所述的发动机4上设有冷却水温探测器22和发动机转速探测器23，在所述的进气歧管3设有歧管压力传感器26，在进气总管1上设有空气流量传感器25，在排气总管6上设有排气氧传感器24；
所述的电子控制器21分别与所述的节气门2、喷氢器14、喷氧器17、EGR阀9、通断继电器11、氢气压力控制开关15、氧气压力控制开关18、汽油喷嘴20、冷却水温探测器22、发动机转速探测器23、歧管压力传感器26、空气流量传感器25、排气氧传感器24相连。
所述的带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机在工况分为冷启动工况、怠速工况、中小负荷工况、大负荷工况与全负荷工况下，按如下的燃烧模式控制方法工作：
a)冷启动阶段：
所述的电子控制器21采集到的冷却水温度信号a，识别冷却水温度小于50℃，判断发动机4处于冷启动状态；电子控制器21启动发动机4，在发动机启动的0～30秒内，所述的电子控制器21发出喷氢器脉宽信号l与喷氧器脉宽信号i分别控制所述的喷氢器14与喷氧器17同时打开，发出EGR阀开度信号m控制所述的EGR阀9保持关闭；电子控制器21通过调节喷射脉宽控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比合适，同时保证掺入的氢气与氧气的混合气体积占整个进气的体积的10％～20％，使发动机4在该阶段的点火过程以“空气-氢-氧”形式组织燃烧；
在发动机启动的30～50秒内，电子控制器21发出喷氢器脉宽信号l、喷氧器脉宽信号i、喷油器脉宽信号k分别控制所述的喷氢器14、喷氧器17、汽油喷嘴20打开，且通过EGR阀开度信号m控制所述的EGR阀9保持关闭；电子控制器21通过调节喷射脉宽控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比，同时保证掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的5％～10％，使汽油机以“汽油-空气-掺入氢氧”混合气形式组织燃烧；
b)怠速工况：
电子控制器21通过发动机转速信号b、冷却水温度信号a、进气总管的空气流量信号d、歧管压力传感器信号e，分析判断发动机处于怠速状态；电子控制器21发出喷氢器脉宽信号l、喷氧器脉宽信号i和喷油器脉宽信号k分别控制喷氢器14、喷氧器17、汽油喷嘴20打开，且通过EGR阀开度信号m控制EGR阀9保持关闭，电子控制器21通过调节喷氢器14、喷氧器17的喷射脉宽，控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比合适，同时保证额外掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的5％～10％，电子控制器21通过排气氧传感器信号c实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号k控制汽油喷嘴20的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1，发动机在怠速阶段以“汽油-空气-掺入氢氧气”的混合气形式组织燃烧；
c)中小负荷工况
电子控制器21采集发动机转速信号b、进气空气流量信号d、歧管压力传感器信号e，分析判断发动机的负荷率，当发动机负荷率在10％～60％之间时，电子控制器21发出喷氢器脉宽信号l、喷氧器脉宽信号i与喷油器脉宽信号k分别控制喷氢器14、汽油喷嘴20打开，喷氧器17关闭，电子控制器21设定喷氢器14的喷射脉宽使每循环喷入缸内的氢气体积占该循环总进气体积的1％～5％；同时，电子控制器21发出EGR阀开度信号m控制EGR阀9打开并调整开度，向进气总管引入废气，根据负荷率的不同，使EGR率控制在5％～20％；电子控制器21通过排气氧传感器信号c实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号k控制汽油喷嘴20的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机将在中小负荷阶段以“汽油-空气-氢气-EGR”的混合气形式组织燃烧；
d)大负荷工况：
当发动机的负荷率在60％～90％之间时，电子控制器21发出喷氢器脉宽信号l、喷氧器脉宽信号(i)与喷油器脉宽信号k分别控制喷氢器14、汽油喷嘴20打开，喷氧器17关闭，电子控制器21设定喷氢器14的喷射脉宽使每循环喷入缸内的氢气体积占该循环总进气体积的1％～5％，同时，电子控制器21通过EGR阀开度信号m控制EGR阀9打开并调整开度，向进气总管引入废气，根据负荷率的不同，使EGR率控制在10％～40％；电子控制器21通过排气氧传感器信号c实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号k控制汽油喷嘴20的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机将在大负荷阶段以“汽油-空气-氢气-EGR”的混合气形式组织燃烧；
e)全负荷：
电子控制器21发出节气门开度信号j控制节气门2全开，电子控制器21发出喷氢器脉宽信号l、喷氧器脉宽信号i和喷油器脉宽信号k控制喷氢器14关闭，喷氧器17与汽油喷嘴20打开；电子控制器21设定喷氧器喷射脉宽，使发动机进气的氧气浓度提高到22％～29％；电子控制器21通过排气氧传感器信号c实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号k控制汽油喷嘴20的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机工作在“汽油-富氧空气”的富氧燃烧模式下，即以非增压发动机的“增氧”，实现增压发动机时的强化燃烧效果，从而达到快速提高发动机瞬时扭矩的目的。
此外，发动机4运转在冷启动工况、怠速工况、中小负荷工况、大负荷、全负荷各工况时，所述的电子控制器21将根据所述的氢气压力开关15和氧气压力开关18提供的氢气储存器13和氧气储存器16的压力状态，作下列处理：
当氢气储存器13和氧气储存器16内的压力低于4bar～5bar时，发动机4将以原机电子控制策略在“汽油-空气”进气模式下工作，同时，电子控制器21发出通断继电器控制信号f使通断继电器11闭合，所述的水电解器12工作并向所述的氢气储存器13和氧气储存器16分别充氢气和氧气；
当氢气储存器13和氧气储存器16内的压力达到4bar～5bar时，发动机4继续工作，所述的水电解器12将继续工作并向氢气储存器13和氧气储存器16充气；
当氢气储存器13和氧气储存器16内的压力高于4bar～5bar的10％～50％时，电子控制器21相应的发出通断继电器控制信号f使通断继电器11断开，水电解器12将停止工作，发动机4继续工作。
试用表明，本发明的优点是：可以有效的降低汽油发动机冷启动阶段的HC、CO排放；降低怠速工况下的有害排放和油耗；使中小负荷时燃油燃烧更加充分，降低中小负荷下的泵气损失，改善油耗和排放水平；使大负荷下的氮氧化物排放显著降低；以及显著提高发动机全负荷下的最大输出功率。

Claims (2)

1.一种带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机燃烧的控制方法，所述带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机，包括进气总管(1)、节气门(2)、进气歧管(3)、具有多个气缸的发动机(4)、排气歧管(5)和排气总管(6)，所述进气总管(1)通过所述的进气歧管(3)与发动机(4)的每个气缸相连通，所述的发动机(4)的每个气缸的排气口通过所述的排气歧管(5)与所述的排气总管(6)相通，在所述的发动机(4)的每个气缸的进气道上布置有汽油喷嘴(20)，每个汽油喷嘴(20)通过油管与油泵(19)相连；还有EGR管路(7)、EGR冷却器(8)、EGR阀(9)、蓄电池(10)、通断继电器(11)、水电解器(12)、氢气储存器(13)、喷氢器(14)、氢气压力控制开关(15)、氧气储存器(16)、喷氧器(17)、氧气压力控制开关(18)和电子控制器(21)；在所述的进气总管(1)的节气门(2)前设所述的喷氧器(17)；在所述的发动机(4)的每个气缸的缸盖上设置所述的喷氢器(14)；所述的水电解器(12)的氢气出口通过管路与所述的氢气储存器(13)的氢气进口相连接，所述的水电解器(12)的氧气出口通过管路与所述的氧气储存器(16)的氧气进口相连接，所述的水电解器(12)的电接口经所述的通断继电器(11)与所述的蓄电池(10)相连接；所述的氢气储存器(13)上设置所述的氢气压力控制开关(15)，该氢气储存器(13)的出口经管路与每个气缸的喷氢器(14)的氢气进口相连；所述的氧气储存器(16)上设置所述的氧气压力控制开关(18)，该氧气储存器(16)的氧气出口经管路与所述的喷氧器(17)的氧气进口相连；在所述的排气总管(6)和所述的节气门(2)之后的进气总管(1)之间接设所述的EGR管路(7)，该EGR管路(7)中接设所述的EGR冷却器(8)和EGR阀(9)；在所述的发动机(4)上设有冷却水温探测器(22)和发动机转速探测器(23)，在所述的进气歧管(3)上设有进气歧管压力传感器(26)，在进气总管(1)上设有空气流量传感器(25)，在所述的排气总管(6)上设有排气氧传感器(24)；
所述的电子控制器(21)分别与所述的节气门(2)、喷氢器(14)、喷氧器(17)、EGR阀(9)、通断继电器(11)、氢气压力控制开关(15)、氧气压力控制开关(18)、汽油喷嘴(20)、冷却水温探测器(22)、发动机转速探测器(23)、排气氧传感器(24)、空气流量传感器(25)、进气歧管压力传感器(26)相连，其特征在于，该方法按冷启动工况、怠速工况、中小负荷工况、大负荷工况和全负荷工况分别进行控制：
a)冷启动工况：
所述的电子控制器(21)通过冷却水温探测器(22)采集冷却水温度信号(a)识别冷却水温度小于50℃，判断所述的发动机(4)处于冷启动状态；电子控制器(21)启动发动机(4)，在发动机启动的0～30秒内，所述的电子控制器(21)分别向所述的喷氢器(14)和所述的喷氧器(17)发出喷氢器脉宽信号(l)和喷氧器脉宽信号(i)，同时打开所述的喷氢器(14)与喷氧器(17)，所述的电子控制器(21)发出EGR阀开度信号(m)控制所述的EGR阀(9)保持关闭；电子控制器(21)通过调节喷射脉宽控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比，同时保证掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的10％～20％，使发动机(4)在该阶段的点火过程以“空气-氢-氧”形式组织燃烧；
在发动机启动的30～50秒内，电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)、喷油器脉宽信号(k)分别控制所述的喷氢器(14)、喷氧器(17)、汽油喷嘴(20)打开，且通过EGR阀开度信号(m)控制所述的EGR阀(9)保持关闭；所述的电子控制器(21)通过调节喷射脉宽控制所述的汽油喷嘴(20)，控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比，同时保证掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的5％～10％，使发动机(4)以“汽油-空气-掺入氢氧”混合气形式组织燃烧；
b)怠速工况：
所述的电子控制器(21)通过发动机转速信号(b)、冷却水温度信号(a)、进气总管的空气流量信号(d)和歧管压力传感器信号(e)，分析判断发动机处于怠速状态；
所述的电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)和喷油器脉宽信号(k)分别控制喷氢器(14)、喷氧器(17)、汽油喷嘴(20)打开，且通过EGR阀开度信号(m)控制EGR阀(9)保持关闭，所述的电子控制器(21)通过调节喷氢器(14)、喷氧器(17)的喷射脉宽，控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比，同时保证额外掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的5％～10％，所述的电子控制器(21)通过排气氧传感器信号(c)实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号(k)控制汽油喷嘴(20)的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1，发动机在怠速阶段以“汽油-空气-掺入氢氧气”的混合气形式组织燃烧；
c)中小负荷工况：
电子控制器(21)采集发动机转速信号(b)、进气空气流量信号(d)、歧管压力传感器信号(e)，分析判断发动机的负荷率，当发动机负荷率在10％～60％之间时，所述的电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)与喷油器脉宽信号(k)分别控制喷氢器(14)、汽油喷嘴(20)打开，喷氧器(17)关闭，电子控制器(21)设定喷氢器(14)的喷射脉宽，使每循环喷入缸内的氢气体积占该循环总进气体积的1％～5％；同时，电子控制器(21)发出EGR阀开度信号(m)控制EGR阀(9)打开并调整开度，向进气总管引入废气，根据负荷率的不同，使EGR率控制在5％～20％；电子控制器(21)通过排气氧传感器信号(c)实现当量比闭环控制，发出相应的喷油器脉宽信号(k)控制汽油喷嘴(20)的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机(4)将在中小负荷阶段以“汽油-空气-氢气-EGR”的混合气形式组织燃烧；
d)大负荷工况：
当发动机的负荷率在60％～90％之间时，电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)和喷油器脉宽信号(k)分别控制喷氢器(14)、汽油喷嘴(20)打开，喷氧器(17)关闭，电子控制器(21)设定喷氢器(14)的喷射脉宽，使每循环喷入缸内的氢气体积占该循环总进气体积的1％～5％，同时，电子控制器(21)通过EGR阀开度信号(m)控制EGR阀(9)打开并调整开度，向进气总管引入废气，根据负荷率的不同，使EGR率控制在10％～40％；电子控制器(21)通过排气氧传感器信号(c)实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号(k)控制汽油喷嘴(20)的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机(4)将在大负荷阶段以“汽油-空气-氢气-EGR”的混合气形式组织燃烧；
e)全负荷工况：
电子控制器(21)发出节气门开度信号(j)控制节气门(2)全开，电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)和喷油器脉宽信号(k)控制喷氢器(14)关闭，喷氧器(17)与汽油喷嘴(20)打开；电子控制器(21)设定喷氧器喷射脉宽，使发动机进气的氧气浓度提高到22％～29％；电子控制器(21)通过排气氧传感器信号(c)实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号(k)控制汽油喷嘴(20)的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机工作在“汽油-富氧空气”的富氧燃烧模式下，即以非增压发动机的“增氧”，实现增压发动机时的强化燃烧效果，从而达到快速提高发动机瞬时扭矩的目的。
2.根据权利要求1所述的带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机燃烧的控制方法，其特征在于：在所述的发动机(4)运转时，所述的电子控制器(21)将根据所述的氢气压力开关(15)和氧气压力开关(18)提供的氢气储存器(13)和氧气储存器(16)的压力状态，作下列处理：
当氢气储存器(13)和氧气储存器(16)内的压力低于4bar时，发动机(4)将以原机电子控制策略在“汽油-空气”进气模式下工作，同时，电子控制器(21)发出通断继电器控制信号(f)使通断继电器(11)闭合，所述的水电解器(12)工作并向所述的氢气储存器(13)和氧气储存器(16)分别充氢气和氧气；
当氢气储存器(13)和氧气储存器(16)内的压力达到4bar～5bar时，发动机(4)继续工作，所述的水电解器(12)将继续工作并向氢气储存器(13)和氧气储存器(16)充气；
当氢气储存器(13)和氧气储存器(16)内的压力高于5bar且高出部分占5bar的10％～50％时，电子控制器(21)向所述的通断继电器(11)发出通断继电器控制信号(f)，使通断继电器(11)断开，水电解器(12)将停止工作，发动机(4)继续工作。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106288750B (zh) * 2016-08-25 2019-04-09 山东中烟工业有限责任公司 一种烟草制丝燃烧炉燃气流量异常校验控制方法
CN106321270A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 大连理工大学 基于重载柴油机可变气门正时技术耦合喷油正时策略的控制方法
CN106285985A (zh) * 2016-09-30 2017-01-04 广州汽车集团股份有限公司 汽油发动机过量空气系数燃烧控制方法及燃烧控制系统
WO2018091258A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 Hydrive Aps Method of cleaning an internal combustion engine and system therefore
CN113914974B (zh) * 2020-07-08 2023-02-03 长城汽车股份有限公司 一种降低氮氧化物排放的方法、装置和汽车
CN111997807B (zh) * 2020-07-23 2022-03-29 长城汽车股份有限公司 一种车辆加热方法、系统及车辆
CA3219040A1 (en) * 2021-05-20 2022-11-24 Evan JOHNSON Systems and methods for a smart hydrogen injection controller
CN115030851B (zh) * 2021-11-15 2024-05-10 长城汽车股份有限公司 一种柴油机的冷启动系统、方法及车辆
CN114991946B (zh) * 2022-05-16 2022-12-20 王立臣 一种氢氧循环发动机及其使用方法
CN115387938B (zh) * 2022-09-22 2024-03-19 潍柴动力股份有限公司 发动机egr系统、车辆及发动机egr控制方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3696795A (en) * 1971-01-11 1972-10-10 Combustion Power Air pollution-free internal combustion engine and method for operating same
US6779337B2 (en) * 2002-09-20 2004-08-24 Ford Global Technologies, Llc Hydrogen fueled spark ignition engine
JP4122913B2 (ja) * 2002-09-26 2008-07-23 トヨタ自動車株式会社 水素利用内燃機関およびその運転方法
CA2524146C (en) * 2005-11-18 2008-05-13 Westport Research Inc. Direct injection internal combustion engine and method of making and operating same
CN100394002C (zh) * 2006-08-15 2008-06-11 北京工业大学 一种氢气-汽油混合燃料发动机及控制方法
US7717202B2 (en) * 2007-08-22 2010-05-18 Ford Global Technologies, Llc Vehicle propulsion system with selectable energy sources and method of use
CN101975108B (zh) * 2010-10-15 2012-11-07 北京工业大学 一种混氢、氧气的高辛烷值燃料点燃式内燃机及控制方法
CN102052205B (zh) * 2010-11-05 2013-04-10 北京工业大学 一种混合氢气与氧气的压燃式柴油内燃机及控制方法

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