CN106762232B - 一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统及其控制方法，在进气管道上设置辅助喷氢器，当氢燃料内燃机所需的喷氢脉宽较小，只启动用主喷氢器不会发生阻塞时，只启动主喷氢气即可；当氢燃料内燃机所需的喷氢脉宽较大，只启动用主喷氢器会发生阻塞时，启动辅助喷氢器，由于此时主喷氢器和辅助喷氢器的喷氢脉宽都会减小，且二者喷射时间的合理“错位”，可以有效解决进气管道阻塞问题，从而解决氢燃料内燃机喷氢时阻塞进气管道空气进入气缸的问题。

Description

一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及氢燃料内燃机喷氢控制技术领域，具体涉及一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统及其控制方法。
背景技术
氢燃料以其在能源和环保两方面的独特优势及用于车辆的良好性能被认为是最具前景的未来车辆发动机的主导燃料，发达国家高度重视。
但是，由于氢气密度低，在通过进气管道供氢时，会程度不同地出现氢气从喷射系统供入进气管道时的“膨胀”，加之进气管道容积的有限性，进而“阻塞”进气管道空气的进入气缸；严重时，甚至阻断进气管道的空气进入气缸，导致发动机功率下降，甚至熄火。供应发动机达到汽油等燃料发出相同功率所需要的氢气非常困难。
氢燃料与石油燃料的物化特性有着明显的差异，特别是采取进气管式低压氢喷射系统组织氢发动机的混合气形成和燃烧，较易出现早燃、回火。有别于传统石油燃料发动机的不正常燃烧，如汽油机的早燃、爆燃，或柴油机的工作粗暴，氢气火焰传播速度极快和着火范围宽广的特点使得氢发动机容易出现早燃，并且与回火互相转换，使得氢发动机异常燃烧更具有瞬间突发性，也更为复杂。也直接影响到氢发动机的动力性、经济性及有害气体排放。再有，与石油燃料相比，一方面由于氢的密度很小，导致功率下降较多，尽管当量比增加可以使得氢发动机功率增加，但是这将导致发生回火、早燃等异常燃烧的趋势增加。缸内喷射虽可消除回火，在高压空气中，氢气密度小使得喷束射程短，混合气形成和燃烧组织难度增加，增加喷束射程还有气体喷射的润滑问题使得高压喷氢系统设计极为困难。氢燃料发动机要解决各种性能之间，如提高功率、改善燃烧效率与降低NOx的矛盾以外，还必须协调解决异常燃烧与上述性能之间的矛盾。
发明内容
本发明提供一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统及其控制方法，用于解决上述氢燃料内燃机喷氢时阻塞进气管道空气进入气缸的问题。
一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统，包括控制器和进气管道；所述控制器控制连接有喷氢器；所述喷氢器包括主喷氢器和辅助喷氢器，主喷氢器设置在进气管道上连接进气阀处，辅助喷氢器设置在进气管道上距离主喷氢器设定长度的位置。
进一步的，所述辅助喷氢器设置在进气管道上距离主喷氢器为进气管道二分之一长度的位置。
一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统的控制方法，包括如下步骤：
(1)判断氢燃料内燃机实际运行时喷氢脉宽Ix是否小于位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c；所述位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c是指只有主喷氢器工作时，如果位于主喷氢器的喷氢脉宽大于等于I1c，进气管道会发生阻塞；
如果小于，则仅控制主喷氢器工作，位于主喷氢器的喷氢脉宽I1x＝Ix，喷氢开始时间为θ1；
否则，进行下一步；
(2)将位于主喷氢器的喷氢脉宽设置为I1x，位于辅助喷氢器的喷氢脉宽设置为I2x，I1x和I2x满足：I1x≥I2x，I1x+I2x＝Ix；主喷氢器的喷氢开始时间θ1与辅助喷氢器喷氢开始时间θ2满足关系θ1小于等于θ2。
当氢燃料内燃机所需的喷氢脉宽较小，只启动用主喷氢器不会发生阻塞时，只启动主喷氢气即可；当氢燃料内燃机所需的喷氢脉宽较大，只启动用主喷氢器会发生阻塞时，启动辅助喷氢器，由于此时主喷氢器和辅助喷氢器的喷氢脉宽都会减小，且二者喷射时间的合理“错位”，所以进气管道不会发生阻塞。
进一步的，所述步骤(2)中，当辅助喷氢器开始工作后，如果进气管道依然发生阻塞，则通过将辅助喷氢器的喷氢开始时间θ2延后或者将主喷氢器的喷氢开始时间θ1提前的方式，增加主喷氢器喷氢开始时间与辅助喷氢器喷氢开始时间之间的时间间隔，直到不发生阻塞。
当启动辅助喷氢器后依然发生阻塞，可能是在主喷氢器喷出的氢气在进入气缸之前与辅助喷氢器喷出的氢气相遇，造成进气管道中的氢气量过大，阻塞空气进气气缸，所以此时增加主喷氢器喷氢开始时间与辅助喷氢器喷氢开始时间之间的时间间隔，使主喷氢器与辅助喷氢器所喷出的氢气不会在进气管道中相遇，从而消除阻塞。
进一步的，当辅助喷氢器的喷氢开始时间θ2增加到最大设定时间θmax，并且主喷氢器的喷氢开始时间θ1减小到设定时间θmin时，如果进气管道依然发生阻塞，则判断为进气管道的阻塞不能被消除。
当辅助喷氢器的喷氢开始时间θ2延后到最大设定时间θmax，或者主喷氢器的喷氢开始时间θ1提前到设定时间θmin时，已经达到可调节的极限，不能再进行调节，所以如果此时依然发生阻塞，就判断为不能消除阻塞。
附图说明
图1为系统实施例中氢燃料内燃机分截面分路喷射系统的主与辅助喷氢器在进气管上位置示意图；
图2为方法实施例中氢燃料内燃机分截面分路喷射系统喷氢控制流程图。
具体实施方式
本发明提供一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统及其控制方法，用于解决上述氢燃料内燃机喷氢时阻塞进气管道空气进入气缸的问题。
一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统的控制方法，包括如下步骤：
(1)判断氢燃料内燃机实际运行时喷氢脉宽Ix是否小于位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c；所述位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c是指只有主喷氢器工作时，如果位于主喷氢器的喷氢脉宽大于等于I1c，进气管道会发生阻塞；
如果小于，则仅控制主喷氢器工作，位于主喷氢器的喷氢脉宽I1x＝Ix，喷氢开始时间为θ1；
否则，进行下一步；
(2)将位于主喷氢器的喷氢脉宽设置为I1x，位于辅助喷氢器的喷氢脉宽设置为I2x，I1x和I2x满足：I1x≥I2x，I1x+I2x＝Ix；主喷氢器的喷氢开始时间θ1与辅助喷氢器喷氢开始时间θ2满足关系θ1≤θ2。
当氢燃料内燃机所需的喷氢脉宽较小，只启动用主喷氢器不会发生阻塞时，只启动主喷氢气即可；当氢燃料内燃机所需的喷氢脉宽较大，只启动用主喷氢器会发生阻塞时，启动辅助喷氢器，由于此时主喷氢器和辅助喷氢器的喷氢脉宽都会减小，所以进气管道不会发生阻塞。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
系统实施例：
本实施例所提供的一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统如图1所示，主喷氢器设置在进气管道靠近进气阀的位置，辅助喷氢气器设置在进气管道上距主喷氢器二分之一管道长度的位置。
作为其他实施方式，辅助喷氢气可以设置在进气管道的其他位置，但是与主喷氢器之间需要一定的间距，该间距可以根据需求设定。
方法实施例：
本发明所提供的一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统的控制方法，适用于上述系统实施例所提供的氢燃料内燃机分截面分路喷射系统，该控制方法的流程图如图2所示，具体步骤如下：
(1)判断氢燃料内燃机实际运行时喷氢脉宽Ix是否小于发生阻塞时位于主喷氢器的喷氢脉宽I1c；
如果小于，则判断为如果仅有主喷氢器工作时，进气管道不会发生阻塞，所以此时启动控制主喷氢器开始工作，辅助喷氢器不工作，主喷氢器的喷氢脉宽I1x＝Ix，喷氢开始时间θ1为设定好的优化值；判断是否发生阻塞；
如果不发生阻塞，则将主喷氢器的喷氢脉宽I10设置成为I10与Ix中的最大值；
如果发生阻塞，则将I1c设为I1c与Ix中的最小值，再次判断氢燃料内燃机实际运行时喷氢脉宽Ix是否小于位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c；
如果不小于，则判断为如果仅有主喷氢器工作时，进气管道会发生阻塞，此时进行下一步；
(2)启动辅助喷氢器，将主喷氢器的喷氢脉宽设置为I1x＝Ix/2，辅助喷氢器的喷氢脉宽设置为I2x＝Ix/2，主喷氢器的喷氢开始时间θ1与辅助喷氢器喷氢开始时间θ2相同，均为设定好的优化值，即θ1＝θ2＝优化值，然后检测判断此时进气管道是否发生阻塞；
如果不发生阻塞，则将主喷氢器的喷氢脉宽I10设置成为I10与Ix中的最大值；
如果此时进气管道依然发生阻塞，则将辅助喷氢器的喷氢开始时间θ2增加10°，主喷氢器的喷氢开始时间θ1减少10°，即将主喷氢器的喷氢开始时间提前10°，或者将辅助喷氢器的喷氢开始时间延后10°；
当辅助喷氢器的喷氢开始时间θ2延后到最迟的喷氢开始时间θmax时，并且主喷氢器的喷氢开始时间θ1提前到最早的喷氢开始时间θmin时，已经调节到可以调节的最大限度，如果此时进气管道依然发生阻塞，则判断为进气管道的阻塞不能消除；氢燃料内燃机的最大喷氢脉宽Imax为Imax与I1x+I2x中的最小值；
在本实施例中，当启动辅助喷氢器时，主喷氢器的脉宽I1x与辅助喷氢器的脉宽I2x相同；作为其他实施方法，位于主喷氢器的脉宽I1x与位于辅助喷氢器的脉宽I2x可以不相同，但是需要满足条件I1x≥I2x，I1x+I2x＝Ix。
作为其他实施方式，辅助喷氢器和主喷氢器可以不同时开始工作，但是辅助喷氢器的喷氢开始时间应晚于主喷氢器的喷氢开始时间，即θ2>θ1。
在本实施例中，在对主喷氢器和辅助喷氢器的喷氢时间进行调节时，每次调节10°；作为其他实施方式，调节时间可以增加或减少，如每次调节5°，或者每次调节15°。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统，包括控制器和进气管道；所述控制器控制连接有喷氢器；其特征在于，所述喷氢器包括主喷氢器和辅助喷氢器，主喷氢器设置在进气管道上连接进气阀处，辅助喷氢器设置在进气管道上距离主喷氢器设定长度的位置；
氢燃料内燃机分截面分路喷射系统的控制方法包括如下步骤：
(1)判断氢燃料内燃机实际运行时喷氢脉宽Ix是否小于位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c；所述位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c是指只有主喷氢器工作时，如果位于主喷氢器的喷氢脉宽大于等于I1c，进气管道会发生阻塞；
如果小于，则仅控制主喷氢器工作，位于主喷氢器的喷氢脉宽I1x＝Ix，喷氢开始时间为θ1；
否则，进行下一步；
(2)将位于主喷氢器的喷氢脉宽设置为I1x，位于辅助喷氢器的喷氢脉宽设置为I2x，I1x和I2x满足：I1x≥I2x，I1x+I2x＝Ix；主喷氢器的喷氢开始时间θ1与辅助喷氢器喷氢开始时间θ2满足关系θ1≤θ2；
所述步骤(2)中，当辅助喷氢器开始工作后，如果进气管道依然发生阻塞，则通过将辅助喷氢器的喷氢开始时间θ2延后或者将主喷氢器的喷氢开始时间θ1提前的方式，增加主喷氢器喷氢开始时间与辅助喷氢器喷氢开始时间之间的时间间隔，直到不发生阻塞。
2.根据权利要求1所述的一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统，其特征在于，所述辅助喷氢器设置在进气管道上距离主喷氢器为进气管道二分之一长度的位置。
3.一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)判断氢燃料内燃机实际运行时喷氢脉宽Ix是否小于位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c；所述位于主喷氢器的最大喷氢脉宽I1c是指只有主喷氢器工作时，如果位于主喷氢器的喷氢脉宽大于等于I1c，进气管道会发生阻塞；
如果小于，则仅控制主喷氢器工作，位于主喷氢器的喷氢脉宽I1x＝Ix，喷氢开始时间为θ1；
否则，进行下一步；
(2)将位于主喷氢器的喷氢脉宽设置为I1x，位于辅助喷氢器的喷氢脉宽设置为I2x，I1x和I2x满足：I1x≥I2x，I1x+I2x＝Ix；主喷氢器的喷氢开始时间θ1与辅助喷氢器喷氢开始时间θ2满足关系θ1≤θ2；
所述步骤(2)中，当辅助喷氢器开始工作后，如果进气管道依然发生阻塞，则通过将辅助喷氢器的喷氢开始时间θ2延后或者将主喷氢器的喷氢开始时间θ1提前的方式，增加主喷氢器喷氢开始时间与辅助喷氢器喷氢开始时间之间的时间间隔，直到不发生阻塞。
4.根据权利要求3所述一种氢燃料内燃机分截面分路喷射系统的控制方法，其特征在于，当辅助喷氢器的喷氢开始时间θ2增加到最大设定时间θmax，并且主喷氢器的喷氢开始时间θ1减小到设定时间θmin时，如果进气管道依然发生阻塞，则判断为进气管道的阻塞不能被消除。
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