CN110296009A - 一种醇氢发动机系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种醇氢发动机系统，在醇氢发动机系统的基础上本发明还提供一种控制方法，具体包括，S1：检测氢气瓶中压力信息，并将压力信息传递给控制装置；S2：根据压力信息判断氢气瓶压力是否超过压力预设值；若是，则控制发动机气轨按照最佳的喷射量持续喷射；若否，则进入S3；S3：控制发动机气轨不喷射，同时裂解器持续裂解甲醇，并将裂解气输送氢气瓶，回到S1，通过提供的控制方法可以保证启动性能的同时，还可以良好的兼顾发动机的经济性，从而提高汽车整车的性能。
Description
技术领域
本发明涉及发动机供能控制领域，特别涉及一种醇氢发动机系统及其控制方法。
背景技术
醇氢发动机是为了改善甲醇发动机的冷启动性能同时改善发动机运行经济性而立项研发的。醇氢发动机配备两套燃料系统，一种是甲醇燃料；另一种是甲醇裂解气燃料。其中甲醇燃料直接由甲醇燃料箱提供。甲醇裂解气由甲醇裂解器提供。
甲醇裂解器是一种可以将甲醇裂解为H2和CO混合气的制气装置，是醇氢发动机研发中的关键部件。甲醇裂解器通过吸收发动机排气热量，在催化剂的作用下将甲醇裂解成H2和CO。甲醇裂解后所产生的氢气进入发动机参与燃烧，可以改善发动机的冷启动性能和运行经济性。
发动机工况决定于路况和驾驶员意愿，具有趋势不可预见、目的不可预见的特点，这使裂解器内催化剂温度波动具有一定的随机性。由于催化剂温度的波动，产气量也会随之波动，这使醇氢系统的控制难度提高，因此如何保证无论车辆何时停车，醇氢系统中的氢气瓶中都能储存尽可能多的裂解气也是个急需解决的问题。
本发明公开了一种醇氢发动机系统及其控制方法，用于控制醇氢发动机的醇氢系统。本发明所述的控制方法可以使裂解器产生的裂解气量与车辆行驶工况、车辆启停之间良好配合，即保证车辆启动性能又可以兼顾车辆行驶经济性。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种醇氢发动机系统及其控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种醇氢发动机系统，包括：发动机；裂解器，设置在发动机的尾气排气管上，用于将甲醇裂解形成甲醇裂解气，并将甲醇裂解气输送给氢气瓶；氢气瓶，用于存储来自裂解器的甲醇裂解气，并提供给发动机；温度传感装置，用于检测裂解腔内部温度信息并将温度信息传递给控制装置；压力传感装置，设置在氢气瓶上，用于检测氢气瓶内的压力信息，并将信息传递给控制装置；控制装置，用于接收到温度信息和压力信息，并控制发动机系统的运行。
进一步地，所述氢气瓶连接至裂解气喷嘴，用于向发动机供给裂解气。
进一步地，所述醇氢发动机系统还设置第二温度传感器，所述第二温度传感器设置在所述发动机内部，用于检测发动机的水温并将水温信息传递给控制装置，所述第二温度传感器在醇氢系统启动过程中工作。
进一步地，所述裂解器包括裂解加热腔、裂解腔和裂解器喷嘴，所述裂解加热腔连接在发动机的尾气排气管上，所述裂解腔通过吸收裂解加热腔的热量在催化剂的作用下裂解甲醇，所述裂解器喷嘴用于将甲醇喷入裂解器预热腔中。所述甲醇喷嘴的甲醇喷射量取决于裂解腔温度。
进一步地，醇氢发动机系统还包括甲醇箱，所述甲醇箱用于向裂解器或发动机供给甲醇。
进一步地，所述控制装置包括：
接收单元，用于接收温度信息和压力信息；
判断单元，用于判断温度信息和压力信息，并将判断结果输出给控制单元；
控制单元，用于根据接收到的判断结果控制系统执行相应的运行结果。
本发明还提出的一种醇氢发动机系统的控制方法，包括：
S1：检测氢气瓶中压力信息，并将压力信息传递给控制装置；
S2：根据压力信息判断氢气瓶压力是否超过压力预设值；
若是，则控制发动机气轨按照最佳的喷射量持续喷射；
若否，则进入S3；
S3：控制发动机气轨不喷射，同时裂解器持续裂解甲醇，并将裂解气输送氢气瓶，回到S1。
进一步地，所述压力预设值包括第一压力预设值和第二压力预设值，所述第一压力预设值和第二压力预设值根据裂解腔在不同的温度范围内而设定的参数，具体地，所述第一压力预设值小于所述第二压力预设值。
进一步地，在执行S1之前还包括：
S01：检测裂解腔内的温度信息，并将温度信息传递给控制装置；
S02：判断裂解腔温度是否超过温度预设值；
若超过，则步骤S2中所述压力预设值为第一压力预设值；
若没有，则步骤S2中所述压力预设值为第二压力预设值。
进一步地，所述判断氢气瓶压力是否超过压力预设值具体包括：
接收单元接收压力传感器的压力信息，并将压力信息传递给判断单元；
通过接收到的压力信息与预设的压力值进行对比，将对比结果输送到控制单元；
根据判断单元的判断结果，控制系统做出相应的反应。
进一步地，当氢气瓶中的压力信息超过压力预设值时，控制发动机裂解气喷轨以经济性最佳的喷射量喷射。
进一步地，在发动机启动过程中也提出一个控制方案：
检测发动机冷却液的温度信息；
通过发动机的温度信息，计算发动机启动所需要的喷气量，并进行控制发动机气轨进行喷射；
根据发动机启动时间与转速的关系，判断发动机是否启动成功；
若预设时间内达到启动转速，则判定启动成功，系统进入运行阶段；
若预设时间内未达到启动转速，则判定启动失败，则延长启动时间并按照强化启动系数β加强喷气量，直至发动机启动。
其中，最长启动时间不大于预设的最大值。
具体地，通过判断发动机是否达到启动转速来判断发动机是否启动成功。
具体地，所述强化启动系数β是根据在启动时间内发动机转速一直低于预设值而设置的参数，通过计算得到的裂解气喷嘴喷气量与强化启动系数β相乘得到新的裂解气喷嘴喷气量，进行喷射启动。
进一步地，在发动机停机过程中也提出了一个控制方案：
检测氢气瓶中的压力信息；
判断所述压力信息是否达到第三压力预设值；
若是，则系统停机；
若否，则需检测裂解腔内的温度信息；
判断裂解腔温度信息是否超过第二温度预设值；
若没有超过，则系统停机；
若超过，则控制甲醇箱向裂解器持续喷射。
具体地，甲醇箱向裂解器持续喷射的甲醇量根据裂解器温度信息决定的。
具体地，所述第二温度预设值为裂解器内催化剂初始裂解温度，所述第三压力预设值为储气瓶中裂解气的最高压力值，所述最高压力值是醇氢系统设定的最高气瓶压力。
采用上述技术方案，本发明所述的一种醇氢发动机系统及其控制方法具有如下有益效果：
1.本发明所述的一种醇氢发动机系统及其控制方法，通过在控制装置中设置第一温度预设值、第二温度预设值、第一压力预设值、第二压力预设值和第三压力预设值可以保证在不同的工作环境中氢气瓶中都能储存尽可能多的裂解气，以备下一次使用的连续性，进而提高汽车整体的性能。
2.本发明所述的一种醇氢发动机系统及其控制方法，催化剂在不同温度时遇到停车工况，其余热可以制备的裂解气量也不同。催化剂温度较高时停车，催化剂余热可制备的裂解气较多，催化剂温度较低时停车，催化剂余热可制备的裂解气较少，因此设置了不同的温度阈值，为了尽可能的利用裂解器余热，使氢气瓶中压力尽可能保持较大值，也可以防止催化剂温度较高时停车，同时气瓶压力又达到最大极限时，裂解器无法制气，造成催化剂短时超温的现象。
3.本发明所述的一种醇氢发动机系统及其控制方法，在保证启动性能的同时，还可以良好的兼顾发动机的经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1本发明中醇氢发动机系统的结构图；
图2本发明中控制方法在系统运行中的控制流程图；
图3本发明中控制方法在系统运行中的控制逻辑图；
图4本发明中控制方法在系统启动中的控制逻辑图；
图5本发明中控制方法在系统停机中的控制逻辑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
本发明提供一种醇氢发动机系统，如图1所示，包括：发动机；裂解器，设置在发动机的尾气排气管上，用于将甲醇裂解形成甲醇裂解气，并将甲醇裂解气输送给氢气瓶；氢气瓶，用于存储来自裂解器的甲醇裂解气，并提供给发动机；温度传感装置，用于检测裂解腔内部温度信息并将温度信息传递给控制装置；压力传感装置，设置在氢气瓶上，用于检测氢气瓶内的压力信息，并将信息传递给控制装置；控制装置，用于接收到温度信息和压力信息，并控制发动机系统的运行。
在一些实施例中，所述醇氢发动机系统还设置第二温度传感器，所述第二温度传感器设置在所述发动机内部，用于检测发动机的水温并将水温信息传递给控制装置，所述第二温度传感器在醇氢系统启动过程中工作。
在一些实施例中，所述裂解器包括裂解加热腔、裂解腔和裂解器喷嘴，所述裂解加热腔连接在发动机的尾气排气管上，所述裂解腔通过吸收裂解加热腔的热量在催化剂的作用下裂解甲醇，所述裂解器喷嘴用于将甲醇喷入裂解器预热腔中。所述甲醇喷嘴的甲醇喷射量取决于裂解腔温度。
在一些实施例中，所述醇氢发动机系统还包括甲醇箱，所述甲醇箱用于向裂解器和发动机供给甲醇。
在一些实施例中，所述控制装置包括：
接收单元，用于接收温度信息和压力信息；
判断单元，用于判断温度信息和压力信息，并将判断结果输出给控制单元；
控制单元，用于根据接收到的判断结果控制系统执行相应的运行结果。
通过上述提供的醇氢发动机系统，能够根据需求实现不同的能源的供应，在不同的运行阶段执行不同的运行规则。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上提供了的一种醇氢发动机系统的控制方法，如图2和图3所示，包括：
S1：检测氢气瓶中压力信息，并将压力信息传递给控制装置；
S2：根据压力信息判断氢气瓶压力是否超过压力预设值；
若是，则控制发动机气轨按照最佳的喷射量持续喷射；
若否，则进入S3；
S3：控制发动机气轨不喷射，同时裂解器持续裂解甲醇，并将裂解气输送氢气瓶，回到S1。
在一些实施例中，所述压力预设值包括第一压力预设值和第二压力预设值，所述第一压力预设值和第二压力预设值根据裂解腔在不同的温度范围内而设定的参数，具体地，所述第一压力预设值小于所述第二压力预设值。
在一些实施例中，在执行S1之前还包括：
S01：检测裂解腔内的温度信息，并将温度信息传递给控制装置；
S02：判断裂解腔温度是否超过温度预设值；
若超过，则步骤S2中所述压力预设值为第一压力预设值；
若没有，则步骤S2中所述压力预设值为第二压力预设值。
在一些实施例中，所述判断氢气瓶压力是否超过压力预设值具体包括：接收单元接收压力传感器的压力信息，并将压力信息传递给判断单元；通过接收到的压力信息与预设的压力值进行对比，将对比结果输送到控制单元；根据判断单元的判断结果，控制系统做出相应的反应。
在一些实施例中，当氢气瓶中的压力信息超过压力预设值时，裂解气喷嘴以经济性最佳的喷射量向发动机中喷射裂解气。
进一步地，在发动机启动过程中也提出一个控制方案，如图4所示：
检测发动机冷却液的温度信息；
通过发动机的温度信息，计算发动机启动所需要的喷气量，并进行喷射；
根据发动机启动时间与转速的关系，判断发动机是否启动成功；
若预设时间内达到启动转速，则判定启动成功，系统进入运行阶段；
若预设时间内未达到启动转速，则判定启动失败，则延长启动时间并按照强化启动系数β加强喷气量，直至发动机启动。
其中，最长启动时间不大于预设的最大值。
在一些实施例中，通过判断发动机是否达到启动转速来判断发动机是否启动成功。
在一些实施例中，所述强化启动系数β是根据在启动时间内发动机转速一直低于预设值而设置的参数，通过计算得到的裂解气喷嘴喷气量与强化启动系数β相乘得到新的裂解气喷嘴喷气量，进行喷射启动。
进一步地，在发动机停机过程中也提出了一个控制方案，如图5所示：
检测氢气瓶中的压力信息；
判断所述压力信息是否达到第三压力预设值；
若是，则系统停机；
若否，则需检测裂解腔内的温度信息；
判断裂解腔温度信息是否超过第二温度预设值；
若没有超过，则系统停机；
若超过，则控制甲醇箱向裂解器持续喷射。
在一些实施例中，甲醇箱向裂解器持续喷射的甲醇量根据裂解器温度信息决定的。
在一些实施例中，所述第二温度预设值为裂解器内催化剂初始裂解温度，所述第三压力预设值为储气瓶中裂解气的最高压力值，所述最高压力值是醇氢系统设定的最高气瓶压力。
通过本实施例提供的醇氢系统的控制方法可以取得以下有益效果：通过在控制装置中设置第一温度预设值、第二温度预设值、第一压力预设值、第二压力预设值和第三压力预设值可以保证在不同的工作环境中氢气瓶中都能储存尽可能多的裂解气，以供下一次启动使用，进而提高甲醇汽车的冷启动性能；催化剂在不同温度时遇到停车工况，其余热可以制备的裂解气量也不同。催化剂温度较高时停车，催化剂余热可制备的裂解气较多，催化剂温度较低时停车，催化剂余热可制备的裂解气较少，因此设置了不同的温度阈值，为了尽可能的利用裂解器余热，使氢气瓶中压力尽可能保持较大值，也可以防止催化剂温度较高时停车，同时气瓶压力又达到最大极限时，裂解器无法通过制气吸收余热，造成催化剂短时超温的现象；在保证启动性能的同时，还可以良好的兼顾发动机的经济性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种醇氢发动机系统，其特征在于，包括：
发动机；
裂解器，设置在发动机的尾气排气管上，用于将甲醇裂解形成甲醇裂解气，并将甲醇裂解气输送给氢气瓶；
氢气瓶，用于存储来自裂解器的甲醇裂解气，并向发动机供给气体；
温度传感装置，设置在所述裂解器上，用于检测裂解腔内部温度信息，并将温度信息传递给控制装置；
压力传感装置，设置在氢气瓶上，用于检测氢气瓶内的压力信息，并将压力信息传递给控制装置；
控制装置，用于接收到温度信息和压力信息，并控制发动机系统的运行。
2.根据权利要求1所述的一种醇氢发动机系统，其特征在于，所述裂解器包括裂解加热腔、裂解腔和裂解器喷嘴，所述裂解加热腔连接在发动机的尾气排气管上；所述裂解腔通过吸收裂解加热腔的热量在催化剂的作用下裂解甲醇；所述裂解器喷嘴用于将甲醇喷入裂解器加热腔中。
3.根据权利要求1所述的一种醇氢发动机系统，其特征在于，还包括甲醇箱，所述甲醇箱用于向裂解器和发动机提供甲醇。
4.根据权利要求1所述的一种醇氢发动机系统，其特征在于，所述控制装置包括：
接收单元，用于接收温度传感器的温度信息和压力传感器的压力信息；
判断单元，用于判断温度信息和压力信息，并将判断结果输出给控制单元；
控制单元，用于根据接收到的判断结果控制系统执行相应的运行结果。
5.根据权利要求1所述的一种醇氢发动机系统，其特征在于，所述甲醇箱和裂解腔之间设置开关阀，所述开关阀与控制装置连接，用于控制甲醇的输送。
6.一种醇氢发动机系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：检测氢气瓶中压力信息，并将压力信息传递给控制装置；
S2：根据压力信息判断氢气瓶压力是否超过压力预设值；
若是，则控制发动机气轨按照最佳的喷射量持续喷射；
若否，则进入S3；
S3：控制发动机气轨不喷射，同时裂解器持续裂解甲醇，并将裂解气输送氢气瓶，回到S1。
7.根据权利要求6所述的一种醇氢发动机系统的控制方法，其特征在于，所述压力预设值包括第一压力预设值和第二压力预设值，所述第一压力预设值和第二压力预设值是根据裂解腔在不同的温度范围内而设定的参数，所述第一压力预设值小于所述第二压力预设值。
8.根据权利要求6所述的一种醇氢发动机系统的控制方法，其特征在于，在执行S1之前还包括：
S01：检测裂解腔内的温度信息，并将温度信息传递给控制装置；
S02：判断裂解腔温度是否超过温度预设值；
若超过，则步骤S2中所述压力预设值为第一压力预设值；
若没有，则步骤S2中所述压力预设值为第二压力预设值。
9.根据权利要求6所述的一种醇氢发动机系统的控制方法，其特征在于，所述判断氢气瓶压力是否超过压力预设值具体包括：
接收单元接收压力传感器的压力信息，并将压力信息传递给判断单元；
通过接收到的压力信息与预设的压力值进行对比，将对比结果输送到控制单元；
根据判断单元的判断结果，控制系统做出相应的反应。
10.根据权利要求6所述的一种醇氢发动机系统的控制方法，其特征在于，当氢气瓶中的压力信息超过压力预设值时，发动机气轨以经济性最佳的喷射量向发动机喷射裂解气。
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