CN113685267A - 一种零氮氧化物的氢转子机控制方法 - Google Patents

一种零氮氧化物的氢转子机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种零氮氧化物氢转子机控制方法，具体涉及一种根据发动机转速与负荷调节氢气喷射量从而实现零氮氧化物排放的控制方法。本发明以发动机转速传感器输出信号以及油门踏板位置信号为依据，判断发动机的目标运行工况，并结合氢气喷嘴、节气门位置执行器对氢气供给的控制，从而实现零氮氧化物排放。

Description

一种零氮氧化物的氢转子机控制方法
技术领域
本发明设计一种零氮氧化物氢转子机控制方法，具体设计一种根据氢转子机发动机转速与负荷调节氢气供给策略而实现零氮氧化物排放的方法，属于内燃机领域。
背景技术
随着碳排放引发的温室效应等问题的日益严重，各个国家都开始提倡使用低碳能源来减少碳排放，而汽车领域是碳排放的一个重要领域，故而如何减少内燃机产生的碳排放成为许多人关注的问题。氢气作为一种清洁型可再生能源给，由于其仅由氢原子组成，故而其在空气中燃烧无碳排放产生，不会造成温室效应，是一种十分有前途的内燃机替代燃料。然而当采用氢气作为燃料时，由于氢气比体积热值较低，容易造成动力性不足的问题，而转子发动机是一种区别于往复式活塞机的内燃机，其具有结构简单紧凑、功率密度高都优点，可以很好的弥补氢气作为燃料动力性不足以及储存装置体积大的问题。然而，虽然氢气作为内燃机燃料不会有碳排放，但是由于氢气燃烧温度较高，易产生较多的氮氧化物排放，这也会对空气造成污染。
因此，为解决上述问题，本申请设计一种零氮氧化物排放的氢转子机控制方法，通过调整不同运行工况下的氢气供给策略，在满足氢转子机动力性的同时实现零氮氧化物排放。
发明内容
为了改善氢转子发动机氮氧化物排放高的问题你，本申请提供一种氢转子机供氢策略，实现高动力性能的同时可以保证零氮氧化物排放。
本发明解决上述技术问题是通过以下技术方案解决的：
一种零氮氧化物排放氢转子机的控制方法，具体涉及一种根据转子机转速与负荷调节新鲜混合气过量空气系数从而实现零氮氧化物排放的控制方法，包括：氢气供给管路(P1)，其上依次串联有：氢气罐(1)、压力调节阀(2)、氢气体积流量传感器(3)、阻火器(4)、氢气喷嘴(5)；新鲜空气通过进气道(P2)上依次串联的：空气滤清器(6)、空气体积流量传感器(7)、节气门位置控制器(8)，其中新鲜空气与氢气在节气门位置控制器(8) 前混合；新鲜混合气通过转子发动机主要结构：转子(10)、缸体(11)、中心轴(12)、火花塞(13)、转速传感器(14)运转一循环后将燃烧废气通过排气管路(P3)上的三元催化器(9)处理后排至大气；此外，转速传感器(14)将第一信号(A1)和油门踏板位置传感器(15)将第二信号(A2)分别传至ECU(E)，ECU(E)根据第一信号(A1)和第二信号(A2)判断转子所处运行工况，并根据来自空气体积流量传感器(7)的第五信号 (A5)，输出第三信号(A3)至节气门位置控制器(8)、输出第四信号(A4)至氢气喷嘴 (5)，来调节过量空气系数。
氢气从氢气罐(1)流出，依次通过压力调节阀(2)、氢气体积流量传感器(3)、阻火器(4)、氢气喷嘴(5)进入进气道，与从大气依次通过空气滤清器(6)、空气体积流量传感器(7)的空气混合，新鲜混合气通过节气门位置控制器(8)进入气缸，在转子机缸内经过一循环后通过排气管路上的三元催化器(9)进入大气。
零氮氧化物氢转子机包括以下控制过程：
转子发动机ECU(E)接收来自转速传感器(14)的第一信号(A1)、油门踏板位置传感器(15)的信号(A2)和空气体积流量传感器(7)的第五信号(A5)：
当有转速(n)产生时，此时为起动阶段，不需要高动力输出，采用稀薄燃烧，这是由于氢气在使用高λ稀薄燃烧时，由于燃烧温度低，不会产生氮氧化物。ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.8。
当发动机存在转速(n)且油门踏板开度(O)＝0时，此时为怠速工况，不对外输出功，为了节省氢耗量以及消除氮氧化物排放，采用稀薄燃烧，ECU(E)输出第三信号(A3) 和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.8。
当发动机转速0<n≤3000r/min时：
1)油门踏板开度(O)≠0且保持不变，此时为低速稳态工况，由于此时具有动力输出，为保证动力输出，采用λ较低的稀薄燃烧，但同样不会有氮氧化物产生。ECU(E) 输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.6。
2)油门踏板开度(O)增大，此时为加速工况，为保证充足动力性，采用浓燃，虽然浓燃会导致氮氧化物的产生，但是为燃烧的氢气进入三元催化器(9)可以实现对氮氧化物的还原，使排入大气的燃烧尾气中不含有氮氧化物。ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95。
3)油门踏板开度(O)减小，此时为减速工况，此时停止燃料供给。
当发动机转速3000r/min＜n≤10000r/min时：
1)油门踏板开度(O)≠0且保持不变，此时为中高速稳态工况，①当油门踏板开度(O)小于40％，此时中高速小负荷稳态工况，由于此时不需要负荷较小，不需要高动力性，因此采用稀薄燃烧，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.6；②当油门踏板开度(O)不低于40％，此时中高速大负荷稳态工况，需要较高的功率输出，故而采用浓燃，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95。
2)油门踏板开度(O)增大，此时为加速工况，采用浓燃，ECU(E)输出第三信号 (A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95。
3)油门踏板开度(O)减小，此时为减速工况，此时停止燃料供给。
当发动机转速n＞10000r/min时，此时转速过高，考虑到安全问题，ECU(E)输出第四信号(A4)，停止供油。
其中，过量空气系数λ＝Vair/(VH2*2.38)，其中Vair(SLM)为空气的体积流量，VH2(SLM)为氢气的体积流量。此外，此处声明，当油门踏板开度(O)为0时，此时为怠速工况；当油门踏板开度(O)≠0且保持不变时，为稳态运行工况；当油门踏板开度(O) 增大时，为加速工况；当油门踏板开度(O)减小时，为减速工况。
附图说明
图1是本发明系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
包括：氢气供给管路(P1)，其上依次串联有：氢气罐(1)、压力调节阀(2)、氢气体积流量传感器(3)、阻火器(4)、氢气喷嘴(5)；新鲜空气通过进气道(P2)上依次串联的：空气滤清器(6)、空气体积流量传感器(7)、节气门位置控制器(8)，其中新鲜空气与氢气在节气门位置控制器(8)前混合；新鲜混合气通过转子发动机主要结构：转子 (10)、缸体(11)、中心轴(12)、火花塞(13)、转速传感器(14)运转一循环后将燃烧废气通过排气管路(P3)上的三元催化器(9)处理后排至大气；此外，转速传感器(14) 将第一信号(A1)和油门踏板位置传感器(15)将第二信号(A2)分别传至ECU(E)， ECU(E)根据第一信号(A1)和第二信号(A2)判断转子所处运行工况，并根据来自空气体积流量传感器(7)的第五信号(A5)，输出第三信号(A3)至节气门位置控制器(8)、输出第四信号(A4)至氢气喷嘴(5)，来调节过量空气系数。当油门踏板开度(O)为0 时，此时为怠速工况，当油门踏板开度(O)保持不变时
转子发动机ECU(E)来自转速传感器(14)的第一信号(A1)、油门踏板位置传感器(15)的信号(A2)和空气体积流量传感器(7)的第五信号(A5)：
当有转速(n)产生时，此时为起动阶段，不需要高动力输出，采用稀薄燃烧，这是由于氢气在使用高λ稀薄燃烧时，由于燃烧温度低，不会产生氮氧化物。ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.8。
当发动机存在转速(n)且油门踏板开度(O)＝0时，此时为怠速工况，不对外输出功，为了节省氢耗量以及消除氮氧化物排放，采用稀薄燃烧，ECU(E)输出第三信号(A3) 和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.8。
当发动机转速0<n≤3000r/min时：
1)油门踏板开度(O)≠0且保持不变，此时为低速稳态工况，由于此时具有动力输出，为保证动力输出，采用λ较低的稀薄燃烧，但同样不会有氮氧化物产生。ECU(E) 输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.6。
2)油门踏板开度(O)增大，此时为加速工况，为保证充足动力性，采用浓燃，虽然浓燃会导致氮氧化物的产生，但是为燃烧的氢气进入三元催化器(9)可以实现对氮氧化物的还原，使排入大气的燃烧尾气中不含有氮氧化物。ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95。
3)油门踏板开度(O)减小，此时为减速工况，此时停止燃料供给。
当发动机转速3000r/min＜n≤10000r/min时：
1)油门踏板开度(O)≠0且保持不变，此时为中高速稳态工况，①当油门踏板开度(O)小于40％，此时中高速小负荷稳态工况，由于此时不需要负荷较小，不需要高动力性，因此采用稀薄燃烧，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.6；②当油门踏板开度(O)不低于40％，此时中高速大负荷稳态工况，需要较高的功率输出，故而采用浓燃，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95。
2)油门踏板开度(O)增大，此时为加速工况，采用浓燃，ECU(E)输出第三信号 (A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95。
3)油门踏板开度(O)减小，此时为减速工况，此时停止燃料供给。
当发动机转速n＞10000r/min时，此时转速过高，考虑到安全问题，ECU(E)输出第四信号(A4)，停止供油。
其中，过量空气系数λ＝Vair/(VH2*2.38)，其中Vair(SLM)为空气的体积流量，VH2(SLM)为氢气的体积流量。此外，此处声明，当油门踏板开度(O)为0时，此时为怠速工况；当油门踏板开度(O)≠0且保持不变时，为稳态运行工况；当油门踏板开度(O) 增大时，为加速工况；当油门踏板开度(O)减小时，为减速工况。

Claims (2)

1.一种零氮氧化物排放氢转子机的控制方法，其特征在于，所应用的装置包括：氢气供给管路(P1)，其上依次串联有：氢气罐(1)、压力调节阀(2)、氢气体积流量传感器(3)、阻火器(4)、氢气喷嘴(5)；新鲜空气通过进气道(P2)上依次串联的：空气滤清器(6)、空气体积流量传感器(7)、节气门位置控制器(8)，其中新鲜空气与氢气在节气门位置控制器(8)前混合；新鲜混合气通过转子发动机主要结构：转子(10)、缸体(11)、中心轴(12)、火花塞(13)、转速传感器(14)运转一循环后将燃烧废气通过排气管路(P3)上的三元催化器(9)处理后排至大气；此外，转速传感器(14)将第一信号(A1)和油门踏板位置传感器(15)将第二信号(A2)分别传至ECU(E)，ECU(E)根据第一信号(A1)和第二信号(A2)判断转子所处运行工况，并根据来自空气体积流量传感器(7)的第五信号(A5)，输出第三信号(A3)至节气门位置控制器(8)、输出第四信号(A4)至氢气喷嘴(5)，来调节过量空气系数。
2.根据权利要求1所述的一种零氮氧化物排放氢转子机的控制方法，其特征在于：
转子发动机ECU(E)接收来自转速传感器(14)的第一信号(A1)、油门踏板位置传感器(15)的信号(A2)和空气体积流量传感器(7)的第五信号(A5)：
当有转速(n)产生时，此时为起动阶段，采用稀薄燃烧，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.8；
当发动机存在转速(n)且油门踏板开度(O)＝0时，此时为怠速工况，采用稀薄燃烧，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.8；
当发动机转速0<n≤3000r/min时：1)油门踏板开度(O)≠0且保持不变，此时为低速稳态工况，采用稀薄燃烧，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.6；2)油门踏板开度(O)增大，此时为加速工况，采用浓燃，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95；3)油门踏板开度(O)减小，此时为减速工况，此时停止燃料供给；
当发动机转速3000r/min＜n≤10000r/min时：1)油门踏板开度(O)≠0且保持不变，此时为中高速稳态工况，①当油门踏板开度(O)小于40％，此时中高速小负荷稳态工况，采用稀薄燃烧，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝1.6；②当油门踏板开度(O)不低于40％，此时中高速大负荷稳态工况，采用浓燃，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95；2)油门踏板开度(O)增大，此时为加速工况，采用浓燃，ECU(E)输出第三信号(A3)和第四信号(A4)，使得过量空气系数λ＝0.95；3)油门踏板开度(O)减小，此时为减速工况，此时停止燃料供给；
当发动机转速n＞10000r/min时，此时转速过高，ECU(E)输出第四信号(A4)，停止供油；
其中，过量空气系数λ＝Vair/(VH2*2.38)，其中Vair为空气的体积流量，VH2为氢气的体积流量；当油门踏板开度(O)为0时，此时为怠速工况；当油门踏板开度(O)≠0且保持不变时，为稳态运行工况；当油门踏板开度(O)增大时，为加速工况；当油门踏板开度(O)减小时，为减速工况。
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