CN118008542A - 用于监控氢气燃烧器的废气中的模型化的氢气浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于监控氢气燃烧器(10)的废气(51)中的模型化的氢气浓度(H2ratio,unburned)的方法，其中，所述氢气燃烧器(10)具有新鲜空气管线(60)和废气管线(70)，通过所述新鲜空气管线能够将新鲜空气输送给所述氢气燃烧器，其中，根据氢气模型(H2模型)求出模型化的氢气浓度(H2ratio,unburned)，其中，当所述模型化的氢气浓度(H2ratio,unburned)超过能预定的氢气浓度阈值(SH2)时，执行针对氢气燃烧器(10)的置换反应。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用计算机程序监控氢气燃烧器的废气中的模型化的氢气浓度的方法。
发明内容
本发明涉及一种按照独立权利要求所述的用于控制氢气内燃机的方法。此外。本发明还涉及一种计算机程序，其设置用于，执行所述方法中的其中一种方法。
在第一个方面中，本发明涉及一种用于监控氢气燃烧器的废气中的模型化的氢气浓度的方法，其中，氢气燃烧器具有新鲜空气管线和废气管线，通过新鲜空气管线能够将新鲜空气输送给氢气燃烧器，其中，根据氢气模型求出模型化的氢气浓度，其中，当模型化的氢气浓度超过能预定的氢气浓度阈值时，执行针对氢气燃烧器的置换反应。
所述方法具有的特殊的优点是，可以通过NOx传感器和/或宽带进气量探测器推断出氢气燃烧器的废气中的氢气浓度。在此即使没有用于氢气(H2)的专门的传感器，本发明也应付得了。因此可以借助所述方法保证氢气燃烧器的安全的运行，从而不会由于废气中的未燃烧的氢气或安全关键的氢气浓度出现易燃的氢气混合物。
在一种有利的设计方案中，氢气燃烧器被设计成氢气内燃机或氢气涡轮机或氢气燃料电池。
此外，为了降低氢气浓度，置换反应可以对应切断氢气供应和/或对应切断氢气经由计量阀到燃烧室的计量输入和/或对应加大新鲜空气到所述废气管线中的输送。
伴随上述的置换反应，可以在识别到废气中有未燃烧的氢气的情况下执行氢气燃烧器的安全的运行。
通过导入新鲜空气主动清理废气系特别有利，因为因此能快速地降低氢气浓度。
在一种特别的设计方案中，根据实际空燃比和额定空燃比借助氢气模型求出模型化的氢气浓度。尤其还可以求出废气温度和/或废气压力以对氢气模型建模。在这种设计方案中，模型化的氢气浓度尤其通过宽带进气量探测器的空燃比求出。
在一种备选的设计方案中，根据氧浓度和额定空燃比借助氢气模型求出模型化的氢气浓度。
尤其还能够将废气温度和/或废气压力用作氢气模型的输入参量。在这种设计方案中，尤其通过NOx传感器的氧浓度求出模型化的氢气浓度。
此外，能够将废气质量流量和/或新鲜空气质量流量和/或燃料量和/或新鲜空气压力和/或新鲜空气温度和/或废气再循环质量流量用作氢气模型的输入参量。
在一种特别的设计方案中，在氢气燃烧器的上游在废气管线中布置着宽带进气量探测器和/或NOx传感器。
在废气管线中，宽带进气量探测器和/或NOx传感器尤其可以布置在氢气燃烧器的输出端的地点附近。
在另外的方面中，本发明涉及一种设备、特别是一种控制器和一种计算机程序，它们被设置、特别是被编程用于实施所述方法中的其中一种方法。在再另一个方面中，本发明涉及一种能机读的存储介质，其上储存有所述计算机程序。
附图说明
图1在此示出了氢气内燃机的示意图，
图2示出了用于监控氢气燃烧器的废气中的模型化的氢气浓度的方法的第一种实施例，
图3示出了用于监控氢气燃烧器的废气中的模型化的氢气浓度的方法的第二种实施例。
具体实施方式
图1示出了氢气内燃机10的示意图或者示出了氢气内燃机10，其具有空气输送系统60和废气管线70，通过空气输送系统将空气50输送给氢气内燃机10，通过废气管线将废气51沿流动方向从氢气内燃机10导出。图示在此限于相关部分的图示。此外，氢气内燃机10还具有没有进一步示出的用于将燃料分派到氢气内燃机10的每个气缸中的调整装置。因此可以执行氢气(H2)到气缸中的直喷，这也称为H2直喷。氢气备选也可以借助H2-PFI喷射器(加压燃料喷射)喷射到节气门7下游和氢气内燃机10上游的进气管中，优选在进气阀的地点附近。
周围环境空气以本身公知的方式经由空气输送系统60输送给氢气内燃机10并且燃烧废气经由废气系统70从气缸导出。空气输送系统60经由进气阀(未示出)与氢气内燃机10的气缸以本身已知的方式处于连接。燃烧废气51经由气缸的相应的排气阀(未示出)以本身已知的方式排出到废气系统70中。
在空气输送系统60中，沿空气50的流动方向观察，布置着下列部件：空气过滤器1、热膜式空气质量传感器(HFM)2、可选的废气涡轮增压器9的压缩机4、增压空气冷却器5、空气质量计6、节气门7。在当前的实施方式中，新鲜空气50穿流过空气过滤器1，其中，空气过滤器1在此将污物颗粒从流入的新鲜空气50中分离出来。尤其通过热膜式空气质量传感器2测量气缸中的相对空气质量在一种备选的设计方案中，可以为了求出新鲜空气质量流量/>而也使用基于压力的空气质量计(PFM-基于压力的空气流量计)。基于压力的空气质量计在此优选定位在增压空气冷却器5的下游和节气门7的上游并且额外测量新鲜空气压力pair。传感器的信号的传输，优选被有线地或者无线地转达给控制器100。
在废气管线70中，从氢气内燃机10起沿废气51的流动方向布置着下列部件：废气温度传感器26、宽带进气量探测器52、废气涡轮增压器9的废气涡轮机16、优选排气门18和特别是废气后处理部件20，如选择性催化系统(SCR)。
在一种备选的设计方案中，可以额外地或者取代宽带进气量探测器52地在氢气内燃机10的下游和废气涡轮机16的上游布置NOx传感器53。
NOx传感器53可以求出废气51的氧浓度O2ratio。
安装的废气后处理部件20的布局从车辆到车辆均有变化。废气温度传感器26在此求出了废气温度Texh。在一种有利的设计方案中，可以借助废气温度传感器26也还求出废气压力pexh。此处示出的布局在此仅是示例性的。在一种备选的实施方式中，没有温度传感器26安装在废气侧上以求出在氢气内燃机10的下游在废气管线70内的废气温度。
废气涡轮增压器9可以设计成带有变化的涡轮几何形状(VTG，变化的涡轮几何形状)的废气涡轮增压器或者备选设计成一种废气门废气涡轮增压器。
信号和测量参量在此优选有线地或者无线地传输给控制器100。
在一种优选的设计方案中，氢气内燃机10可以具有高压废气再循环结构。在废气涡轮增压器9的废气涡轮机16的上游，这就是说，在废气管线70的高压侧上，从废气管线70分支出废气再循环管线35，废气再循环管线在氢气内燃机10的上游和节气门7的下游通入到空气输送系统60中。
高压废气再循环阀34、高压废气再循环冷却器32和优选带有旁通阀30的高压废气再循环冷却器旁路31沿废气再循环管线处在氢气内燃机10的下游。高压废气再循环冷却器旁路31在此用于，将废气51导引经过高压废气再循环冷却器32。
氢气内燃机10在随后的实施例中构建为4缸的氢气-氢气内燃机。4缸分别包括至少一个没有进一步在图中可视化的进气和排气阀。所述方法也能转用于带有不同数量的气缸的氢气内燃机、特别是带有2、3、6、8和12个气缸的氢气-氢气内燃机。
在图2中示出了用于控制氢气内燃机10的方法的第一种示例性的流程。所述方法能没有限制地转用于氢气燃烧器，例如氢气涡轮机或者静态的氢气燃料电池。所述方法在当前针对氢气内燃机10加以说明。
在第一步骤200中，检查所述方法的释放条件。当控制器100被启动并且传感器、例如宽带进气量探测器52和/或NOx传感器53被供以电压并且准备好使用时，授权释放所述方法以控制氢气内燃机10。
紧接着在步骤210中继续所述方法
在步骤210中，通过控制器100求出和储存氢气内燃机10的多个输入参量。
属于此的有废气温度TExh、废气质量流量废气压力pexh、实际空燃比λIst、新鲜空气质量流量/>新鲜空气压力pair、燃料量qinj、新鲜空气温度Tair和倘若安装的话废气再循环质量流量/>
紧接着在步骤220中继续所述方法。
在步骤220中，根据新鲜空气质量流量和燃料量qinj可选地新鲜空气温度Tair和/或新鲜空气压力pair求出针对氢气内燃机10的额定空燃比λSoll。
此外，借助宽带进气量探测器52求出在废气中测得的当前的实际空燃比λIst并且求出在额定空燃比λSoll和当前的实际空燃比λIst之间的差D1。
和在步骤220中求出的差D1一起，借助氢气模型求出了废气51中的模型化的氢气浓度H2ratio,unburned。模型化的氢气浓度H2ratio,unburned在此对应废气51中的未燃烧的氢气浓度的浓度。
紧接着在步骤230中继续所述方法。
在步骤230中，将模型化的氢气浓度H2ratio,unburned与能预定的氢气浓度阈值SH2相比较。
若模型化的氢气浓度H2ratio,unburned超过了能预定的氢气浓度阈值SH2，那么导入针对氢气内燃机10的置换反应。对提高的氢气浓度的探测被视作是对系统关键的。废气51中的关键的氢气浓度优选从超过4％的体积份额起就存在。
优选可以防反跳地执行在模型化的氢气浓度H2ratio,unburned和能预定的氢气浓度阈值SH2之间的比较。优选通过PT1元件，因而不是立即执行置换反应，而是在防反跳时间之后才执行置换反应。
在一种有利的设计方案中，置换反应对应喷射器的关断，因而氢气不再能继续计量输入到气缸室中。
一种特别有利的设计方案，除了关断喷射器外，还实施用新鲜空气冲洗排气系70的冲洗过程。这可以例如通过排气系的二次通风完成。在最为简单的设计方案中，在正在运行的氢气内燃机10中，不喷射或者喷射很少的燃料、特别是氢气，但维持空气量。这导致了废气的直接的稀释。备选方案与结构变化相关联，例如排气系中的新鲜空气进气阀。
紧接着可以结束所述方法或者在步骤200中从头开始所述方法。
在图3中示出了用于控制氢气内燃机10的方法的第二种示例性的流程。所述方法能没有限制地转用于氢气燃烧器，例如氢气涡轮机或者静态的氢气燃料电池。所述方法在当前针对氢气内燃机10加以说明。
在第一步骤300中，检查所述方法的释放条件。当控制器100被启动并且传感器、例如宽带进气量探测器52和NOx传感器53被供以电压并且准备好使用时，授权释放所述方法以控制氢气内燃机10。
紧接着在步骤310中继续所述方法。
在步骤310中，通过控制器100求出和储存氢气内燃机10的多个输入参量。
属于此的有废气温度TExh、废气质量流量废气压力pexh、实际氧浓度O2ratio、新鲜空气质量流量/>新鲜空气压力pair、新鲜空气温度Tair和倘若安装的话废气再循环质量流量/>
紧接着在步骤320中继续所述方法。
在步骤320中，根据氧浓度O2ratio和额定空燃比λSoll和可选地废气压力pexh和/或废气温度Texh借助氢气模型求出废气51中的模型化的氢气浓度H2ratio,unburned。模型化的氢气浓度H2ratio,unburned在此对应废气51中的未燃烧的氢气浓度的浓度。
紧接着在步骤330中继续所述方法。
在步骤330中，将模型化的氢气浓度H2ratio,unburned与能预定的氢气浓度阈值SH2相比较。
若模型化的氢气浓度H2ratio,unburned超过能预定的氢气浓度阈值SH2，那么导入针对氢气内燃机10的置换反应。对提高的氢气浓度的探测被视作是对系统关键的。优选从超过4％的体积份额起在废气51中就存在关键的氢气浓度。优选可以防反跳地执行在模型化的氢气浓度H2ratio,unburned和能预定的氢气浓度阈值SH2之间的比较。优选通过PT1元件，因而不是立即执行置换反应，而是在防反跳时间之后才执行置换反应。
在一种有利的设计方案中，置换反应对应喷射器的关断，因而氢气不再能继续计量输入到气缸室中。
一种特别有利的设计方案，除了关断喷射器外，还实施用新鲜空气冲洗排气系70的冲洗过程。这可以例如通过排气系的二次通风完成。在最为简单的设计方案中，在正在运行的氢气内燃机10中，不喷射或者喷射很少的燃料、特别是氢气，但维持空气量。这导致了废气的直接的稀释。备选方案与结构变化相关联，例如排气系中的新鲜空气进气阀。
紧接着可以结束所述方法或者在步骤300中从头开始所述方法。
Claims (10)
1.用于监控氢气燃烧器(10)的废气(51)中的模型化的氢气浓度(H2ratio,unburned)的方法，
其中，所述氢气燃烧器(10)具有新鲜空气管线(60)和废气管线(70)，通过所述新鲜空气管线能够将新鲜空气输送给所述氢气燃烧器，
其中，根据氢气模型(H2模型)求出模型化的氢气浓度(H2ratio,unburned)，
其特征在于，当所述模型化的氢气浓度(H2ratio,unburned)超过能预定的氢气浓度阈值(SH2)时，执行针对氢气燃烧器(10)的置换反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述氢气燃烧器(10)设计成氢气内燃机(10)或氢气涡轮机或氢气燃料电池。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了降低氢气浓度，所述置换反应对应切断氢气供应和/或对应切断氢气经由计量阀到燃烧室中的计量输入和/或对应加大新鲜空气到所述废气管线(70)中的输送。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实际空燃比(λIst)和额定空燃比(λSoll)并且特别是通过废气温度(Texh)和/或废气压力(pexh)借助氢气模型(H2模型)求出所述模型化的氢气浓度(H2ratio,unburned)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据氧浓度(O2ratio)和额定空燃比(λSoll)并且特别是通过废气温度(Texh)和/或废气压力(pexh)借助氢气模型(H2模型)求出所述模型化的氢气浓度(H2ratio,unburned)。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，其特征在于，将废气质量流量和/或新鲜空气质量流量/>和/或燃料量(qinj)和/或新鲜空气压力(pair)和/或新鲜空气温度(Tair)和/或废气再循环质量流量/>也用作针对所述氢气模型(H2模型)的输入参量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述氢气燃烧器(10)的下游，将宽带进气量探测器(52)和/或NOx传感器(53)布置在所述废气管线(70)中。
8.计算机程序，其设置用于，执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.电子的存储介质，带有根据权利要求7所述的计算机程序。
10.设备、特别是控制器(100)，其设置用于，实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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