CN1800617A - 氢燃料内燃机的控制方法与装置 - Google Patents

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张育华
朱磊
杨福源
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Abstract

本发明涉及一种用于氢发动机进气管燃料供给的控制方法与装置，此装置适用于一切以氢为燃料的内燃机，可对氢气喷射时刻、喷射持续期进行电子控制，装置包括一组传感器提供反映氢供给系统及发动机状态和信息，由一组阀和管路提供氢源，电子控制单元作为整机的控制中枢，及由氢气稳压轨、氢气喷射阀及可将氢气喷射阀喷出的氢气直接导入到最靠近进气阀座的部位的氢气导引喷嘴构成氢气的喷射系统，并在发动机进气管处设置电子节气门，在发动机进气管与排气管之间设置废气再循环阀，在发动机曲柄箱上设置氢气安全释放阀。其可实现氢气在最接近发动机进气阀座的位置喷入燃烧室，大大降低了进气管回火的可能性，以及降低NOx的排放及控制早燃。

Description

氢燃料内燃机的控制方法与装置
技术领域
本发明是一种应用于以氢气为燃料的内燃机(简称氢发动机)的氢燃料内燃机的控制方法与装置。在氢发动机的工作过程中，无论采用进气歧管喷氢气还是缸内直接喷射氢气，氢气燃料都需要专门的喷射装置将气体喷射到进气道或者气缸内燃烧室内并运用电子控制使发动机正常运行。因此根据实际的需求，设计出一种用于氢发动机的氢燃料喷射与控制装置。
背景技术
随着石油资源的不断枯竭、石油价格不断上涨、排放法规的不断升级，因此为了彻底从环境保护和能源危机的双重压力下解放出来，寻找替代能源一直受到世界各国的关注。氢能被科学家们认为是一种21世纪理想的替代能源，很多国家都把氢能作为未来能源的发展方向，走以氢能为基础能源的经济发展道路。作为汽车动力，氢能的主要利用方式是燃料电池汽车和氢燃料内燃机(简称氢发动机)汽车。虽然燃料电池功率大、效率高和无污染等优点，但是其开发成本、产品价格相当昂贵，续驶里程及寿命有限，离大规模的工业应用还有相当的距离。而氢发动机大规模工业化使用容易实现，对传统内燃机改装不大，被认为是最具有前景的汽车发动机代新能源动力装置。
由传统的内燃机改装成氢发动机所面临的主要任务有：进行燃烧机理及工作过程数值模拟研究，揭示其燃烧规律和异常燃烧机理；氢发动机的早燃和回火问题等异常燃烧的控制技术；降低NOx排放的控制技术；提高发动机的功率，改善燃烧效率；氢发动机的电子喷射技术和优化控制技术；氢气的安全性控制技术。而设计出性能良好的用于氢内燃机的氢气喷射与控制装置可以大大减小早燃、回火及NOx排放，提高氢气发动机的动力性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于氢发动机进气管燃料供给的氢燃料内燃机的控制方法与装置，此装置适用于一切以氢为燃料的内燃机，该氢气喷射与控制装置可对氢气喷射时刻、喷射持续期(决定喷射量)进行电子控制，并使氢气在最接近发动机进气阀座的位置喷入燃烧室，大大降低了进气管回火的可能性。此外，还运用废气再循环技术降低NOx的排放及控制早燃。
实现本发明目的的氢燃料内燃机的控制装置包括一组传感器提供反映氢供给系统及发动机状态和信息，由一组阀和管路提供氢源，电子控制单元作为整机的控制中枢，其特征在于由氢气稳压轨、氢气喷射阀及可将氢气喷射阀喷出的氢气直接导入到最靠近进气阀座的部位的氢气导引喷嘴构成氢气的喷射系统，并在发动机进气管处设置电子节气门，在发动机进气管与排气管之间设置废气再循环阀，在发动机曲柄箱上设置氢气安全释放阀。
其中电子节气门，由一个力矩电机或电磁铁组成的驱动机构及一到两个电子电位器组成对节气门的位置反馈，该机构将根据指令控制进入发动机气缸内的空气与氢气的比例。
废气再循环阀由一个比例电磁铁和一个电子电位器组成。
所述的氢气安全释放阀具有单向释放作用，当曲柄箱气体压力超过设定的限度时阀将自动打开，使含有氢气的气体从曲柄箱内释放，以保证曲柄箱内不因氢气浓度高而导致爆炸。
一组传感器为位于进气管上的进气空气温度传感器、进气压力传感器，位于于氢稳压气轨上的氢温度传感器、氢压力传感器，位于发动机体上的冷却水温传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器，位于排气管上的氧传感器。
所述一组阀和管路包括氢气气瓶、调压阀、手动阀、电磁切断阀、高压气管、过滤器。
实现本发明目的的氢燃料内燃机的控制方法为：氢气喷气阀和电子节气门控制进入发动机燃烧室内的氢气量及空气和氢的比例，废气再循环阀将废气以0～40％的比例引入到进气中，曲柄箱氢气安全释放阀将渗漏到曲柄箱内的氢气释放出来。由ECU对所有的发动机状态信息进行分析判断发出对各执行器的控制指令并对系统进行诊断。由此，使氢发动机安全稳定地运行。
本发明的优点在于：
(1)本发明采用了氢喷射引管，将喷气阀喷出的氢气引射到离进气阀座最近的部位，以最大限度的降低进气系统中的残留氢气，抑制回火。
(2)本发明采用了废气再循环阀，该机构根据指令将适当比例的废气引回到发动机燃烧室，以降低燃烧温度峰值，有效地抑制NOx的生成以及缸内的早燃。
(3)本发明采用了氢气安全释放阀，其具有单向释放作用，可保证曲柄箱内不因氢气浓度高而导致爆炸。
(4)本发明由电子控制单元ECU对氢气的喷射、空气氢气的比例、点火正时、点火能量、废气再循环量等进行程序控制，使氢发动机运行在最佳状态。
附图说明
本发明的结构由以下附图和实例给出：
图1氢发动机系统框图
图2喷射系统布置图
1、氢稳压气轨2、氢气喷射阀3、氢气滤清器4、低压管路5、氢气瓶6、调压阀7、高压管8、手动阀9、电磁切断阀10、曲轴位置传感器11、发动机12、氧传感器13、排气总管14、废气再循环(EGR)阀15、曲轴箱氢气安全释放阀16、冷却水温传感器17、凸轮轴位置传感器18、尽气总管19、电子节气门20、空气滤清器21、加速踏板22、进气温度传感器23、进气压力传感器24、氢温度传感器25、氢气压力传感器26、ECU电子控制单元27、氢气导引管28、导引管与岐管的连接头
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括安装于进气管上的进气压力传感器23，安装于氢气稳压轨1上的氢温度传感器24、氢压力传感器25，安装于发动机体上的曲轴位置传感器10、冷却水温传感器16、凸轮轴位置传感器17，安装于排气管上的氧传感器12。由氢气稳压轨1、氢气喷射阀2、氢气导引管27和导引管与岐管的连接头28构成氢气的喷射系统，氢气气瓶5、调压阀6、高压管7、手动阀8、电磁切断阀9、氢气过滤器3组成的氢气供给系统，电子控制单元ECU26作为整机的控制中枢，以及在发动机进气管处设置电子节气门19，在发动机进气管与排气管之间设置废气再循环阀14，在发动机曲柄箱上设置的曲轴箱氢气安全释放阀15。
氢气喷气阀和电子节气门控制进入发动机燃烧室内的氢气量及空气和氢的比例，废气再循环阀将废气以0～40％的比例引入到进气中，曲柄箱氢气安全释放阀将渗漏到曲柄箱内的氢气释放出来。由电子控制单元ECU对所有的发动机状态信息进行分析判断发出对各执行器的控制指令并对系统进行诊断。由此，使氢发动机安全稳定地运行。

Claims (6)

1、氢燃料内燃机的控制装置，其包括一组传感器提供反映氢供给系统及发动机状态和信息，由一组阀和管路提供氢源，电子控制单元作为整机的控制中枢，其特征在于由氢气稳压轨(1)、氢气喷射阀(2)及可将氢气喷射阀喷出的氢气直接导入到最靠近进气阀座的部位的氢气导引喷嘴(27)构成氢气的喷射系统，并在发动机进气管处设置电子节气门(19)，在发动机进气管与排气管之间设置废气再循环阀(14)，在发动机曲柄箱上设置曲轴箱氢气安全释放阀(15)。
2、根据权利要求1所述的氢燃料内燃机的控制装置，其特征在所述于一组传感器为位于进气管上的进气温度传感器(22)、进气压力传感器(23)，位于氢稳压轨(1)上的氢温度传感器(24)、氢压力传感器(25)，位于发动机体上的冷却水温传感器(16)、曲轴位置传感器(10)、凸轮轴位置传感器(17)，位于排气管上的氧传感器(12)。
3、根据权利要求1所述的氢燃料内燃机的控制装置，其特征在于所述一组阀和管路包括氢气过滤器(3)、氢气气瓶(5)和位于其上的调压阀(6)、高压管(7)、手动阀(8)、电磁切断阀(9)。
4、根据权利要求书1所述的氢燃料内燃机的控制装置，其特征在于所述的电子节气门采取由一个力矩电机或电磁铁组成的驱动机构及一到两个电子电位器组成对节气门的位置反馈。
5、根据权利要求书1所述的氢燃料内燃机的控制装置，其特征在于所述废气再循环阀由一个比例电磁铁和一个电子电位器组成。
6、氢燃料内燃机的控制方法，其特征在于由氢气喷气阀和电子节气门控制进入发动机燃烧室内的氢气量及空气和氢的比例，废气再循环阀将废气以0～40％的比例引入到进气中，曲柄箱氢气安全释放阀将渗漏到曲柄箱内的氢气释放出来，由ECU对所有的发动机状态信息进行分析判断发出对各执行器的控制指令并对系统进行诊断，实现氢发动机安全稳定地运行。
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