專利名稱：測定氫燃料內(nèi)燃機(jī)的空氣/燃料比的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及測定空氣/燃料比的方法和系統(tǒng)，特別是，涉及測定氫燃料內(nèi)燃機(jī)的空氣/燃料比的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如本領(lǐng)域所知的那樣，經(jīng)常要求測定內(nèi)燃機(jī)中的空氣/燃料比。在汽油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中，通常使用排氣氧氣(EGO)傳感器來測定燃料空氣比。EGO傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣流中。EGO傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)中的使用得到很好地發(fā)展，這種發(fā)動(dòng)機(jī)按照空氣燃料的化學(xué)計(jì)量比例操作，亦即按照這種比例，反應(yīng)完成后空氣中的燃料和氧氣將會(huì)完全燃燒完畢。
同樣如本領(lǐng)域所知的那樣，過量的空氣燃燒可能提供比化學(xué)計(jì)量燃燒更高的燃料效率。然而，對(duì)于稀混合氣，傳統(tǒng)的EGO傳感器只提供有限的信息。在稀混合氣的情況下，使用較寬范圍或通用EGO(UEGO)傳感器而不是EGO傳感器。UEGO傳感器能夠測定濃混合氣(超量燃料)和稀混合氣以及化學(xué)計(jì)量混合氣的燃料空氣比。UEGO的一個(gè)缺點(diǎn)是，與通用EGO傳感器相比價(jià)格更加昂貴，同時(shí)發(fā)展不完善。
同樣如本領(lǐng)域所知的那樣，在傳感器暴露在排氣流的表面上，EGO和UEGO傳感器都具有珍貴的金屬涂層。在傳感器的表面發(fā)生催化反應(yīng)，導(dǎo)致過量的燃料與過量的氧氣發(fā)生反應(yīng)。在本本領(lǐng)域中我們知道，例如，在化學(xué)計(jì)量汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒效率小于100％，典型地小于97％。因此，從發(fā)動(dòng)機(jī)中散發(fā)的氣體含有一些未燃燒的燃料和氧氣。根據(jù)排氣的化學(xué)計(jì)量，在燃料或氧氣中的一種消耗完之前，另一種先消耗完畢。EGO傳感器提供一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)實(shí)際上指出，在傳感器表面發(fā)生反應(yīng)后，在排氣中是否存在過量的燃料或過量的氧氣。UEGO傳感器提供了一種信號(hào)，該信號(hào)與過量的燃料或過量的氧氣的數(shù)量成比例。
同樣如本領(lǐng)域所知的那樣，一種以非常低的燃料空氣比燃燒、因而產(chǎn)生很高的燃料效率的燃料是氫氣。一種為人們所知的使用EGO或UEGO傳感器從氫氣燃燒中測定燃料空氣比的情況是，由于氫氣相比于排氣中其它的氣體，它的不平均的傳播率導(dǎo)致了測定的偏差。尤其是，氫氣作為一種非常小的分子，比排氣中存在的其它原子(如N2，O2和H2O)更容易傳播。因此，在EGO或UEGO傳感器的珍貴的金屬表面上，未燃燒的氫氣與氧氣發(fā)生催化反應(yīng)，因此在EGO或UEGO傳感器的附近消耗了排氣中的氫氣，同時(shí)也減少了這種排氣中氧氣的含量。相比多數(shù)氣體的濃度，發(fā)生在傳感器表面的這兩種氣體的較低的濃度使H2和O2從多數(shù)氣體向傳感器表面的傳播。由于它的高擴(kuò)散率，比O2更快地到達(dá)表面，因此使EGO或UEGO的信號(hào)發(fā)生偏差。特別是，結(jié)果是EGO或UEGO傳感器顯示一種比實(shí)際上存在于多數(shù)排氣中的更多的混合氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明者認(rèn)識(shí)到需要一種便宜的、可靠替換物代替EGO或UEGO傳感器，用來稀混合氣燃燒的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料空氣比的。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種方法，其中，將氫氣和氧化劑引入內(nèi)燃機(jī)中。氫氣和氧化劑在內(nèi)燃機(jī)中燃燒，同時(shí)燃燒的產(chǎn)物作為排氣流從發(fā)動(dòng)機(jī)中釋放。這種方法在所述溫度不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載功率的基礎(chǔ)上測定質(zhì)量比。
因此，發(fā)明者發(fā)現(xiàn)因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)功率及溫度可以用來測定汽油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料空氣比，就可以不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載功率測定氧化劑-氫氣比。
尤其是，因?yàn)橐郧霸谄蛣?dòng)力的飛行器和賽車中利用了排氣溫度和化學(xué)計(jì)量之間的關(guān)系，發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，對(duì)于氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，可以不依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載功率測定氧氣-氫氣比。在以前的工藝中，直到排氣溫度達(dá)到最大值時(shí)，才手工調(diào)整燃料空氣比。然后，燃料空氣比增加(更充足)。增加燃料空氣比使之超過化學(xué)計(jì)量比的目的是，避免排氣閥過熱。實(shí)際上，燃料提供了一種冷卻效果。由于很多原因，根據(jù)本發(fā)明，這種方法不同于以前的應(yīng)用。首先，本方法使用氫燃料僅僅是因?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量和排氣溫度之間獨(dú)特的關(guān)系，而這種關(guān)系是本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)的。特別是，對(duì)于氫燃料，燃料空氣比與排氣溫度之間的關(guān)系不以來于發(fā)動(dòng)機(jī)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、或者兩者的乘積、發(fā)動(dòng)機(jī)功率。其次，因?yàn)闅淙剂先紵龝r(shí)，排氣溫度和化學(xué)計(jì)量之間存在著一種獨(dú)特的關(guān)系，本發(fā)明依靠這種關(guān)系來提供對(duì)燃料空氣比的測定，這與以前的方法相反，以前的方法僅僅在相對(duì)的意義上使用溫度來確定一種化學(xué)計(jì)量充足的工作狀況，這對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)元件是無害的。
通過一種確定在內(nèi)燃機(jī)中燃燒的燃料對(duì)于氧化劑的質(zhì)量比的方法，可以克服以前方法的另一個(gè)缺點(diǎn)，該方法包括測定從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出的排氣流的溫度和在所述溫度基礎(chǔ)上計(jì)算質(zhì)量比。在質(zhì)量基礎(chǔ)上，燃料包括大于90％的氫氣。按照燃料的成分、氧化劑的成分、和排氣再循環(huán)的數(shù)量，調(diào)整質(zhì)量比。溫度由熱電偶、電熱調(diào)節(jié)器、溫差電堆、光學(xué)測定裝置、或這些溫度測定裝置的任一種組合體來測定。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，質(zhì)量比的測定不依靠于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料空氣比的可靠的、無偏差的測定。在溫度上燃料空氣比的測定克服了EGO和UEGO傳感器的信號(hào)偏差所帶來的問題。
一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，耐用的、便宜的、得到很好發(fā)展的溫度測定硬件可以用來測定氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料空氣比。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣裝置中提供UEGO傳感器，由本發(fā)明所測定的燃料空氣比，可以與由UEGO所測定的燃料空氣比來進(jìn)行比較。這兩種測定可以用來確定在溫度測定裝置或UEGO中的故障。另一種情況是，這兩種測定可以在發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)中校準(zhǔn)常數(shù)，用來精確計(jì)算出來的燃料空氣比結(jié)果。
對(duì)于本說明書的讀者來說，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)以及目標(biāo)和特征，將變得清楚。


通過閱讀一個(gè)實(shí)施例的例子，將完全理解此處所描述的優(yōu)點(diǎn)，在該實(shí)施例中，本發(fā)明將得到很好的利用，這里稱之為參照附圖的具體圖2是排氣溫度作為燃料空氣比的函數(shù)的曲線圖，該燃料空氣比是內(nèi)燃機(jī)中碳?xì)浠衔锶剂先紵慕Y(jié)果；以及圖3是排氣溫度作為燃料空氣比的函數(shù)的曲線圖，該燃料空氣比是內(nèi)燃機(jī)中氫燃料燃燒的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，圖示的內(nèi)燃機(jī)10具有多個(gè)氣缸12，在這里為了理解具有三個(gè)氣缸12，并且每個(gè)氣缸中有一個(gè)火花塞14。通過進(jìn)氣管18向發(fā)動(dòng)機(jī)10提供空氣。通過控制節(jié)流閥20的位置來調(diào)節(jié)空氣的傳送。如示例地表示，燃料在吸入歧管16的上游進(jìn)入，通過閥22控制其傳送速率?？蛇x地，燃料進(jìn)入吸入歧管16的每個(gè)流道或者通過燃料噴射器直接傳送進(jìn)入氣缸12。燃燒產(chǎn)物通過一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出，排氣裝置包括排氣歧管30和排氣管34。溫度傳感器32沿著排氣歧管30的每個(gè)流道安裝。溫度傳感器36安裝在排氣管34中。傳感器32提供各個(gè)氣缸的溫度信息，該信息可以用來檢測氣缸和氣缸之間的差別，而傳感器36提供發(fā)動(dòng)機(jī)10的總體測定特性。
發(fā)動(dòng)機(jī)10安裝有一個(gè)排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)24，該系統(tǒng)通過閥26連接發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口來調(diào)節(jié)EGR量。示例性所表示的發(fā)動(dòng)機(jī)10包含一個(gè)排氣成分傳感器36、一個(gè)EGO或UEGO傳感器。
溫度傳感器32和36在這里為，例如，熱電偶、電熱調(diào)節(jié)器、光學(xué)檢測器、或任何其它適于安裝在排氣管中并且能夠在1000℃左右的范圍內(nèi)測定溫度的溫度測定裝置。
繼續(xù)參考圖1，提供一個(gè)電子控制單元(ECU)40來控制發(fā)動(dòng)機(jī)10。ECU40有一個(gè)微處理器46，稱為中央處理器(CPU)，CPU與內(nèi)存管理單元(MMU)48相互通訊。MMU48控制數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中的傳送并向中央處理器CPU46傳送數(shù)據(jù)或從CPU46中取出數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括，例如，只讀存儲(chǔ)器(ROM)58、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)56、和持續(xù)存儲(chǔ)器(KAM)54中的易失存儲(chǔ)器和永久性存儲(chǔ)器。當(dāng)CPU46發(fā)生故障時(shí)，KAM54可以用來存儲(chǔ)不同的操作變量。使用任何已知內(nèi)存裝置，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，例如PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)、EPROM(電子PROM)、EEPROM(電子可擦除PROM)，閃存、或任何其它電氣、磁場、光學(xué)、或能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的組合內(nèi)存裝置，其中有些可以表示由CPU46使用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)或安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)10的車輛的可執(zhí)行指令。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)還可以包括軟盤、光盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤、和類似物。CPU46通過一個(gè)輸入/輸出(I/O)接口44與不同的傳感器和調(diào)節(jié)器進(jìn)行通訊。在CPU46的控制下，通過I/O接口44進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的例子有燃料噴射定時(shí)、燃料注入率、燃料噴射持續(xù)時(shí)間、節(jié)流閥20的位置、火花塞14點(diǎn)火的定時(shí)、EGR系統(tǒng)24中閥的位置，等等。傳感器42和經(jīng)I/O接口52的輸入通訊顯示發(fā)動(dòng)機(jī)速度、車輛速度、冷卻液溫度、歧管壓力、踏板位置、節(jié)流閥20位置、空氣溫度、排氣溫度、和大量空氣的流速。一些ECU40結(jié)構(gòu)不包括MMU48。如果不使用MMU48，那么CPU46管理數(shù)據(jù)并直接與ROM58、RAM56和KAM54連接起來。當(dāng)然，本發(fā)明能夠利用一個(gè)以上的CPU46來提供發(fā)動(dòng)機(jī)控制，并且根據(jù)特定的應(yīng)用，ECU40可能包括多個(gè)與MMU48或CPU46連接在一起的ROM58、RAM56和KAM54。
圖2圖示了對(duì)于諸如汽油、甲烷、柴油等的碳?xì)浠衔锶剂系挠蓚鞲衅?6測定的排氣溫度60和燃料空氣比62的一種典型的關(guān)系。在一種化學(xué)計(jì)量比中，(圖2中虛線64)，排氣溫度60為最大值，或近似為最大值。當(dāng)混合氣從最大值處增加或減少時(shí)，排氣溫度60減小。如圖2所示，排氣溫度60還與發(fā)動(dòng)機(jī)功率密切相關(guān)。單獨(dú)的排氣溫度不能用來測定燃料空氣比。作為一個(gè)例子，圖2中，Tx與曲線66在x1點(diǎn)相交，與曲線67在x2點(diǎn)相交，與曲線68在x3點(diǎn)相交。曲線66、67、68表示不同的功率。從點(diǎn)x1、x2、x3處畫垂線，與橫坐標(biāo)交于點(diǎn)fax1、fax2、fax3。因此，除非功率已知，單獨(dú)的溫度不能確定唯一的燃料空氣比。相反，對(duì)于燃料空氣比，Tx會(huì)產(chǎn)生多個(gè)值，其中，fax1、fax2、fax3只是三個(gè)例子。
對(duì)于氫燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，如果收集那些與被用來顯示圖2的數(shù)據(jù)相似的數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖3所述，由傳感器36測定的排氣溫度作為縱坐標(biāo)，燃料空氣比72作為橫坐標(biāo)。虛線74表示空氣燃料的化學(xué)計(jì)量比，這條虛線產(chǎn)生近似最大排氣溫度。圖2中碳?xì)浠衔锶剂系慕Y(jié)果和圖3中氫燃料的結(jié)果的很重要的區(qū)別是，對(duì)于后者，排氣溫度僅僅在很小的程度上依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)功率。因此，最大功率時(shí)的曲線76和最小功率時(shí)的曲線78差不多是相同的。溫度Ty大約在燃料空氣比為fay的y點(diǎn)與曲線76和78相交。重要的一點(diǎn)是它不依靠于發(fā)動(dòng)機(jī)功率產(chǎn)生了燃料空氣比的單一值。功率與速度和轉(zhuǎn)矩相關(guān)。因此，速度和轉(zhuǎn)矩的變化會(huì)使功率發(fā)生變化。
圖3中，溫度Tz與曲線76和78在點(diǎn)z1和z2處相交，這兩點(diǎn)分別在化學(xué)計(jì)量的低燃料側(cè)和高燃料側(cè)。這個(gè)潛在的混淆不是本方法的實(shí)際限制，因?yàn)閷?shí)際上當(dāng)燃燒氫燃料時(shí)，正常的燃料空氣比的工作范圍是大約在空氣燃料化學(xué)計(jì)量比為0.2-0.8之間，如圖3表示點(diǎn)劃線80和82之間的工作范圍。當(dāng)燃料空氣比接近化學(xué)計(jì)量比時(shí)，氫燃料的燃燒效率的優(yōu)點(diǎn)消失。另外，在不希望的失去控制的情況下，在燃料空氣比接近化學(xué)計(jì)量比時(shí)，氫氣就自動(dòng)點(diǎn)火。由于這些原因，就限制操作在燃料空氣比小于大約0.8的化學(xué)計(jì)量燃料空氣比時(shí)進(jìn)行。
在以上討論的例子中，空氣是氧化劑。然而，本發(fā)明可以使用其它的氧化劑，例如富氧空氣。圖3的燃料是氫氣。只要燃料主要是氫氣，亦即，總量少于10％的碳?xì)浠衔?，本發(fā)明就可以得到很好的利用。碳?xì)浠衔锊患兊慕Y(jié)果是，使圖3的曲線76和78發(fā)生偏離，因此減少了根據(jù)本發(fā)明的燃料空氣比的測定精度。
圖2和圖3中存在一種假設(shè)，涉及到燃燒事件的相位調(diào)整(關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度)。燃燒事件的定時(shí)、相位調(diào)整有效地影響了由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率數(shù)及排氣溫度。在火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中，關(guān)于產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的最佳相位的定時(shí)，稱為MBT定時(shí)，此處MBT指用于最佳轉(zhuǎn)矩的最小點(diǎn)火提前角。類似地，在氣缸中，控制條件使發(fā)動(dòng)機(jī)在均勻載荷、壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。圖2和圖3中表示了控制點(diǎn)火定時(shí)來提供最大轉(zhuǎn)矩。另外，圖2和圖3將MBT定時(shí)應(yīng)用到適當(dāng)延遲的點(diǎn)火定時(shí)。可以發(fā)展依靠于點(diǎn)火定時(shí)的一組曲線來解釋點(diǎn)火定時(shí)的影響。另外，在定時(shí)點(diǎn)火的基礎(chǔ)上修改圖3的曲線或在ECU40的查找表中存儲(chǔ)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
圖2和圖3表示，不存在排氣再循環(huán)(EGR)。然而，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員知道，因?yàn)镋GR是一種燃燒稀釋劑，使得排氣溫度降低。隨著點(diǎn)火定時(shí)對(duì)排氣溫度的影響，根據(jù)本發(fā)明，可以根據(jù)EGR的容量來修改這種方法。
在前述的討論中，因?yàn)榭諝馐侨紵到y(tǒng)的一種普通的氧化劑，所以使用了術(shù)語燃料空氣比。如果使用另一種氧化劑，如富氧空氣，此處所描述的方法也適用。然而，圖2和圖3中的曲線依賴于氧化劑的類型。為了使本發(fā)明適應(yīng)其他的氧化劑，使用了一個(gè)氧化劑類型的校正系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的燃料空氣比的測定，典型地，使用ECU40來提供一個(gè)反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)至少以兩種模式來表現(xiàn)燃料空氣比的反饋控制首先，它可以用來提供一個(gè)預(yù)期的燃料空氣比，其次，它可以用來保證燃料空氣比是在預(yù)期的工作范圍之內(nèi)，這個(gè)范圍是在大約0.2-0.8的化學(xué)計(jì)量燃料空氣比的范圍內(nèi)。
如以上所討論的，在一種實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置中安裝UEGO傳感器38。在這種可選方案中，根據(jù)溫度傳感器36的信號(hào)和UEGO傳感器38的信號(hào)可以計(jì)算燃料空氣比。在這兩個(gè)信號(hào)的基礎(chǔ)上，可以確定是否其中一個(gè)傳感器處于故障狀態(tài)。另外，這兩個(gè)信號(hào)可以用來提高測定的精度。特別是，可以更新ECU40中的校正常數(shù)來反映這兩個(gè)信號(hào)所提供的附加信息。
盡管描述了實(shí)施本發(fā)明的幾個(gè)例子，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一些可替換的設(shè)計(jì)和實(shí)施例。因此，以上所描述的實(shí)施例旨在解釋本發(fā)明，可以在以下權(quán)利要求書的范圍內(nèi)修改這些實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在內(nèi)燃機(jī)中燃燒一種包括氫氣和氧化劑的燃料，產(chǎn)生排氣流，所述排氣流從發(fā)動(dòng)機(jī)中排放出去；測定排氣流的溫度；及根據(jù)獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載功率的所述測定溫度測定提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的氧化劑的質(zhì)量比。
2.如權(quán)利要求1中的方法，其特征在于，所述燃料包括其質(zhì)量超過90％的氫氣。
3.如權(quán)利要求1中的方法，其特征在于，所述氧化劑是空氣。
4.如權(quán)利要求1中的方法，進(jìn)一步包括在氧化劑成分的基礎(chǔ)上調(diào)整質(zhì)量比。
5.如權(quán)利要求1中的方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)具有至少一個(gè)氣缸，并且在每個(gè)氣缸中安裝一個(gè)火花塞，進(jìn)一步包括測定最佳轉(zhuǎn)矩點(diǎn)火正時(shí)的最小點(diǎn)火提前角；及在點(diǎn)火正時(shí)的基礎(chǔ)上，為了獲得最佳轉(zhuǎn)矩，指令所述火花塞處于所述最小點(diǎn)火提前角上。
6.如權(quán)利要求5中的方法，進(jìn)一步包括在相對(duì)于所述最佳轉(zhuǎn)矩點(diǎn)火正時(shí)的最小點(diǎn)火提前角的所述點(diǎn)火正時(shí)的基礎(chǔ)上調(diào)整質(zhì)量比的步驟。
7.如權(quán)利要求1中的方法，其特征在于，不依靠于發(fā)動(dòng)機(jī)功率測定質(zhì)量比。
8.如權(quán)利要求1中的方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)具有排氣再循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口連接在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口上，該方法進(jìn)一步包括基于向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口循環(huán)的排氣量調(diào)整質(zhì)量比的步驟。
9.如權(quán)利要求1中的方法，進(jìn)一步包括將質(zhì)量比與預(yù)定的最小質(zhì)量比和預(yù)定的最大質(zhì)量比相比；當(dāng)質(zhì)量比小于所述預(yù)定的最小質(zhì)量比時(shí)，使質(zhì)量比增加；以及當(dāng)質(zhì)量比大于所述預(yù)定的最大質(zhì)量比時(shí)，使質(zhì)量比減小。
10.一種方法，包括將氫氣和氧化劑引入內(nèi)燃機(jī)中；當(dāng)質(zhì)量比小于化學(xué)計(jì)量質(zhì)量比時(shí)，測定氫氣對(duì)于氧化劑的質(zhì)量比，氫氣和氧化劑在內(nèi)燃機(jī)中燃燒，燃燒產(chǎn)物作為排氣流從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出；測定排氣流的溫度；以及根據(jù)所述獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載功率的溫度計(jì)算質(zhì)量比。
11.如權(quán)利要求10中的方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)具有一個(gè)排氣再循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過排氣循環(huán)閥將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口連接起來，進(jìn)一步包括根據(jù)在所述排氣再循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)的排氣量校正質(zhì)量比；以及根據(jù)燃燒的開始時(shí)間修正質(zhì)量比。
12.如權(quán)利要求10中的方法，進(jìn)一步包括測定預(yù)期的空氣燃料質(zhì)量比；基于所述預(yù)期的空氣燃料質(zhì)量比和質(zhì)量比的差值計(jì)算一個(gè)誤差質(zhì)量比；并且基于所述的誤差控制空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。
13.一種用于當(dāng)質(zhì)量比小于化學(xué)計(jì)量質(zhì)量比時(shí)測定氫燃料相對(duì)于空氣的質(zhì)量比的系統(tǒng)，氫燃料和空氣在內(nèi)燃機(jī)中燃燒，包括至少一個(gè)溫度測定裝置，安裝在連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣裝置中，所述裝置提供一個(gè)顯示從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣流的溫度的信號(hào)；及一個(gè)電子控制單元，操作上連接在發(fā)動(dòng)機(jī)和所述溫度測定裝置上，所述電子控制單元根據(jù)來自所述溫度測定裝置的所述信號(hào)測定質(zhì)量比。
14.如權(quán)利要求13中的系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣裝置包括，一個(gè)排氣歧管和一個(gè)連接在所述排氣歧管的下游上的排氣管，并且所述溫度測定裝置安裝在所述排氣管中。
15.如權(quán)利要求13中的系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)至少有一個(gè)氣缸，所述排氣裝置包括一個(gè)排氣管和一個(gè)排氣歧管，該排氣歧管進(jìn)一步包括一個(gè)用于每一個(gè)所述氣缸的排氣流道，所述溫度測定裝置安裝在每個(gè)所述排氣流道中，從每個(gè)所述溫度測定裝置上產(chǎn)生的所述信號(hào)顯示相應(yīng)氣缸的質(zhì)量比。
16.如權(quán)利要求15中的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制單元根據(jù)特定氣缸所顯示的質(zhì)量比調(diào)節(jié)傳送到所述特定氣缸的燃料量。
17.如權(quán)利要求13中的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器是熱電偶、熱電堆、電熱調(diào)節(jié)器和光學(xué)溫度測定裝置中的一種。
18.如權(quán)利要求13中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接在發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣口；連接在所述進(jìn)氣口上的氫氣供應(yīng)管；以及安裝在所述氫氣供應(yīng)管中的氫氣閥，它操作上連接于所述電子控制單元，其中所述氫氣閥的位置被反饋控制以從發(fā)動(dòng)機(jī)提供預(yù)期的轉(zhuǎn)矩。
19.如權(quán)利要求18中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括，安裝在所述進(jìn)氣口中的節(jié)流閥，它操作上連接于所述電子控制單元，其中，所述節(jié)流閥的位置被反饋控制以在所述排氣流中提供預(yù)期的質(zhì)量比。
20.如權(quán)利要求13中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接在發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣口；以及安裝在所述進(jìn)氣口上的節(jié)流閥，它操作上連接于所述電子控制單元，其中，所述節(jié)流閥的位置被反饋控制以從發(fā)動(dòng)機(jī)中提供預(yù)期的轉(zhuǎn)矩。
21.如權(quán)利要求20中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接于所述進(jìn)氣口的氫氣供應(yīng)管；以及安裝在所述氫氣供應(yīng)管中的氫氣閥，它操作上連接于所述電子控制單元，其中，所述氫氣閥的位置被反饋控制以在所述排氣流中提供預(yù)期的質(zhì)量比。
22.如權(quán)利要求21中的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)期的質(zhì)量比在所述化學(xué)計(jì)量質(zhì)量比大約為0.2的最小質(zhì)量比和所述化學(xué)計(jì)量質(zhì)量比大約為0.8的最大質(zhì)量比之間。
23.一種用于當(dāng)?shù)谝毁|(zhì)量比小于化學(xué)計(jì)量質(zhì)量比時(shí)測定氫燃料相對(duì)于空氣的第一質(zhì)量比的系統(tǒng)，氫燃料和空氣在內(nèi)燃機(jī)中燃燒，包括至少一個(gè)溫度測定裝置，該裝置安裝在連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣裝置中，所述裝置提供一個(gè)顯示從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出的排氣流的溫度的信號(hào)；以及操作上連接于發(fā)動(dòng)機(jī)和所述溫度測定裝置的電子控制單元，所述電子控制單元根據(jù)來自所述溫度測定裝置的并且獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)操作轉(zhuǎn)矩或速度的所述信號(hào)測定第一質(zhì)量比。
24.如權(quán)利要求23中的系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣裝置包括，一個(gè)排氣歧管、一個(gè)連接在所述排氣歧管上的排氣管，并且所述溫度測定裝置安裝在所述排氣管中。
25.如權(quán)利要求23中的系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)具有至少一個(gè)氣缸，所述排氣裝置包括一個(gè)排氣管和一個(gè)排氣歧管，該排氣歧管進(jìn)一步包括一個(gè)用于每一個(gè)所述氣缸的排氣流道，所述測定裝置安裝在每個(gè)所述排氣流道之中，來自每個(gè)所述溫度測定裝置的信號(hào)顯示相應(yīng)氣缸的第一質(zhì)量比。
26.如權(quán)利要求25中的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制單元根據(jù)在特定氣缸中顯示的第一質(zhì)量比調(diào)整傳送到所述特定氣缸的燃料量。
27.如權(quán)利要求23中的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器是熱電偶、熱電堆、電熱調(diào)節(jié)器和光學(xué)溫度測定裝置中的一種。
28.如權(quán)利要求23中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接在發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣口；連接在所述進(jìn)氣口上的氫氣供應(yīng)管；以及安裝在所述氫氣供應(yīng)管中的氫氣閥，它操作上連接于所述電子控制單元，其中，所述氫氣閥的位置被反饋控制以從發(fā)動(dòng)機(jī)提供預(yù)期的轉(zhuǎn)矩。
29.如權(quán)利要求28中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括安裝在所述進(jìn)氣口中的節(jié)流閥，它操作上連接在所述電子控制單元上，其中，所述節(jié)流閥的位置被反饋控制以在所述排氣流中提供預(yù)期的質(zhì)量比。
30.如權(quán)利要求23中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接在發(fā)動(dòng)機(jī)上的進(jìn)氣口；以及安裝在所述進(jìn)氣口中的節(jié)流閥，它操作上連接于所述電子控制單元，其中，所述節(jié)流閥的位置被反饋控制以從發(fā)動(dòng)機(jī)中提供預(yù)期的轉(zhuǎn)矩。
31.如權(quán)利要求30中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接在所述進(jìn)氣口上的氫氣供應(yīng)管；以及安裝在所述氫氣供應(yīng)管中的氫氣閥，它操作上連接于所述電子控制單元，其中，所述氫氣閥的位置被反饋控制以在所述排氣流中提供預(yù)期的質(zhì)量比。
32.如權(quán)利要求31中的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)期的質(zhì)量比在所述化學(xué)計(jì)量質(zhì)量比大約為0.2的最小質(zhì)量比和所述化學(xué)計(jì)量質(zhì)量比大約為0.8的最大質(zhì)量比之間。
33.如權(quán)利要求23中的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)通用排氣氧氣傳感器，該排氣氧氣傳感器安裝在所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置中并且連接于所述電子控制單元，其中，根據(jù)來自所述通用排氣氧氣傳感器的信號(hào)測定第二質(zhì)量比。
34.如權(quán)利要求33中的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制單元將所述第一和第二質(zhì)量比進(jìn)行對(duì)比，并且根據(jù)所述對(duì)比確定所述通用排氣氧氣傳感器和所述溫度傳感器之一是否發(fā)生故障狀態(tài)。
35.如權(quán)利要求33中的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制單元將所述第一和第二質(zhì)量比進(jìn)行對(duì)比，并且根據(jù)所述對(duì)比在所述電子控制中更新校正常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種計(jì)算氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料空氣比的方法和系統(tǒng)?；趤碜耘艢鉁囟葌鞲衅鞯男盘?hào)測定燃料空氣比。
文檔編號(hào)F02B43/10GK1488848SQ03152488
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月1日
發(fā)明者唐曉國, 克 哈希米, 西亞馬克·哈希米, 約瑟夫 科特維奇, 艾倫·約瑟夫·科特維奇 申請(qǐng)人:福特全球科技公司