專利名稱：氫燃料內(nèi)燃機的控制方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種應用于以氫氣為燃料的內(nèi)燃機(簡稱氫發(fā)動機)的氫燃料內(nèi)燃機的控制方法與裝置。在氫發(fā)動機的工作過程中，無論采用進氣歧管噴氫氣還是缸內(nèi)直接噴射氫氣，氫氣燃料都需要專門的噴射裝置將氣體噴射到進氣道或者氣缸內(nèi)燃燒室內(nèi)并運用電子控制使發(fā)動機正常運行。因此根據(jù)實際的需求，設計出一種用于氫發(fā)動機的氫燃料噴射與控制裝置。
背景技術：
隨著石油資源的不斷枯竭、石油價格不斷上漲、排放法規(guī)的不斷升級，因此為了徹底從環(huán)境保護和能源危機的雙重壓力下解放出來，尋找替代能源一直受到世界各國的關注。氫能被科學家們認為是一種21世紀理想的替代能源，很多國家都把氫能作為未來能源的發(fā)展方向，走以氫能為基礎能源的經(jīng)濟發(fā)展道路。作為汽車動力，氫能的主要利用方式是燃料電池汽車和氫燃料內(nèi)燃機(簡稱氫發(fā)動機)汽車。雖然燃料電池功率大、效率高和無污染等優(yōu)點，但是其開發(fā)成本、產(chǎn)品價格相當昂貴，續(xù)駛里程及壽命有限，離大規(guī)模的工業(yè)應用還有相當?shù)木嚯x。而氫發(fā)動機大規(guī)模工業(yè)化使用容易實現(xiàn)，對傳統(tǒng)內(nèi)燃機改裝不大，被認為是最具有前景的汽車發(fā)動機代新能源動力裝置。
由傳統(tǒng)的內(nèi)燃機改裝成氫發(fā)動機所面臨的主要任務有進行燃燒機理及工作過程數(shù)值模擬研究，揭示其燃燒規(guī)律和異常燃燒機理；氫發(fā)動機的早燃和回火問題等異常燃燒的控制技術；降低NOx排放的控制技術；提高發(fā)動機的功率，改善燃燒效率；氫發(fā)動機的電子噴射技術和優(yōu)化控制技術；氫氣的安全性控制技術。而設計出性能良好的用于氫內(nèi)燃機的氫氣噴射與控制裝置可以大大減小早燃、回火及NOx排放，提高氫氣發(fā)動機的動力性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于氫發(fā)動機進氣管燃料供給的氫燃料內(nèi)燃機的控制方法與裝置，此裝置適用于一切以氫為燃料的內(nèi)燃機，該氫氣噴射與控制裝置可對氫氣噴射時刻、噴射持續(xù)期(決定噴射量)進行電子控制，并使氫氣在最接近發(fā)動機進氣閥座的位置噴入燃燒室，大大降低了進氣管回火的可能性。此外，還運用廢氣再循環(huán)技術降低NOx的排放及控制早燃。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的氫燃料內(nèi)燃機的控制裝置包括一組傳感器提供反映氫供給系統(tǒng)及發(fā)動機狀態(tài)和信息，由一組閥和管路提供氫源，電子控制單元作為整機的控制中樞，其特征在于由氫氣穩(wěn)壓軌、氫氣噴射閥及可將氫氣噴射閥噴出的氫氣直接導入到最靠近進氣閥座的部位的氫氣導引噴嘴構成氫氣的噴射系統(tǒng)，并在發(fā)動機進氣管處設置電子節(jié)氣門，在發(fā)動機進氣管與排氣管之間設置廢氣再循環(huán)閥，在發(fā)動機曲柄箱上設置氫氣安全釋放閥。
其中電子節(jié)氣門，由一個力矩電機或電磁鐵組成的驅動機構及一到兩個電子電位器組成對節(jié)氣門的位置反饋，該機構將根據(jù)指令控制進入發(fā)動機氣缸內(nèi)的空氣與氫氣的比例。
廢氣再循環(huán)閥由一個比例電磁鐵和一個電子電位器組成。
所述的氫氣安全釋放閥具有單向釋放作用，當曲柄箱氣體壓力超過設定的限度時閥將自動打開，使含有氫氣的氣體從曲柄箱內(nèi)釋放，以保證曲柄箱內(nèi)不因氫氣濃度高而導致爆炸。
一組傳感器為位于進氣管上的進氣空氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器，位于于氫穩(wěn)壓氣軌上的氫溫度傳感器、氫壓力傳感器，位于發(fā)動機體上的冷卻水溫傳感器、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器，位于排氣管上的氧傳感器。
所述一組閥和管路包括氫氣氣瓶、調(diào)壓閥、手動閥、電磁切斷閥、高壓氣管、過濾器。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的氫燃料內(nèi)燃機的控制方法為氫氣噴氣閥和電子節(jié)氣門控制進入發(fā)動機燃燒室內(nèi)的氫氣量及空氣和氫的比例，廢氣再循環(huán)閥將廢氣以0～40％的比例引入到進氣中，曲柄箱氫氣安全釋放閥將滲漏到曲柄箱內(nèi)的氫氣釋放出來。由ECU對所有的發(fā)動機狀態(tài)信息進行分析判斷發(fā)出對各執(zhí)行器的控制指令并對系統(tǒng)進行診斷。由此，使氫發(fā)動機安全穩(wěn)定地運行。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明采用了氫噴射引管，將噴氣閥噴出的氫氣引射到離進氣閥座最近的部位，以最大限度的降低進氣系統(tǒng)中的殘留氫氣，抑制回火。
(2)本發(fā)明采用了廢氣再循環(huán)閥，該機構根據(jù)指令將適當比例的廢氣引回到發(fā)動機燃燒室，以降低燃燒溫度峰值，有效地抑制NOx的生成以及缸內(nèi)的早燃。
(3)本發(fā)明采用了氫氣安全釋放閥，其具有單向釋放作用，可保證曲柄箱內(nèi)不因氫氣濃度高而導致爆炸。
(4)本發(fā)明由電子控制單元ECU對氫氣的噴射、空氣氫氣的比例、點火正時、點火能量、廢氣再循環(huán)量等進行程序控制，使氫發(fā)動機運行在最佳狀態(tài)。


本發(fā)明的結構由以下附圖和實例給出圖1氫發(fā)動機系統(tǒng)框2噴射系統(tǒng)布置圖1、氫穩(wěn)壓氣軌2、氫氣噴射閥3、氫氣濾清器4、低壓管路5、氫氣瓶6、調(diào)壓閥7、高壓管8、手動閥9、電磁切斷閥10、曲軸位置傳感器11、發(fā)動機12、氧傳感器13、排氣總管14、廢氣再循環(huán)(EGR)閥15、曲軸箱氫氣安全釋放閥16、冷卻水溫傳感器17、凸輪軸位置傳感器18、盡氣總管19、電子節(jié)氣門20、空氣濾清器21、加速踏板22、進氣溫度傳感器23、進氣壓力傳感器24、氫溫度傳感器25、氫氣壓力傳感器26、ECU電子控制單元27、氫氣導引管28、導引管與岐管的連接頭具體實施方式
如圖1、2所示，本發(fā)明包括安裝于進氣管上的進氣壓力傳感器23，安裝于氫氣穩(wěn)壓軌1上的氫溫度傳感器24、氫壓力傳感器25，安裝于發(fā)動機體上的曲軸位置傳感器10、冷卻水溫傳感器16、凸輪軸位置傳感器17，安裝于排氣管上的氧傳感器12。由氫氣穩(wěn)壓軌1、氫氣噴射閥2、氫氣導引管27和導引管與岐管的連接頭28構成氫氣的噴射系統(tǒng)，氫氣氣瓶5、調(diào)壓閥6、高壓管7、手動閥8、電磁切斷閥9、氫氣過濾器3組成的氫氣供給系統(tǒng)，電子控制單元ECU26作為整機的控制中樞，以及在發(fā)動機進氣管處設置電子節(jié)氣門19，在發(fā)動機進氣管與排氣管之間設置廢氣再循環(huán)閥14，在發(fā)動機曲柄箱上設置的曲軸箱氫氣安全釋放閥15。
氫氣噴氣閥和電子節(jié)氣門控制進入發(fā)動機燃燒室內(nèi)的氫氣量及空氣和氫的比例，廢氣再循環(huán)閥將廢氣以0～40％的比例引入到進氣中，曲柄箱氫氣安全釋放閥將滲漏到曲柄箱內(nèi)的氫氣釋放出來。由電子控制單元ECU對所有的發(fā)動機狀態(tài)信息進行分析判斷發(fā)出對各執(zhí)行器的控制指令并對系統(tǒng)進行診斷。由此，使氫發(fā)動機安全穩(wěn)定地運行。
權利要求
1.氫燃料內(nèi)燃機的控制裝置，其包括一組傳感器提供反映氫供給系統(tǒng)及發(fā)動機狀態(tài)和信息，由一組閥和管路提供氫源，電子控制單元作為整機的控制中樞，其特征在于由氫氣穩(wěn)壓軌(1)、氫氣噴射閥(2)及可將氫氣噴射閥噴出的氫氣直接導入到最靠近進氣閥座的部位的氫氣導引噴嘴(27)構成氫氣的噴射系統(tǒng)，并在發(fā)動機進氣管處設置電子節(jié)氣門(19)，在發(fā)動機進氣管與排氣管之間設置廢氣再循環(huán)閥(14)，在發(fā)動機曲柄箱上設置曲軸箱氫氣安全釋放閥(15)。
2.根據(jù)權利要求1所述的氫燃料內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在所述于一組傳感器為位于進氣管上的進氣溫度傳感器(22)、進氣壓力傳感器(23)，位于氫穩(wěn)壓軌(1)上的氫溫度傳感器(24)、氫壓力傳感器(25)，位于發(fā)動機體上的冷卻水溫傳感器(16)、曲軸位置傳感器(10)、凸輪軸位置傳感器(17)，位于排氣管上的氧傳感器(12)。
3.根據(jù)權利要求1所述的氫燃料內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于所述一組閥和管路包括氫氣過濾器(3)、氫氣氣瓶(5)和位于其上的調(diào)壓閥(6)、高壓管(7)、手動閥(8)、電磁切斷閥(9)。
4.根據(jù)權利要求書1所述的氫燃料內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于所述的電子節(jié)氣門采取由一個力矩電機或電磁鐵組成的驅動機構及一到兩個電子電位器組成對節(jié)氣門的位置反饋。
5.根據(jù)權利要求書1所述的氫燃料內(nèi)燃機的控制裝置，其特征在于所述廢氣再循環(huán)閥由一個比例電磁鐵和一個電子電位器組成。
6.氫燃料內(nèi)燃機的控制方法，其特征在于由氫氣噴氣閥和電子節(jié)氣門控制進入發(fā)動機燃燒室內(nèi)的氫氣量及空氣和氫的比例，廢氣再循環(huán)閥將廢氣以0～40％的比例引入到進氣中，曲柄箱氫氣安全釋放閥將滲漏到曲柄箱內(nèi)的氫氣釋放出來，由ECU對所有的發(fā)動機狀態(tài)信息進行分析判斷發(fā)出對各執(zhí)行器的控制指令并對系統(tǒng)進行診斷，實現(xiàn)氫發(fā)動機安全穩(wěn)定地運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于氫發(fā)動機進氣管燃料供給的控制方法與裝置，此裝置適用于一切以氫為燃料的內(nèi)燃機，可對氫氣噴射時刻、噴射持續(xù)期進行電子控制，裝置包括一組傳感器提供反映氫供給系統(tǒng)及發(fā)動機狀態(tài)和信息，由一組閥和管路提供氫源，電子控制單元作為整機的控制中樞，及由氫氣穩(wěn)壓軌、氫氣噴射閥及可將氫氣噴射閥噴出的氫氣直接導入到最靠近進氣閥座的部位的氫氣導引噴嘴構成氫氣的噴射系統(tǒng)，并在發(fā)動機進氣管處設置電子節(jié)氣門，在發(fā)動機進氣管與排氣管之間設置廢氣再循環(huán)閥，在發(fā)動機曲柄箱上設置氫氣安全釋放閥。其可實現(xiàn)氫氣在最接近發(fā)動機進氣閥座的位置噴入燃燒室，大大降低了進氣管回火的可能性，以及降低NO
文檔編號F02B43/10GK1800617SQ20061000080
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月13日 優(yōu)先權日2006年1月13日
發(fā)明者歐陽明高, 張育華, 朱磊, 楊福源 申請人:鎮(zhèn)江江奎科技有限公司, 清華大學