專利名稱：氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法和裝置。
背景技術(shù)：
氫燃料在能源和環(huán)保方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具前景的未來汽車發(fā)動機(jī) 的主導(dǎo)燃料之一，但是由于氫獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，作為發(fā)動機(jī)代用燃料的氫容易發(fā)生早 燃、回火等異常燃燒問題，當(dāng)量比較大時尤甚；減小當(dāng)量比會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)動力性下降。因此 控制回火、早燃等異常燃燒，并且協(xié)調(diào)解決異常燃燒與提高氫燃料發(fā)動機(jī)功率的矛盾是推 動氫發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。進(jìn)氣管回火，是指在進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣門尚未關(guān)閉時，缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑サ竭M(jìn)氣管并引 燃進(jìn)氣管內(nèi)的氫空氣混合氣，或進(jìn)氣管內(nèi)的氫空氣混合氣被缸內(nèi)或進(jìn)氣門熾熱點(diǎn)點(diǎn)燃的一 種不正常燃燒現(xiàn)象?；鼗鹨话惆殡S著早燃(早燃是指氣缸內(nèi)混合氣在火花塞點(diǎn)燃之前被缸 內(nèi)熾熱點(diǎn)點(diǎn)燃的現(xiàn)象)而發(fā)生?；鼗鹜ǔ０l(fā)生在較濃混合氣工況，高速時更易于發(fā)生。當(dāng)氫 發(fā)動機(jī)發(fā)生回火時，正常的工作過程遭到破壞，功率下降，經(jīng)濟(jì)性變差，嚴(yán)重時使發(fā)動機(jī)熄 火，因此必須抑制氫發(fā)動機(jī)的回火。近年來，伴隨計算機(jī)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)石油燃料發(fā)動機(jī)的電控技術(shù)已 經(jīng)逐步實用化，但目前對于氫發(fā)動機(jī)的研究并不多見，關(guān)于氫發(fā)動機(jī)電控技術(shù)研究非常 少。雖然袁銀南等人在改裝的奇瑞SQR480發(fā)動機(jī)上對電控噴氫系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出了 運(yùn)用PWM驅(qū)動高速開關(guān)型數(shù)字電磁閥能有效的控制噴氫量；杜天申等人對應(yīng)用單片機(jī)控制 氫一汽油雙燃料發(fā)動機(jī)回火進(jìn)行了探討，提出應(yīng)用51系列單片機(jī)，實現(xiàn)不同工況下進(jìn)氣管 定時、定量噴氫，有效地抑制回火的發(fā)生，但控制回火、早燃等異常燃燒、同時兼顧氫燃料發(fā) 動機(jī)回火與提高功率之間的矛盾這個問題仍有待解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法和裝置，以解決現(xiàn)有氫燃料發(fā)動機(jī)早燃、回火異常燃燒和氫燃料發(fā)動機(jī)回火與提高功率之間的矛盾。本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)回火的控制方法技術(shù)方案如下當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火時，根據(jù)回火強(qiáng)度的不同分別采取調(diào)整點(diǎn)火正時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分步 方式抑制回火。當(dāng)氫發(fā)動機(jī)發(fā)生回火時，首先計算回火強(qiáng)度，令回火強(qiáng)度的表征函數(shù)為《ω,其中y表示進(jìn)氣管壓力強(qiáng)度；再計算回火抑制度，令回火抑制度的表征函數(shù)為幻，其中X為點(diǎn) 火正時，ζ為進(jìn)氣管噴水率；判斷回火強(qiáng)度是否大于回火強(qiáng)度門檻值，若是回火強(qiáng)度大于回 火強(qiáng)度門檻值則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時及噴水率函數(shù)，再調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼 顧動力性，若是回火強(qiáng)度小于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)，再調(diào)整 點(diǎn)火正時并兼顧動力性。所述調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動力性，調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性，是由試 驗確定點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系、點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā) 動機(jī)的早燃或回火的關(guān)系、綜合點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性，以及與 早燃或回火的關(guān)系；然后通過對這些試驗數(shù)據(jù)擬合得到關(guān)系曲線的方程，或是將描述它們 關(guān)系的離散值在發(fā)動機(jī)標(biāo)定時預(yù)先存儲在微處理器中，使用時，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作狀況查詢、 調(diào)用相應(yīng)值。本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法的技術(shù)方案如下首先根據(jù)采集到的 早燃、回火信號來判斷氫燃料發(fā)動機(jī)是否發(fā)生早燃、回火；當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生早燃時，采 取調(diào)整點(diǎn)火正時的方式抑制早燃；當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火或發(fā)生早燃并且發(fā)生回火時， 根據(jù)回火強(qiáng)度的不同分別采取調(diào)整點(diǎn)火正時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分步方 式抑制回火。氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生早燃時，首先計算早燃強(qiáng)度，令早燃強(qiáng)度的表征函數(shù)為其 中爿表示氣缸壓力強(qiáng)度；再計算早燃抑制度，令早燃抑制度的表征函數(shù)為表征函數(shù)且
其中I為點(diǎn)火正時，A1是大于1的常數(shù)；再調(diào)用早燃抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù) 判斷負(fù)荷強(qiáng)度是否大于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，若是負(fù)荷強(qiáng)度大于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，則調(diào)整點(diǎn)火 正時并兼顧動力性，若負(fù)荷強(qiáng)度小于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，則調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧經(jīng)濟(jì)性。所述調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性或經(jīng)濟(jì)性，是由試驗確定點(diǎn)火正時與氫發(fā) 動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系的，令燃?xì)溆行嵝?經(jīng)濟(jì)性)的評價函數(shù)為《々:)，
ι(χ) = ^-CftCjc))'當(dāng)滿足購(力 <鞏0) Sc1時有效熱效率W1(X)最大，其中C1為最大早 燃抑制度。氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火或發(fā)生早燃并且發(fā)生回火時，首先計算回火強(qiáng)度，令回火 強(qiáng)度的表征函數(shù)為％溈，其中y表示進(jìn)氣管壓力強(qiáng)度；再計算回火抑制度，令回火抑制度的 表征函數(shù)為/(X，力，其中X為點(diǎn)火正時，Z為進(jìn)氣管噴水率；判斷回火強(qiáng)度是否大于回火強(qiáng) 度門檻值，若是回火強(qiáng)度大于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時及噴水率函 數(shù)，若是回火強(qiáng)度小于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)。調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時及噴水率函數(shù)之后調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動 力性；調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)后調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性。所述調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動力性，調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性，是由試 驗確定點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系、點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā) 動機(jī)的早燃或回火的關(guān)系、綜合點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性，以及與 早燃或回火的關(guān)系；然后通過對這些試驗數(shù)據(jù)擬合得到關(guān)系曲線的方程，或是將描述它們 關(guān)系的離散值在發(fā)動機(jī)標(biāo)定時預(yù)先存儲在微處理器中，使用時，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作狀況查詢、 調(diào)用相應(yīng)值；令動力性(有效功率)的評價函數(shù)為ζ), X為點(diǎn)火正時，Z為進(jìn)氣管噴水率,M2Or, =鶴⑵),當(dāng)滿足朽夠+ζ)最大，
其中3力進(jìn)氣管噴水最大回火抑制度。本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制裝置的技術(shù)方案如下該裝置包括 傳感器信號處理輸入電路，用于將各傳感器檢測得到的早燃、回火信號經(jīng)過輸入電路
送入微處理器，其中輸入信號包括模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號經(jīng)過處理電路，再經(jīng)過A/ D轉(zhuǎn)換后以數(shù)字量的形式送入微處理器，數(shù)字信號由I/O接口直接送入微處理器；
微處理器，用于根據(jù)輸入的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算與邏輯判斷，得出氫發(fā)動機(jī)是 否發(fā)生早燃、回火，通過接口向功率驅(qū)動輸出電路發(fā)出控制早燃和/回火指令； 功率驅(qū)動輸出電路，用于與執(zhí)行器相連，將微處理器的指令變?yōu)榭刂菩盘杹眚?qū)動相應(yīng) 的外圍功率器件。本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)回火的控制方法根據(jù)回火強(qiáng)度的不同，分別采取調(diào)整點(diǎn)火 正時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分步方式來控制回火，這種方法不僅能夠有效的 控制氫燃料發(fā)動機(jī)的回火，充分發(fā)揮了點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水的最大優(yōu)勢，而且也最大程 度上避免了各自的不利因素，同時兼顧了發(fā)動機(jī)的動力性。本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法根據(jù)異常燃燒的方式不同，分別采取 不同的控制方式，當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生早燃時，采取調(diào)整點(diǎn)火正時的方式抑制早燃；當(dāng)氫燃 料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火或發(fā)生早燃并且發(fā)生回火時，根據(jù)回火強(qiáng)度的不同分別采取調(diào)整點(diǎn)火正 時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分步方式抑制回火，本方法使得氫燃料發(fā)動機(jī)在中 小負(fù)荷工況工作時，以保證經(jīng)濟(jì)性良好為主，在大全負(fù)荷工況下，以保證動力性指標(biāo)為主， 這樣既有效的抑制了早燃、回火等異常燃燒，而且充分發(fā)揮了點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水的最 大優(yōu)勢，同時兼顧了發(fā)動機(jī)的動力性。本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制裝置的微處理器用于根據(jù)輸入的信號進(jìn) 行數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算與邏輯判斷，得出氫發(fā)動機(jī)是否發(fā)生早燃、回火，通過接口向功率驅(qū) 動輸出電路發(fā)出控制早燃和/回火指令，以控制點(diǎn)火線圈、噴水閥等執(zhí)行器準(zhǔn)確動作，實現(xiàn) 對早燃、回火的控制。


圖1是本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒控制方法流程圖2是本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒控制裝置原理框圖； 圖3是本發(fā)明的回火檢測電路圖。
具體實施例方式如果氫燃料發(fā)動機(jī)氫發(fā)動機(jī)在中小負(fù)荷工況工作時，以保證其經(jīng)濟(jì)性良好為主。 且在小中負(fù)荷工況下不易發(fā)生早燃，而且，發(fā)生早燃的程度一般較輕，所以本發(fā)明采取調(diào)整 點(diǎn)火正時的方案抑制早燃，并將點(diǎn)火正時調(diào)整角度與氫發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性相關(guān)聯(lián)。在大全負(fù)荷工況下，以保證動力性指標(biāo)為主，如果發(fā)生早燃時，本發(fā)明采取通過調(diào)整點(diǎn)火正時抑制；發(fā) 生回火，單純依賴調(diào)整點(diǎn)火正時往往已經(jīng)不足以抑制回火，但是，考慮到該工況下過量空氣 系數(shù)較小，而過量空氣系數(shù)越小，回火程度越大，抑制回火所需的噴水量越大，這樣會造成 缸內(nèi)溫度大幅度下降，導(dǎo)致功率下降。當(dāng)然，進(jìn)氣管噴水也會引起發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)改變， 而且，隨著進(jìn)氣管噴水增多，缸體銹蝕程度、潤滑性能也將進(jìn)一步惡化，所以采用進(jìn)氣管噴 水控制回火，當(dāng)噴水量增多時有很多弊端。本發(fā)明采取調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水相結(jié)合 的方案，這樣既充分發(fā)揮了點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水的最大優(yōu)勢，也最大程度上避免了各自 的不利因素，既抑制了回火，又兼顧了發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性。將調(diào)整噴水量與氫發(fā)動 機(jī)動力性相關(guān)聯(lián)，即根據(jù)早燃和回火的強(qiáng)度大小，發(fā)生回火時，先調(diào)整點(diǎn)火正時至某一角度 后，進(jìn)氣管開始噴水，并逐步加大噴水量，調(diào)整點(diǎn)火正時至極限角度后仍不能控制回火時， 則繼續(xù)增加進(jìn)氣管噴水量，直至進(jìn)氣管噴水量最大值。圖1示出了本發(fā)明的早燃、回火控制 方法流程圖，其中B為回火強(qiáng)度門檻值，p為負(fù)荷強(qiáng)強(qiáng)度門檻值。實施例一
本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)回火的控制方法技術(shù)方案如下當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回 火時，根據(jù)回火強(qiáng)度的不同分別采取調(diào)整點(diǎn)火正時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分 步方式抑制回火。當(dāng)氫發(fā)動機(jī)發(fā)生回火時，首先計算回火強(qiáng)度，令回火強(qiáng)度的表征函數(shù)為^^其中y 表示進(jìn)氣管壓力強(qiáng)度；再計算回火抑制度，令回火抑制度的表征函數(shù)為/江Z)，其中X為點(diǎn) 火正時，z為進(jìn)氣管噴水率；判斷回火強(qiáng)度是否大于回火強(qiáng)度門檻值，若是回火強(qiáng)度大于回 火強(qiáng)度門檻值則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時及噴水率函數(shù)，再調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼 顧動力性，若是回火強(qiáng)度小于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)，再調(diào)整 點(diǎn)火正時并兼顧動力性。所述調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動力性，調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性，是由試 驗確定點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系、點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā) 動機(jī)的早燃或回火的關(guān)系、綜合點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性，以及與 早燃或回火的關(guān)系；然后通過對這些試驗數(shù)據(jù)擬合得到關(guān)系曲線的方程，或是將描述它們 關(guān)系的離散值在發(fā)動機(jī)標(biāo)定時預(yù)先存儲在微處理器中，使用時，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作狀況查詢、 調(diào)用相應(yīng)值。實施例二
本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法的技術(shù)方案如下；首先根據(jù)采集到 的早燃、回火信號來判斷氫燃料發(fā)動機(jī)是否發(fā)生早燃、回火；當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生早燃時， 采取調(diào)整點(diǎn)火正時的方式抑制早燃；當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火或發(fā)生早燃并且發(fā)生回火 時，根據(jù)回火強(qiáng)度的不同分別采取調(diào)整點(diǎn)火正時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分步 方式抑制回火。氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生早燃時，首先計算早燃強(qiáng)度，令早燃強(qiáng)度的表征函數(shù)為街議，其 中y表示氣缸壓力強(qiáng)度；再計算早燃抑制度，令早燃抑制度的表征函數(shù)為表征函數(shù)flOc),且
‘胃其中x為點(diǎn)火正時，~是大于1的常數(shù)；再調(diào)用早燃抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù) 判斷負(fù)荷強(qiáng)度是否大于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，若是負(fù)荷強(qiáng)度大于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，則調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性，若負(fù)荷強(qiáng)度小于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，則調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧經(jīng)濟(jì)性。為了在抑制早燃的同時又不至于對經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生造成大的負(fù)面影響，引入燃?xì)溆?效熱效率(經(jīng)濟(jì)性)的評價函數(shù)為％(力，并使有效熱效率的評價函數(shù)與早燃抑制度相關(guān)聯(lián)
=為了既能夠抑制了早燃，又兼顧有效熱效率，即在滿足巧(其 中，q為最大早燃抑制度)的情況下有效熱效率最大。為此得到如下有約束優(yōu)化問題的表達(dá)<formula>formula see original document page 8</formula>
氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火或發(fā)生早燃并且發(fā)生回火時，首先計算回火強(qiáng)度，令回火 強(qiáng)度的表征函數(shù)為裕0)，其中y表示進(jìn)氣管壓力強(qiáng)度；再計算回火抑制度，令回火抑制度的 表征函數(shù)為/江力，其中X為點(diǎn)火正時，Z為進(jìn)氣管噴水率；判斷回火強(qiáng)度是否大于回火強(qiáng) 度門檻值，若是回火強(qiáng)度大于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時及噴水率函 數(shù)，再調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動力性，若是回火強(qiáng)度小于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回 火抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)，再調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性。所述調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動力性，調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性，是由試 驗確定點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系、點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā) 動機(jī)的早燃或回火的關(guān)系、綜合點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性，以及與 早燃或回火的關(guān)系；然后通過對這些試驗數(shù)據(jù)擬合得到關(guān)系曲線的方程，或是將描述它們 關(guān)系的離散值在發(fā)動機(jī)標(biāo)定時預(yù)先存儲在微處理器中，使用時，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作狀況查詢、 調(diào)用相應(yīng)值；令動力性(有效功率)的評價函數(shù)為l)，并使有效功率的評價函數(shù)與與 點(diǎn)火正時回火抑制度及進(jìn)氣管噴水率回火抑制度相關(guān)聯(lián),即z) = P^{x)f _( ))。則為了消除回火，又兼顧動力性的優(yōu)化問題就是滿足釣Cy)
(q為進(jìn)氣管噴水最大回火抑制度)的條件下使式幾(幼達(dá)到最大，如
此既得如下有約束優(yōu)化問題的表達(dá)式 <formula>formula see original document page 8</formula>
實施例三
本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制裝置如圖2所示，該裝置包括 傳感器信號處理輸入電路，用于將各傳感器檢測得到的早燃、回火信號經(jīng)過輸入 電路送入微處理器，其中輸入信號包括模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號經(jīng)過處理電路，再經(jīng) 過A/D轉(zhuǎn)換后以數(shù)字量的形式送入微處理器，數(shù)字信號由I/O接口直接送入微處理器；
微處理器(MC9S12DG256B)，用于根據(jù)輸入的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算與邏輯 判斷，得出氫發(fā)動機(jī)是否發(fā)生早燃、回火，通過接口向功率驅(qū)動輸出電路發(fā)出控制早燃和/ 回火指令；
功率驅(qū)動輸出電路，用于與執(zhí)行器相連，將微處理器的指令變?yōu)榭刂菩盘杹眚?qū)動 相應(yīng)的外圍功率器件?？諝饬髁啃盘枴⑦M(jìn)氣管壓力信號、節(jié)氣門開度信號、冷卻水溫信號、曲軸位置信號、 氫氣流量信號、氫氣壓力信號等傳感器信號通過模擬信號輸入電路并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后連 入微處理器MC9S12DG256B的相應(yīng)引腳，回火檢測信號、凸輪軸位置信號分別通過數(shù)字信號輸入電路直接連入微處理器MC9S12DG256B的I/O接口，微處理器MC9S12DG256B直接 與PC機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實時通訊，能夠進(jìn)行在線故障診斷和應(yīng)急處理；輸出電路將微處理器 MC9S12DG256B的控制指令變?yōu)榭刂菩盘栻?qū)動所連的噴氫器、點(diǎn)火線圈、噴水閥等執(zhí)行器動作。氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制裝置中氫燃料發(fā)動機(jī)特有的回火、早燃檢測部分如 下
1.回火檢測電路
由于氫燃料發(fā)動機(jī)回火的發(fā)生具有偶然性、破壞性，因此本裝置中高靈敏度回火 檢測電路如圖3所示，它的主要特點(diǎn)有(1)它摒棄了傳統(tǒng)的微壓傳感器檢測思想，避免了 傳感器檢測的滯后性和誤測性(可能其它原因造成壓力波動)；(2)采用物理原理和電路設(shè) 計相結(jié)合的方式實現(xiàn)進(jìn)氣管回火的檢測，它能夠準(zhǔn)確可靠的檢測到回火的發(fā)生；(3)電路 設(shè)計簡單清晰，編程易于實現(xiàn)?；鼗饳z測電路工作原理由于進(jìn)氣管回火或是被進(jìn)氣門熱點(diǎn)點(diǎn)燃或是被缸內(nèi)熱點(diǎn) 點(diǎn)燃通過進(jìn)氣門竄到進(jìn)氣管內(nèi)發(fā)生的。所以檢測探針(耐熱性好的金屬電極)安裝在靠近進(jìn) 氣門的上方，電路的另一頭耐熱性高的合金鋼絲安裝在進(jìn)氣門處(與進(jìn)氣門不接觸)。發(fā)生回火時，混合氣首先在檢測探針和合金鋼絲周圍燃燒，由于燃燒火焰產(chǎn)生的 高溫造成空氣電離，在探針和合金鋼絲之間加正電壓時，將有電流產(chǎn)生，加負(fù)電壓時，幾乎 沒有電流，此時火焰具有二極管的單向?qū)щ娞匦浴．?dāng)火焰熄滅時，探針與合金鋼絲之間加任 何極性的電壓都不會產(chǎn)生電流。利用火焰的這個特性，就可以檢測回火是否發(fā)生?；鼗饳z
測電路具體的工作過程是晶體管維持變壓器&振蕩，使變壓器輸出交流信號，當(dāng) 變壓器輸出正半部分交流信號時，檢測探針與合金鋼絲之間加的是負(fù)電壓，電路不導(dǎo)通，當(dāng) 變壓器輸出負(fù)半部分交流信號時，檢測探針與合金鋼絲之間加的是正電壓，電路導(dǎo)通，使探
針左側(cè)的(74、(75電容充電，從而產(chǎn)生一個負(fù)電壓，經(jīng)過比較器￡M3936電壓比較后，比較器 輸出低電平，使得微處理器MC9S12DG256B的PT2 口由高電平變?yōu)榈碗娖?，得到一個下降沿， 微處理器MC9S12DG256B通過中斷檢測該下降沿從而完成回火信號的準(zhǔn)確檢測計數(shù)。2.進(jìn)氣管壓力及缸內(nèi)壓力傳感器
如果氫發(fā)動機(jī)發(fā)生回火，進(jìn)氣管內(nèi)有壓力波動，進(jìn)氣管壓力傳感器用來檢測回火 發(fā)生時的強(qiáng)度。早燃與回火相互轉(zhuǎn)化，如果在早燃沒有轉(zhuǎn)化成回火的時候，對早燃進(jìn)行有效 的控制，可以避免回火的發(fā)生，所以對早燃檢測、測量具有一定的實際意義。若氫發(fā)動機(jī)發(fā) 生早燃，氣缸內(nèi)的壓力將在未發(fā)生點(diǎn)火之前不正常升高，缸內(nèi)壓力傳感器用來檢測早燃發(fā) 生以及早燃強(qiáng)度。本裝置中進(jìn)氣管壓力及缸內(nèi)壓力傳感器分別采用半導(dǎo)體壓敏電阻式傳感 器和火花塞式缸壓傳感器。半導(dǎo)體壓敏電阻式傳感器主要由一個密封良好的彈簧膜片和一 個鐵質(zhì)磁芯構(gòu)成，膜片和磁芯精確地放置在微型線圈內(nèi)，當(dāng)感應(yīng)到電壓時，就產(chǎn)生一個與輸 入壓力成正比、與參考電壓成比例的輸出信號，輸出電壓在0-5V之間變化，可直接進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。將進(jìn)氣管壓力及缸內(nèi)壓力傳感器的輸出信號接入微處理器MC9S12DG256B的PAD1和 PAD3。
權(quán)利要求
一種氫燃料發(fā)動機(jī)回火的控制方法，其特征在于當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火時，根據(jù)回火強(qiáng)度的不同分別采取調(diào)整點(diǎn)火正時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分步方式抑制回火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫燃料發(fā)動機(jī)回火的控制方法，其特征在于當(dāng)氫發(fā)動機(jī)發(fā) 生回火時，首先計算回火強(qiáng)度，令回火強(qiáng)度的表征函數(shù)為托0)，其中y表示進(jìn)氣管壓力強(qiáng)度； 再計算回火抑制度，令回火抑制度的表征函數(shù)為z)，其中χ為點(diǎn)火正時，ζ為進(jìn)氣管噴 水率；判斷回火強(qiáng)度是否大于回火強(qiáng)度門檻值，若是回火強(qiáng)度大于回火強(qiáng)度門檻值則調(diào)用 回火抑制度與點(diǎn)火正時及噴水率函數(shù)，再調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動力性，若是回火 強(qiáng)度小于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)，再調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動 力性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫燃料發(fā)動機(jī)回火的控制方法，其特征在于所述調(diào)整點(diǎn)火 正時與噴水量并兼顧動力性，調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性，是由試驗確定點(diǎn)火正時或噴水 量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系、點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的早燃或回火的關(guān) 系、綜合點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性，以及與早燃或回火的關(guān)系；然后 通過對這些試驗數(shù)據(jù)擬合得到關(guān)系曲線的方程，或是將描述它們關(guān)系的離散值在發(fā)動機(jī)標(biāo) 定時預(yù)先存儲在微處理器中，使用時，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作狀況查詢、調(diào)用相應(yīng)值。
4.一種氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法，其特征在于首先根據(jù)采集到的早燃、回 火信號來判斷氫燃料發(fā)動機(jī)是否發(fā)生早燃、回火；當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生早燃時，采取調(diào)整點(diǎn) 火正時的方式抑制早燃；當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火或發(fā)生早燃并且發(fā)生回火時，根據(jù)回火 強(qiáng)度的不同分別采取調(diào)整點(diǎn)火正時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分步方式抑制回 火。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法，其特征在于氫燃料發(fā) 動機(jī)發(fā)生早燃時，首先計算早燃強(qiáng)度，令早燃強(qiáng)度的表征函數(shù)為ν ω,其中^表示氣缸壓力強(qiáng) 度；再計算早燃抑制度，令早燃抑制度的表征函數(shù)為表征函數(shù)flOc)，且g^，其中ζ 為點(diǎn)火正時，1|是大于ι的常數(shù)；再調(diào)用早燃抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)；判斷負(fù)荷強(qiáng)度是否大于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，若是負(fù)荷強(qiáng)度大于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，則調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性，若 負(fù)荷強(qiáng)度小于負(fù)荷強(qiáng)度門檻值，則調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧經(jīng)濟(jì)性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法，其特征在于所述調(diào)整 點(diǎn)火正時并兼顧動力性或經(jīng)濟(jì)性，是由試驗確定點(diǎn)火正時與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系的，令燃?xì)溆行嵝?經(jīng)濟(jì)性)的評價函數(shù)為OT1CxhW1G)= ^jIft(X)),當(dāng) ^Χ)滿足ψ ) <^003。時有效熱效率W1(X)最大，其中C1為最大早燃抑制度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法，其特征在于氫燃料發(fā) 動機(jī)發(fā)生回火或發(fā)生早燃并且發(fā)生回火時，首先計算回火強(qiáng)度，令回火強(qiáng)度的表征函數(shù)為，其中y表示進(jìn)氣管壓力強(qiáng)度；再計算回火抑制度，令回火抑制度的表征函數(shù)為Z), 其中X為點(diǎn)火正時，Z為進(jìn)氣管噴水率；判斷回火強(qiáng)度是否大于回火強(qiáng)度門檻值，若是回火 強(qiáng)度大于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時及噴水率函數(shù)，若是回火強(qiáng)度小 于回火強(qiáng)度門檻值，則調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法，其特征在于調(diào)用回火抑制度與點(diǎn)火正時及噴水率函數(shù)之后調(diào)整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動力性；調(diào)用回火 抑制度與點(diǎn)火正時函數(shù)后調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法，其特征在于所述調(diào) 整點(diǎn)火正時與噴水量并兼顧動力性，調(diào)整點(diǎn)火正時并兼顧動力性，是由試驗確定點(diǎn)火正時 或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系、點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的早燃或 回火的關(guān)系、綜合點(diǎn)火正時或噴水量與氫發(fā)動機(jī)的動力性或經(jīng)濟(jì)性，以及與早燃或回火 的關(guān)系；然后通過對這些試驗數(shù)據(jù)擬合得到關(guān)系曲線的方程，或是將描述它們關(guān)系的離 散值在發(fā)動機(jī)標(biāo)定時預(yù)先存儲在微處理器中，使用時，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作狀況查詢、調(diào)用相 應(yīng)值；令動力性(有效功率)的評價函數(shù)為％(> 2), χ為點(diǎn)火正時，Z為進(jìn)氣管噴水率，<formula>formula see original document page 3</formula>%⑵),當(dāng)滿足朽 <formula>formula see original document page 3</formula>最大，其中q 為進(jìn)氣管噴水最大回火抑制度。
10.一種氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制裝置，其特征在于，該裝置包括傳感器信號處理輸入電路，用于將各傳感器檢測得到的早燃、回火信號經(jīng)過輸入 電路送入微處理器，其中輸入信號包括模擬信號和數(shù)字信號，模擬信號經(jīng)過處理電路，再經(jīng) 過A/D轉(zhuǎn)換后以數(shù)字量的形式送入微處理器，數(shù)字信號由I/O接口直接送入微處理器；微處理器，用于根據(jù)輸入的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算與邏輯判斷，得出氫發(fā) 動機(jī)是否發(fā)生早燃、回火，通過接口向功率驅(qū)動輸出電路發(fā)出控制早燃和/回火指令；功率驅(qū)動輸出電路，用于與執(zhí)行器相連，將微處理器的指令變?yōu)榭刂菩盘杹眚?qū)動 相應(yīng)的外圍功率器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法和裝置，本發(fā)明的氫燃料發(fā)動機(jī)異常燃燒的控制方法首先根據(jù)采集到的早燃、回火信號來判斷氫燃料發(fā)動機(jī)是否發(fā)生早燃、回火；當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生早燃時，采取調(diào)整點(diǎn)火正時的方式抑制早燃；當(dāng)氫燃料發(fā)動機(jī)發(fā)生回火或發(fā)生早燃并且發(fā)生回火時，根據(jù)回火強(qiáng)度的不同分別采取調(diào)整點(diǎn)火正時或調(diào)整點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水量并聯(lián)分步方式抑制回火；本方法使得氫燃料發(fā)動機(jī)在中小負(fù)荷工況工作時，以保證經(jīng)濟(jì)性良好為主，在大全負(fù)荷工況下，以保證動力性指標(biāo)為主，這樣既有效的抑制了早燃、回火等異常燃燒，而且充分發(fā)揮了點(diǎn)火正時和進(jìn)氣管噴水的最大優(yōu)勢，同時兼顧了發(fā)動機(jī)的性能。
文檔編號F02D43/00GK101798965SQ20101011408
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者張慶波, 楊振中, 王麗君 申請人:華北水利水電學(xué)院