帶egr的進(jìn)氣摻氫富氧汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及燃燒的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是一種帶EGR的進(jìn)氣摻氫富氧汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及燃燒的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染與能源緊張的壓力促使汽車制造商不斷推出先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，期望推出清潔高效的發(fā)動(dòng)機(jī)，以滿足日趨嚴(yán)格的排放與經(jīng)濟(jì)性法規(guī)。其中，合理地組織發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒即是降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放與提高經(jīng)濟(jì)性的重要手段之一。
[0003]已有研究表明，氫氣以其火焰速度快、燃燒極限寬、淬熄距離短等優(yōu)異的理化特性，在被摻入汽油機(jī)缸內(nèi)進(jìn)行燃燒時(shí)，可提高燃油的燃燒效率，可使汽油機(jī)獲得較好的排放和經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。專利200610089282.2以氣道噴氫的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣摻氫，在冷啟動(dòng)和小負(fù)荷采用純氫燃燒，在中等負(fù)荷采用混氫燃料，大負(fù)荷采用純汽油，可獲得較好的排放和經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。但是，由于氫氣隨車制取和儲(chǔ)存困難，在冷啟動(dòng)和小負(fù)荷采用純氫燃燒將消耗大量的氫氣，有氫氣供應(yīng)不足的問(wèn)題;單單在中等負(fù)荷采用混氫燃料對(duì)熱效率的提高有限。
[0004]此外，通過(guò)提高進(jìn)氣空氣中的氧氣濃度實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)富氧燃燒也是一種優(yōu)異的降低排放、提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度、降低油耗的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)。專利201010515492.X提出一種混氫、氧氣的高辛烷值燃料點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)及控制方法，主要特點(diǎn)是以水電解器產(chǎn)生的氫氧氣在冷啟動(dòng)階段以純氫氧混合氣方式啟動(dòng)，怠速工況根據(jù)冷卻液溫度由低到高分別采用氫氧混合氣、“氫氧混合氣+高辛烷值燃料”的混合氣燃燒方式，中小負(fù)荷采用“氫氧混合氣+高辛烷值燃料”燃燒模式，高速、高負(fù)荷采用純高辛烷值燃料燃燒模式運(yùn)行。該方法綜合利用了氫氣和氧氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能改善方面的特性，但是整機(jī)性能的改善尚不足，仍有很大提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)傳統(tǒng)汽油機(jī)冷啟動(dòng)HC、C0等排放高；怠速階段油耗和排放高；中小負(fù)荷燃油燃燒不充分，栗氣損失大，發(fā)動(dòng)機(jī)油耗與有害排放高;大負(fù)荷下氮氧化物排放較高；以及發(fā)動(dòng)機(jī)小型化后最大功率下降等問(wèn)題。本發(fā)明提出一種帶EGR的進(jìn)氣摻氫富氧汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及燃燒模式的控制方法。本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)技術(shù)的主要特點(diǎn)是:一、在冷啟動(dòng)的最初30秒采用氫氣燃料燃燒模式，冷啟動(dòng)后階段采用“氫氧混合氣-汽油-空氣”混合氣燃燒模式;二、中小負(fù)荷時(shí)，在汽油機(jī)進(jìn)氣中摻入部分氫氣的基礎(chǔ)上向進(jìn)氣中引入部分廢氣，采用“氫氣-汽油-EGR-空氣”混合氣燃燒模式，可有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)栗氣損失，可以進(jìn)一步利用稀燃技術(shù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率與降低排放;三、在大負(fù)荷引入EGR與氫氣可以進(jìn)一步降低氮氧化物排放；四、在全負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)單獨(dú)富氧燃燒，可顯著提高功率輸出。
[0006]汽油機(jī)可以在各個(gè)工況下靈活的選擇“摻氫、摻氧與引入EGR”的不同進(jìn)氣策略，以新的混合氣燃燒模式組織缸內(nèi)燃燒，以該燃燒模式能夠更合理、更充分地挖掘水電解氫氧氣技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升潛力，特別是進(jìn)一步降低油耗、提高功率輸出與減少HC和NOx排放方面。
[0007]本發(fā)明是在傳統(tǒng)的自然吸氣汽油機(jī)上，通過(guò)對(duì)進(jìn)排氣道和缸蓋的改造加裝氧氣和氫氣供應(yīng)系統(tǒng)，同時(shí)匹配一套冷卻的廢氣(以下簡(jiǎn)稱為EGR)回收再燃燒系統(tǒng)，使改造后的汽油機(jī)可以在各個(gè)工況下靈活的選擇“摻氫、摻氧、引入EGR”進(jìn)氣策略，以新的混合氣燃燒模式控制方法組織缸內(nèi)燃燒，進(jìn)而達(dá)到降低排放、降低油耗和提高動(dòng)力輸出的目標(biāo)。本發(fā)明能有效改善汽油機(jī)的排放、油耗和動(dòng)力性能，可滿足嚴(yán)格的排放與油耗法規(guī)，
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]—種帶EGR的進(jìn)氣摻氫富氧汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，包括進(jìn)氣總管、節(jié)氣門、進(jìn)氣歧管、具有多個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣歧管、排氣總管，所述進(jìn)氣總管通過(guò)所述的進(jìn)氣歧管與發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸相連通，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸的排氣口通過(guò)所述的排氣歧管與所述的排氣總管相通，在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸的進(jìn)氣道上布置有汽油噴嘴，每個(gè)汽油噴嘴通過(guò)油管與油栗相連;其特點(diǎn)在于:還有EGR管路、EGR冷卻器、EGR閥、蓄電池、通斷繼電器、水電解器、氫氣儲(chǔ)存器、噴氫器、氫氣壓力控制開(kāi)關(guān)、氧氣儲(chǔ)存器、噴氧器、氧氣壓力控制開(kāi)關(guān)和電子控制器；
[0010]在所述的進(jìn)氣總管的節(jié)氣門前設(shè)置所述的噴氧器；
[0011]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)氣缸的缸蓋上設(shè)置所述的噴氫器；
[0012]所述的水電解器的氫氣出口通過(guò)管路與所述的氫氣儲(chǔ)存器的氫氣進(jìn)口相連接，所述的水電解器的氧氣出口通過(guò)管路與所述的氧氣儲(chǔ)存器的氧氣進(jìn)口相連接，所述的水電解器電接口經(jīng)所述的通斷繼電器利用線纜與所述的蓄電池相連接；
[0013]所述的氫氣儲(chǔ)存器設(shè)置所述的氫氣壓力控制開(kāi)關(guān)，該氫氣儲(chǔ)存器的出口經(jīng)管路與每個(gè)氣缸的噴氫器的氫氣進(jìn)口相連；
[0014]所述的氧氣儲(chǔ)存器上設(shè)置所述的氧氣壓力控制開(kāi)關(guān)，該氧氣儲(chǔ)存器的氧氣出口經(jīng)管路與所述的噴氧器的氧氣進(jìn)口相連；
[0015]在所述的排氣總管和所述的節(jié)氣門之后的進(jìn)氣總管之間接設(shè)所述的EGR管路，該EGR管路中接設(shè)所述的EGR冷卻器和EGR閥；
[0016]在所述的發(fā)動(dòng)機(jī)上還設(shè)有冷卻水溫探測(cè)器和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速探測(cè)器，在所述的進(jìn)氣歧管設(shè)有歧管壓力傳感器，在進(jìn)氣總管上設(shè)有空氣流量傳感器，在排氣總管上設(shè)有排氣氧傳感器；
[0017]所述的電子控制器分別與所述的節(jié)氣門、噴氫器、噴氧器、EGR閥、通斷繼電器、氫氣壓力控制開(kāi)關(guān)、氧氣壓力控制開(kāi)關(guān)、汽油噴嘴、冷卻水溫探測(cè)器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速探測(cè)器、歧管壓力傳感器、空氣流量傳感器、排氣氧傳感器相連。
[0018]所述的電子控制器從原發(fā)動(dòng)機(jī)采集到冷卻水溫度信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、排氣氧傳感器信號(hào)、進(jìn)氣空氣流量信號(hào)、歧管壓力傳感器信號(hào)，該電子控制器適時(shí)地向節(jié)氣門發(fā)出節(jié)氣門開(kāi)度信號(hào)、向EGR閥發(fā)出EGR閥開(kāi)度信號(hào)，向汽油噴嘴發(fā)出噴油器脈寬信號(hào)、向噴氫器發(fā)出噴氫器脈寬信號(hào)、向噴氧器發(fā)出噴氧器脈寬信號(hào)，向通斷繼電器發(fā)出通斷繼電器控制信號(hào)，接受氫氣壓力控制開(kāi)關(guān)發(fā)出氫氣儲(chǔ)存器壓力觸發(fā)信號(hào)、氧氣壓力控制開(kāi)關(guān)獲得氧氣儲(chǔ)存器壓力觸發(fā)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的識(shí)別和控制。
[0019]上述帶EGR的進(jìn)氣摻氫富氧汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模式的控制方法，該方法包括如下步驟:
[0020]該控制方法按工況分為冷啟動(dòng)工況、怠速工況、中小負(fù)荷工況、大負(fù)荷工況與全負(fù)荷工況控制:
[0021]a)冷啟動(dòng)工況:
[0022]所述的電子控制器采集到的冷卻水溫度信號(hào)識(shí)別冷卻水溫度小于50°C，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷啟動(dòng)狀態(tài)；
[0023]電子控制器啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的O?30秒內(nèi)，所述的電子控制器發(fā)出噴氫器脈寬信號(hào)與噴氧器脈寬信號(hào)分別控制所述的噴氫器與噴氧器同時(shí)打開(kāi)，發(fā)出EGR閥開(kāi)度信號(hào)控制所述的EGR閥保持關(guān)閉；電子控制器通過(guò)調(diào)節(jié)噴射脈寬控制噴入每個(gè)氣缸中的氫氣與氧氣的體積比合適，同時(shí)保證摻入的氫氣與氧氣混合氣體積占整個(gè)進(jìn)氣的體積的10%?20%，使發(fā)動(dòng)機(jī)在該階段的點(diǎn)火過(guò)程以“空氣-氫-氧”形式組織燃燒；
[0024]在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的30?50秒內(nèi)，電子控制器發(fā)出噴氫器脈寬信號(hào)、噴氧器脈寬信號(hào)、噴油器脈寬信號(hào)分別控制所述的噴氫器、噴氧器、汽油噴嘴打開(kāi)，且通過(guò)EGR閥開(kāi)度信號(hào)控制所述的EGR閥保持關(guān)閉；電子控制器通過(guò)調(diào)節(jié)噴射脈寬控制噴入每個(gè)氣缸中的氫氣與氧氣的體積比，同時(shí)保證摻入的氫氣與氧氣混合氣體積占整個(gè)進(jìn)氣的體積的5%?10%，使汽油機(jī)以“汽油-空氣-摻入氫氧”混合氣形式組織燃燒；
[0025]b)怠速工況:
[0026]電子控制器通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、冷卻水溫度信號(hào)、進(jìn)氣總管的空氣流量信號(hào)、歧管壓力傳感器信號(hào)，分析判斷發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)；
[0027]電子控制器發(fā)出噴氫器脈寬信號(hào)、噴氧器脈寬信號(hào)和噴油器脈寬信號(hào)分別控制噴氫器、噴氧器、汽油噴嘴打開(kāi)，且通過(guò)EGR閥開(kāi)度信號(hào)控制EGR閥保持關(guān)閉，電子控制器通過(guò)調(diào)節(jié)噴氫器、噴氧器的噴射脈寬，控制噴入每個(gè)氣缸中的氫氣與氧氣的體積比合適，同時(shí)保證額外摻入的氫氣與氧氣混合氣體積占整個(gè)進(jìn)氣的體積的5%?10%，電子控制器通過(guò)排氣氧傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)當(dāng)量比閉環(huán)控制，發(fā)出相應(yīng)噴油器脈寬信號(hào)控制汽油噴嘴的噴油量，保證缸內(nèi)混合氣的過(guò)量空氣系數(shù)控制為I，發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速階段以“汽油-空氣-摻入氫氧氣”的混合氣形式組織燃燒；
[0028]c)