[發明專利]一種在線制氫、局部富氫的點燃式內燃機系統及控制方法

有效

• 申請號: 201010161113.1
• 申請日: 2010-05-04
• 公開（公告）號: CN101865020A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 王慶年;于秀敏;李俊杰;丁華杰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F02B43/10
• 分類號: F02B43/10;F02M25/12;F02B5/00;F02D19/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明屬于在線氫氣制取技術及汽車用內燃機控制領域，適用于采用在線制氫、局部富氫、稀混合氣、高壓縮比點燃式內燃機的混合動力車輛或者傳統車輛。具體而言，所描述的發明為一款聯合內燃機控制方法和車輛傳動系統控制方法共同實施的控制技術，其中所采用的內燃機一方面采用了汽油、乙醇、生物質燃料或它們的混合物作為燃料，另一方面根據設定的控制方法定時、定量向缸內噴入氫氣輔助燃燒，在滿足內燃機整車轉矩需求的同時，能夠采用比傳統內燃機更高的壓縮比，燃燒稀薄混合氣，部分工況實現質調節，從而提高整車的經濟性和排放性能。

背景技術

本發明主要描述一種在點燃式內燃機上采用了冷態等離子氫氣轉換器的方法，該點燃式內燃機采用汽油、乙醇或它們的混合物作為燃料。此類燃料有著較窄的稀燃界限，且內燃機通常采用預混合的方式形成均質可燃混合氣，燃空比要接近于理論燃空比。需要指出的是燃空比中燃料的計算僅僅考慮蒸發成氣態并且與空氣均勻混合的燃料，未蒸發的燃料無法點燃。由于上述燃料的燃燒屬性，導致點燃式內燃機具有以下問題：

(1)采用節氣門控制進入內燃機燃燒室的混合氣的量。當需求轉矩減少時，節氣門必須部分地關閉來減少進入燃燒室的混合氣量。與節氣門全開時相比，這種情況會導致部分負荷內燃機進氣行程存在明顯的節流損失。更應該指出的是，點燃式內燃機大部分的工作時間都是在部分負荷狀態下工作的。

(2)液態燃料蒸發吸熱會降低內燃機進氣歧管的溫度，而進氣歧管是燃料與空氣混合的地方。過低的進氣歧管溫度會減少燃料的蒸發量，導致部分燃料持續為液態。這種情況在冷啟動工況和高速工況時表現的更為差些。為了提高內燃機冷啟動和穩定運行性能，當內燃機的溫度較低時內燃機控制單元需要控制噴入更多的燃油，用來補償燃料蒸發量的短缺。隨后，就會產生不完全燃燒。未燃和部分燃燒的燃料通過排氣管排出來，這些都是污染物。同時這種情況會降低點燃式內燃機的燃油經濟性。

(3)為了獲得節氣門全開時的大功率和正常運行，使用濃混合氣，用于充分利用進入燃燒室的空氣。此時也會產生不完全燃燒，使得未燃碳氫和一氧化碳排放增加并同時降低燃油經濟性。

要解決上述問題，一方面要采用稀薄混合氣充分燃燒，同時要避免改變轉矩時開關節氣門。這些都需要對燃料的燃燒特性進行修正。氫氣作為一種天然燃料，與汽油、乙醇以及它們的混合物等燃料相比，有如下優點：(1)可燃混合氣的稀限非常稀；(2)非常高的層流火焰傳播速度；(3)不需要蒸發時間和汽化替熱。因此富氫內燃機能夠改善點燃式內燃機的燃燒特性，并部分地解決汽油、乙醇及它們混合物內燃機存在的問題。此外，采用稀薄混合氣的內燃機，由于降低了燃燒溫度，可以明顯地降低氮氧化物的排放。同時，內燃機可以采用高壓縮比和較大節氣門開度提高整個內燃機的效率。

發明內容

本發明的目的在于著眼于解決點燃式內燃機等關鍵技術的瓶頸問題，如發明背景技術所述，開發出一種在線制氫、局部富氫的點燃式內燃機系統及控制方法。該系統及其控制方法一方面能夠使內燃機采用高壓縮比、稀薄混合氣，提高等容燃燒比例，避免內燃機失火，提高內燃機效率，從內燃機源頭上實現能耗的降低和污染物的超低排放。另一方面能夠采用較大節氣門開度，部分工況實現點燃式內燃機的質調節，從而減少節流損失，進一步提高內燃機的機械效率。根據內燃機及傳動系統參數來匹配冷態等離子氫氣轉換器，同時控制冷態等離子氫氣轉換器的工作狀態，實現部件間的耦合控制。從而提高內燃機效率、降低污染物排放和延長部件特別是電池的使用壽命。

本發明的上述目的通過以下技術方案予以實現，結合附圖說明如下，

解決以上問題，要采用稀薄混合氣充分燃燒，同時避免改變轉矩時節氣門的開關變化。保證內燃機良好的排放性能、經濟性能和動力性能，這些都需要對內燃機系統結構重新優化，對燃料的燃燒特性進行修正以及對控制方法進行完善。

本發明為一種在線制氫、局部富氫的點燃式內燃機系統及其控制策略，該系統由冷態等離子氫氣轉換器11、燃料供給系、氫氣供給系、進氣系統、點燃式內燃機(5)及內燃機控制器4組成，所述的燃料供給系由油箱12、燃油泵34、油管和噴油器14構成；所述的在線制氫系由冷態等離子氫氣轉換器11、電池9、油管構成；所述的氫氣供給系由氫氣存儲器10、氫氣管17和噴氫器13構成；所述的點燃式內燃機5是安裝了在線制氫系統、氫氣供給系的傳統點燃式內燃機；在線制氫系與氫氣供給系相連，氫氣供給系與點燃式內燃機5相連；所述的內燃機控制器4控制燃料供給系、在線制氫系、氫氣供給系、進氣系統和點燃式內燃機5的工作狀態。