[發(fā)明專利]氫燃料內(nèi)燃機(jī)回火預(yù)防與異常燃燒抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110219732.6
• 申請(qǐng)日: 2011-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102322337A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊振中;祁儒明;鄭俊強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北水利水電學(xué)院
• 主分類號(hào): F02B43/12
• 分類號(hào): F02B43/12
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氫燃料內(nèi)燃機(jī)的回火預(yù)防與異常燃燒抑制方法，屬于氫內(nèi)燃機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氫燃料以其在能源和環(huán)保兩方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)及用于車輛的良好性能被認(rèn)為是最具前景的未來(lái)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的主導(dǎo)燃料，發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視。由于氫燃料與石油燃料的物化特性有著明顯的差異，采取進(jìn)氣管式低壓氫噴射系統(tǒng)組織氫發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣形成和燃燒，較易出現(xiàn)早燃、回火。早燃是指氫空氣混合氣在點(diǎn)火之前被缸內(nèi)熾熱點(diǎn)點(diǎn)燃而開(kāi)始燃燒的現(xiàn)象，早燃使燃燒失控，并且使傳熱損失增加和發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，容易使進(jìn)氣閥/門(mén)處溫度升高和過(guò)熱，從而引起進(jìn)氣管回火，所以早燃易引起回火。所謂進(jìn)氣管回火，是指在進(jìn)氣過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)尚未關(guān)閉時(shí)，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(mén)熱點(diǎn)點(diǎn)燃的一種不正常燃燒現(xiàn)象。回火一般伴隨著早燃而發(fā)生，通常發(fā)生在較濃混合氣工況，高速時(shí)更易于發(fā)生。當(dāng)氫發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生回火時(shí)，正常的工作過(guò)程遭到破壞，功率下降，經(jīng)濟(jì)性變差，嚴(yán)重時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。因此必須抑制氫發(fā)動(dòng)機(jī)的回火。

有別于傳統(tǒng)石油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的不正常燃燒，如汽油機(jī)的早燃、爆燃，或柴油機(jī)的工作粗暴，氫氣火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O快和著火范圍寬廣的特點(diǎn)使得氫發(fā)動(dòng)機(jī)容易出現(xiàn)早燃，并且與回火互相轉(zhuǎn)換，使得氫發(fā)動(dòng)機(jī)異常燃燒更具有瞬間突發(fā)性，也更為復(fù)雜。也直接影響到氫發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及有害氣體排放。再有，與石油燃料相比，一方面由于氫的密度很小，導(dǎo)致功率下降較多，盡管當(dāng)量比增加可以使得氫發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加，但是這將導(dǎo)致發(fā)生回火、早燃等異常燃燒的趨勢(shì)增加。缸內(nèi)噴射雖可消除回火，在高壓空氣中，氫氣密度小使得噴束射程短，混合氣形成和燃燒組織難度增加，增加噴束射程還有氣體噴射的潤(rùn)滑問(wèn)題使得高壓噴氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)極為困難。氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)要解決各種性能之間，如提高功率、改善燃燒效率與降低NO_x的矛盾以外，還必須協(xié)調(diào)解決異常燃燒與上述性能之間的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種氫燃料內(nèi)燃機(jī)回火預(yù)防與異常燃燒抑制方法，以解決有效預(yù)防和抑制氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的早燃、回火等異常燃燒問(wèn)題，并兼顧優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的氫燃料內(nèi)燃機(jī)回火預(yù)防方法使用至少兩路噴氫器噴氫，該方法包括以下步驟：

（1）噴氫器采用并行分段的工作方式噴氫；

（2）噴氫器最早開(kāi)始噴氫時(shí)刻在進(jìn)氣閥打開(kāi)以后延時(shí)固定時(shí)間后噴氫；

（3）噴氫的結(jié)束時(shí)刻固定在進(jìn)氣閥開(kāi)始關(guān)閉時(shí)刻。

進(jìn)一步的，所述步驟（1）中噴氫器采用并行分段的工作方式噴氫是指根據(jù)實(shí)際噴氫持續(xù)期選擇啟用幾路噴氫器，并且所啟用的各路噴氫器并行完成噴氫任務(wù)。

進(jìn)一步的，所述步驟（3）中各路噴氫器的噴氫結(jié)束時(shí)刻固定，噴氫器的噴氫開(kāi)始時(shí)刻也相同，除一路噴氫器的其余各路噴氫器的噴氫閥固定在最大噴氫脈寬處，且在最早開(kāi)始噴氫時(shí)刻開(kāi)始噴氫；剩余的噴氫脈寬由所述一路噴氫器完成。

進(jìn)一步的，所述步驟（3）中噴氫的結(jié)束時(shí)刻固定在進(jìn)氣閥開(kāi)始關(guān)閉時(shí)刻并留有少量余量，以使噴入進(jìn)氣管氫氣能夠全部進(jìn)入氣缸，在進(jìn)氣管無(wú)殘留。

本發(fā)明的氫燃料內(nèi)燃機(jī)異常燃燒抑制方法使用至少兩路噴氫器噴氫，該方法包括以下步驟：

（1）系統(tǒng)一旦檢測(cè)到早燃的發(fā)生，且早燃強(qiáng)度小于早燃閾值時(shí)，就同時(shí)使用至少兩路噴氫器并行噴氫，其中每路噴氫器承擔(dān)等量的噴氫脈寬；

（2）當(dāng)檢測(cè)到早燃強(qiáng)度大于早燃閾值時(shí)，則采取至少兩路噴氫器并行噴氫，并且推遲點(diǎn)火正時(shí)，同時(shí)兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)性能；

（3）當(dāng)檢測(cè)到發(fā)生回火，且回火強(qiáng)度小于回火閾值后，采取至少兩路噴氫器并行噴氫，并且直接大幅快速推遲點(diǎn)火正時(shí)，不再兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)性能；

（4）當(dāng)發(fā)生回火超過(guò)輕微范圍即大于回火閾值后，根據(jù)回火程度和發(fā)生的工況采取措施：若回火發(fā)生在大負(fù)荷下，采取降低負(fù)荷來(lái)快速抑制回火；若回火發(fā)生在怠速工況下，加大負(fù)荷來(lái)抑制回火。

進(jìn)一步的，所述步驟（2）中根據(jù)早燃程度適度推遲點(diǎn)火，是指將推遲點(diǎn)火與抑制早燃程度、兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)性能相關(guān)聯(lián)，點(diǎn)火時(shí)刻仍處于使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性在平緩降低段對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火時(shí)刻。

進(jìn)一步的，所述步驟（4）中負(fù)荷的降低量取決于回火強(qiáng)度。

進(jìn)一步的，所述步驟（4）中如果回火在負(fù)荷降低后得到抑制，則發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后逐步恢復(fù)負(fù)荷直至不降低；如果降低負(fù)荷后，回火強(qiáng)度降低不明顯，繼續(xù)降低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和減少噴氫脈寬，直至回火現(xiàn)象得以消除。

進(jìn)一步的，所述步驟（4）中負(fù)荷的降低和加大采取分段減少或加大的方式。