專利名稱：一種進(jìn)氣道噴射氫內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)裝置及其控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供應(yīng)裝置和控制方法，其技術(shù)方案是每個(gè)氣缸使用兩個(gè)電磁閥噴嘴來提供足夠的氫氣，依據(jù)氫氣壓力波動(dòng)的情況來決定氫氣噴射脈寬的補(bǔ)償值，實(shí)現(xiàn)空燃比的精確控制。
背景技術(shù)：
隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和石油燃料減少帶來的壓力，內(nèi)燃機(jī)研究人員一直在尋找清潔的、可循環(huán)利用的替代燃料。以氫氣作為燃料，其完全燃燒的產(chǎn)物是水，沒有傳統(tǒng)石油燃料所產(chǎn)生的CO、HC和碳煙等污染物，其唯一的排放物為燃燒高溫下氧氣和氮?dú)馑a(chǎn)生的氮氧化物。此外由于全球變暖問題越來越受到關(guān)注，減少二氧化碳等溫室氣體排放成為各國的共識。以氫為燃料的內(nèi)燃機(jī)完全不產(chǎn)生二氧化碳排放，因此近年來對國際上廣泛開展了對氫內(nèi)燃機(jī)的研究工作。氫內(nèi)燃機(jī)的燃料供給有缸內(nèi)直噴和進(jìn)氣道噴射兩種，后者由于結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，成本低，應(yīng)用容易而成為目前最接近實(shí)用化的燃料供給手段。進(jìn)氣道噴射容易出現(xiàn)回火，往往是由于混合氣在進(jìn)氣門剛剛打開時(shí)碰到回流的高溫廢氣而發(fā)生意外點(diǎn)燃引起的， 故必須精確控制噴氫的角度在一定的范圍內(nèi)，以避免在高溫廢氣回流時(shí)在氣門處形成合適濃度的混合氣。由于氫氣的密度十分低，在高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時(shí)每循環(huán)需要噴射的體積流量很大，而由于要控制氫氣噴射在一定的角度內(nèi)，脈寬不可以無限制的增加，必須在規(guī)定的角度范圍內(nèi)，故一個(gè)噴氫閥難以滿足要求，需要增加額外的噴氫閥。氫氣噴射處于臨界狀態(tài)，出口速度超過當(dāng)?shù)匾羲?，一般是進(jìn)氣流速的幾倍到十幾倍，其對進(jìn)氣過程的擾動(dòng)和兩個(gè)噴嘴之間的氣流噴射擾動(dòng)不可忽視。故噴嘴的位置和噴射的次序及氫氣量都需要按照一定的策略，以優(yōu)化進(jìn)氣過程。在噴射過程中，氫氣的體積流量變化劇烈，導(dǎo)致氫軌內(nèi)壓力的波動(dòng)十分明顯，特別是在車輛減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于倒拖狀態(tài)而停止氫氣噴射，由于慣性作用氫軌壓力會(huì)有一定升高，使得下次噴射氫氣量增大而造成燃空比失控。鑒于壓力直接影響到噴射氫氣的計(jì)量，故需要根據(jù)壓力對經(jīng)過標(biāo)定的基準(zhǔn)噴射脈寬進(jìn)行修正。修正的方法既要有足夠的精度， 也要考慮到脈寬的限制范圍，同時(shí)硬件實(shí)施必須簡單、可靠和低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提出一種進(jìn)氣道噴射氫內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)裝置及策略，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全穩(wěn)定的無回火運(yùn)行的同時(shí)，滿足高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時(shí)的大體積流量的氫氣噴射的要求，并能夠根據(jù)氫軌的壓力對噴氫脈寬進(jìn)行適當(dāng)修正。本發(fā)明一種進(jìn)氣道噴射氫內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)裝置，包括安裝于進(jìn)氣歧管上端的第一噴嘴(1)，其噴射方向正對氣門，位于進(jìn)氣歧管下端靠近氣道的第二噴嘴0)，其噴射方向與進(jìn)氣道流線呈一定角度，位于兩個(gè)氫軌(3，4)上游的壓力傳感器(5)，用于向發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)反饋壓力信號，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)壓力信號調(diào)整第一噴嘴的噴氫脈寬，實(shí)現(xiàn)燃空比的精確控制，噴氫脈寬的變化有上限，所述上限根據(jù)噴氫提前角而確定，其中所述控制裝置控制所述第二噴嘴在所述第一噴嘴的噴氫脈寬超出所述上限時(shí)開啟噴射。優(yōu)選的是，所述第一和第二噴嘴的噴射脈寬都由標(biāo)定好的目標(biāo)值和根據(jù)壓力修正的補(bǔ)償值決定。優(yōu)選的是，兩個(gè)氫氣氣軌分別在第一和第二噴嘴的后方，其具有一定的容積能夠最大限度的減小壓力的波動(dòng)。優(yōu)選的是，第一噴嘴和第二噴嘴2的噴射的起始和結(jié)束角度都必須在一定的范圍內(nèi)，以減小回火的可能性，該范圍根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同而調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種進(jìn)氣道噴射氫的內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)裝置的控制方法，所述燃料供給裝置包括安裝于進(jìn)氣歧管上端的第一噴嘴(1)，其噴射方向正對氣門，位于進(jìn)氣歧管下端靠近氣道的第二噴嘴(2)，其噴射方向與進(jìn)氣道流線呈一定角度，位于兩個(gè)氫軌(3，4)上游的壓力傳感器(5)，用于向發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)反饋壓力信號，所述方法包括首先第一噴嘴噴射氫，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)壓力信號調(diào)整第一噴嘴的噴氫脈寬，實(shí)現(xiàn)燃空比的精確控制，噴氫脈寬的變化有上限，所述上限根據(jù)噴氫提前角而確定，當(dāng)所述第一噴嘴的噴氫脈寬超出所述上限時(shí)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制第二噴嘴開啟噴射。優(yōu)選的是，是有且只有一個(gè)壓力傳感器，位于兩個(gè)氫軌上游的管道上。優(yōu)選的是，兩個(gè)氫氣氣軌分別在第一和第二噴嘴的后方，其具有一定的容積能夠最大限度的減小壓力的波動(dòng)。優(yōu)選的是，所述第一和第二噴嘴的噴射脈寬都由標(biāo)定好的目標(biāo)值和根據(jù)壓力修正的補(bǔ)償值決定。優(yōu)選的是，第一噴嘴和第二噴嘴2的噴射的起始和結(jié)束角度都必須在一定的范圍內(nèi)，以減小回火的可能性，該范圍根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同而調(diào)整。


圖1所示是氫發(fā)動(dòng)機(jī)雙閥進(jìn)氣道噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及原理簡圖。圖2是氫氣壓力和噴射脈寬的修正關(guān)系曲線示意圖。圖3是發(fā)動(dòng)機(jī)無回火運(yùn)行的噴射角度范圍示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)組成包括了安裝于進(jìn)氣歧管上方的一組氫氣第一噴嘴 1和位于進(jìn)氣歧管下方進(jìn)氣道附近的一組氫氣第二噴嘴2。其中第一噴嘴1的噴射方向正對氣門，第二噴嘴2的噴射方向與進(jìn)氣管流線呈α度角。在氫氣噴嘴的后面為氫氣氣軌3 和4，氣軌具有一定的容積以最大限度消除氣壓的波動(dòng)。在兩個(gè)氣軌的上游裝有一個(gè)氫氣壓力傳感器5，傳感器將氫氣壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU) 6。具體的控制過程為通過臺(tái)架試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算，可以得到不同轉(zhuǎn)速下的氫氣噴射范圍和不同脈寬下壓力對噴氫量的影響，進(jìn)而將氫氣噴射范圍與壓力對噴氫脈寬的線性修正關(guān)系做成數(shù)據(jù)表格寫入到ECU中。ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、對負(fù)荷的需求和空氣流量，計(jì)算出所需的燃料噴射量。接著根據(jù)壓力傳感器5反饋的氫氣當(dāng)前壓力，換算成單個(gè)噴氫閥所需的噴氫脈寬，再判斷如果只有氫氣第一噴嘴1是否可以滿足流量要求和噴氫范圍
4的限制，若滿足則僅使用第一噴嘴1，反之則計(jì)算第二噴嘴2所需的噴射脈寬，并啟動(dòng)第二噴嘴2來輔助噴射。圖2是氫氣壓力和噴射脈寬的修正關(guān)系曲線示意圖。圖為噴氫脈寬為k毫秒(k = 1,2,……允許的最大值kmax)時(shí)的噴氫壓力與氫氣質(zhì)量流量的關(guān)系，橫坐標(biāo)為氫氣壓力， 縱坐標(biāo)為氫氣的質(zhì)量流量，氫氣的質(zhì)量流量和壓力之間在所標(biāo)定的范圍內(nèi)呈線性的關(guān)系。圖3是發(fā)動(dòng)機(jī)無回火運(yùn)行的噴射角度范圍示意圖。橫坐標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)為曲軸轉(zhuǎn)角。圖中的兩條曲線分別為噴氫角度的上限和下限，即在這一曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)噴氫可以最大限度的消除回火。若噴氫持續(xù)期超過這一范圍，則有可能引發(fā)回火。
權(quán)利要求
1.一種進(jìn)氣道噴射氫內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)裝置，包括安裝于進(jìn)氣歧管上端的第一噴嘴(1)，其噴射方向正對氣門，位于進(jìn)氣歧管下端靠近氣道的第二噴嘴O)，其噴射方向與進(jìn)氣道流線呈一定角度，位于兩個(gè)氫軌(3，4)上游的壓力傳感器(5)，用于向發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)反饋壓力信號，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)壓力信號調(diào)整第一噴嘴的噴氫脈寬，實(shí)現(xiàn)燃空比的精確控制，噴氫脈寬的變化有上限，所述上限根據(jù)噴氫提前角而確定，其中所述控制裝置控制所述第二噴嘴在所述第一噴嘴的噴氫脈寬超出所述上限時(shí)開啟噴射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料供應(yīng)裝置，其特征在于，所述第一和第二噴嘴的噴射脈寬都由標(biāo)定好的目標(biāo)值和根據(jù)壓力修正的補(bǔ)償值決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料供應(yīng)裝置，其特征在于，兩個(gè)氫氣氣軌分別在第一和第二噴嘴的后方，其具有一定的容積能夠最大限度的減小壓力的波動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料供應(yīng)裝置，其特征在于，第一噴嘴和第二噴嘴2的噴射的起始和結(jié)束角度都必須在一定的范圍內(nèi)，以減小回火的可能性，該范圍根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同而調(diào)整。
5.一種進(jìn)氣道噴射氫的內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)裝置的控制方法，所述燃料供給裝置包括 安裝于進(jìn)氣歧管上端的第一噴嘴(1)，其噴射方向正對氣門，位于進(jìn)氣歧管下端靠近氣道的第二噴嘴O)，其噴射方向與進(jìn)氣道流線呈一定角度，位于兩個(gè)氫軌(3，4)上游的壓力傳感器(5)，用于向發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)反饋壓力信號，所述方法包括首先第一噴嘴噴射氫，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)壓力信號調(diào)整第一噴嘴的噴氫脈寬，實(shí)現(xiàn)燃空比的精確控制，噴氫脈寬的變化有上限，所述上限根據(jù)噴氫提前角而確定，當(dāng)所述第一噴嘴的噴氫脈寬超出所述上限時(shí)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制第二噴嘴開啟噴射。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，是有且只有一個(gè)壓力傳感器，位于兩個(gè)氫軌上游的管道上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，兩個(gè)氫氣氣軌分別在第一和第二噴嘴的后方，其具有一定的容積能夠最大限度的減小壓力的波動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二噴嘴的噴射脈寬都由標(biāo)定好的目標(biāo)值和根據(jù)壓力修正的補(bǔ)償值決定。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，第一噴嘴和第二噴嘴2的噴射的起始和結(jié)束角度都必須在一定的范圍內(nèi)，以減小回火的可能性，該范圍根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同而調(diào)離
全文摘要
本發(fā)明的涉及一種進(jìn)氣道噴射氫內(nèi)燃機(jī)的燃料供應(yīng)裝置及其控制策略。整個(gè)系統(tǒng)的組成及其工作過程為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元6(ECU)根據(jù)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷需求，按照發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架標(biāo)定的表格計(jì)算出所需的噴氫量，氫軌壓力傳感器5位于氫軌3和4的上游管道，向ECU反饋回當(dāng)前的壓力數(shù)值，由噴氫量和氫軌壓力即可決定所需的噴氫脈寬。接著根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從ECU內(nèi)部的表格查詢噴氫脈寬的許可范圍，并據(jù)此決定噴氫的時(shí)刻。此時(shí)ECU要判斷單噴氫閥在脈寬許可范圍內(nèi)的最大噴氫脈寬是否能滿足噴氫量的要求，若滿足則僅使第一噴嘴1工作；若不滿足則使開啟第二噴嘴2，并計(jì)算出其所需的噴射脈寬。
文檔編號F02D19/02GK102518531SQ201110403878
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者劉福水, 孫大偉, 孫柏剛, 張冬生, 段松偉 申請人:北京理工大學(xué)