一种氢燃料内燃机喷射系统的控制方法及装置与流程

本发明涉及一种氢燃料内燃机喷射系统的控制方法及装置，属于氢燃料内燃机控制技术领域。

背景技术：

氢气密度低，在通过进气管供氢时，会程度不同地出现氢气从喷射系统供入进气管时的“膨胀”，加之进气管容积的有限性而“阻塞”进气管空气的进入；严重时，甚至阻断进气管的空气进入，导致发动机功率下降，甚至熄火。供应发动机达到汽油等燃料发出相同功率所需要的氢气非常困难。

氢燃料与石油燃料的物化特性有着明显的差异，特别是采取进气管式低压氢喷射系统组织氢发动机的混合气形成和燃烧，较易出现早燃、回火。有别于传统石油燃料发动机的不正常燃烧，如汽油机的早燃、爆燃，或柴油机的工作粗暴，氢气火焰传播速度极快和着火范围宽广的特点使得氢发动机容易出现早燃，并且与回火互相转换，使得氢发动机异常燃烧更具有瞬间突发性，也更为复杂。也直接影响到氢发动机的动力性、经济性及有害气体排放。再有，与石油燃料相比，一方面由于氢的密度很小，导致功率下降较多，尽管当量比增加可以使得氢发动机功率增加，但是这将导致发生回火、早燃等异常燃烧的趋势增加。缸内喷射虽可消除回火，在高压空气中，氢气密度小使得喷束射程短，混合气形成和燃烧组织难度增加，增加喷束射程还有气体喷射的润滑问题使得高压喷氢系统设计极为困难。氢燃料发动机要解决各种性能之间，如提高功率、改善燃烧效率与降低NOx的矛盾以外，还必须协调解决异常燃烧与上述性能之间的矛盾。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种氢燃料内燃机喷射系统的控制方法及装置，以解决现有内燃机喷施系统供气管供氢时阻塞进气管空气进入的问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种氢燃料内燃机喷射系统的控制方法，该控制方法的步骤如下：

1)根据发动机负荷确定最大总喷氢量，并根据选取的喷射压力和喷孔直径确定最大总喷氢脉宽；

2)当进气管发生“阻塞”时,在进气持续期将总喷氢脉宽分为两个或三个或四个喷氢段，各喷氢段之间的间隔时间段为不喷氢段；

3)按照步骤2)中喷氢段的划分方式对氢燃料内燃机喷射系统的喷射时段进行控制，使氢燃料内燃机喷射系统在进气持续期进行断续多次喷射；

所述喷氢段的段数根据进气管出现“阻塞”次数决定。

所述进气持续期首尾两段均应为不喷氢段。

若喷氢期间进气管出现N次“阻塞”，则喷氢段被划分为N+1段。

所述各喷氢段时长相同，各不喷氢段的时长相同，且各喷氢段所占时长大于各不喷氢段的时长。

所述喷氢段的段数若为奇数，则位于中间的喷氢段的中间点与进气持续期中位数重合；若喷氢段的段数为偶数，则位于中间两个喷氢段之间的不喷氢段的中间点与进气持续期中位数重合。

所述喷氢段的段数最多为4段，最大总喷氢脉宽不大于进气持续期的三分之二，喷射压力为进气压力的2-3倍，喷孔直径不大于进气歧管直径的三分之一。

本发明还提供了一种氢燃料内燃机喷射系统的控制装置，该控制装置包括用于控制连接氢气喷射系统的电控单元ECU，所述的电控单元ECU中执行有一个或多个模块，一个或多个模块用于执行以下步骤：

A.根据发动机功率确定最大总喷氢量，并根据选取的喷射压力和喷孔直径确定最大总喷氢脉宽；

B.当进气管发生“阻塞”时,在进气持续期将总喷氢脉宽分为两个或三个或四个喷氢段，各喷氢段之间的间隔时间段为不喷氢段；

C.按照步骤B中喷氢段的划分方式对氢燃料内燃机喷射系统的喷射时段进行控制，使氢燃料内燃机喷射系统在进气持续期进行断续多次喷射；

所述喷氢段的段数根据进气管出现“阻塞”次数决定。

所述进气持续期首尾两段均应为不喷氢段。

若喷氢期间进气管出现N次“阻塞”，则喷氢段被划分为N+1段。

所述各喷氢段时长相同，各不喷氢段的时长相同，且各喷氢段所占时长大于各不喷氢段的时长。

本发明的有益效果是:本发明通过将氢燃料内燃机喷射系统的最大总喷氢脉宽进行分割，使最大总喷氢脉宽在进气持续期间被分为若干个喷氢段，各喷氢段之间的间隔时间段为不喷氢段。按照上述喷氢段的划分方式对氢燃料内燃机喷射系统的喷射时段进行控制，使氢燃料内燃机喷射系统在进气持续期间进行断续多次喷射，有效解决了“阻塞”进气管空气进入的问题，并兼顾优化发动机的燃烧特性。

附图说明

图1-a是一个喷氢段(喷氢段与不喷氢段等长度)布置在进气持续期示意图；

图1-b是两个喷氢段(喷氢段与不喷氢段等长度)布置在进气持续期示意图；

图1-c是三个喷氢段(喷氢段与不喷氢段等长度)布置在进气持续期示意图；

图1-d是四个喷氢段(喷氢段与不喷氢段等长度)布置在进气持续期示意图；

图2是极限情况下各喷氢脉宽与进气持续期示意图；

图3是本发明实施例中氢燃料内燃机喷射系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明的一种氢燃料内燃机喷射系统的控制方法的实施例

本发明的氢燃料内燃机喷射系统的控制方法采用断续多次的控制方式，通过将氢燃料内燃机喷射系统的最大总喷氢脉宽进行分割，使最大总喷氢脉宽在进气持续期间被分为若干个喷氢段，相邻喷氢段之间的间隔时间段为不喷氢段。按照上述喷氢段的划分方式对氢燃料内燃机喷射系统的喷射时段进行控制，使氢燃料内燃机喷射系统在进气持续期间进行断续多次喷射，该方法的具体过程如下：

1.最大总喷氢量决定了发动机的最大功率，发动机的负荷与发动机功率相一致，最大总喷氢脉宽是由不发生进气管“阻塞”时的最大负荷决定的(也决定了发动机的功率)。根据发送机功率确定最大总喷氢量，并根据选取的喷射压力和喷孔直径确定最大总喷氢脉宽即喷氢时间。

结合发动机功率确定循环最大总喷氢量(总喷氢脉宽)，由最大总喷氢量综合协调选取喷射压力与喷孔直径；最大总喷氢脉宽不大于进气持续期的三分之二，喷射压力为进气压力的2-3倍，喷孔直径不大于进气歧管直径的三分之一。

2.在进气持续期间将总喷氢脉宽至少分为一个喷氢段，各喷氢段之间的间隔时间段为不喷氢段，喷氢段与不喷氢段相邻设置。

喷氢段的段数根据进气管出现“阻塞”次数决定，若喷氢期间进气管出现N次“阻塞”，则喷氢段被划分为N+1段。随着喷氢段数增加，总喷氢脉宽(对应发动机负荷及功率)增加的量逐步减小，3段增加到4段已经远小于1段增加到2段对应的总喷氢脉宽增加量，因此喷氢段的段数最多不超过4。为了使氢燃料燃烧充分，进气持续期首尾两段均应为不喷氢段，前面预留出角度是考虑排气门延迟关闭角，后面预留角度是考虑最后喷氢段的喷氢量应在进气门关闭之前进入气缸。各喷氢段应在进气持续期均匀分布，各喷氢段在进气持续期均匀分布是指各喷氢脉宽相等，各不喷氢段的时长也相等，且各喷氢脉宽所占时长大于各不喷氢段的时长(前者最大为后者的2倍)。若喷氢段数为奇数，中间段的中间点与进气持续期中位数重合，如图1-a和图1-c所示；若段数为偶数，中间2段的不喷氢时段的中间点与进气持续期中位数重合，如图1-b和图1-d所示。极限情况下各喷氢脉宽与进气持续期示意如图2所示，总喷氢脉宽θ＝8m4，总喷氢脉宽分为4段。

各喷氢段在进气持续期均匀分布是针对各喷氢脉宽相等而言，但是，如喷氢段数大于1，则最后一个喷氢段的喷氢脉宽可能小于前面喷氢段的喷氢脉宽；如出现最后一个喷氢段的喷氢脉宽小于前面喷氢段的喷氢脉宽的情况，则在分配各喷氢段时，先取最后一个喷氢段的喷氢脉宽与前面的喷氢脉宽相同；而在实际喷氢时，最后一个喷氢段的喷氢脉宽小于前面喷氢段的喷氢脉宽。

3.按照步骤2中划分的喷氢段对氢燃料内燃机喷射系统进行控制，使氢燃料内燃机喷射系统在进气持续期间进行断续多次喷射。

下面以某一具体的氢燃料内燃机喷射系统的控制方法为例进行说明，该方法的具体实施过程如图3所示，具体过程如下：

1.根据发动机负荷计算总喷氢脉宽及负荷率，并赋初始值，其中Y10Y20Y30Y40初值分别等于按策略2相应分段的理论值；Y1Y2Y3均赋初值0；赋初值Y4＝Y40，YMAX＝0。策略1指的是平均增加喷氢脉宽θM,并平均减小不喷氢脉宽αM；策略2指的是喷氢脉宽等于不喷氢脉宽。

当Y1为初始值0时，“<Y10且Y1”是指“<Y10”；仅当Y1赋新值(非0值)后，才是“<Y10且Y1”；其余类推。

2.判断是否记录有脉宽不分段所对应的最大负荷Y1不为0，或大于Y10，均若均不满足，则总脉宽不分段；若Y1不为0且大于Y10时，则进入步骤3。

3.判断是否若记录有脉宽分2段所对应的最大负荷Y2不为0，或大于Y20，如均不满足，则将总脉宽分为2段，且喷氢脉宽等于不喷氢脉宽；若Y2不为0且大于Y20时，则进入步骤4。

4.判断是否若记录有脉宽分3段所对应的最大负荷Y3不为0，或大于Y30，如均不满足，则将总脉宽分为3段，且喷氢脉宽等于不喷氢脉宽；若Y3不为0且大于Y30时，则进入步骤5。

5.判断是否若记录有脉宽分4段所对应的最大负荷Y4不为0，或大于Y40，如均不满足，则将总脉宽分为4段，且喷氢脉宽等于不喷氢脉宽。

如果Y4在运行中被重新赋值，则发动机最大负荷应小于Y4；如果Y4在运行中未被重新赋值，则最大负荷应小于YMAX。

本发明的一种氢燃料内燃机喷射系统的控制装置的实施例

本实施例中的氢燃料内燃机喷射系统的控制装置包括用于控制连接氢气喷射系统的电控单元ECU，氢气喷射系统的喷孔结合发送机结构应最大限度地靠近进气阀座处，通过进气歧管连入进气道，电控单元ECU根据总喷氢脉宽采用断续多次的方式控制氢气喷射系统，电控单元ECU中执行有一个或多个模块，一个或多个模块用于执行以下步骤：A.根据发动机功率确定最大总喷氢量，并根据选取的喷射压力和喷孔直径确定最大总喷氢脉宽；B.在进气持续期间将总喷氢脉宽至少分为一个喷氢段，各喷氢段之间的间隔时间段为不喷氢段；C.按照步骤B中喷氢段的划分方式对氢燃料内燃机喷射系统的喷射时段进行控制，使氢燃料内燃机喷射系统在进气持续期间进行断续多次喷射。具体的实施过程已在上个实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。