[发明专利]一种掺氢实现内燃机全节气门运行的装置及方法

说明书

技术领域

本发明提供一种掺氢实现内燃机全节气门运行的装置及方法，具体内容涉及稀薄燃烧、燃料控制与全节气门燃烧技术。

背景技术

目前的点燃式内燃机节气门在部分负荷及怠速条件下需要部分开启，以保证燃料能够以某一固定空燃比稳定燃烧。但节气门部分开启会使内燃机泵气负功明显增加，从而降低内燃机在怠速及部分负荷条件下的热效率，内燃机在部分负荷下的能量损失大部分来自于泵气损失。

传统单一燃料汽油、天然气、液化石油气及甲醇等点燃式内燃机之所以在部分负荷条件下需要采用节气门部分开启的方式运行，其原因在于上述化石燃料的稀燃极限较窄，故需要通过减小节气门开度控制进气量，从而使内燃机在需要较低喷油量的低负荷条件下，燃料能够与较少的空气混合发生稳定燃烧。稀薄燃烧是实现内燃机高效、清洁运行的有效手段之一，但如果传统燃料内燃机采用稀燃方式运行，则平均指示压力的循环变动系数(CoVimep)会快速增加，而当CoVimep大于10％时，内燃机即达到稀燃极限，并产生失火现象，进而造成内燃机热效率快速降低。

氢气的稀燃极限约为汽油等传统化石燃料的5至10倍，且其较低的点火能量亦可保证掺氢后内燃机能够在宽广的稀燃条件下运行。氢气-空气混合气的能量密度低于汽油-空气混合气，因此调整氢气喷射脉宽和氢气-汽油-空气混合气的过量空气系数均能够在同一进气量下实现对内燃机转矩的调整。目前已有相关专利提出了掺氢内燃机的装置及方法，但现有的掺氢内燃机专利技术仍然需要靠节气门调整内燃机进气量，因此基于目前的掺氢内燃机相关专利无法实现掺氢内燃机的无节气门稳定运行，也无法降低掺氢内燃机部分负荷下的泵气损失。

发明内容

针对内燃机部分负荷下泵气损失高导致热效率下降的问题，本发明提供了一种掺氢实现内燃机全节气门运行的装置及方法。本发明可以通过调整节气门开度，使节气门在内燃机运行时始终处于全开状态，且通过调整基础燃料喷射脉宽使节气门全开条件下的内燃机实际输出转矩与目标转矩保持一致，并通过调整氢气喷射脉宽拓展内燃机稀燃极限，使掺氢后在全节气门条件下运行的内燃机始终保持在稀燃极限内稳定运行，从而通过掺氢实现了点燃式内燃机在全工况下的全节气门稳定运行。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种掺氢实现内燃机全节气门运行的装置,在保留内燃机1、原机喷油器2、火花塞4、原机电控单元6及电子节气门8的基础上，增加了一个燃烧电控单元7、一个氢气喷嘴3及一套燃烧信息反馈装置；

所述的燃烧信息反馈装置包括缸压传感器5；

所述的燃烧电控单元7与原机电控单元6连接，获得目标转矩信号a、实际转矩信号b、凸轮轴位置信号c、曲轴位置信号d、原机点火信号j；

所述的燃烧电控单元7与缸压传感器5相连接获得缸压信号e；

所述的燃烧电控单元7与火花塞4相连接并通过发出点火信号f控制点火角；

所述的燃烧电控单元7与氢气喷嘴3相连接并通过发出氢气喷射信号g控制氢气喷射脉宽；

所述的燃烧电控单元7与原机喷油器2相连接并通过发出燃料喷射信号h控制基础燃料喷射脉宽；

所述的燃烧电控单元7与电子节气门8相连接并通过发出节气门控制信号n控制节气门开度；

所述的基础燃料包括点燃式内燃机常用的汽油、天然气、液化石油气、甲醇及乙醇等碳氢燃料。

本发明中一种掺氢实现内燃机全节气门运行的装置控制方法如下：

(1)燃烧电控单元7在内燃机运行时通过发出控制信号n使电子节气门8处于全开状态；

(2)燃烧电控单元7根据目标转矩信号a和实际转矩信号b发出燃料喷射信号h控制原机喷油器2的喷射脉宽，当目标转矩低于实际转矩时，燃烧电控单元7通过发出燃料喷射信号h降低原机喷油器2的喷射脉宽，从而使内燃机转矩降低，直至实际转矩与目标转矩相同；当目标转矩等于实际转矩时，燃烧电控单元7通过发出燃料喷射信号h保持原机喷油器2的喷射脉宽不变；当目标转矩大于实际转矩时，燃烧电控单元7通过发出燃料喷射信号h增加原机喷油器2的喷射脉宽，从而使内燃机转矩增加，直至实际转矩与目标转矩相同。