[发明专利]用于调节注入燃烧发动机中的氢气和氧气的按需电解生产的管理系统和方法

说明书

一种管理按需电解反应器的系统和方法，所述按需电解反应器用于向内燃机供应氢气和氧气。所述系统使反应器的通常与永恒反应器相关联的功耗和寄生能量损耗最小化。所述系统包括联接到所述反应器的测量多个反应器参数的多个传感器、联接到所述多个传感器和所述发动机的电子控制单元，以及联接到所述反应器和所述电子控制单元的反应器控制板。所述电子控制单元：监测所述多个反应器参数和所述多个发动机参数；确定反应器性能水平；确定发动机性能水平；确定发动机性能水平的变化以预测未来发动机需求水平；以及确定对应于所述发动机性能水平的或对应于所述未来发动机需求水平的理想反应器性能水平。所述反应器控制板通过修改供应给所述反应器的电流、供应给所述反应器的电压和所述反应器的温度中的至少一个来调节所述反应器。

技术领域

本文所述的实施例涉及用于管理向内燃机供应氢气和氧气的按需电解反应器的系统和方法。特别地，所述实施例涉及一种能够通过以下方式同时减少排放并改进内燃机的性能的管理系统和方法：确定反应器性能水平或计算由所述按需电解反应器生成的气体量；监测所述发动机性能水平，确定所述发动机性能水平是将改变(即降低或增加)还是保持不变，以预测未来发动机需求水平；在预测的未来发动机需求水平实现之前，调整反应器性能水平以改进所述发动机性能，以使与连续操作的反应器(即不能根据实时发动机性能水平调整反应器的性能水平或产生气体的水平的反应器)相关联的寄生损耗最小化；并且，从而改进所述发动机性能并减少排放。

背景技术

在本领域中已表明，向预燃混合物添加氢气和/或氧气可提高内燃机的燃烧效率。燃烧效率的提高可导致排放的降低和/或燃料经济性的提高。为实现此结果，电解反应器负责使用水生成氢气和氧气。为了实现操作，反应器需要功率来源。在车辆内安装有附加反应器的情况下，功率来源是车辆的发动机。在缺乏适当的管理和控制系统的情况下，反应器会连续操作。向发动机不间断地供应氢气和氧气可能并不总是导致排放降低或燃料经济性的提高。诸如周围空气中的氧气水平、温度、海拔高度、湿度、路面及其坡度等外部条件可使反应器的操作变得不必要。

因此，如果反应器在没有对供应气体进行控制的情况下不断地起作用，则发动机性能可能不会得到改进。反应器从发动机汲取的功率以保持生成气体。因此，由发动机产生的功率并不完全消耗以用于推进和车辆的内部需求，诸如给车辆的电池再充电或使用其照明系统照亮道路。众所周知，添加反应器给发动机引入了外部需求或负荷。如果反应器在没有进行控制的情况下连续工作，则从发动机汲取的供反应器的操作的功率可能成为发动机的寄生损耗。因此，可能排放减少了而燃料效率未提高。有众多现有技术致力于添加电解反应器来改进排放，如下文所论述。然而，没有一个参考文献论述一种可减少与这些反应器相关联的寄生发动机损耗以由此同时改善发动机性能和燃料经济性并减少排放的管理和控制系统。

De Souza等人在US6332434中公开了一种用于生成在内燃机中使用的氢气的系统和方法。De Souza教导监测特定发动机参数并通过调节所提供的电能的量来调整反应速率。按照De Souza所述，氢气生成系统的操作可通过传感器来监测，并且当该系统在正常状况之外操作时，可对该系统的操作进行校正。然而，De Souza所述的正常状况、控制和监测是为了安全特性而不是为了改进发动机的性能。此外，De Souza所述的系统没有利用传感器来计算所生成的气体的量。由反应器产生的气体的量与反应器生成气体所消耗的功率关联。因此，De Souza所述的系统无法监测发动机的与反应器操作相关联的能量损耗，并且无法使损耗最小化。换句话说，De Souza可能能够提高燃料效率，但它永远不会使反应器的影响最小化，因为De Souza所教导的系统并不使反应器的功耗最小化。

Fong等人在US20110303194中公开了用于通过受控的氢氧注入改进燃烧和发动机性能的系统和方法。此现有技术公开了从发动机控制模块读取燃烧参数并通过控制所供应的电流来改变氢气的产生。然而，Fong等人似乎并未教导确定反应器所生成的气体的量。