[发明专利]一种净零碳排放点燃式内燃机及其控制方法

权利要求书

1.一种净零碳排放点燃式内燃机的控制方法，内燃机包括安装在内燃机曲轴(7)上的转速传感器(6)，分别安装在内燃机缸盖(9)上的氢气喷嘴(4)、火花塞(5)和缸压传感器(8)，与内燃机缸盖(9)相连接的进气道(10)，分别安装在进气道(10)上的节气门(11)、空气流量传感器(12)、二甲醚喷嘴(13)，氢气罐(2)通过管路依次连接氢气调压器(3)和氢气喷嘴(4)，二甲醚罐(16)通过管路依次连接二甲醚调压器(15)、温度传感器(14)和二甲醚喷嘴(13)；

电子控制单元(1)通过导线与二甲醚调压器(15)相连接，并通过发出二甲醚调压器信号(C1)控制二甲醚调压器(15)，以调节二甲醚喷嘴(13)处的二甲醚压力；

电子控制单元(1)通过导线与节气门(11)相连接，并通过发出节气门控制信号(C2)控制节气门的开度；

电子控制单元(1)通过导线与二甲醚喷嘴(13)相连接，并通过发出二甲醚喷嘴控制信号(C3)，控制二甲醚喷嘴(13)的开闭；

电子控制单元(1)通过导线与火花塞(5)相连接，并通过发出点火信号(C4)，控制火花塞(5)点火；

电子控制单元(1)通过导线与氢气喷嘴(4)相连接，并通过发出氢气喷嘴控制信号(C5)，控制氢气喷嘴(4)的开闭；

电子控制单元(1)通过导线与氢气调压器(3)相连接，并通过发出氢气调压器控制信号(C6)，控制氢气调压器(3)，以调节氢气喷嘴(4)处的氢气压力；

电子控制单元(1)通过导线与空气流量传感器(12)相连接，获得空气流量信号(S1)；

电子控制单元(1)通过导线与温度传感器(14)相连接，获得二甲醚温度信号(S2)；

电子控制单元(1)通过导线与缸压传感器(8)相连接，获得缸压信号(S3)；

电子控制单元(1)通过导线与转速传感器(6)相连接，获得转速信号(S4)；

电子控制单元(1)通过负荷需求信号(S5)确定内燃机所需的运行负荷；

其特征在于，该方法包括内燃机的燃料供给策略、节气门控制策略和燃烧控制策略；

⑴燃料供给策略

电子控制单元(1)通过氢气调压器控制信号(C6)控制氢气调压器(3)，并通过氢气调压器控制信号(C6)使氢气喷嘴(4)所在的氢气管路压力为P_H；

电子控制单元(1)通过负荷需求信号(S5)获取负荷需求(P)；

电子控制单元(1)通过转速传感器(6)发出的转速信号(S4)获取内燃机转速(N)；

电子控制单元(1)所控制的P_H应满足以下条件：

①P_H在大于等于4.0MPa且小于等于10.0MPa的范围间调整；

②P_H随转速信号(S4)和负荷需求信号(S5)的变化根据公式1变化，

电子控制单元(1)通过温度传感器(14)发出的二甲醚温度信号(S2)获取二甲醚管路温度为(T_DME)，并通过查表的方式获取T_DME条件下二甲醚的饱和蒸气压为(Ps)；

电子控制单元(1)通过二甲醚调压器控制信号(C1)控制二甲醚调压器(15)，并通过二甲醚调压器控制信号(C1)使二甲醚喷嘴(13)所在的二甲醚管路压力为(P_DME)；

电子控制单元(1)所控制的P_DME满足以下条件：

①若Ps≥0.5MPa，则P_DME＝0.4MPa；

②若Ps＜0.5MPa，则P_DME＝0.6MPa；

⑵节气门控制策略

电子控制单元(1)通过负荷需求信号(S5)获取负荷需求(P)；

电子控制单元(1)通过节气门控制信号(C2)控制节气门(11)的开度为(K)；

电子控制单元(1)通过缸压传感器(8)发出的缸压信号(S3)获取当前工作循环及之前共200个工作循环的缸压峰值循环变动系数为(CoVPmax)；

电子控制单元(1)所控制的K应满足以下条件：

①当P≥30％时，K在大于90％且小于等于100％的范围内根据CoVPmax调整，在保证CoVPmax小于等于10％的前提下，使K达到节气门(11)可调节到的最大值；

②当P＜30％时，K在大于等于70％且小于等于90％的范围内，根据CoVPmax调整，在保证CoVPmax小于等于10％的前提下，使K达到节气门(11)可调节到的最大值；

③内燃机停止工作时，K＝0％；

⑶燃烧控制策略

电子控制单元(1)通过负荷需求信号(S5)获取负荷需求(P)；

电子控制单元(1)通过转速传感器(6)发出的转速信号(S4)获取内燃机转速(N)；

电子控制单元(1)通过缸压传感器(8)发出的缸压信号(S3)获取当前工作循环及之前共200个工作循环的缸压峰值循环变动系数为(CoVPmax)，以及当前循环的50％燃烧放热点(CA50)和有效平均有效压力(Imep)；

电子控制单元(1)通过空气流量传感器(12)发出的空气流量信号(S1)获取空气的循环进气流量为(m_Air)；

电子控制单元(1)通过发出的氢气喷嘴控制信号(C5)控制氢气喷嘴(4)的开闭，并通过氢气喷嘴控制信号(C5)使氢气喷嘴(4)在单循环内进行两次开闭，其中通过氢气喷嘴控制信号(C5)使第一次氢气的循环喷射流量为(m_H1)，第二次氢气的循环喷射流量为(m_H2)；

电子控制单元(1)通过发出的二甲醚喷嘴控制信号(C3)控制二甲醚喷嘴(13)的开闭，并通过二甲醚喷嘴控制信号(C3)使二甲醚喷嘴(13)在单循环内进行一次开闭，其中通过二甲醚喷嘴控制信号(C3)使二甲醚的循环喷射流量为(m_DME)；

电子控制单元(1)控制的m_H1、m_H2和m_DME应满足以下条件：

①m_H1与(m_H1+m_H2)的比值应在大于等于0.2且小于等于0.8的范围内，随P线性调整，P越大m_H1与(m_H1+m_H2)的比值越小；

②(m_H1+m_H2)与(m_DME+m_H1+m_H2)的比值应在大于等于0.05且小于等于0.3的范围内，随P和N根据公式2调整，

③应使通过公式3计算的过量空气系数(λ)在大于等于0.99且小于等于4.0的范围内，P越大则λ越小，且通过调整λ使Imep与内燃机额定有效平均有效压力的比值在P±1％的范围内，

λ＝m_Air/[A/F_H,st×(m_H1+m_H2)+A/F_DME,st×m_DME] 公式3

式中，A/F_H,st＝34.3、A/F_DME,st＝9.0，分别为氢气和二甲醚的理论空燃比，m_Air、m_H1、m_H2及m_DME的单位均为mg/循环；

同时，电子控制单元(1)所控制的氢气喷嘴(4)的第一次开启时刻和二甲醚喷嘴(13)的开启时刻均在不早于上止点前330度曲轴转角且不晚于上止点前270度曲轴转角的范围内，并随N的增加而提前，以保证当次燃料喷射过程的燃料喷射量达到目标值，目标值分别为m_H1和m_DME；电子控制单元(1)所控制的氢气喷嘴(4)的第二次开启时刻应在不早于上止点前150度曲轴转角且不晚于上止点前70度曲轴转角的范围内，并随P的增大而提前，以保证当次燃料喷射过程的燃料喷射量可以达到目标值(m_H2)；

电子控制单元(1)通过发出火花塞控制信号(C4)控制火花塞(5)点火，利用火花塞(5)点火产生的能量引燃氢气-二甲醚-空气混合气，电子控制单元(1)所控制火花塞(5)在每循环点火1次，电子控制单元(1)所控制的点火时刻应在不早于上止点前30度曲轴转角且不晚于上止点前0度曲轴转角的范围内调整，使CA50在不早于上止点前8度曲轴转角且不晚于上止点前12度曲轴转角的范围内。