[发明专利]带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机燃烧的控制方法

摘要

一种带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机及燃烧的控制方法，包括汽油机、EGR冷却器、EGR阀、水电解器、氢气存储器等。本发明在发动机冷启动与怠速工况、中小负荷工况、大负荷工况、全负荷下，分别采用进气掺混“氢气+氧气”、“小比例废气再循环+掺氢”、“大比例废气再循环+掺氢”、“富氧”四种进气方式的缸内燃烧模式，可以实现汽油机在冷启动怠速阶段明显改善热效率、降低HC和CO排放的效果；在中小负荷时发动机泵气损失大幅降低，且油耗和NOx排放降低；大负荷工况时NOx排放大大降低；在处于节气门全开时，发动机功率短时获得显著提高。本发明使汽油机获得优异的低排放、低油耗、瞬时高动力输出的综合性能。

主权项

一种带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机燃烧的控制方法，所述带EGR的进气掺氢富氧汽油发动机，包括进气总管(1)、节气门(2)、进气歧管(3)、具有多个气缸的发动机(4)、排气歧管(5)和排气总管(6)，所述进气总管(1)通过所述的进气歧管(3)与发动机(4)的每个气缸相连通，所述的发动机(4)的每个气缸的排气口通过所述的排气歧管(5)与所述的排气总管(6)相通，在所述的发动机(4)的每个气缸的进气道上布置有汽油喷嘴(20)，每个汽油喷嘴(20)通过油管与油泵(19)相连；还有EGR管路(7)、EGR冷却器(8)、EGR阀(9)、蓄电池(10)、通断继电器(11)、水电解器(12)、氢气储存器(13)、喷氢器(14)、氢气压力控制开关(15)、氧气储存器(16)、喷氧器(17)、氧气压力控制开关(18)和电子控制器(21)；在所述的进气总管(1)的节气门(2)前设所述的喷氧器(17)；在所述的发动机(4)的每个气缸的缸盖上设置所述的喷氢器(14)；所述的水电解器(12)的氢气出口通过管路与所述的氢气储存器(13)的氢气进口相连接，所述的水电解器(12)的氧气出口通过管路与所述的氧气储存器(16)的氧气进口相连接，所述的水电解器(12)的电接口经所述的通断继电器(11)与所述的蓄电池(10)相连接；所述的氢气储存器(13)上设置所述的氢气压力控制开关(15)，该氢气储存器(13)的出口经管路与每个气缸的喷氢器(14)的氢气进口相连；所述的氧气储存器(16)上设置所述的氧气压力控制开关(18)，该氧气储存器(16)的氧气出口经管路与所述的喷氧器(17)的氧气进口相连；在所述的排气总管(6)和所述的节气门(2)之后的进气总管(1)之间接设所述的EGR管路(7)，该EGR管路(7)中接设所述的EGR冷却器(8)和EGR阀(9)；在所述的发动机(4)上设有冷却水温探测器(22)和发动机转速探测器(23)，在所述的进气歧管(3)上设有进气歧管压力传感器(26)，在进气总管(1)上设有空气流量传感器(25)，在所述的排气总管(6)上设有排气氧传感器(24)；所述的电子控制器(21)分别与所述的节气门(2)、喷氢器(14)、喷氧器(17)、EGR阀(9)、通断继电器(11)、氢气压力控制开关(15)、氧气压力控制开关(18)、汽油喷嘴(20)、冷却水温探测器(22)、发动机转速探测器(23)、排气氧传感器(24)、空气流量传感器(25)、进气歧管压力传感器(26)相连，其特征在于，该方法按冷启动工况、怠速工况、中小负荷工况、大负荷工况和全负荷工况分别进行控制：a)冷启动工况：所述的电子控制器(21)通过冷却水温探测器(22)采集冷却水温度信号(a)识别冷却水温度小于50℃，判断所述的发动机(4)处于冷启动状态；电子控制器(21)启动发动机(4)，在发动机启动的0～30秒内，所述的电子控制器(21)分别向所述的喷氢器(14)和所述的喷氧器(17)发出喷氢器脉宽信号(l)和喷氧器脉宽信号(i)，同时打开所述的喷氢器(14)与喷氧器(17)，所述的电子控制器(21)发出EGR阀开度信号(m)控制所述的EGR阀(9)保持关闭；电子控制器(21)通过调节喷射脉宽控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比，同时保证掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的10％～20％，使发动机(4)在该阶段的点火过程以“空气‑氢‑氧”形式组织燃烧；在发动机启动的30～50秒内，电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)、喷油器脉宽信号(k)分别控制所述的喷氢器(14)、喷氧器(17)、汽油喷嘴(20)打开，且通过EGR阀开度信号(m)控制所述的EGR阀(9)保持关闭；所述的电子控制器(21)通过调节喷射脉宽控制所述的汽油喷嘴(20)，控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比，同时保证掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的5％～10％，使发动机(4)以“汽油‑空气‑掺入氢氧”混合气形式组织燃烧；b)怠速工况：所述的电子控制器(21)通过发动机转速信号(b)、冷却水温度信号(a)、进气总管的空气流量信号(d)和歧管压力传感器信号(e)，分析判断发动机处于怠速状态；所述的电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)和喷油器脉宽信号(k)分别控制喷氢器(14)、喷氧器(17)、汽油喷嘴(20)打开，且通过EGR阀开度信号(m)控制EGR阀(9)保持关闭，所述的电子控制器(21)通过调节喷氢器(14)、喷氧器(17)的喷射脉宽，控制喷入每个气缸中的氢气与氧气的体积比，同时保证额外掺入的氢气与氧气混合气体积占整个进气的体积的5％～10％，所述的电子控制器(21)通过排气氧传感器信号(c)实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号(k)控制汽油喷嘴(20)的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1，发动机在怠速阶段以“汽油‑空气‑掺入氢氧气”的混合气形式组织燃烧；c)中小负荷工况：电子控制器(21)采集发动机转速信号(b)、进气空气流量信号(d)、歧管压力传感器信号(e)，分析判断发动机的负荷率，当发动机负荷率在10％～60％之间时，所述的电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)与喷油器脉宽信号(k)分别控制喷氢器(14)、汽油喷嘴(20)打开，喷氧器(17)关闭，电子控制器(21)设定喷氢器(14)的喷射脉宽，使每循环喷入缸内的氢气体积占该循环总进气体积的1％～5％；同时，电子控制器(21)发出EGR阀开度信号(m)控制EGR阀(9)打开并调整开度，向进气总管引入废气，根据负荷率的不同，使EGR率控制在5％～20％；电子控制器(21)通过排气氧传感器信号(c)实现当量比闭环控制，发出相应的喷油器脉宽信号(k)控制汽油喷嘴(20)的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机(4)将在中小负荷阶段以“汽油‑空气‑氢气‑EGR”的混合气形式组织燃烧；d)大负荷工况：当发动机的负荷率在60％～90％之间时，电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)和喷油器脉宽信号(k)分别控制喷氢器(14)、汽油喷嘴(20)打开，喷氧器(17)关闭，电子控制器(21)设定喷氢器(14)的喷射脉宽，使每循环喷入缸内的氢气体积占该循环总进气体积的1％～5％，同时，电子控制器(21)通过EGR阀开度信号(m)控制EGR阀(9)打开并调整开度，向进气总管引入废气，根据负荷率的不同，使EGR率控制在10％～40％；电子控制器(21)通过排气氧传感器信号(c)实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号(k)控制汽油喷嘴(20)的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机(4)将在大负荷阶段以“汽油‑空气‑氢气‑EGR”的混合气形式组织燃烧；e)全负荷工况：电子控制器(21)发出节气门开度信号(j)控制节气门(2)全开，电子控制器(21)发出喷氢器脉宽信号(l)、喷氧器脉宽信号(i)和喷油器脉宽信号(k)控制喷氢器(14)关闭，喷氧器(17)与汽油喷嘴(20)打开；电子控制器(21)设定喷氧器喷射脉宽，使发动机进气的氧气浓度提高到22％～29％；电子控制器(21)通过排气氧传感器信号(c)实现当量比闭环控制，发出相应喷油器脉宽信号(k)控制汽油喷嘴(20)的喷油量，保证缸内混合气的过量空气系数控制为1；发动机工作在“汽油‑富氧空气”的富氧燃烧模式下，即以非增压发动机的“增氧”，实现增压发动机时的强化燃烧效果，从而达到快速提高发动机瞬时扭矩的目的。