[发明专利]车载加氢助燃控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种车载氢燃料发动机混合气燃烧的优化控制方法与系统，通过该控制系统可以有效改善汽油加氢、柴油加氢混合气在发动机不同工况下的热效率，达到提升发动机动力性能、降低尾气排放之目的。本发明特别适合于目前氢燃料内燃机技术不成熟、而采用在现有燃油发动机添加少量微量氢气混合气燃烧的应用。

背景技术

汽车作为现代文明的标致，为人类的生产、生活提供了巨大的帮助。然而，随着全球汽车保有量的不断增加，给能源短缺和环境恶化带来了巨大挑战。为应对这种挑战，世界各国开展了汽车动力能源的多元化和清洁化方面的研究，主要表现在两个方面：一是新能源动力汽车，二是传统内燃机发动机技术的改造。前者主要是采用化石燃料为基础的电动汽车，目前技术还不成熟、成本高、难于普及，如：燃料电池汽车、锂离子等动力电池汽车等；后者采用替代燃料，逐步成熟，如：天然气、石油气、生物柴油、氢等替代燃料汽车。

氢燃料作为21世纪的重要能源资源，氢燃料资源丰富、来源广泛、热值高、可再生、零排放等优点，欧美日发达国家以前所未有的力度开展了研究。氢燃料很早就应用于航空航天，是主要的动力能源，在交通运输动力方面才刚起步。由于氢燃料的获得成本高、储运安全问题、以及氢燃料内燃机技术不成熟等问题，制约了它在汽车动力方面的应用普及。目前，太阳能高温裂解之氢、太阳能光催化制氢是氢燃料获得的一个重要技术途径，前景广阔，带来规模化制氢的新希望。作为纯氢燃料内燃机的过渡技术，氢混合燃料（汽油加氢、柴油加氢）应用于现有汽车内燃机作为动力可以改善发动机性能、降低排放具有现实意义，达到业内认可。特别是在现有发动机的改造、调整、控制方面开展了广泛的应用研究。国内，天津大学、北京理工大学、浙江大学、北京交通大学、华北水利水电学院、西安交通大学等高校均开展了这方面研究。少量或微量加氢助燃技术，在国际上，如：日本、德国、美国等国开始逐步应用，据国内外的相关报道：不同类型、不同系列的汽车发动机，在不同工况下添加不同量的氢气掺烧，综合排放降低50%以上，特别是PM的改善尤为明显，综合节油可达到10-15%，加上良好的习惯性驾驶培训，节油率可达20%以上。

国内相关单位主要针对纯氢燃料内燃机燃烧机理与优化，供氢喷氢系统方面的结构、控制方面的专利报道，也有专门针对车载制氢机方面的技术研发报道，单独针对微量或少量加氢助燃控制系统方面的专利技术还没有。因此，除氢燃料混合气发动机技术本身的改造创新外，加氢混合气燃烧的控制装置也尤为重要。要改善氢混合气燃料发动机的性能和排放问题，不同的发动机工作特性有差异、工况也不同，其表现出的动力性能和排放也不同；即使是同一台发动机不同工况下其动力性能和排放也不相同，要实现全工况优化匹配运行，加氢电子控制系统的实时控制就扮演了重要角色。

发明内容

本发明提出了一种在常规燃气发动机添加少量或微量氢气助燃混合气燃烧的实时优化匹配控制系统，旨在解决车载发动机加氢助燃的优化控制问题，实现不同工况下、最佳供氢量的优化运行、以提高发动机热效率，改善动力性能与尾气排放，获得节能减排的良好效果。

为实现以上目的，本发明采取了的技术方案是：

一种车载加氢助燃控制系统，其包括：

加氢装置，用于在常规燃气机动车的发动机中添加助燃的微量或少量氢气的混合气；

氢流量传感器，用于检测加氢装置产生的氢气实际流量以及发动机一定时间的氢气消耗量；

实时工况检测装置，用于对常规燃气机动车的实际工况进行实时检测计算，形成发动机多路工况测量数据发送至自适应模糊PID控制板；

发动机工况知识库，包括发动机历史工况数据以及根据所述发动机历史工况数据进行加氢实验的发动机台架加氢实验数据库、以及根据不同的发动机台架加氢实验数据获取的常规燃气机动车尾气排放测试数据和热效率测试数据；

自适应模糊PID控制板，其将发动机多路工况测量数据、发动机工况知识库作为输入量以及氢流量传感器检测的氢气实际流量作为输入端，通过发动机多路工况测量数据在发动机工况知识库中查询最佳供氢量，再将所述最佳供氢量与氢气实际流量相结合，通过模糊推理获得最佳PID调节控制参数后，输出一控制信号，该控制信号用于调节控制加氢装置的供氢量。

所述发动机多路工况测量数据至少包括发动机的扭矩、转速、排气温度、尾气以及踏板供油位置，发动机多路工况测量数据除用于发动机加氢运行工况知识库的查询外，为模糊PID控制参数的整定，以精确调节控制车载制氢机或储气罐的制（供）氢量，来满足不同工况下发动机的优化运行。