[发明专利]一种四冲程点燃式氢氧气发动机及控制方法

权利要求书

1.一种四冲程点燃式氢氧气发动机的控制方法，该四冲程点燃式氢氧气发动机包括原机的发动机(1)、与发动机(1)相连的进气道(2)与排气道(3)、安装在进气道(2)上的电控节气门(5)、与发动机(1)相连的火花塞(8),、以及与火花塞(8)通过导线相连的点火模块(7)、与发动机(1)相连的实际功率信号传感器(11)、用于控制发动机负荷状态的负荷需求传感器(12)、与发动机(1)相连的曲轴位置传感器(13)、凸轮轴位置传感器(14)及爆震传感器(15)，其特征在于：还包括安装在发动机(1)缸盖上的氧气喷嘴(9)、与氧气喷嘴(9)通过高压管道连接的氧气减压器(10)和氧气罐(6)、安装在进气道(2)上的氢气流量计(16)、电子控制单元(4)通过导线与点火模块(7)相连接发出点火信号g、电子控制单元(4)通过导线与氧气喷嘴(9)的控制端相连接发出氧气喷射信号h、电子控制单元(4)通过导线与电控节气门(5)相连接发出节气门控制信号a、电子控制单元(4)通过导线与氢气流量计(16)相连接获得氢气流量信号k、电子控制单元(4)通过导线与实际功率信号传感器(11)相连接获得实际输出功率信号b、电子控制单元(4)通过导线与负荷需求传感器(12)相连接获得需求功率信号c、电子控制单元(4)通过导线与曲轴位置传感器(13)相连接获得曲轴位置信号d、电子控制单元(4)通过导线与凸轮轴位置传感器(14)相连接获得凸轮轴位置信号e、电子控制单元(4)通过导线与爆震传感器(15)相连接获得爆震信号f；氢气通过进气道(2)进入燃烧室；

其特征在于，该方法包括氧气喷射与点火角控制策略、氢气流量控制策略及爆震控制策略；

(1)氧气喷射与点火角控制策略

电子控制单元(4)首先检测来自负荷需求传感器(12)的功率需求信号c获得当前系统期望的发动机输出功率Pr，并根据公式1确定氧气基础需求量m_O2：

m_O2＝M_O2*Pr/(2*M_H2*η*L_H2) 公式1

式1中，

M_O2——氧气摩尔质量；

M_H2——氢气摩尔质量；

η——有效效率系数；

L_H2——氢气低热值；

电子控制单元(4)根据氧气基础需求量及氧气喷嘴(9)的标定特性，通过公式2确定氧气基础喷射脉宽t_O2,n：

t_O2＝k_O2*m_O2 公式1

式1中，

k _O2——氧气喷嘴流量特性，由氧气喷嘴出厂标定；

电子控制单元(4)进一步根据需求负荷Pr与转速下发动机最大负荷Pm的关系确定氧气喷射次数t_O2,n、氧气喷射时刻t_O2,IA及点火时刻S_t：1)当Pr≤0.3Pm时，电子控制单元(4)判定此时氧气采用单次喷射，即t_O2,n＝1，且喷射时刻范围为S_t-30°≤t_O2,IA≤S_t-5°，且t_O2,IA随功率增加而提前，且点火角不大于压缩上止点前38°并且不小于上止前5°，且点火角在上述范围内随功率增加而推迟，并随转速增加而提前；

2)当0.3Pm<Pr时，电子控制单元(4)判定此时氧气采用两次喷射，即t_O2,n＝2此处的t_O2,n表示“喷射次数”；第一次喷射过程中氧气喷射脉宽为氧气基础喷射脉宽的x倍，要求50％≤x<70％，且x随功率的增加而增加，即：t_O2,1＝x*t_O2；第二次喷射过程中氧气喷射脉宽为氧气基础喷射脉宽的y倍，要求30％≤y<50％，且y随功率的增加而减小，任意功率下均保持x+y＝100％，即：t_O2,2＝y*t_O2；且氧气第一次喷射时刻范围为S_t-180°≤t_O2,IA,1≤S_t-100°，且t_O2,IA,1随转速增加而提前，氧气第二次喷射时刻范围为S_t-15°≤t_O2,IA,2≤S_t-3°，且t_O2,IA,2随转速增加而提前，且点火角不大于压缩上止点前20°并且不小于压缩上止点前5°，且点火角在上述范围内随功率增加而推迟，并随转速增加而提前；

在上述条件下，电子控制单元进一步通过获取实际输出功率信号b检测发动机实际输出功率PN并对下一循环的氧气喷射脉宽t_O2,NC在氧气基础喷射脉宽t_O2的基础上进行修正，使修正后下一发动机循环的实际功率PN_,控制在0.95Pr≤PN≤1.05Pr的范围内，即：保证发动机实际输出功率与需求功率的误差不大于±5％，氧气喷射脉宽的修正方法为：

当PN<0.95Pr时，t_O2,NC＝1.02t_O2，进而在氢气充足的条件下，通过加大氧化剂的方式加强缸内混合气做功能力，使PN接近Pr；

当PN>1.05Pr时，t_O2,NC＝0.98t_O2，进而在氢气充足的条件下，通过减小氧化剂的方式降低缸内混合气做功能力，使PN接近Pr；

电子控制单元(4)通过发出氧气喷射信号h将氧气喷射脉宽、相位信号发送至氧气喷嘴(9)，控制氧气喷嘴(9)按电子控制单元(4)的策略实现氧气喷射，同时电子控制单元(4)通过点火信号g控制点火模块(7)的导通角和点火角，使火花塞(8)在点火模块(7)的驱动下按照电子控制单元(4)的控制策略控制点火；

(2)氢气流量控制策略

同意删除电子控制单元(4)首先检测来自负荷需求传感器(12)的功率需求信号c获得当前系统期望的发动机输出功率Pr，根据Pr与当前转速下发动机最大功率Pm的关系，电控节气门(5)的开度采用如下策略：

1)当Pr≤30％Pm时，电子控制单元(4)通过发出节气门控制信号a使电控节气门的开度Ktp在40％≤Ktp≤50％范围内调整，且Ktp随Pr增加而提高；

2)当30％Pm<Pr≤70％Pm时，电子控制单元(4)通过发出节气门控制信号a使电控节气门的开度Ktp在50％<Ktp<100％范围内调整，且Ktp随Pr增加而提高；

3)当70％Pm<Pr时，电子控制单元(4)通过发出节气门控制信号a使电控节气门的开度Ktp稳定在100％并且不再随Pr变化；

(3)爆震控制策略

当爆震传感器(15)检测到发动机发生爆震时通过向电子控制单元(4)发出爆震信号f告知此时发动机出现爆震，当电子控制单元(4)通过爆震信号f检测到发动机出现爆震时，立即将下一循环的点火时刻1°至10°，且推迟幅度随爆震强度增加而加大，直至爆震消除。