專利名稱：一種氫氣－汽油混合燃料發動機及控制方法
技術領域：
本發明提供一種氫氣-汽油混合燃料發動機及控制方法，具體涉及一種燃燒發動機的控制。
背景技術：
環境保護和能源結構的變革是21世紀的兩大主題，氫燃料以其在能源和環保兩方面的獨特優勢將有望推動一個以它為標志的經濟時代的到來。氫能以其清潔、高效、可再生被視為本世紀最具發展潛力的能源，而且現有燃燒石油燃料的汽車內燃機稍加改動就可以燃燒氫。此外，氫燃料用于汽車時也有諸多優點，例如，氫的單位質量發熱量高于汽油；氫的火焰傳播速度比石油燃料的火焰傳播速度快得多。氫比汽油具有更寬的著火界限等。因此，氫能被認為是最具前景的汽車內燃機代用燃料。氫燃料點火能量小、易實現稀薄燃燒、可在寬廣的工況內得到較好的燃油經濟性，燃燒的主要產物是H2O和比汽油機少得多的NOx，不產生CO和HC及硫化物，只需采取降低NOx排放的措施。
目前，用氫氣作燃料的內燃機主要有以下幾種方式1、純氫內燃機；2、氫/汽油雙燃料內燃機；3、氫-汽油混合燃料內燃機。
純氫內燃機幾乎可實現零排放(只產生少量的氮氧化物)，但高負荷存在爆震、發動機功率受限且氫氣大量供應困難、續駛里程短。純氫內燃機的實現方式有兩種1)多點氣道噴射純氫內燃機，在電子控制單元的控制下，采用多個低壓(3～5bar)氫氣噴嘴將氫氣噴入發動機的各個進氣道，此種方式氫氣與空氣混合較好，發動機熱效率較高，但輸出功率較低，可以一定程度控制早燃和回火，美國福特公司的V10純氫內燃機采用該供氫方式。2)缸內直噴純氫內燃機，采用多個高壓(30～80bar)氫氣噴嘴在壓縮沖程后期將氫氣直接噴入發動機的各個氣缸，此種方式氫氣與空氣混合較差，發動機熱效率較低且系統復雜、成本高，但輸出功率較高，可完全杜絕早燃和回火，德國寶馬公司的750i氫/汽油雙燃料內燃機采用該供氫方式。
氫/汽油雙燃料內燃機可根據燃料的存貯狀況靈活選擇汽油和氫氣進入純汽油或純氫氣內燃機模式，由于純氫模式運行，氫氣消耗量很大，且加氫站較少，導致氫/汽油雙燃料發動機大部分時間使用純汽油，汽油機熱效率較低和排放較高，由此可見，氫/汽油雙燃料內燃機運行的經濟性和環保性能一般。
氫-汽油混合燃料內燃機將少量氫氣(占燃油能量10％以下)作為汽油添加劑混入空氣中，在氣缸內與汽油混合燃燒，由于氫氣具有極低的點火能量(僅為汽油的1/10)和極高的擴散速度(氫氣在空氣中的擴散速度為汽油的8倍)，使得混氫燃燒與純汽油燃燒相比產生較高的熱效率和較低的排放，但是由于整個運行階段均為加氫燃燒，沒有純氫燃燒階段，因此，排放降低有限，特別是冷起動階段。氫-汽油混合燃料內燃機的實現方式為在原電控汽油機或化油器汽油機的基礎上，增加一套進氣管供氫裝置，利用進氣管的真空度將氫氣吸入汽缸與汽油和空氣混合燃燒，吸入的氫氣量由進氣真空度或電磁閥開度控制，由于在高負荷可能產生回火，因此，供氫量必須精確控制。
發明內容
本發明針對現有的純氫、氫/汽油雙燃料及氫-汽油混合燃料發動機存在的不足，提供了一種新型的氫-汽油混合燃料發動機及其控制方法。本系統在冷起動及小負荷時使用氫氣作為燃料、在中負荷時采用氫氣-汽油混合作為燃料、在大負荷時采用純汽油作為燃料，有效地降低了廢氣的排放量。
本發明采用了如下技術方案。本裝置主要包括有電控汽油噴射與點火系統，該系統主要包括有發動機電子控制單元48，發動機電子控制單元48接收進氣壓力信號14、進氣溫度信號15、節氣門位置信號16、機油溫度信號17、發動機冷卻水溫度信號18、發動機轉速信號19、氧傳感器信號20、爆震傳感器信號21，發動機電子控制單元48控制燃油噴嘴的噴油脈寬，并通過點火模塊45控制火花塞。其特征在于還包括有電控氫氣噴射與點火系統，本系統主要包括有氫氣分配器5、氫氣噴射和點火控制單元50、燃油噴油脈寬調節模塊51、點火提前角調整模塊52，其中，氫氣分配器5依次通過氫氣噴嘴6、7、8、9，氫氣輸送管22與發動機各個汽缸的進氣道相連，將氫氣輸送到靠近進氣門處，以減少回火，氫氣分配器5的壓力信號49通過壓力傳感器輸入給氫氣噴射與點火控制單元50；氫氣噴射與點火控制單元50與發動機電子控制單元48相連并從發動機電子控制單元48獲取進氣壓力信號14、發動機冷卻水溫度信號18、節氣門位置信號16；燃油噴油脈寬調節模塊51設置在發動機電子控制單元48和燃油噴嘴30、31、32、33之間，點火提前角調整模塊52設置在發動機電子控制單元48和點火模塊45之間，燃油噴油脈寬調節模塊51、點火提前角調整模塊52分別與氫氣噴射和點火控制單元50相連并受其控制。氫氣噴射與點火控制單元50根據上述信號控制噴氫嘴6、7、8、9的噴氫脈寬并通過點火提前角調整模塊52調整點火角，通過燃油噴油脈寬調節模塊51調節燃油噴嘴30、31、32、33的噴油脈寬。
針對如上所述的一種氫氣-汽油混合燃料發動機，采取了如下的控制方法，該方法是按如下過程進行控制的1)發動機起動，發動機水溫做為冷起動的唯一控制信號。氫氣噴射與點火控制單元50通過發動機電子控制單元48獲取發動機冷卻水溫度信號18，如果發動機冷卻水溫低于40度，則氫氣噴射與點火控制單元50向燃油噴射脈寬調節模塊51發出指令，切斷電控單元48的噴油信號，即將其噴油脈寬調整為零，同時向氫氣噴嘴發出控制信號，使氫氣的噴射脈寬為每循環6～8ms，同時通過點火提前角調整模塊52調整點火角為原汽油機的點火角的20～30％，此時發動機處于純氫燃燒狀態。氫氣噴射與點火控制單元50實時獲取氫氣分配器壓力信號49，當該壓力低于0.3MPa，則發動機自動切換到純汽油工作模式。
2)當發動機冷卻水溫度高于40度時，氫氣噴射與點火控制單元50通過發動機電子控制單元48獲取節氣門位置信號16和進氣壓力信號14判定發動機負荷率，對于不同的負荷率采用不同的控制方法i)當負荷率處于0～30％時，氫氣噴射與點火控制單元50向燃油噴射脈寬調節模塊51發出指令，切斷電控單元48的噴油信號，即將其噴油脈寬調整為零，同時向氫氣噴嘴發出控制信號，使氫氣的噴射脈寬為每循環5～7ms，同時通過點火提前角調整模塊52調整點火角為原汽油機的點火角的20～30％，此時發動機仍處于純氫燃燒狀態。氫氣噴射與點火控制單元50實時獲取氫氣分配器壓力信號49，當該壓力低于0.3MPa，則發動機自動切換到純汽油工作模式。
ii)當負荷率處于31～70％時，氫氣噴射與點火控制單元50向燃油噴射脈寬調節模塊51發出指令修改燃油噴油脈寬為原汽油機的80～90％，同時向氫氣噴嘴發出控制信號，降低氫氣的噴氣脈寬為負荷率處于0～30％時的噴氣脈寬的10～20％，并向點火提前角調整模塊52發出指令，通過點火模塊45，減小點火角為原汽油機點火角的10～20％；此時，發動機處于混氫燃燒狀態，氫氣作為汽油添加劑使用，目的在于改善汽油的霧化和混合狀態，加快混合氣的燃燒速度，提高發動機整機的熱效率、進一步降低排放。氫氣噴射與點火控制單元50實時獲取氫氣分配器壓力信號49，當該壓力低于0.3MPa，則發動機自動切換到純汽油工作模式。
iii)在負荷率處于71～100％時，氫氣噴射與點火控制單元50向燃油噴射脈寬調節模塊51發出指令，修改燃油噴油脈寬為原汽油機的100％，向點火提前角調整模塊52發出指令，通過點火模塊45，設定點火角為原汽油機點火角的100％，同時向氫氣噴嘴發出控制信號，使氫氣的噴氣脈寬為零，此時，發動機處于純汽油燃燒狀態。
本發明的工作過程發動機起動(冷卻水溫低于40度)，采用純氫氣燃料，若不是上述冷起動狀態，則根據發動機負荷狀況，采用純氫或混氫或純汽油作為發動機燃料。發動機起動后，根據負荷率確定發動機采用的燃料。在小負荷(冷卻水溫大于40度，負荷率為0～30％)時采用純氫燃料，接近零排放；在中等負荷(冷卻水溫大于40度，負荷率為31～70％)采用混氫燃料，氫氣作為汽油添加劑混入空氣中，添加量為該運行狀態汽油能量的10％以下，實現高效、低排放；在大負荷(冷卻水溫大于40度，負荷率為71～100％)采用純汽油，排放與原汽油機相當，確保高負荷發動機的動力性。負荷率定義為發動在某種工況下的功率與其所能發出的最大功率之比。在有氫氣作為燃料的狀態，判斷氫氣分配器的壓力，當壓力低于0.3MPa時，則發動機切換至純汽油工作狀態。
由于車用發動機工況法測試70～90％的排放來自冷起動階段，因此，如能有效控制冷起動階段的排放，則車用汽油機可達到歐4排放標準，采用本發明提供的氫-汽油混合燃料發動機和控制方法，冷起動和小負荷階段使用純氫氣，接近零排放，車用發動機可達到歐4標準。
本發動機有如下三種工作模式純汽油燃燒工作模式(冷卻水溫度大于40度，負荷率71～100％)在此工作模式下，燃油泵34把汽油從燃油箱36經燃油濾清器35過濾后泵到燃油分配器24，分配器24內的燃油壓力由燃油分配器油壓調節器25保持。汽油從原汽油機的電子控制單元48接收進氣壓力信號14、進氣溫度信號15、節氣門位置信號16、機油溫度信號17、冷卻水溫度信號18、發動機轉速信號19、氧傳感器信號20、爆震傳感器信號21，通過燃油噴油脈寬調節模塊51向燃油噴嘴30、燃油噴嘴31、燃油噴嘴32、燃油噴嘴33發出噴油控制信號26、27、28、29使發動機處于汽油噴射狀態，同時通過點火提前角調整模塊52控制點火模塊45向火花塞37、38、39、40分別發出點火信號41、42、43、44使發動機處于正常點火狀態。在純汽油工作模式時，燃油噴油脈寬調節模塊51、點火提前角調整模塊52只起信號導通作用，不對原汽油機發出的點火和噴油信號做任何修正。
汽油-氫氣混燒工作模式(冷卻水溫度大于40度，負荷率31～70％)在此工作模式下，原汽油機的電子控制單元48繼續按上述方式發出噴油和點火信號，氫氣噴射與點火控制單元50通過原汽油機的電子控制單元48獲得發動機冷卻水溫度信號18、節氣門位置信號16和進氣壓力信號14，通過發動機冷卻水溫度和負荷率，判斷發動機是否應處于混氫燃燒狀態。存貯在氫氣罐1內高壓氫氣通過開關電磁閥2經一級和二級復合減壓器3減壓至3～5Bar，經開關電磁閥4輸送至氫氣分配器5，然后經電控氫氣噴嘴6、7、8、9由氫氣輸送管22分別送至各個汽缸的進氣門處。當氫氣噴射和點火控制單元50按照實現設定的控制限值確定發動機應處于混氫燃燒狀態時，即向燃油噴油脈寬調節模塊51發出燃油噴油脈寬調節指令，減少燃油噴油脈寬，向氫氣噴嘴6、7、8、9發出噴氫信號10、11、12、13，按發動機正時順序由氫氣輸送管22將氫氣分別噴入各缸的進氣門處，向點火提前角調整模塊52發出指令，通過點火模塊45減小原機的點火角。
純氫氣燃燒工作模式(冷卻水溫度小于40度或冷卻水溫度大于40度且負荷率0～30％)在此工作模式下，存貯在氫氣罐1內高壓氫氣通過開關電磁閥2經一級和二級復合減壓器3減壓至3～5Bar，經開關電磁閥4輸送至氫氣分配器5，然后經電控氫氣噴嘴6、7、8、9由氫氣輸送管22分別送至各個汽缸的進氣門處。氫氣噴射和點火控制單元50向燃油噴油脈寬調節模塊51發出燃油噴油脈寬調節指令，減少燃油噴油脈寬為零，向氫氣噴嘴6、7、8、9發出噴氫信號10、11、12、13，按發動機正時順序由氫氣輸送管22將氫氣分別噴入各缸的進氣門處，向點火提前角調整模塊52發出指令，通過點火模塊45減小原機的點火角。
本發明的有益效果是，在冷起動時使用氫氣作為燃料，發動機即容易起動又不會產生HC、CO和NOx排放。在發動機中低負荷時，向進氣道噴射少量氫氣可以改善汽油的霧化和混合，提高汽油在空氣中的燃燒速率，使汽油迅速、完全燃燒，進一步提高發動機的熱效率并降低排放。在大負荷時，考慮到汽油機的動力性，采用純汽油工作模式。采用本發明的方法，汽油機將能夠達到歐4以上排放標準。此外，排氣中存在的微量未燃氫氣將有助于三元催化劑的還原和性能恢復。
圖1本發明的結構和工作原理圖。
圖中1氫氣罐；2開關電磁閥1；3一級減壓器；4開關電磁閥2；5氫氣分配器；6氫氣噴嘴1；7氫氣噴嘴2；8氫氣噴嘴3；9氫氣噴嘴4；10氫氣噴嘴1控制信號；11氫氣噴嘴2控制信號；12氫氣噴嘴3控制信號；13氫氣噴嘴4控制信號；14進氣壓力信號；15進氣溫度信號；16節氣門位置信號；17機油溫度信號；18冷卻水溫度信號19發動機轉速信號；20氧傳感器信號；21爆震傳感器信號；22氫氣輸送管；23進氣管；24燃油分配器25燃油分配器油壓調節器；26燃油噴嘴1控制信號；27燃油噴嘴2控制信號；28燃油噴嘴3控制信號；29燃油噴嘴3控制信號；30燃油噴嘴1；31燃油噴嘴2；32燃油噴嘴3；33燃油噴嘴4；34燃油泵；35燃油濾清器；36燃油箱；37第4缸火花塞；38第3缸火花塞；39第2缸火花塞；40第1缸火花塞；41第4缸點火信號；42第3缸點火信號；43第2缸點火信號；44第1缸點火信號；45點火模塊；46發動機氣缸體；47排氣管；48發動機電子控制單元；49氫氣分配器壓力信號；50氫氣噴射和點火控制單元；51燃油噴油脈寬調節模塊；52點火提前角調整模塊。
具體實施例方式
下面結合圖1說明本實施例。
本裝置主要包括有電控汽油噴射與點火系統，該系統主要包括有發動機電子控制單元48，發動機電子控制單元48接收進氣壓力信號14、進氣溫度信號15、節氣門位置信號16、機油溫度信號17、發動機冷卻水溫度信號18、發動機轉速信號19、氧傳感器信號20、爆震傳感器信號21，發動機電子控制單元48控制燃油噴嘴1、燃油噴嘴2、燃油噴嘴3、燃油噴嘴4噴油脈寬，并通過點火模塊45控制第一缸火花塞、第二缸火花塞、第三缸火花塞、第四缸火花塞。本裝置還包括有電控氫氣噴射與點火系統，本系統主要包括有氫氣分配器5、氫氣噴射和點火控制單元50、燃油噴油脈寬調節模塊51、點火提前角調整模塊52，其中，氫氣分配器5通過氫氣噴嘴1、氫氣噴嘴2、氫氣噴嘴3、氫氣噴嘴4和氫氣輸送管22與發動機各個汽缸的進氣道相連，氫氣分配器5的壓力信號通過壓力傳感器輸入給氫氣噴射和點火控制單元50；氫氣噴射與點火控制單元50與發動機電子控制單元48相連并從發動機電子控制單元48提取進氣壓力信號14、發動機冷卻水溫度信號18、節氣門位置信號16，氫氣噴射與點火控制單元50控制噴氫嘴的噴氫脈寬；燃油噴油脈寬調節模塊51設置在發動機電子控制單元48和燃油噴嘴之間，點火提前角調整模塊52設置在發動機電子控制單元48和點火模塊45之間，燃油噴油脈寬調節模塊51、點火提前角調整模塊52分別與氫氣噴射和點火控制單元50相連并受其控制。
本實施例中的發動機為1臺1.6升直列4缸雙頂置凸輪軸電控汽油機，按圖1所示改造成汽油-氫混合燃料發動機，未安裝催化轉換器。
1)冷起動實驗(冷卻水溫度小于40度)氫氣噴射與點火控制單元50通過發動機電子控制單元48獲取發動機冷卻水溫度信號18，如水溫低于40度，則發動機按冷起動控制要求，使用純氫氣起動。在發動機水溫為20℃的條件下，進行冷起動實驗，用一臺AVLDiGas4000排放儀，測量冷起動過程的HC、CO和NOx排放，該冷起動階段全部使用氫氣。電控單元50向燃油噴射脈寬調節模塊51發出指令，切斷電控單元48的噴油信號(即將其噴油脈寬調整為零)，同時向氫氣噴嘴6、7、8、9發出控制信號10、11、12、13，使氫氣的噴射脈寬為每循環7ms并向點火提前角調整模塊52發出指令，設定點火角為原汽油機的點火角的20％，此時發動機處于純氫燃燒狀態。實驗結果表明，與原純汽油機相比，純氫發動機冷起動的HC排放由原機的724ppm下降到4ppm，降低99.4％；CO由原機的0.33％下降到0％，降低100％；NOx由原機的50ppm上升到72ppm，增加44％。
2)小負荷實驗(冷卻水溫度大于40度，負荷率0～30％)
在發動機水溫為85℃的條件下，進行小負荷實驗，用一臺AVL DiGas4000排放儀，測量發動機轉速為1500rpm，負荷率為30％的的HC、CO和NOx排放，該小負荷階段全部使用氫氣。電子控制單元50通過節氣門位置信號16判定發動機負荷率處于30％時，電控單元50向燃油噴射脈寬調節模塊51發出指令，切斷電控單元48的噴油信號(即將其噴油脈寬調整為零)，同時向氫氣噴嘴6、7、8、9發出控制信號10、11、12、13，使氫氣的噴射脈寬為每循環6ms并向點火提前角調整模塊52發出指令，設定點火角為原汽油機的點火角的15％，此時發動機處于純氫燃燒狀態。實驗結果表明，與原純汽油機相比，純氫發動機小負荷的HC排放由原機的520ppm下降到2ppm，降低99％；CO由原機的0.28％下降到0％，降低100％；NOx由原機的453ppm上升到627ppm，增加85％。
3)中等負荷混氫實驗(冷卻水溫度大于40度，負荷率31～70％)在發動機水溫為85℃以上的條件下，進行中等負荷實驗，用一臺AVLDiGas4000排放儀，測量發動機轉速為2000rpm，負荷率為70％的HC、CO和NOx排放，該中等負荷階段使用汽油和氫氣的混和氣。電子控制單元50通過節氣門位置信號16判定發動機負荷率處于70％時，電控單元50向燃油噴射脈寬調節模塊51發出指令，調整噴油脈寬為原汽油機噴油脈寬的90％，同時向氫氣噴嘴6、7、8、9發出控制信號10、11、12、13，使氫氣的噴射脈寬為每循環1.5ms并向點火提前角調整模塊52發出指令，設定點火角為原汽油機的點火角的85％，此時發動機處于混氫燃燒狀態。實驗結果表明，與原純汽油機相比，該種混合燃料發動機的HC排放由原機的720ppm下降到330ppm，降低54％；CO由原機的0.54％下降到0.31％，降低42％；NOx由原機的700ppm增加到920ppm，增加31％，比油耗由原機的258g/(kW.h)下降到238g/(kW.h)，降低7.6％。原因是氫氣極高的擴善速率、極低的點火能量、寬廣的燃燒界限、極快的燃燒速率使得氫氣-汽油-空氣混合氣，燃燒得更快、更完全，產生更低的排放和比油耗。當電子控制單元50通過電子控制單元48獲取氫氣分配器壓力信號49，當該壓力低于0.3MPa，則發動機完全切換到純汽油工作模式。
4)大等負荷純汽油燃燒實驗(冷卻水溫度大于40度，負荷率71～100％)在發動機水溫為85℃以上的條件下，進行大負荷實驗，用一臺AVLDiGas4000排放儀，測量發動機轉速為2000rpm，負荷率為90％的HC、CO和NOx排放，該中等負荷階段使用純汽油。電子控制單元50通過節氣門位置信號16判定發動機負荷率處于90％時，電控單元50向燃油噴射脈寬調節模塊51發出指令，調整噴油脈寬為原汽油機噴油脈寬的100％，同時向氫氣噴嘴6、7、8、9發出控制信號10、11、12、13，使氫氣的噴射脈寬為0并向點火提前角調整模塊52發出指令，設定點火角為原汽油機的點火角的100％，此時發動機處于純汽油燃燒狀態。實驗結果表明，此時的HC、CO和NOx排放分別為640ppm，4.3％和823ppm。
上述的發動機臺架試驗結果表明，采用本發明提供的氫氣-汽油混合燃料發動機及控制方法，可以在冷起動和小負荷階段HC和CO接近零排放，在中等負荷HC和CO排放和油耗較大幅度降低，大負荷與原機狀態一致。由實驗可以看出純氫燃燒和混氫燃燒NOx排放均有較大幅度增加，原因是氫燃燒速度太快，短時產生較高的缸內溫度，導致NOx排放增加。該技術將為普通汽油機滿足歐4以上排放標準提供一條有效的技術途徑，同時也對氫能在車輛上的逐步應用提供借鑒。
權利要求
1.一種氫氣-汽油混合燃料發動機，主要包括有電控汽油噴射與點火系統，本系統主要包括有發動機電子控制單元(48)，發動機電子控制單元(48)接收進氣壓力信號(14)、節氣門位置信號(16)、發動機冷卻水溫度信號(18)，發動機電子控制單元(48)控制燃油噴嘴的噴油脈寬，并通過點火模塊(45)控制火花塞，其特征在于還包括有電控氫氣噴射與點火系統，本系統主要包括有氫氣分配器(5)、氫氣噴射和點火控制單元(50)、燃油噴油脈寬調節模塊(51)、點火提前角調整模塊(52)，其中，氫氣分配器(5)依次通過氫氣噴嘴、氫氣輸送管(22)與發動機各個汽缸的進氣道相連，氫氣分配器(5)的壓力信號(49)通過壓力傳感器輸入給氫氣噴射與點火控制單元(50)；氫氣噴射與點火控制單元(50)與發動機電子控制單元(48)相連并從發動機電子控制單元(48)獲取進氣壓力信號(14)、發動機冷卻水溫度信號(18)、節氣門位置信號(16)，氫氣噴射和點火控制單元(50)控制噴氫嘴的噴氫脈寬；燃油噴油脈寬調節模塊(51)設置在發動機電子控制單元(48)和燃油噴嘴之間，點火提前角調整模塊(52)設置在發動機電子控制單元(48)和點火模塊(45)之間，燃油噴油脈寬調節模塊(51)、點火提前角調整模塊(52)分別與氫氣噴射和點火控制單元(50)相連并受其控制。
2.針對權利要求1所述的一種氫氣-汽油混合燃料發動機，采取了如下的控制方法，其特征在于，該方法是按如下過程進行控制的1)發動機起動，發動機水溫作為冷起動的唯一控制信號；氫氣噴射與點火控制單元(50)通過發動機電子控制單元(48)獲取發動機冷卻水溫度信號(18)，如果發動機冷卻水溫低于(40)度，則氫氣噴射與點火控制單元(50)向燃油噴射脈寬調節模塊(51)發出指令，切斷電控單元(48)的噴油信號，即將其噴油脈寬調整為零，同時向氫氣噴嘴發出控制信號，使氫氣的噴射脈寬為每循環6～8ms，同時通過點火提前角調整模塊(52)調整點火角為原汽油機的點火角的20～30％，此時發動機處于純氫燃燒狀態；氫氣噴射與點火控制單元(50)實時獲取氫氣分配器壓力信號(49)，當該壓力低于0.3MPa，則發動機自動切換到純汽油工作模式；2)當發動機冷卻水溫度高于40度時，氫氣噴射與點火控制單元(50)通過發動機電子控制單元(48)獲取節氣門位置信號(16)和進氣壓力信號(14)判定發動機負荷率，對于不同的負荷率采用不同的控制方法i)當負荷率處于0～30％時，氫氣噴射與點火控制單元(50)向燃油噴射脈寬調節模塊(51)發出指令，切斷電控單元(48)的噴油信號，即將其噴油脈寬調整為零，同時向氫氣噴嘴發出控制信號，使氫氣的噴射脈寬為每循環5～7ms，同時通過點火提前角調整模塊(52)調整點火角為原汽油機的點火角的20～30％，此時發動機仍處于純氫燃燒狀態；氫氣噴射與點火控制單元(50)實時獲取氫氣分配器壓力信號(49)，當該壓力低于0.3MPa，則發動機自動切換到純汽油工作模式。ii)當負荷率處于31～70％時，氫氣噴射與點火控制單元(50)向燃油噴射脈寬調節模塊(51)發出指令修改燃油噴油脈寬為原汽油機的80～90％，同時向氫氣噴嘴發出控制信號，降低氫氣的噴氣脈寬為負荷率處于0～30％時的噴氣脈寬的10～20％，并向點火提前角調整模塊(52)發出指令，通過點火模塊(45)，減小點火角為原汽油機點火角的10～20％；氫氣噴射與點火控制單元(50)實時獲取氫氣分配器壓力信號(49)，當該壓力低于0.3MPa，則發動機自動切換到純汽油工作模式。iii)在負荷率處于71～100％時，氫氣噴射與點火控制單元(50)向燃油噴射脈寬調節模塊(51)發出指令，修改燃油噴油脈寬為原汽油機的100％，向點火提前角調整模塊(52)發出指令，通過點火模塊(45)，設定點火角為原汽油機點火角的100％，同時向氫氣噴嘴發出控制信號，使氫氣的噴氣脈寬為零，此時，發動機處于純汽油燃燒狀態。
全文摘要
本發明涉及一種氫氣－汽油混合燃料發動機及其控制方法，屬于燃燒發動機控制領域。主要包括有電控汽油噴射與點火系統、電控氫氣噴射與點火系統，電控氫氣噴射與點火系統包括有氫氣噴射和點火控制單元(50)、燃油噴油脈寬調節模塊(51)、點火提前角調整模塊(52)，燃油噴油脈寬調節模塊51設置在電子控制單元(48)和燃油噴嘴之間并受氫氣噴射和點火控制單元(50)的控制，點火提前角調整模塊52設置在發動機電子控制單元48和點火模塊45之間并受氫氣噴射和點火控制單元50的控制。該發動機在冷起動和小負荷采用純氫燃料，在中等負荷采用混氫燃料，大負荷采用純汽油。本發明在冷起動和小負荷階段時接近零排放，可達到歐4標準。
文檔編號F02D43/00GK1904329SQ20061008928
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月15日 優先權日2006年8月15日
發明者紀常偉 申請人:北京工業大學