CN113374572B - 一种结合egr的纯氢燃料转子机控制方法 - Google Patents

一种结合egr的纯氢燃料转子机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种结合EGR的纯氢燃料转子机控制方法，具体涉及一种根据氢转子机转速与进气道绝对压力调节EGR率以实现无回火发生的控制方法。本发明以转速传感器和进气压力传感器输出信号为依据，判断转子机所处运转工况，通过调节EGR率实现全工况范围内无回火的氢气化学计量比燃烧，从而实现氢转子机良好的动力性能。

Description

一种结合EGR的纯氢燃料转子机控制方法
技术领域
本发明设计了一种结合EGR的纯氢燃料转子机控制方法，具体涉及一种根据氢转子机转速与进气道绝对压力调节EGR率以实现无回火发生的控制方法，属于内燃机领域。
背景技术
氢气是一种清洁的可再生能源，它的物化特性十分符合“碳中和”和“碳达峰”的理念。同时，转子发动机是一款高动力性发动机，其可以很好地弥补氢气作为内燃机燃料而导致的动力性不足的问题。因此氢转子机是一款十分有前景的动力***。但是氢气作为转子机的燃料会产生回火这一重要问题，这极大地限制了氢转子机的发展。
因此，基于上述技术问题，本申请设计了一种结合EGR的纯氢燃料转子机，通过不同工况选取不同大小的EGR率，以实现高动力性无回火的氢气动力***。
发明内容
为了优化纯氢燃料转子发动机性能，本发明设计了一种结合EGR的纯氢燃料转子机控制方法，具体涉及一种根据氢转子机转速与进气道绝对压力调节EGR率以实现无回火发生的控制方法，包括：进气管路P1，其上依次串联有空气滤清器1、空气体积流量计2、节气门5、进气压力传感器6；氢气供给管路P2，其上依次串联有：氢气罐13、氢气压力调节阀12、氢气体积流量计11、阻火器8、氢气喷嘴7，氢气喷嘴7将氢气喷入进气管路P1后氢气与新鲜空气混合进入转子机9，经历一个运转循环后燃烧废气进入尾气管路 P3，一部分废气流入大气，另一部分在开关K开启时，依次流经开关K，中冷器4，废气体积流量传感器3后流入进气管路P1。此外，ECU E分别输出第二信号A2、第三信号A3和第六信号A6至开关K、氢气喷嘴7和氢气体积流量计11，同时ECU E还接收来自空气体积流量计2输出的第一信号A1、进气压力传感器6输出的第四信号A4和转速传感器10输出的第五信号 A5。
氢气通过氢气供给管路P2进入进气管路P1，与进气管路P1内的新鲜空气和排气管路P3中经过冷却的燃烧废气混合，进入转子机燃烧室内燃烧，后排出至大气。
结合EGR的纯氢燃料转子机包括以下控制过程：
转子发动机ECU E接收来自进气压力传感器6的第四信号A4和转速传感器10的第五信号A5；
当转子机转速n由n＝0变为n≠0时，此时为起动阶段，由于氢气极易点燃，不需加浓起动，固为减少氢耗，选择稀薄燃烧，在后续3秒内采取稀薄燃烧，ECU E根据空气体积流量计2的第一信号A1，输出第六信号A6至氢气体积流量计11，使得过量空气系数λ＝1.8。
当转子机转速0<n≤7000r/min时，此时为正常运行阶段，为保证氢转子机具有足够的动力性，采取化学计量比燃烧。而采取化学计量比燃烧极易导致回火，且回火强度随着转速与进气道绝对压力的升高而升高，进而需要根据运转工况采取合适的EGR率以抑制回火。ECU E根据空气体积流量计2 的第一信号A1，输出第六信号A6至氢气体积流量计11，使得过量空气系数λ＝1。此外，ECU E根据接收的进气压力传感器6的第四信号A4和转速传感器10的第五信号A5，分别获得当前进气压力P(kPa)和转速n，输出第二信号A2至开关K调节其开度D，通过开度改变影响EGR率，其逻辑为EGR 率＝0.15*(n/7000+P/100)。其中，EGR率最大仅可达到0.3，这是考虑到过高的EGR率会使得燃烧无法正常进行并且会对转子机性能产生过多的负面影响。
当转子机转速n>7000r/min时，此时为超高速运行，过高的转速会引发更多不可控的危险，因此，为保证安全性，ECU E输出第三信号A3至氢气喷嘴7，停止氢气供给。
其中，过量空气系数λ＝Vair/(VH2*2.38)，Vair(SLM)为空气的体积流量，VH2(SLM)为氢气的体积流量。EGR率＝Vexhaust/(Vair+Vexhaust)，其中，Vexhaust(SLM)为进入进气管路P1的燃烧废气的体积流量。
附图说明
图1.本发明的结构工作原理图
图1中：进气管路P1：空气滤清器1、空气体积流量计2、节气门5、进气压力传感器6；氢气供给管路P2：氢气罐13、氢气压力调节阀12、氢气体积流量计11、阻火器8、氢气喷嘴7；转子机9；尾气管路P3：开关K，中冷器4，废气体积流量传感器3。此外，ECU E分别输出第二信号A2、第三信号A3和第六信号A6至开关K、氢气喷嘴7和氢气体积流量计11，同时 ECU E还接收来自空气体积流量计2、进气压力传感器6和转速传感器10 输出的第一信号A1、第四信号A4和第五信号A5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
包括：进气管路P1，其上依次串联有空气滤清器1、空气体积流量计2、节气门5、进气压力传感器6；氢气供给管路P2，其上依次串联有：氢气罐 13、氢气压力调节阀12、氢气体积流量计11、阻火器8、氢气喷嘴7，氢气喷嘴7将氢气喷入进气管路P1后氢气与新鲜空气混合进入转子机9，经历一个运转循环后燃烧废气进入尾气管路P3，一部分废气流入大气，另一部分在开关K开启时，依次流经开关K，中冷器4，废气体积流量传感器3后流入进气管路P1。此外，ECU E分别输出第二信号A2、第三信号A3和第六信号A6至开关K、氢气喷嘴7和氢气体积流量计11，同时ECU E还接收来自空气体积流量计2输出的第一信号A1、进气压力传感器6输出的第四信号 A4和转速传感器10输出的第五信号A5。
氢气通过氢气供给管路P2进入进气管路P1，与进气管路P1内的新鲜空气和排气管路P3中经过冷却的燃烧废气混合，进入转子机燃烧室内燃烧，后排出至大气。
结合EGR的纯氢燃料转子机包括以下控制过程：
转子发动机ECU E接收来自进气压力传感器6的第四信号A4和转速传感器10的第五信号A5，根据第四信号A4和第五信号A5来判断发动机所处的转速n以及进气道绝对压力P，基于这两个参数确定所处工况：
由于氢气极易点燃，不需加浓即可顺利起动发动机，因此为了减少氢耗，选择在起动阶段选择稀薄燃烧。当转子机转速n由n＝0变为n≠0时，此时为起动阶段，起动阶段设为3秒，ECU E根据空气体积流量计2的第一信号 A1，输出第六信号A6至氢气体积流量计11，使得过量空气系数λ＝1.8。
在正常运行阶段，为了保证氢转子机具有足够的动力性，因此选择化学计量比燃烧，同时，由于选择化学计量比会引起回火这一问题，故而在此阶段还采用废气再循环，通过进气中加入残余废气抑制氢气的回火问题。此外，回火强度随着转速与进气道绝对压力的升高而升高，所以EGR率协同工况进行选择，在不同工况下选择适合的EGR率。转子机转速0<n≤7000r/min时，此时为正常运行阶段，采取结合EGR的化学计量比燃烧。ECU E根据空气体积流量计2的第一信号A1，输出第六信号A6至氢气体积流量计11，使得过量空气系数λ＝1。此外，ECU E根据接收的进气压力传感器6的第四信号A4和转速传感器10的第五信号A5，分别获得当前进气压力P(kPa)和转速n，输出第二信号A2至开关K调节其开度D，通过开度改变影响EGR 率，其逻辑为EGR率＝0.15*(n/7000+P/100)。其中，EGR率最大仅可达到 0.3，这是考虑到过高的EGR率会使得燃烧无法正常进行并且会对转子机性能产生过多的负面影响。
当转子机转速n>7000r/min时，此时为超高速运行，过高的转速会引发更多不可控的危险，因此，为保证安全性，ECU E输出第三信号A3至氢气喷嘴7，停止氢气供给。
其中，过量空气系数λ＝Vair/(VH2*2.38)，Vair(SLM)为空气的体积流量，VH2(SLM)为氢气的体积流量。EGR率＝Vexhaust/(Vair+Vexhaust)，其中， Vexhaust(SLM)为进入进气管路P1的燃烧废气的体积流量。

Claims (1)

1.一种结合EGR的纯氢燃料转子机控制方法，所应用装置包括：进气管路(P1)，其上依次串联有空气滤清器(1)、空气体积流量计(2)、节气门(5)、进气压力传感器(6)；氢气供给管路(P2)，其上依次串联有：氢气罐(13)、氢气压力调节阀(12)、氢气体积流量计(11)、阻火器(8)、氢气喷嘴(7)，氢气喷嘴(7)将氢气喷入进气管路(P1)后氢气与新鲜空气混合进入转子机(9)，经历一个运转循环后燃烧废气进入尾气管路(P3)，一部分废气流入大气，另一部分在开关(K)开启时，依次流经开关(K)，中冷器(4)，废气体积流量传感器(3)后流入进气管路(P1)；此外，ECU(E)分别输出第二信号(A2)、第三信号(A3)和第六信号(A6)至开关(K)、氢气喷嘴(7)和氢气体积流量计(11)，同时ECU(E)还接收来自空气体积流量计(2)输出的第一信号(A1)、进气压力传感器(6)输出的第四信号(A4)和转速传感器(10)输出的第五信号(A5)；
其特征在于：
当转子机转速n由n＝0变为n≠0时，此时为起动阶段，在后续3秒内采取稀薄燃烧，ECU(E)根据空气体积流量计(2)的第一信号(A1)，输出第六信号(A6)至氢气体积流量计(11)，使得过量空气系数λ＝1.8；
当转子机转速0<n≤7000r/min时，此时为正常运行阶段；ECU(E)根据空气体积流量计(2)的第一信号(A1)，输出第六信号(A6)至氢气体积流量计(11)，使得过量空气系数λ＝1；此外，ECU(E)根据接收的进气压力传感器(6)的第四信号(A4)和转速传感器(10)的第五信号(A5)，分别获得当前进气压力P和转速n，其中进气压力P的单位为kPa，输出第二信号(A2)至开关(K)调节其开度，通过开度改变影响EGR率，其逻辑为EGR率＝0.15*(n/7000+P/100)；
当转子机转速n>7000r/min时，此时为超高速运行，ECU(E)输出第三信号(A3)至氢气喷嘴(7)，停止氢气供给；
其中，过量空气系数λ＝Vair/(VH2*2.38)，Vair为空气的体积流量，VH2为氢气的体积流量；EGR率＝Vexhaust/(Vair+Vexhaust)，其中，Vexhaust为进入进气管路(P1)的燃烧废气的体积流量。
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