[发明专利]富氢混合气燃料发动机可燃混合气浓度控制方法及其控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种富氢混合气燃料发动机可燃混合气浓度控制方法及其控制装置，属于发动机燃料供给系统。

背景技术

可燃混合气浓度是影响发动机动力性、经济性和排放的重要运行参数，其表示方法有“过量空气系数(λ)”和“空燃比(AF)”两种。

理想的可燃混合气浓度随发动机工况的变化关系，即混合气浓度控制策略是发动机产品开发的重要环节，也是发动机燃料供给系统的重要设计依据。混合气浓度控制策略与发动机性能要求、结构类型、使用的燃料和用途等有关，目前不同种类的发动机均有各自不同的混合气浓度控制策略。

例如，化油器式汽油机的可燃混合气是在缸外以预混合方式形成的，理想的过量空气系数λ随发动机工况的变化关系如图1所示，怠速时，要求λ≈0.6，发动机在一定的转速下由小负荷向中等负荷过渡时，要求λ逐渐增大至经济混合气，即λ≈1.1，由中等负荷变化到大全负荷时，要求λ减小至功率混合气，即λ≈0.88。以这种混合气浓度控制策略为特征的汽油机的主要特点是：①燃料供给系统结构简单、工作可靠；②混合气浓度为“量调节”方式，  无法实现精确控制，动力性与经济性差且两者矛盾难以统一；③难以满足日益严格的排放法规要求。

又如，装有三元催化转换器的电控汽油喷射汽油机，由于只有在混合气的过量空气系数λ＝1.0附近时催化转换器对HC、CO和NO_x的净化率才能同时达到最大，所以这种发动机的混合气浓度控制策略是在所有的工作范围内过量空气系数λ≈1.0，如图2所示。其特点是：①实现了空燃比的反馈精确控制；②动力性与经济性均较好；③在发动机气缸外有效控制了有害物质的排放。

上述发动机混合气浓度控制策略共同存在的问题是：①以汽油为燃料，没有摆脱对石油的过分依赖；①无法实现混合气稀薄燃烧，不能在发动机气缸内有效降低有害物质的排放。

随着石油资源的日益匮乏和排放法规的日趋严格，发动机领域研究人员一直在对包括醇类和氢能在内的新能源技术进行应用研究，其中乙醇改质技术是利用发动机余热将乙醇在特定的装置中进行改质得到富氢混合气，并在发动机缸内点燃作功。从已有的专利或研究资料看，这项技术的重点集中在利用发动机余热制备富氢混合气的硬件上，燃用富氢混合气燃料发动机混合气浓度的控制策略及其实现方法尚为空白。

本发明人自1983年起至今，先后对甲醇、液化石油气、压缩天然气、含水酒精等代用燃料在BJ492Q、CY6102、CY4102、DC6110、SH6114、BJ492和EQ6100等发动机上的应用技术进行了系统深入的研究，通过了技术鉴定，获得了“柴油机掺烧液化石油气燃料供给装置(ZL00 2 29897.X)”和“柴油机掺烧压缩天然气燃料供给装置(ZL 02 279417.4)”二项国家实用新型专利。

发明内容

本发明的目的是针对燃用富氢混合气燃料发动机提出了以稀薄燃烧为主要特征的混合气浓度控制策略，并设计了“量调节”与“质调节”相结合的富氢混合气燃料发动机可燃混合气浓度控制装置。

本发明的技术方案：本发明的富氢混合气燃料发动机可燃混合气浓度控制方法在于：

1)燃用富氢混合气燃料发动机可燃混合气浓度的控制满足：

①在发动机所有工作工况范围内1.0≤λ≤1.5，实现可燃混合气稀薄燃烧；

②发动机在常用工况40％～80％负荷时，1.2≤λ≤1.5；

2)富氢混合气燃料发动机可燃混合气浓度采用“量调节”与“质调节”相结合的方法进行控制。

所述的富氢混合气燃料发动机可燃混合气浓度控制方法，发动机在某一转速下，空负荷时，过量空气系数λ＝1.0～1.03；随着负荷的增加，富氢混合气浓度逐渐变稀，至70％～80％负荷时，混合气浓度达到最稀，1.35≤λ≤1.5；当负荷由70％～80％增到100％过程中，混合气浓度快速地由最稀变浓，至100％负荷时λ＝1.0～1.02。