[发明专利]氢燃料发动机异常燃烧的控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及氢燃料发动机异常燃烧的控制方法和装置。

背景技术

氢燃料在能源和环保方面具有独特优势,被认为是最具前景的未来汽车发动机的主导燃料之一，但是由于氢独特的物理化学性质，作为发动机代用燃料的氢容易发生早燃、回火等异常燃烧问题，当量比较大时尤甚；减小当量比会导致发动机动力性下降。因此控制回火、早燃等异常燃烧，并且协调解决异常燃烧与提高氢燃料发动机功率的矛盾是推动氢发动机技术进步的关键。 

进气管回火，是指在进气过程中，进气门尚未关闭时，缸内火焰传播到进气管并引燃进气管内的氢空气混合气，或进气管内的氢空气混合气被缸内或进气门炽热点点燃的一种不正常燃烧现象。回火一般伴随着早燃（早燃是指气缸内混合气在火花塞点燃之前被缸内炽热点点燃的现象）而发生。回火通常发生在较浓混合气工况，高速时更易于发生。当氢发动机发生回火时，正常的工作过程遭到破坏，功率下降，经济性变差，严重时使发动机熄火，因此必须抑制氢发动机的回火。

近年来，伴随计算机和控制技术的飞速发展，传统石油燃料发动机的电控技术已经逐步实用化，但目前对于氢发动机的研究并不多见，关于氢发动机电控技术研究非常少。虽然袁银南等人在改装的奇瑞SQR480发动机上对电控喷氢系统进行了研究，提出了运用PWM驱动高速开关型数字电磁阀能有效的控制喷氢量；杜天申等人对应用单片机控制氢--汽油双燃料发动机回火进行了探讨，提出应用51系列单片机，实现不同工况下进气管定时、定量喷氢，有效地抑制回火的发生，但控制回火、早燃等异常燃烧、同时兼顾氢燃料发动机回火与提高功率之间的矛盾这个问题仍有待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢燃料发动机异常燃烧的控制方法和装置，以解决现有氢燃料发动机早燃、回火异常燃烧和氢燃料发动机回火与提高功率之间的矛盾。

本发明的氢燃料发动机回火的控制方法技术方案如下：当氢燃料发动机发生回火时，根据回火强度的不同分别采取调整点火正时或调整点火正时和进气管喷水量并联分步方式抑制回火。

当氢发动机发生回火时，首先计算回火强度，令回火强度的表征函数为 ，其中y表示进气管压力强度；再计算回火抑制度，令回火抑制度的表征函数为，其中x为点火正时，z为进气管喷水率；判断回火强度是否大于回火强度门槛值，若是回火强度大于回火强度门槛值则调用回火抑制度与点火正时及喷水率函数，再调整点火正时与喷水量并兼顾动力性，若是回火强度小于回火强度门槛值，则调用回火抑制度与点火正时函数，再调整点火正时并兼顾动力性。

所述调整点火正时与喷水量并兼顾动力性，调整点火正时并兼顾动力性，是由试验确定点火正时或喷水量与氢发动机的动力性或经济性的关系、点火正时或喷水量与氢发动机的早燃或回火的关系、综合点火正时或喷水量与氢发动机的动力性或经济性，以及与早燃或回火的关系；然后通过对这些试验数据拟合得到关系曲线的方程，或是将描述它们关系的离散值在发动机标定时预先存储在微处理器中，使用时，根据发动机工作状况查询、调用相应值。

本发明的氢燃料发动机异常燃烧的控制方法的技术方案如下：首先根据采集到的早燃、回火信号来判断氢燃料发动机是否发生早燃、回火；当氢燃料发动机发生早燃时，采取调整点火正时的方式抑制早燃；当氢燃料发动机发生回火或发生早燃并且发生回火时，根据回火强度的不同分别采取调整点火正时或调整点火正时和进气管喷水量并联分步方式抑制回火。

 氢燃料发动机发生早燃时，首先计算早燃强度，令早燃强度的表征函数为，其中表示气缸压力强度；再计算早燃抑制度，令早燃抑制度的表征函数为表征函数                                                ，且，其中为点火正时，是大于1的常数；再调用早燃抑制度与点火正时函数；判断负荷强度是否大于负荷强度门槛值，若是负荷强度大于负荷强度门槛值，则调整点火正时并兼顾动力性，若负荷强度小于负荷强度门槛值，则调整点火正时并兼顾经济性。

所述调整点火正时并兼顾动力性或经济性，是由试验确定点火正时与氢发动机的动力性或经济性的关系的，令燃氢有效热效率（经济性）的评价函数为，，当满足时有效热效率最大，其中为最大早燃抑制度。