專利名稱：熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)，涉及用熱廢 氣再循環(huán)裝置，降低氫內(nèi)燃機(jī)的氮氧化物排放。
背景技術(shù)：
隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和石油燃料減少帶來(lái)的壓力，內(nèi)燃機(jī)研究人 員一直在尋找清潔的、可循環(huán)利用的替代燃料。此外由于全球變暖問(wèn)題越 來(lái)越受到關(guān)注，減少二氧化碳等溫室氣體排放成為各國(guó)的共識(shí)。近年來(lái)國(guó) 際上廣泛開(kāi)展了對(duì)氫內(nèi)燃機(jī)的研究工作。
以氫為燃料的內(nèi)燃機(jī)，其完全燃燒的產(chǎn)物是水，完全不產(chǎn)生二氧化碳
排放，也沒(méi)有傳統(tǒng)石油燃料所產(chǎn)生的CO、 HC和碳煙等污染物，其唯一的 排放物為高溫燃燒下所產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)。
氫內(nèi)燃機(jī)的NOx排放與其混合氣的濃度密切相關(guān)。試驗(yàn)表明在當(dāng)量燃 空比小于0.5的情況下，氮氧化物(NOx)排放極低，可以利用稀薄燃燒來(lái) 降低NOx排放，但會(huì)使氫內(nèi)燃機(jī)的功率密度下降；在當(dāng)量燃空比超過(guò)0.5 后，NOx排放量迅速上升，約在0.8 0.9之間達(dá)到峰值；此后隨著當(dāng)量燃 空比增加，NOx排放量開(kāi)始下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)理論燃空比時(shí)，經(jīng)過(guò)三元催化器 催化后的NOx排放極其微少。在氫內(nèi)燃機(jī)開(kāi)發(fā)中要盡可能避免工作在混合 氣當(dāng)量燃空比為0.5 1的區(qū)間內(nèi)，必然帶來(lái)運(yùn)行參數(shù)及功率輸出的不連續(xù)， 控制系統(tǒng)變得十分復(fù)雜。如何使氫內(nèi)燃機(jī)使用高濃度的混合氣運(yùn)行而又不 增加NOx排放一直是研究人員致力解決的問(wèn)題。
排氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculation, EGR)是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中解決 NOx排放的有效手段，采用EGR后增大了缸內(nèi)氣體的比熱容，減小了燃燒 速度，從而降低了燃燒溫度，減少了NOx排放，這一技術(shù)獲得了較多的應(yīng) 用。但在氫內(nèi)燃機(jī)中，燃燒產(chǎn)物中沒(méi)有C02，主要燃燒產(chǎn)物為水與未燃氮?dú)?，無(wú)法利用再循環(huán)排氣的熱惰性作用。
在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中，采用排氣再循環(huán)技術(shù)一般需要對(duì)再循環(huán)排氣進(jìn)行中
冷，以達(dá)到更好的降低NOx排放的效果。但在氫內(nèi)燃機(jī)中，經(jīng)過(guò)冷卻的再 循環(huán)排氣造成水的大量冷凝，不但排水會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，也使得發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)復(fù) 雜，還會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的零部件腐蝕與機(jī)油變質(zhì)。
上述兩方面可以看出，氫內(nèi)燃機(jī)中EGR作用機(jī)理與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)不同。 因此設(shè)計(jì)出一種使用熱EGR控制排放與調(diào)節(jié)負(fù)荷的裝置，既可以規(guī)避 因傳統(tǒng)EGR冷卻所帶來(lái)的問(wèn)題，又能連續(xù)調(diào)節(jié)功率輸出，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)， 滿足氫內(nèi)燃機(jī)全工況穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)要求，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)氫內(nèi)燃機(jī)全工況的低 NOx排放，將具有重大實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一套解決氫內(nèi)燃機(jī)使用高濃度混合氣時(shí)高NOx 排放的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提出了一種熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī) 排放的裝置，包括安裝于進(jìn)氣管上的節(jié)氣門(mén)；從排氣管引出并且與進(jìn)氣 管連通的排氣再循環(huán)管路；設(shè)置在排氣再循環(huán)管路上的排氣再循環(huán)閥，用 于控制再循環(huán)廢氣的流量，以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，該發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù) 氫內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷控制節(jié)氣門(mén)和排氣再循環(huán)閥的操作，其中當(dāng)氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng) 前負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷的50%時(shí)，該控制單元啟動(dòng)排氣再循環(huán)閥打開(kāi)同時(shí)控 制節(jié)氣門(mén)減小節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，從而使氫內(nèi)燃機(jī)的混合氣濃度的當(dāng)量燃空比從 小于0.5的值快速達(dá)到或者濃于化學(xué)當(dāng)量比。
在本發(fā)明中，排氣再循環(huán)管路中的再循環(huán)廢氣未經(jīng)過(guò)中冷器直接進(jìn)入 進(jìn)氣系統(tǒng)。
優(yōu)選的是，當(dāng)氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷小于額定負(fù)荷的50%時(shí)，該控制單 元控制EGR閥不工作。
優(yōu)選的是，當(dāng)氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷的50%時(shí)，該控制單 元控制EGR閥以一定的速率打開(kāi)并且同時(shí)該控制單元控制節(jié)氣門(mén)使節(jié)氣門(mén)開(kāi)度從完全打開(kāi)迅速減小到一預(yù)定開(kāi)度值a ，以及在當(dāng)前負(fù)荷達(dá)到額定負(fù) 荷的60%時(shí)，該控制單元控制EGR閥完全打開(kāi)并且同時(shí)控制節(jié)氣門(mén)從該預(yù) 定開(kāi)度值a逐漸回到完全打開(kāi)，使得在當(dāng)前負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷的50%達(dá)到 額定負(fù)荷的60%期間混合氣的當(dāng)量空燃比等于或濃于化學(xué)計(jì)量比。
優(yōu)選的是，當(dāng)氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷的60%時(shí)，隨著負(fù)荷 的進(jìn)一步增大，該控制單元控制EGR閥使得EGR閥開(kāi)度逐步減小，當(dāng)負(fù) 荷達(dá)到額定負(fù)荷的100%時(shí)，EGR閥完全關(guān)閉。
優(yōu)選的是，EGR閥由比例電磁閥和閥位置傳感器構(gòu)成。 優(yōu)選的是，混合氣的濃度由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷來(lái) 初步確定，再根據(jù)氧傳感器反饋的排氣氧濃度來(lái)修正計(jì)算。 一組EGR管路 將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣弓I入進(jìn)氣管。EGR管路的氣體入口位于三元催化器后、 消音器前的排氣總管上；氣體出口位于進(jìn)氣管集氣腔節(jié)氣門(mén)后。 有益效果
采用發(fā)明使用熱排氣再循環(huán)來(lái)控制排放，既可以規(guī)避因EGR冷卻所帶 來(lái)的問(wèn)題，又能連續(xù)調(diào)節(jié)功率輸出，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，滿足氫內(nèi)燃機(jī)全工況 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)要求，同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)氫內(nèi)燃機(jī)全工況的低NOx排放。


圖1為氫內(nèi)燃機(jī)排氣再循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及原理。
圖2為氫內(nèi)燃機(jī)混合氣濃度變化規(guī)律。
圖3為排氣再循環(huán)閥開(kāi)度隨著氫內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷的變動(dòng)規(guī)律。
圖4為節(jié)氣門(mén)開(kāi)度隨著氫內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷的變動(dòng)規(guī)律。
圖中1.電子節(jié)氣門(mén)及節(jié)氣門(mén)位置傳感器，2.電控排氣再循環(huán)閥及閥 位置傳感器(EGR)， 3.排氣再循環(huán)管路，4.排氣氧傳感器，5.三元催化 器，6.曲軸位置傳感器，7.凸輪軸位置傳感器，8.油門(mén)位置傳感器，9.發(fā) 動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的氫內(nèi)燃機(jī)熱排氣再循環(huán)系統(tǒng)包括安裝于進(jìn)氣管上的電子節(jié)氣門(mén)1，位于氣缸蓋上的凸輪軸位置傳 感器7和位于機(jī)體上的曲軸位置傳感器6，安裝于排氣管集氣腔上的排氣氧
濃度傳感器4，與排氣管相連接的三元催化器5，從排氣總管引出的排氣再 循環(huán)管路3，在連接排氣與進(jìn)氣的再循環(huán)管路3上安裝了電控EGR閥2來(lái) 控制再循環(huán)廢氣的流量，油門(mén)位置傳感器8提供駕駛員需求信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī) 控制單元9。
排氣再循環(huán)管路3將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣引入進(jìn)氣管。排氣再循環(huán)管路3 的氣體入口位于三元催化器5后、消音器前的排氣總管上；氣體出口位于 進(jìn)氣管集氣腔節(jié)氣門(mén)后。
曲軸位置和凸輪軸位置傳感器6和7向ECU提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和各缸工 作狀態(tài)信號(hào)。氧傳感器4安裝于催化器5前端，向ECU提供排氣中氧濃度 信號(hào)。油門(mén)位置傳感器8用于向ECU反映發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元接收曲軸、凸輪軸位置傳感器，油門(mén)位置傳感器和氧 傳感器的信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，并驅(qū)動(dòng)排氣再循環(huán)閥2和電子節(jié) 氣門(mén)l按照設(shè)定的策略動(dòng)作。
電控排氣再循環(huán)閥2由比例電磁鐵和位置傳感器組成。通過(guò)接收ECU 傳來(lái)的信號(hào)控制電磁閥的開(kāi)度，位置傳感器則向ECU發(fā)送電磁閥當(dāng)前位置 的反饋信號(hào)。
電子節(jié)氣門(mén)1由步進(jìn)電機(jī)和位置傳感器組成。步進(jìn)電機(jī)按照ECU發(fā)出 的指令帶動(dòng)蝶閥運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的角度，位置傳感器則向ECU反饋當(dāng)前蝶閥的 位置信號(hào)。
三元催化器5的基體材料由陶瓷粉末燒結(jié)而成，上面覆蓋有貴金屬鉑 和鈀的混合物。高溫廢氣中的氫氣通過(guò)貴金屬的催化與NOx發(fā)生反應(yīng)，氫 氣被氧化成水，而NOx被還原為氮?dú)狻?br> 整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程為當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECU根據(jù)曲軸和凸輪軸位 置傳感器發(fā)送的信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，根據(jù)油門(mén)位置傳感器判斷發(fā) 動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。得到轉(zhuǎn)速和負(fù)荷后，由事先存儲(chǔ)在內(nèi)存中轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的二維 映射圖表查詢出當(dāng)前需要的噴氫量。此工況下對(duì)應(yīng)的當(dāng)量燃空比通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行標(biāo)定可以得到，但由于實(shí)際工作過(guò)程中瞬態(tài)工況下進(jìn)氣的波動(dòng)， 還需根據(jù)氧傳感器反饋的氧濃度計(jì)算出修正量才能夠得到準(zhǔn)確的當(dāng)量燃空 比，并作為控制排氣再循環(huán)閥動(dòng)作的輸入量之一，實(shí)現(xiàn)此工作過(guò)程的、帶
熱排氣再循環(huán)系統(tǒng)的氫內(nèi)燃機(jī)混合氣濃度變化范圍如圖2所示。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷小于20%時(shí)，隨著負(fù)荷的增加，噴氫量逐漸增加，同時(shí) 節(jié)氣門(mén)開(kāi)度隨之增大，使得混合氣當(dāng)量燃空比始終保持02左右。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī) 負(fù)荷處于20%時(shí)，節(jié)氣門(mén)完全打開(kāi)，如圖4所示。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的進(jìn)一 步增加，噴氫量繼續(xù)增大，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度保持不變，則混合氣當(dāng)量燃空比繼 續(xù)增大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷達(dá)到50%后，此時(shí)的當(dāng)量燃空比大約03左右。若 負(fù)荷進(jìn)一步增大，噴氫量也隨之增加，則混合氣當(dāng)量燃空比超過(guò)03， NOx 排放會(huì)迅速增加到不可接受的排放水平。那么此時(shí)就需要采用EGR來(lái)抑止 NOx排放。
由前文所述，當(dāng)混合氣當(dāng)量燃空比在0.5 1的區(qū)間內(nèi)，NOx排放會(huì)十 分嚴(yán)重。因此當(dāng)負(fù)荷超過(guò)50%后，混合氣當(dāng)量燃空比超過(guò)0.5，為避開(kāi)運(yùn)行 在排放糟糕的區(qū)間，同時(shí)由于混合氣達(dá)到化學(xué)計(jì)量比之后，NOx排放會(huì)迅 速下降，三元催化器也開(kāi)始起效還原NOx。使得最終排放的NOx進(jìn)一步降 低，故需使得混合氣當(dāng)量燃空比迅速達(dá)到化學(xué)計(jì)量比。在負(fù)荷略超過(guò)50% 時(shí)進(jìn)行排氣再循環(huán)使混合氣處于化學(xué)計(jì)量比，則需要很大的排氣再循環(huán)流 量，同時(shí)也對(duì)排氣再循環(huán)閥的響應(yīng)提出了比較高的要求。為了能控制混合 氣迅速達(dá)到化學(xué)計(jì)量比，需要節(jié)氣門(mén)1和排氣再循環(huán)閥2同時(shí)運(yùn)動(dòng)。
為此，在負(fù)荷略超過(guò)50%后排氣再循環(huán)閥以一定的速度打開(kāi)，負(fù)荷達(dá) 到60%時(shí)排氣再循環(huán)閥全部打開(kāi)。這樣的開(kāi)啟策略使得排氣再循環(huán)廢氣的 引入不會(huì)造成扭矩太大的波動(dòng)。節(jié)氣門(mén)在負(fù)荷略超過(guò)50%后迅速減小到開(kāi) 度a，減少進(jìn)入的新鮮空氣， 一方面使得混合氣當(dāng)量燃空比增加，另一方 面使得進(jìn)排氣壓差增大，排氣再循環(huán)廢氣能夠迅速、足夠的進(jìn)入到進(jìn)氣管 中，提高了控制的響應(yīng)性。節(jié)氣門(mén)開(kāi)度a (如圖4所示)通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo) 定，需保證在此開(kāi)度下，通過(guò)減少新鮮空氣量和引入排氣再循環(huán)氣體，使 得混合氣當(dāng)量燃空比為化學(xué)計(jì)量比。之后節(jié)氣門(mén)隨著負(fù)荷的增大，噴氫量的增加，排氣再循環(huán)閥開(kāi)度的增加而逐步打開(kāi)，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到60%后，節(jié)氣 門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)。節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的增加配合排氣再循環(huán)閥開(kāi)度的增加進(jìn)行， 使得混合氣始終保持在當(dāng)量燃空比附近，避免了新鮮空氣過(guò)分減少導(dǎo)致的 未燃?xì)湓黾印?br> 負(fù)荷超過(guò)60%后，此時(shí)混合氣當(dāng)量燃空比的控制完全由排氣再循環(huán)閥 的開(kāi)度來(lái)進(jìn)行。隨著噴氫量繼續(xù)增加，氫氣完全燃燒所需的空氣量也逐步 增大，排氣再循環(huán)閥隨著負(fù)荷的增大以一定的速率關(guān)閉，以減少進(jìn)入的排 氣再循環(huán)廢氣，維持混合氣處于化學(xué)計(jì)量比狀態(tài)。當(dāng)負(fù)荷處于100%時(shí)，不 需進(jìn)行排氣再循環(huán)混合氣也將處于化學(xué)計(jì)量比狀態(tài)，因此排氣再循環(huán)閥完 全關(guān)閉。
在上述負(fù)荷變化范圍中，節(jié)氣門(mén)、排氣再循環(huán)閥的開(kāi)啟、關(guān)閉變化規(guī) 律如圖3、 4所示。
整個(gè)系統(tǒng)的控制策略為
(1) 怠速與極小負(fù)荷(0-10%):節(jié)氣門(mén)、排氣再循環(huán)閥關(guān)閉，調(diào)整噴
氫量使得混合氣濃度逐步增加，從最低運(yùn)行濃度①1至經(jīng)濟(jì)運(yùn)行濃度^2;
(2) 小負(fù)荷(10-20%):節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增加至100%，通過(guò)調(diào)整噴氫量， 使氫內(nèi)燃機(jī)維持經(jīng)濟(jì)運(yùn)行濃度①2，此時(shí)NOx排放很低，EGR閥關(guān)閉；
(3) 中等負(fù)荷(20-50%):通過(guò)調(diào)整噴氫量，使氫內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷增加， 但控制當(dāng)量燃空比小于03，此時(shí)NOx排放很低，EGR閥關(guān)閉；
(4) 高中負(fù)荷(50-60%):排氣再循環(huán)閥逐步打開(kāi)，在負(fù)荷達(dá)到60% 時(shí)完全打開(kāi)；與此同時(shí)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度迅速減小到開(kāi)度a，使得此時(shí)的混合 氣快速達(dá)到①4 (化學(xué)計(jì)量比或稍濃)狀態(tài)，之后隨著負(fù)荷的增大而逐步增 大開(kāi)度，當(dāng)負(fù)荷為60%時(shí)節(jié)氣門(mén)完全打開(kāi)。排氣再循環(huán)閥、節(jié)氣門(mén)、氫氣 噴嘴聯(lián)動(dòng)保證在此負(fù)荷變化期間混合氣濃度的快速切換；
(5) 大負(fù)荷(60-100%):隨著負(fù)荷的進(jìn)一步增大，排氣再循環(huán)閥開(kāi)度 逐步減小，適當(dāng)增加噴氫，維持在①4濃度，利用催化器進(jìn)一步降低NOx， 當(dāng)負(fù)荷達(dá)到100%時(shí)，排氣再循環(huán)閥完全關(guān)閉。
下面，參照?qǐng)D2，結(jié)合圖3和圖4來(lái)說(shuō)明具體的控制過(guò)程在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU) 9實(shí)時(shí)接收曲軸位置傳 感器6和凸輪軸位置傳感器7發(fā)送的信號(hào)，并計(jì)算出當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和 發(fā)火氣缸。油門(mén)位置傳感器8感受油門(mén)踏板的位置從而反映出駕駛員對(duì)于 動(dòng)力的需求，并向ECU傳遞lt號(hào)。ECU接收油門(mén)位置傳感器8的信號(hào)后計(jì) 算出發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，并査詢^先設(shè)定好的映射表格得到對(duì)應(yīng)的混合氣濃度， 利用氧傳感器4反饋回的氧濃度進(jìn)行修正后得到濃度的最終值。若發(fā)動(dòng)機(jī) 負(fù)荷小于50% (即混合氣濃度低于0 3=0.5，參見(jiàn)圖2)，則不開(kāi)啟排氣再循 環(huán)閥2，節(jié)氣門(mén)1依舊保持在全開(kāi)的位置。如圖2和圖3所示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù) 荷超過(guò)50%且混合氣濃度大于0.5 (即混合氣濃度大于03=0.5，參見(jiàn)圖2) 時(shí)，排氣再循環(huán)閥2按照一定的速率開(kāi)啟，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷為60%時(shí)達(dá)到最 大位置，同時(shí)為了保證混合氣迅速達(dá)到化學(xué)計(jì)量比，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷基本上 等于50%時(shí)節(jié)氣門(mén)1減小開(kāi)度至a以減少進(jìn)入的空氣量，開(kāi)度(i經(jīng)過(guò)標(biāo)定，
使得此工況下的混合氣處于化學(xué)計(jì)量比附近，即混合氣濃度為①4，如圖2 所述，04為化學(xué)計(jì)量比。隨著負(fù)荷的超過(guò)50%進(jìn)一步增大，噴氫量逐漸 增加，則節(jié)氣門(mén)1在負(fù)荷達(dá)到60%時(shí)回到全開(kāi)的位置，如圖4所示。當(dāng)負(fù) 荷超過(guò)60%后，隨噴氫量的增加排氣再循環(huán)閥2也逐漸減小開(kāi)度，如圖3 所示，始終使混合氣濃度等于或濃于化學(xué)計(jì)量比①4。排氣流過(guò)三元催化器 5時(shí)，廢氣中多余的氫氣和氮氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氫氣被氧化成水， 氮氧化物被還原為氮?dú)狻?br> 盡管結(jié)合上述優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該知道，本發(fā)明不 局限于所公開(kāi)的實(shí)施例，控制NOx排放生成的臨界混合氣濃度①3、以及 節(jié)氣門(mén)開(kāi)度a需要根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)類型進(jìn)行精確的標(biāo)定，本發(fā)明還可以 覆蓋各種改進(jìn)和落入本發(fā)明要求保護(hù)的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的等同布置。
權(quán)利要求
1、一種熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的裝置，其特征在于包括安裝于進(jìn)氣管上的節(jié)氣門(mén)；從排氣管引出并且與進(jìn)氣管連通的排氣再循環(huán)管路；設(shè)置在排氣再循環(huán)管路上的排氣再循環(huán)閥，用于控制再循環(huán)廢氣的流量，以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，該發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)氫內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷控制節(jié)氣門(mén)和排氣再循環(huán)閥的操作，其中當(dāng)氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷的50％時(shí)，該控制單元啟動(dòng)排氣再循環(huán)閥打開(kāi)同時(shí)控制節(jié)氣門(mén)減小節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，從而使氫內(nèi)燃機(jī)的混合氣濃度的當(dāng)量燃空比從小于0.5的值快速達(dá)到或者濃于化學(xué)當(dāng)量比。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的裝置， 其特征在于，排氣再循環(huán)管路與進(jìn)氣系統(tǒng)直接相連，即排氣再循環(huán)管路中 的再循環(huán)廢氣直接進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的裝置， 其特征在于，當(dāng)氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷小于額定負(fù)荷的50。/。并且氫內(nèi)燃機(jī)的 混合氣濃度的當(dāng)量燃空比小于0.5時(shí)，該控制單元控制排氣再循環(huán)閥保持關(guān) 閉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l一3之一所述的熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的 裝置，其特征在于，當(dāng)氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷的500%時(shí)，該控 制單元控制排氣再循環(huán)閥打開(kāi)并且同時(shí)該控制單元控制節(jié)氣門(mén)使節(jié)氣門(mén)開(kāi) 度從完全打開(kāi)迅速減小到預(yù)定開(kāi)度值a ，以及在當(dāng)前負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷的 60%時(shí)，該控制單元控制排氣再循環(huán)閥完全打開(kāi)并且同時(shí)控制節(jié)氣門(mén)從該 預(yù)定開(kāi)度值a逐漸回到完全打開(kāi)，使得在當(dāng)前負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷的50%達(dá) 到額定負(fù)荷的60%期間混合氣的當(dāng)量空燃比等于或濃于化學(xué)計(jì)量比。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的裝置， 其特征在于當(dāng)氫內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷的60%時(shí)，隨著負(fù)荷的 進(jìn)一步增大，該控制單元控制排氣再循環(huán)閥使得排氣再循環(huán)閥開(kāi)度逐步減 小，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷的100%時(shí)，排氣再循環(huán)閥完全關(guān)閉。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的裝置，其特征在于，排氣再循環(huán)閥由比例電磁閥和閥位置傳感器構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的裝置， 其特征在于，混合氣的濃度由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷來(lái)確 定，再根據(jù)氧傳感器反饋的排氣氧濃度來(lái)修正計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱排氣再循環(huán)控制氫內(nèi)燃機(jī)排放的裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元實(shí)時(shí)接收曲軸、凸輪軸、油門(mén)的位置傳感器信號(hào)，并計(jì)算轉(zhuǎn)速、發(fā)火氣缸及負(fù)荷，查表獲得混合氣濃度初始值，并利用氧傳感器反饋修正得到最終混合氣濃度。若混合氣濃度小于0.5，則不開(kāi)啟排氣再循環(huán)閥，節(jié)氣門(mén)依舊保持在全開(kāi)的位置。當(dāng)混合氣濃度大于0.5時(shí)，排氣再循環(huán)閥迅速開(kāi)啟至最大位置，同時(shí)減小節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟角度以減少進(jìn)入的空氣量。隨著負(fù)荷增大，噴氫量逐漸增加，節(jié)氣門(mén)回到全開(kāi)位置，排氣再循環(huán)閥也逐漸減小開(kāi)度，始終使混合氣濃度等于或濃于化學(xué)計(jì)量比。排氣流過(guò)三元催化器時(shí)，廢氣中多余的氫氣和氮氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，進(jìn)一步降低排放。
文檔編號(hào)F02B43/10GK101424230SQ20081018323
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者劉福水, 孫大偉, 孫柏剛 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)