一种废气循环喷射控制装置及控制方法与流程

1.本发明涉及发动机废气再循环技术领域，特别涉及一种废气循环喷射控制装置及控制方法。


背景技术：

2.与其它燃料相比，氢气在宽广的温度和压力范围内都具有很高的火焰传播速率，即使在稀混合气条件下仍具有很高的火焰传播速率，燃烧时间缩短。同时，氢气的稀燃能力比其它燃料强，发动机可以在稀混合气下稳定工作。
3.现有专利cn200610000803.2公开了一种氢燃料内燃机的控制方法与装置，本发明涉及一种用于氢发动机进气管燃料供给的控制方法与装置，此装置适用于一切以氢为燃料的内燃机，装置包括一组传感器提供反映氢供给系统及发动机状态和信息。其可实现氢气在最接近发动机进气阀座的位置喷入燃烧室，大大降低了进气管回火的可能性，以及降低nox的排放及控制早燃。但是，该装置并未将egr率和控制策略进行动态结合控制。
4.现有专利cn200810183235.3公开了一种热排气再循环控制氢内燃机排放的装置，本发明涉及一种热排气再循环控制氢内燃机排放的装置。通过发动机控制单元实时接收曲轴、凸轮轴、油门的位置传感器信号，并计算转速、发火气缸及负荷，查表获得混合气浓度初始值，并利用氧传感器反馈修正得到最终混合气浓度。根据混合气浓度决定是否开启废气再循环阀。但是该装置并未考虑减小氮氧化物的排放。
5.现有专利cn202111679669.4公开了一种发动机的氢气喷射的控制方法、系统、处理器及电子装置，本发明公开了一种发动机的氢气喷射的控制方法、系统、处理器及电子装置，发动机的氢气喷射的控制方法包括：启动车辆时发动机进入工作模式，其中，发动机至少包括如下部件：进气门、以及设置在气缸内的火花塞、活塞、燃烧室；采集发动机在工作周期内的工作数据，其中，工作数据包括：进气门的开度值最大时的打开时刻、进气门关闭时的关闭时刻、火花塞的点火时刻，以及活塞压缩至预设冲程时的冲程时刻；基于发动机在工作周期内的工作数据，生成至少一种控制指令，其中，控制指令用于控制喷射器在对应的控制时间内向发动机的燃烧室喷射不同占比的氢气量。但是该装置并未考虑设置通过燃烧特性进行反馈调节。
6.综上，现有技术当中，氢气发动机在进行废气排放的过程中无法将egr率和控制策略进行动态结合控制，也未考虑减小氮氧化物的排放以及未考虑通过燃烧特性进行反馈调节。


技术实现要素：

7.基于此，本发明的目的是提供一种废气循环喷射控制装置及控制方法，以至少解决上述现有技术当中的不足。
8.本发明提供一种废气循环喷射控制装置及控制方法，包括：
9.气缸，所述气缸上设有点火装置；
10.进气机构以及排气机构，均连接在所述气缸上；
11.循环机构，分别连接所述进气机构以及所述排气机构；
12.传感机构，设置在所述排气机构上；
13.ecu控制机构，分别与所述点火装置、所述进气机构、所述循环机构、所述传感机构电连接；
14.其中，所述传感机构用于采集所述排气机构上的数据，所述数据包括氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，所述ecu控制机构用于检测所述数据，并基于检测后的所述数据控制所述点火装置、所述进气机构以及所述循环机构，使得所述点火装置、所述进气机构以及所述循环机构相互协作调整喷氢策略，所述喷氢策略为通过所述循环机构将所述排气机构中的废气重新导回至所述进气机构中，并使得废气重新进入所述气缸内，同时通过ecu控制机构控制所述点火装置调整所述气缸内的点燃时间。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过ecu控制机构检测传感机构采集到的排气机构上的氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，若排气机构上的氮氧化物浓度数据不符合设定的阈值，此时通过ecu控制机构控制循环机构，以使排放的气体通过循环机构重新回到气缸内进行燃烧可以有效抑制发动机中的回火现象，并通过ecu控制机构控制点火装置以及进气机构调整喷氢策略，提高了氢气发动机的热效率，并能够有效减少污染物的排放。
16.进一步的，所述进气机构包括储气设备、导气管道、氢气喷嘴、进气管以及第一气门，所述氢气喷嘴的输入端通过所述导气管道连接所述储气设备，所述氢气喷嘴的另一端设于所述进气管上，所述进气管的一端通过所述第一气门连接在所述气缸上。
17.进一步的，所述进气管远离所述第一气门的一端通过中冷器连接有进气增压系统。
18.进一步的，所述储气设备通过电路与所述ecu控制机构电连接。
19.进一步的，所述排气机构包括排气管以及第二气门，所述排气管的输入端通过所述第二气门连接在所述气缸上。
20.进一步的，所述循环机构包括循环气管、egr以及电磁阀，所述循环气管的两端分别连接在所述进气机构以及所述排气机构上，所述egr与所述电磁阀均设置在所述循环气管上，所述电磁阀通过电路与所述ecu控制机构电连接。
21.进一步的，所述传感机构包括氮氧化物传感器、氧传感器以及排气温度传感器，所述氮氧化物传感器、所述氧传感器以及所述排气温度传感器沿排气方向依次布设在所述排气机构内。
22.进一步的，所述ecu控制机构通过电路分别与所述氮氧化物传感器、所述氧传感器、所述排气温度传感器电连接。
23.进一步的，所述ecu控制机构通过电路连接有曲轴转角传感器。
24.本发明还提出一种废气循环喷射控制方法，应用于上述的废气循环喷射控制装置，所述方法包括：
25.通过ecu控制机构检测排气机构上的氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，以得到检测后的数据；
26.基于所述检测后的数据建立排放污染度的表征函数以及发动机燃烧效率的表征
函数，同时基于所述排放污染度的表征函数以及所述发动机燃烧效率的表征函数建立燃烧和排放特性的函数，并设定排放污染度的阈值；
27.通过所述ecu控制机构检测氢气喷嘴中的氢气喷量、喷氢时刻以及喷氢压力，并基于所述氢气喷量、所述喷氢时刻以及所述喷氢压力构建喷氢策略表征函数，同时设置egr率的表征函数；
28.基于燃烧和排放特性的函数、喷氢策略表征函数以及所述egr率的表征函数构建发动机的特性关系函数；
29.判断排放污染物浓度与所述排放污染度的阈值大小，若排放污染物浓度超过所述排放污染度的阈值，则通过所述发动机的特性关系函数调整喷氢控制策略。
附图说明
30.图1为本发明第一实施例中的废气循环喷射控制装置的结构示意图；
31.图2为本发明第一实施例中的调整喷氢策略的控制流程图；
32.图3为本发明第二实施例中的废气循环喷射控制方法的流程图。
33.主要元件符号说明：
34.10、气缸；11、点火装置；
35.20、进气机构；21、储气设备；22、导气管道；23、氢气喷嘴；24、进气管；25、第一气门；26、中冷器；27、进气增压系统；
36.30、排气机构；31、排气管；32、第二气门；
37.40、循环机构；41、循环气管；42、egr；43、电磁阀；
38.50、传感机构；51、氮氧化物传感器；52、氧传感器；53、排气温度传感器；54、曲轴转角传感器；
39.60、ecu控制机构。
40.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
41.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
42.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
43.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
44.实施例一
45.请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的废气循环喷射控制装置，包括气缸10、
进气机构20、排气机构30、循环机构40、传感机构50以及ecu控制机构60。
46.所述气缸10上设有点火装置11，所述进气机构20以及所述排气机构30均连接在所述气缸10上，所述循环机构40分别连接所述进气机构20以及所述排气机构30，所述传感机构50设置在所述排气机构30上，所述ecu控制机构50分别与所述点火装置11、进气机构20、循环机构40、所述传感机构50电连接，其中，所述传感机构50用于采集所述排气机构30上的数据，所述数据包括氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，所述ecu控制机构60用于检测所述数据，所述ecu控制机构60还用于基于所述检测后的数据控制所述点火装置11、所述进气机构20以及所述循环机构40，使得所述点火装置11、所述进气机构20以及所述循环机构40相互配合调整喷氢策略，所述喷氢策略为通过循环机构40将所述排气机构30中的废气重新导回至所述进气机构20中，并使得废气重新进入所述气缸10内，同时通过ecu控制机构60控制所述点火装置11调整所述气缸11内的点燃时间。
47.可以理解的是，进气机构20将氢气导入气缸10内，并通过气缸10上的点火装置11进行点火，使得气缸10内的氢气被点燃推动气缸10进行工作，使得气缸10产生动力，点燃后的氢气会产生气体，气体通过排气机构30排出，此时排气机构30上的传感机构50采集排气机构30排出气体中的氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，由于ecu控制机构60与传感机构50电连接，使得ecu控制机构60能够检测出排气机构30上的氮氧化物的浓度、氧气浓度以及温度高低，在具体实施时，令排放污染度的表征函数为f(a)，发动机燃烧效率的表征函数为g(n，t)，其中n为氧浓度、t为排放温度，并建立排放污染度与燃烧效率的函数f1(f，g)，并设定排放污染物浓度阈值m，在本实施例中，ecu控制机构60通过检测进气机构20中的氢气流量、喷氢时刻、喷氢压力，令喷氢控制策略表征函数为f2(q，t，p)，其中，q为氢气流量、t为喷氢时刻、p为喷氢压力，设置egr率的表征函数为f3(η)，接着令g(f1，f2，f3)为发动机的特性关系，其中，f1表示排放污染度与燃烧效率的函数，f2表喷氢控制策略表征函数，f3表示egr率的表征函数，接着判断排放污染物浓度是否超过阈值m，若f(a)》m，则调用g(f1，f2，f3)函数，若f(a)《m，则调用g(g，f2，f3)函数，若排放污染物浓度未超过阈值m，通过函数进行调整喷氢策略后，仍需判断一次排放污染物是否超过阈值，直至结束，得到氢气最优控制喷射策略，如图2所示。通过上述实施过程，通过函数控制喷氢策略以及egr率对氢气发动机中的回火现象进行抑制，并有效的提高了氢气发动机的热效率，减少了污染物排放。
48.请参阅图1，在本实施例中，所述进气机构20包括储气设备21、导气管道22、氢气喷嘴23、进气管24以及第一气门25，所述氢气喷嘴23的输入端通过所述导气管道22连接所述储气设备21，所述氢气喷嘴23的另一端设于所述进气管24上，所述进气管24的一端通过所述第一气门25连接在所述气缸10上，所述进气管24远离所述第一气门25的一端通过中冷器26连接有进气增压系统27，所述储气设备21通过电路与所述ecu控制机构60电连接。
49.可以理解的是，储气设备21中存储大量的氢气，储气设备21中的氢气通过导气管道22到达氢气喷嘴23，然后氢气喷嘴23将氢气喷出，并通过进气管24以及第一气门25进入到气缸10中，此时气缸10中的点火装置11点火，使得氢气在气缸10内产生燃烧，氢气在进入到气缸10的过程中，此时通过进气增压系统27与中冷器26带动空气进入至气缸10中，使得氢气与空气在气缸10中产生燃烧。值得说明的是，储气设备21与ecu控制机构60电连接，可以使得ecu控制机构60能够控制储气设备21排出氢气的量，进而可以有效的调整喷氢策略。
50.请参阅图1所示，在本实施例中，所述排气机构30包括排气管31以及第二气门32，
所述排气管31的输入端通过所述第二气门32连接在所述气缸10上。所述循环机构40包括循环气管41、egr42以及电磁阀43，所述循环气管41的两端分别连接在所述进气机构20以及所述排气机构30上，所述egr42与所述电磁阀43均设置在所述循环气管41上，所述电磁阀43通过电路与所述ecu控制机构60电连接。
51.需要解释的是，循环气管41的两端分别连接在进气管24以及排气管31上，在调整喷氢策略使得排气污染物浓度小于阈值m时，污染物浓度较高的气体通过打开电磁阀43，然后经过循环气管41以及egr42，重新回到进气管24，然后再重新回到气缸10内燃烧，从而能够有效的提高了氢气发动机的热效率，减少了污染物排放。
52.请参阅图1，在本实施例中，所述传感机构50包括氮氧化物传感器51、氧传感器52以及排气温度传感器53，所述氮氧化物传感器51、所述氧传感器52以及所述排气温度传感器53沿排气方向依次布设在所述排气机构20内，所述ecu控制机构60通过电路分别与所述氮氧化物传感器51、所述氧传感器52、所述排气温度传感器53电连接。
53.需要解释的是，氮氧化物传感器51、氧传感器52以及排气温度传感器53依次布设在排气管31内，使得氮氧化物传感器51、氧传感器52以及排气温度传感器53能够采集到排气管31上排出气体中的氮氧化物数据、氧气数据以及排气温度数据，然后氮氧化物传感器51、氧传感器52以及排气温度传感器53将采集到的数据分别传输至ecu控制机构60，使得ecu控制机构60能够检测出排出气体中的氮氧化物数据、氧气数据以及排气温度数据。
54.进一步的，所述ecu控制机构60通过电路连接有曲轴转角传感器54。在发动机的飞轮壳上安装曲轴转角传感器54。
55.综上，本发明上述第一实施例当中的废气循环喷射控制装置，通过ecu控制机构60检测传感机构50采集到的排气机构30上的氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，若排气机构30上的氮氧化物浓度数据不符合设定的阈值，此时通过ecu控制机构60控制循环机构40，以使排放的气体通过循环机构40重新回到气缸内进行燃烧可以有效抑制发动机中的回火现象，并通过ecu控制机构60控制点火装置11以及进气机构调整喷氢策略，提高了氢气发动机的热效率，并能够有效减少污染物的排放。
56.实施例二
57.请参阅图3，本发明第二实施例提供一种废气循环喷射控制方法，应用于上述第一实施例中的废气循环喷射控制装置，所述方法包括步骤s101至步骤s105：
58.s101，通过所述ecu控制机构60检测所述排气机构20上的氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，以得到检测后的数据；
59.s102，基于所述检测后的数据建立排放污染度的表征函数以及发动机燃烧效率的表征函数，同时基于所述排放污染度的表征函数以及所述发动机燃烧效率的表征函数建立燃烧和排放特性的函数，并设定排放污染度的阈值；
60.在具体实施时，排放污染度的表征函数为f(a)，发动机燃烧效率的表征函数为g(n，t)，其中n为氧浓度、t为排放温度，并建立排放污染度与燃烧效率的函数f1(f，g)，排放污染物浓度阈值m。
61.s103，通过所述ecu控制机构60检测氢气喷嘴中的氢气喷量、喷氢时刻以及喷氢压力，并基于所述氢气喷量、所述喷氢时刻以及所述喷氢压力构建喷氢策略表征函数，同时设置egr率的表征函数；
62.在具体实施时，喷氢控制策略表征函数为f2(q，t，p)，其中，q为氢气流量、t为喷氢时刻、p为喷氢压力，设置egr率的表征函数为f3(η)。
63.s104，基于燃烧和排放特性的函数、喷氢策略表征函数以及所述egr率的表征函数构建发动机的特性关系函数；
64.在具体实施时，发动机的特性关系函数为g(f1，f2，f3)，其中，f1表示排放污染度与燃烧效率的函数，f2表喷氢控制策略表征函数，f3表示egr率的表征函数。
65.s105，判断排放污染物浓度与所述排放污染度的阈值大小，若排放污染物浓度超过所述排放污染度的阈值，则通过所述发动机的特性关系函数调整喷氢控制策略。
66.在具体实施时，判断排放污染物浓度是否超过阈值m，若f(a)》m，则调用g(f1，f2，f3)函数，若f(a)《m，则调用g(g，f2，f3)函数，若排放污染物浓度未超过阈值m，通过函数进行调整喷氢策略后，仍需判断一次排放污染物是否超过阈值，直至结束。通过上述实施过程，通过函数控制喷氢策略以及egr率对氢气发动机中的回火现象进行抑制，并有效的提高了氢气发动机的热效率，减少了污染物排放。
67.综上，本发明上述第二实施例当中的废气循环喷射控制方法，将喷氢策略与egr控制进行耦合，对于氢气发动机的回火、氮氧化物的排放过高等问题有着更优化的解决策略，同时对于氢气发动机本身的系统影响较小，控制方法具有可控性，可以明显提高氢气发动机的燃烧特性与排放特性。
68.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
69.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种废气循环喷射控制装置，其特征在于，包括：气缸，所述气缸上设有点火装置；进气机构以及排气机构，均连接在所述气缸上；循环机构，分别连接所述进气机构以及所述排气机构；传感机构，设置在所述排气机构上；ecu控制机构，分别与所述点火装置、所述进气机构、所述循环机构、所述传感机构电连接；其中，所述传感机构用于采集所述排气机构上的数据，所述数据包括氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，所述ecu控制机构用于检测所述数据，并基于检测后的所述数据控制所述点火装置、所述进气机构以及所述循环机构，使得所述点火装置、所述进气机构以及所述循环机构相互协作调整喷氢策略，所述喷氢策略为通过所述循环机构将所述排气机构中的废气重新导回至所述进气机构中，并使得废气重新进入所述气缸内，同时通过ecu控制机构控制所述点火装置调整所述气缸内的点燃时间。2.根据权利要求1所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述进气机构包括储气设备、导气管道、氢气喷嘴、进气管以及第一气门，所述氢气喷嘴的输入端通过所述导气管道连接所述储气设备，所述氢气喷嘴的另一端设于所述进气管上，所述进气管的一端通过所述第一气门连接在所述气缸上。3.根据权利要求2所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述进气管远离所述第一气门的一端通过中冷器连接有进气增压系统。4.根据权利要求2所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述储气设备通过电路与所述ecu控制机构电连接。5.根据权利要求1所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述排气机构包括排气管以及第二气门，所述排气管的输入端通过所述第二气门连接在所述气缸上。6.根据权利要求1所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述循环机构包括循环气管、egr以及电磁阀，所述循环气管的两端分别连接在所述进气机构以及所述排气机构上，所述egr与所述电磁阀均设置在所述循环气管上，所述电磁阀通过电路与所述ecu控制机构电连接。7.根据权利要求1所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述传感机构包括氮氧化物传感器、氧传感器以及排气温度传感器，所述氮氧化物传感器、所述氧传感器以及所述排气温度传感器沿排气方向依次布设在所述排气机构内。8.根据权利要求7所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述ecu控制机构通过电路分别与所述氮氧化物传感器、所述氧传感器、所述排气温度传感器电连接。9.根据权利要求1所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述ecu控制机构通过电路连接有曲轴转角传感器。10.一种废气循环喷射控制方法，应用于权利要求1至9任一项所述的废气循环喷射控制装置，其特征在于，所述方法包括：通过所述ecu控制机构检测所述排气机构上的氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，以得到检测后的数据；基于所述检测后的数据建立排放污染度的表征函数以及发动机燃烧效率的表征函数，
同时基于所述排放污染度的表征函数以及所述发动机燃烧效率的表征函数建立燃烧和排放特性的函数，并设定排放污染度的阈值；通过所述ecu控制机构检测氢气喷嘴中的氢气喷量、喷氢时刻以及喷氢压力，并基于所述氢气喷量、所述喷氢时刻以及所述喷氢压力构建喷氢策略表征函数，同时设置egr率的表征函数；基于燃烧和排放特性的函数、喷氢策略表征函数以及所述egr率的表征函数构建发动机的特性关系函数；判断排放污染物浓度与所述排放污染度的阈值大小，若排放污染物浓度超过所述排放污染度的阈值，则通过所述发动机的特性关系函数调整喷氢控制策略。

技术总结
本发明提供一种废气循环喷射控制装置及控制方法，装置包括气缸，气缸上设有点火装置、进气机构以及排气机构，循环机构分别连接进气机构以及排气机构，传感机构设置在排气机构上，ECU控制机构分别与点火装置、进气机构、循环机构、传感机构电连接。本发明通过检测排气机构上的氮氧化物浓度数据、氧气浓度数据以及温度数据，若排气机构上的氮氧化物浓度数据不符合设定的阈值，通过ECU控制机构控制循环机构，使排放的气体通过循环机构重新回到气缸内进行燃烧可以抑制发动机中的回火现象，并通过ECU控制机构控制点火装置以及进气机构调整喷氢策略，提高了氢气发动机的热效率，并能够有效减少污染物的排放。效减少污染物的排放。效减少污染物的排放。


技术研发人员：谭丕强 王家俊 楼狄明 石秀勇 张允华 赵克秦
受保护的技术使用者：南昌智能新能源汽车研究院
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/6/14