用于管理按需电解反应器的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于管理按需电解反应器的系统和方法。所述系统包括联接到反应器的测量多个反应器参数的多个传感器、联接到所述多个传感器和所述发动机的电子控制单元，以及联接到所述反应器和所述电子控制单元的反应器控制单元。所述电子控制单元：监测所述多个反应器参数和所述多个发动机参数；确定反应器性能水平；确定发动机性能水平；确定发动机性能水平的变化以预测未来发动机需求水平；以及确定对应于所述发动机性能水平的或对应于所述未来发动机需求水平的理想反应器性能水平。所述反应器控制单元通过修改供应给所述反应器的电流、供应给所述反应器的电压和所述反应器的温度中的至少一个来调节所述反应器。的温度中的至少一个来调节所述反应器。的温度中的至少一个来调节所述反应器。

【技术实现步骤摘要】
用于管理按需电解反应器的系统和方法
[0001]本申请是申请号为201780065362.0，申请日为2017年9月28日，专利技术名称为“用于调节注入燃烧发动机中的氢气和氧气的按需电解生产的管理系统和方法”的专利申请的分案申请。


[0002]本文所述的实施例涉及用于管理向内燃机供应氢气和氧气的按需电解反应器的系统和方法。特别地，所述实施例涉及一种能够通过以下方式同时减少排放并改进内燃机的性能的管理系统和方法：确定反应器性能水平或计算由所述按需电解反应器生成的气体量；监测所述发动机性能水平，确定所述发动机性能水平是将改变(即降低或增加)还是保持不变，以预测未来发动机需求水平；在预测的未来发动机需求水平实现之前，调整反应器性能水平以改进所述发动机性能，以使与连续操作的反应器(即不能根据实时发动机性能水平调整反应器的性能水平或产生气体的水平的反应器)相关联的寄生损耗最小化；并且，从而改进所述发动机性能并减少排放。

技术介绍

[0003]在本领域中已表明，向预燃混合物添加氢气和/或氧气可提高内燃机的燃烧效率。燃烧效率的提高可导致排放的降低和/或燃料经济性的提高。为实现此结果，电解反应器负责使用水生成氢气和氧气。为了实现操作，反应器需要功率来源。在车辆内安装有附加反应器的情况下，功率来源是车辆的发动机。在缺乏适当的管理和控制系统的情况下，反应器会连续操作。向发动机不间断地供应氢气和氧气可能并不总是导致排放降低或燃料经济性的提高。诸如周围空气中的氧气水平、温度、海拔高度、湿度、路面及其坡度等外部条件可使反应器的操作变得不必要。
[0004]因此，如果反应器在没有对供应气体进行控制的情况下不断地起作用，则发动机性能可能不会得到改进。反应器从发动机汲取的功率以保持生成气体。因此，由发动机产生的功率并不完全消耗以用于推进和车辆的内部需求，诸如给车辆的电池再充电或使用其照明系统照亮道路。众所周知，添加反应器给发动机引入了外部需求或负荷。如果反应器在没有进行控制的情况下连续工作，则从发动机汲取的供反应器的操作的功率可能成为发动机的寄生损耗。因此，可能排放减少了而燃料效率未提高。有众多现有技术致力于添加电解反应器来改进排放，如下文所论述。然而，没有一个参考文献论述一种可减少与这些反应器相关联的寄生发动机损耗以由此同时改善发动机性能和燃料经济性并减少排放的管理和控制系统。
[0005]De Souza等人在US6332434中公开了一种用于生成在内燃机中使用的氢气的系统和方法。De Souza教导监测特定发动机参数并通过调节所提供的电能的量来调整反应速率。按照De Souza所述，氢气生成系统的操作可通过传感器来监测，并且当该系统在正常状况之外操作时，可对该系统的操作进行校正。然而，De Souza所述的正常状况、控制和监测是为了安全特性而不是为了改进发动机的性能。此外，De Souza所述的系统没有利用传感
器来计算所生成的气体的量。由反应器产生的气体的量与反应器生成气体所消耗的功率关联。因此，De Souza所述的系统无法监测发动机的与反应器操作相关联的能量损耗，并且无法使损耗最小化。换句话说，De Souza可能能够提高燃料效率，但它永远不会使反应器的影响最小化，因为De Souza所教导的系统并不使反应器的功耗最小化。
[0006]Fong等人在US20110303194中公开了用于通过受控的氢氧注入改进燃烧和发动机性能的系统和方法。此现有技术公开了从发动机控制模块读取燃烧参数并通过控制所供应的电流来改变氢气的产生。然而，Fong等人似乎并未教导确定反应器所生成的气体的量。
[0007]Dee等人在US20110094459中公开了利用氢气和氧气的注入来管理经修改的发动机的操作的系统和方法。Dee教导通过管理所供应的电流，基于发动机操作特性来动态的生成氢气和氧气。类似于上文所引用的其他现有技术，Dee等人所教导的系统并不确定反应器所生成的气体量以便调整反应器的操作条件以减少寄生的发动机能量损耗并提高发动机的效率。
[0008]从现有技术的上述论述，显而易见的是，当前需要一种可控制由电解反应器进行的氢气和氧气的按需生成以同时减少排放并改善燃料经济性和发动机性能的管理系统。本专利技术人的解决方案是：通过多个传感器监测多个反应器参数来测量反应器性能水平，由此计算所生成的气体的量；通过监测多个发动机参数来确定实时发动机性能水平；确定发动机性能水平的变化以提前预测未来发动机需求水平；以及在预测的未来发动机需求水平发生之前，调整反应器性能水平以产生能够改进发动机性能的量的气体。可使用实时监测发动机性能来预测未来发动机需求水平；结合知晓并控制反应器的气体产生速率，这将为发动机以确定的发动机性能水平或预测的未来发动机需求水平操作时提供方法，以实时生产和递送将改进发动机性能的量的气体。换句话说，反应器对已发生的事情并未表现出被动响应。反应器始终领先一步，并且准备在任何时刻向发动机供应所需的气体量。

技术实现思路

[0009]本文所述的实施例在一个方面提供一种用于管理按需电解反应器的系统，所述按需电解反应器用于向内燃机供应氢气和氧气。所述系统使从所述发动机汲取的供所述反应器操作的功率量最小化，并由此所述系统使通常与永恒反应器相关联的寄生能量损耗最小化。所述发动机测量并存储多个发动机参数。所述系统包括连接到多个传感器的电子控制单元(“ECU”)和联接到所述反应器的反应器控制板(“RCB”)，所述多个传感器联接到所述反应器，所述反应器配置为测量多个反应器参数。所述电子控制单元(“ECU”)配置为：监测所述多个反应器参数和所述多个发动机参数；基于所述多个反应器参数中的至少一个确定反应器性能水平；基于所述多个发动机参数中的至少一个确定发动机性能水平；确定所述发动机性能水平的变化以预测未来发动机需求水平；以及确定对应于所确定的发动机性能水平的理想反应器性能水平，或在确定了所述发动机性能水平的变化的情况下，确定对应于所预测的未来发动机需求水平的理想反应器性能水平。所述反应器控制板(“RCB”)配置为：响应于由所述电子控制单元(“ECU”)确定的所述理想反应器性能水平，通过修改供应给所述反应器的电流、供应给所述反应器的电压和所述反应器的温度中的至少一个来调节所述反应器。
[0010]本文所述的实施例在另一方面提供一种类似的系统，其中，所述ECU还配置为基于
所述多个反应器参数中的至少一个重新校准存储在所述发动机中的所述多个发动机参数。
[0011]在另一方面，同一系统的所述ECU还配置为检测所述多个反应器参数中的至少一个存在处于正常操作范围之外的状况的发生，并且所述ECU还配置为响应于所述发生而调节所述反应器。
[0012]在又一方面，由所述ECU监测的所述多个反应器参数包括以下中的至少一个：水箱液位、电解质液位、供应电压、供应电流、水箱温度、反应器温度、反应器泄漏、水泵、气体流量、相对湿度、电解质的电导率、电解质的电阻和电解质的浓度。
[0013]在另一方面，所述多个发动机参数包括以下中的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于管理按需电解反应器的系统，所述按需电解反应器用于向内燃发动机供应氢气和氧气，所述内燃发动机位于一运载工具中，其特征在于，所述系统包括处理器，所述处理器用于：
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自联接到所述反应器的多个传感器接收多个反应器参数，并基于与至少一个反应器参数相关联的参数值确定反应器性能水平；
‑
接收多个发动机参数并基于与至少一个发动机参数相关联的参数值确定发动机性能水平；
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预测在预定的未来时间所述发动机性能水平的变化以预计未来发动机需求水平，其中，所述预测至少基于与所述运载工具相关联的一个或多个遥测参数；
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基于所述未来发动机需求水平确定理想反应器性能水平，其中，所述理想反应器性能水平基于自所述多个发动机参数中选择的一个或多个发动机性能指标以及分配给所述一个或多个发动机性能指标的优先级来确定；以及
‑
响应于所确定的所述理想反应器性能水平，通过修改提供给所述反应器的电流、提供给所述反应器的电压和所述反应器的温度中的至少一个来调节所述反应器。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，与所述运载工具相关联的一个或多个遥测参数包括与所述运载工具相关联的发动机节气门位置。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，与所述运载工具相关联的一个或多个遥测参数包括所述运载工具的位置。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，与所述运载工具相关联的一个或多个遥测参数包括与所述运载工具相关联的地形条件。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器用于基于所述与至少一个发动机参数相关联的参数值的变化来确定未来能量需求水平。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述理想反应器性能水平基于最佳拟合模型来确定，以优化所述一个或多个发动机性能指标和相应的优先级。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器用于与远程服务器通信以传输所述反应器性能水平和所述发动机性能水平，并接收所述理想反应器性能水平。8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个反应器参数包括以下中的至少一个：水箱液位、电解质液位、供应电压、供应电流、水箱温度、反应器温度、反应器泄漏状况、水泵、气体流量、相对湿度、电解质的电导率、电解质的电阻和电解质的浓度。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个发动机参数包括以下中的至少一个：里程计、燃料消耗、空气质量压力、空气质量流量、距离、燃料比、排气温度、NO
x
水平、CO2水平、O2水平、发动机瞬时燃料经济性、发动机平均燃料经济性、发动机进气口质量流速、发动机需求扭矩百分比、当前转速下发动机负荷百分比、变速器实际齿轮比、变速器当前挡位、发动机气缸燃烧状态、发动机气缸爆震水平以及后处理进气NO
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水平初始FMI、动力传动系统、运载工具速度和GPS位置。10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述处理器联接的存储器，所述存储器存储与所述多个反应器参数和所述多个发动机参数相关联的参数值，所述存储器进一步存储所述反应器性能水平和所述发动机性能水平。11.一种用于管理按需电解反应器的方法，所述按需电解反应器用于向内燃发动机供
应氢气和氧气，所述内燃发动机位于一运载工具中，其特征在于，所述方法包括：
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在所述处理器处接收多个反应器参数，所述多个反应器参数来自联接到所述反应器的多个传感器；并在所述处理器处基于与至少一个反应器参数相关联的参数值确定反应器性能水平；
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在所述处理器处接收多个发动机参数并且在所述处理器处基于与至少一个发动机参数相关联的参数值来确定发动机性能水平；
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所述处理器预测在预定的未来时间所述发动机性能水平的变化以预计未来发动机需求水平，其中，所述预测至少基于与所述运载工具相关联的一个或多个遥测参数；
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所述处理器基于所述未来发动机需求水平确定理想反应器性能水平，其中，所述理想反应器性能水平基于自所述多个发动机参数中选择的一个或多个发动机性能指标以及分配给所述一个或多个发动机性能指标的优先级来确定；以及
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响应于所确定的所述理想反应器性能水平，通过修改提供给所述反应器的电流、提供给所述反应器的电压和所述反应器的温度中的至少一个来调节所述反应器。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，与所述运载工具相关联的一个或多个遥测参数包括与所述运载工具相关联的发动机节气门位置。13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，与所述运载工具相关联的一个或多个遥测参数包括所述运载工具的位置。14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，与所述运载工具相关联的一个或多个遥测参数包括与所述运载工具相关联的地形条件。15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括所述处理器基于所述与至少一个发动机参数相关联的参数值的变化确定未来能量需求水平。16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述理想反应器性能水平基于最佳拟合模型来确定，以优化所述一个或多个发动机性能指标和相应的优先级。17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括与远程服务器通信以传输所述反应器性能水平和所述发动机性能水平，并接收所述理想反应器性能水平。18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多个反应器参数包括以下中的至少一个：水箱液位、电解质液位、供应电压、供应电流、水箱温度、反应器温度、反应器泄漏状况、水泵、气体流量、相对湿度、电解质的电导率、电解质的电阻和电解质的浓度。19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多个发动机参数包括以下中的至少一个：里程计、燃料消耗、空气质量压力、空气质量流量、距离、燃料比、排气温度、NO
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水平、CO2水平、O2水平、发动机瞬时燃料经济性、发动机平均燃料经济性、发动机进气口质量流速、发动机需求扭矩百分比、当前转速下发动机负荷百分比、变速器实际齿轮比、变速器当前挡位、发动机气缸燃烧状态、发动机气缸爆震水平以及后处理进气NO
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水平初始FMI、动力传动系统、运载工具速度和GPS位置。20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括在与所述处理器联接的存储器处存储与所述多个反应器参数和所述多个发动机参数相关联的参数值、所述反应器性能水平和所述发动机性能水平。21.一种用于管理按需电解反应器的系统，所述按需电解反应器用于向内燃发动机供应氢气和氧气，所述内燃发动机位于一运载工具中，其特征在于，所述系统包括：
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多个传感器，联接到所述反应器，所述多个传感器配置为测量多个反应器参数；
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电子控制单元，联接到所述多个传感器和所述发动机，所述电子控制单元用于：
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监测所述多个反应器参数和多个发动机参数；
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基于与所述多个反应器参数中的至少一个相关联的参数值来确定反应器性能水平；
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确定由所述反应器产生的氢气量，所述氢气量通过处理与一个或多个反应器参数相关联的一个或多个参数值来确定；
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基于与所述多个发动机参数中的至少一个相关联的参数值确定发动机性能水平；
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预测在预定的未来时间所述发动机性能水平的变化以预计未来发动机需求水平，...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：戴内瑟特股份公司，
类型：发明
国别省市：