一种汽车用联合热力循环系统及基于流量计算的控制方法

摘要

本发明公开了一种汽车用联合热力循环系统及基于流量计算的控制方法，系统包括发动机和甲醇裂解系统，甲醇裂解系统包括甲醇燃料箱、甲醇泵、开关阀、甲醇裂解器、散热器、气液分离器、储气罐、进气道，发动机包括至少两个对称布置的燃烧缸和至少两个对称布置的膨胀缸，甲醇燃料箱、甲醇泵、开关阀、甲醇裂解器、膨胀缸、散热器、气液分离器依次连通，气液分离器的气体出口依次通过储气罐、进气道和燃烧缸连通，气液分离器的液体出口和甲醇燃料箱连通，燃烧缸的排气管和甲醇裂解器连接，通过控制甲醇泵、开关阀、第一流量调节阀和第二流量调节阀，进行四缸和双缸模式的切换。本发明能够改善发动机的振动与噪音情况，并且对燃料供给进行精确控制。

说明书

技术领域

本发明涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种汽车用联合热力循环系统及基于流量计算的控制方法。

背景技术

目前常见的余热回收技术，主要是余热回收联合朗肯循环，温差发电等等。

朗肯循环通过回收余热，实现液体在气体、液体两相之间的形态转化，并在膨胀、压缩的过程中实现热能向机械能的转变。

温差发电则是通过不同区域的高温尾气制造温差，通过发电介质的化学反应产生电能，实现热能向化学能的转变，此后再借由化学能实现向机械能的转化。

但是现有的技术方案存在着一定缺陷。不论是朗肯循环或者温差发电装置，均需要一套较为复杂的管路系统与控制系统，在布置要求越来越紧凑的机舱里，这两种技术并不友好。

此外，朗肯循环将热能转化为机械能的过程，通常需要借助一套机械结构与发动机曲轴连接，共同对外输出功，在振动、噪音方面会遇到挑战。而温差发电装置中间包含热能到化学能，化学能再到机械能的过程，转化效率较低。

专利CN105863764A公开了一种联合热力循环系统，利用内燃机的排气余热催化裂解甲醇，通过利用发动机的一个气缸用来回收高温高压甲醇裂解气的压力能膨胀作功，利用气液分离器回收未裂解的液态甲醇，并把膨胀完毕后的甲醇裂解气引入内燃机进行燃烧，实现了余热回收、燃料裂解、膨胀、改性燃烧这一系列过程，但是甲醇裂解系统一般仅为发动机1缸提供动力来源，其他三缸仍由常规的混合气进行能量供给，在传统四缸机当中，这种设定容易引起扭矩波动，动力不均，从而导致振动和噪声问题。

此外，目前一些厂商针对多气缸大排量的汽油发动机提出了可变气缸技术，在整车低功率需求时，只用少数气缸进行工作，而在高负荷时使用全部气缸进行工作。如何针对余热回收系统来调整可用气缸，以进行主动灭缸，实现节油，是值得思考的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种汽车用联合热力循环系统及基于流量计算的控制方法，设计了双膨胀缸和双燃烧缸的方案，能够较大幅度改善发动机的振动与噪音情况，并且能够实现膨胀缸灭缸，同时对燃烧缸的燃料供给进行精确控制。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种汽车用联合热力循环系统，包括发动机和甲醇裂解系统，所述甲醇裂解系统包括甲醇燃料箱、甲醇泵、开关阀、甲醇裂解器、散热器、气液分离器、储气罐、进气道，所述发动机包括至少两个对称布置的燃烧缸和至少两个对称布置的膨胀缸，所述甲醇燃料箱、甲醇泵、开关阀、甲醇裂解器、膨胀缸、散热器、气液分离器依次连通，所述气液分离器的气体出口依次通过储气罐、进气道和燃烧缸连通，所述气液分离器的液体出口和甲醇燃料箱连通，所述燃烧缸的排气管和甲醇裂解器连接。

进一步的，还包括ECU单元，所述甲醇裂解系统还包括用于监控燃料供给的温度传感器和压差传感器，所述甲醇裂解器、膨胀缸之间设有用于供给甲醇燃料的第一流量调节阀，所述温度传感器设置于第一流量调节阀的输入端，所述压差传感器和第一流量调节阀并接，所述ECU单元分别和甲醇泵的控制端、开关阀的控制端、第一流量调节阀的控制端、温度传感器的输出端、压差传感器的输出端连接。

进一步的，所述甲醇裂解系统还包括用于监控储气罐状态的温度及压力传感单元，所述储气罐、进气道之间设有用于将储气罐内气体引出的第二流量调节阀，所述温度及压力传感单元设置于储气罐内部，所述ECU单元分别和温度及压力传感单元的输出端、第二流量调节阀的控制端连接。

本发明还提出任一所述的汽车用联合热力循环系统基于流量计算的控制方法，包括以下步骤：

S1)根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作，是则执行步骤S2)，否则关闭甲醇泵、开关阀、第一流量调节阀、第二流量调节阀，使膨胀缸灭缸直到需要甲醇裂解系统工作；

S2)根据发动机功率计算过渡时间、甲醇泵的目标占空比、第一流量调节阀的目标开度和目标流量，打开开关阀并控制甲醇泵和第一流量调节阀在过渡时间内占空比和开度到达目标值，然后根据第一流量调节阀的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第一实际流量，并控制第一流量调节阀调整开度使得第一实际流量和目标流量的差值小于预设的精度值；

S3)根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作，是则执行步骤S4)，否则关闭甲醇泵、开关阀、第一流量调节阀、第二流量调节阀，使膨胀缸灭缸并返回步骤S1)直到结束工作；

S4)根据储气罐的压力值和温度值匹配第二流量调节阀的开度值，并控制第二流量调节阀开度到达目标值，然后根据第二流量调节阀的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸的供油进行调整，返回步骤S1)直到结束工作。

进一步的，步骤S1)之前包括系统自检的步骤，具体包括：

若甲醇泵、开关阀、第一流量调节阀、温度传感器、压差传感器中的一个或多个故障，控制甲醇裂解系统停止工作，并发出报警提示，使膨胀缸灭缸直到结束工作；

若第二流量调节阀故障为信号类故障，或温度及压力传感单元故障，控制甲醇裂解系统停止工作，控制开关阀和第一流量调节阀完全关闭，并发出报警提示，使膨胀缸灭缸直到结束工作；

若第二流量调节阀故障为非信号类故障，且温度及压力传感单元无故障，根据第二流量调节阀的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸的供油进行调整，并发出报警提示，然后执行步骤S1)；

若所有部件正常，执行步骤S1)。

进一步的，步骤S1)和步骤S3)中根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作包括以下步骤：

若发动机转速n不为0，且踏板深度pedal为0％，则不需要甲醇裂解系统工作；

若踏板深度pedal不为0％，则基于当前车速v进行查表得到对应的踏板阈值pedal_threshold，判断当前踏板深度pedal是否超过阈值pedal_threshold，是则将第一工作标志位置1，否则将第一工作标志位置0；

判断踏板在单位时间t内的深度变化率pedal_chg是否超过预设阈值pedal_chg_threshold，是则将第二工作标志位置1，否则将第二工作标志位置0；

若第一工作标志位和第二工作标志位均为0，则不需要甲醇裂解系统工作，否则需要甲醇裂解系统工作。

进一步的，步骤S2)具体包括以下步骤：

S21)获取当前发动机转速n和负荷load，根据发动机转速n、负荷load计算发动机功率PR；

S22)分别计算甲醇裂解系统启动前燃烧缸的平均功率PR_ave_bf，并分别计算甲醇裂解系统系统启动后燃烧缸和膨胀缸的平均功率PR_ave_aft；

S23)过渡时间t_trans内，控制燃油系统对燃烧缸的供油进行调整，使得燃烧缸的平均功率从PR_ave_bf过渡至PR_ave_aft；并依据PR_ave_aft查表得到甲醇泵的目标占空比和第一流量调节阀的目标开度，然后控制甲醇泵、第一流量调节阀在过渡时间t_trans内状态达到目标值，使得膨胀缸的平均功率从0过渡至PR_ave_aft；所述过渡时间t_trans为与踏板在单位时间t内的深度变化率pedal_chg相关的线性函数；

S24)基于PR_ave_aft查表得到目标流量qtotal，读取第一流量调节阀的开度值pos1，匹配预设的开度流量关系曲线图，得到开度值pos1对应的流量曲线m0-pos1以及最大流量m0-pos1-max：

S25)读取温度传感器的温度t1作为第一流量调节阀的阀前温度，基于当前发动机转速n和进气正时VVTin查表得到对应的缸内负压p_absorb，作为第一流量调节阀的阀后压力，读取压差传感器的压差p1diff，将缸内负压p_absorb与压差p1diff的和作为第一流量调节阀的阀前压力；

S26)基于第一流量调节阀阀后压力与阀前压力的比，从流量曲线m0-pos1查得对应的流量百分比per1，第一流量调节阀的阀前温度作为实际工况温度，第一流量调节阀的阀前压力作为实际工况压力，根据最大流量m0-pos1-max、流量百分比per1、实际工况压力与实际工况温度计算得到第一实际流量mgas1；

S27)控制第一流量调节阀调整开度pos1，返回步骤S25)，直到第一实际流量mgas1与目标流量qtotal的差值满足流量精度的要求。

进一步的，步骤S1)和步骤S3)中根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作还包括以下步骤：

若踏板开始松开，判断当前踏板深度pedal是否低于踏板阈值pedal_threshold与预设修正系数cof1的乘积，是则将第一工作标志位置0，否则将第一工作标志位置1；

判断踏板在单位时间t内的松开后的深度变化率pedal_chg是否低于阈值pedal_chg_threshold与预设修正系数cof2的乘积，是则将第二工作标志位置0，否则将第二工作标志位置1。

进一步的，步骤S1)、步骤S2)、步骤S3)、步骤S4)中的一个或多个步骤还包括实时进行状态诊断的步骤，实时进行状态诊断的步骤具体包括：

若甲醇泵、开关阀、第一流量调节阀、温度传感器、压差传感器中的一个或多个故障，控制甲醇裂解系统停止工作，使膨胀缸灭缸，并发出报警提示；

若第二流量调节阀故障为信号类故障，或温度及压力传感单元故障，控制甲醇裂解系统停止工作，控制第一流量调节阀完全关闭，使膨胀缸灭缸，并发出报警提示；

若第二流量调节阀故障为非信号类故障，且温度及压力传感单元无故障，根据第二流量调节阀的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对对燃烧缸的供油进行调整，并发出报警提示；

若温度传感器所采集的温度值t1超过安全阈值，控制甲醇泵、开关阀、第一流量调节阀关闭，使膨胀缸灭缸，并发出报警提示；

若压差传感器所采集的压差值p1超过正常阈值，控制甲醇裂解系统停止工作，使膨胀缸灭缸，并发出报警提示；

若温度及压力传感单元所采集的温度值t2超过安全阈值，或压力值p2超过安全阈值，控制甲醇泵、开关阀、第一流量调节阀关闭，使膨胀缸灭缸，同时控制第二流量调节阀完全打开，根据第二流量调节阀的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸的供油进行调整，并发出报警提示。

进一步的，所述根据第二流量调节阀的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸的供油进行调整包括以下步骤：

A1)获取第二流量调节阀的开度值pos2，匹配预设的开度流量关系曲线图，得到开度值pos2对应的流量曲线m0-pos2以及流量曲线m0-pos2中最大流量m0-pos2-max：

A2)获取温度及压力传感单元检测的压力值p2，作为第二流量调节阀的阀前压力；

A3)获取温度及压力传感单元检测的温度值t2，作为第二流量调节阀的阀前温度；

A4)将进气道压力p2b作为第二流量调节阀的阀后压力，若发动机为自吸机型，阀后压力恒定为1bar，若发动机为增压机型，阀后压力为发动机转速n，负荷load查表得到的对应值；

A5)基于第二流量调节阀阀后压力与阀前压力的比，从流量曲线m0-pos2查得对应的流量百分比per2，将第二流量调节阀的阀前温度作为实际工况温度，第二流量调节阀的阀前压力作为实际工况压力，根据最大流量m0-pos2-max、流量百分比per2、实际工况压力与实际工况温度计算得到第二实际流量mgas2；

A6)计算实际流量mgas2与预设的化学计量比n1的乘积，得到甲醇裂解气燃烧所需空气质量q10；

A7)获取进气道中的空气总质量Q，将空气总质量Q减去空气质量q10得到供燃油燃烧空气质量q2，然后基于空气质量q2和预设的空燃比计算得到燃烧缸的供油量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明针对四缸机设计了两个对称布置的燃烧缸以及两个对称布置的膨胀缸，通过驱动两个膨胀缸同时工作，四缸模式下能够保证燃烧缸双缸平衡且膨胀缸双缸平衡，相比现有技术较大幅度改善了发动机的振动与噪音情况。

2.本发明通过ECU单元控制甲醇裂解系统中的甲醇泵、开关阀、第一流量调节阀和第二流量调节阀，进行甲醇燃料的供给控制，从而同时禁止所有膨胀缸工作，以燃烧缸双缸运行的方式进行节油。

3.本发明通过根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作，提出了双缸与四缸之间进行切换的控制方法，实现了两种模式的平稳过渡。

4.本发明还考虑到多种故障情况，在双缸与四缸之间进行切换的过程中根据甲醇裂解系统各部件的健康状况以及检测参数进行诊断，并提出了对应的解决方案，从而避免对甲醇裂解系统造成更大损害；

5.本发明根据第一流量调节阀的气体流量来调整第一调节阀的开度，根据第二流量调节阀的气体流量来控制燃烧缸的供油量，从而实现了精确的气体和油量控制，以确保四缸工作的情况下发动机工作平稳。

附图说明

图1为本发明实施例一的汽车用联合热力循环系统的结构示意图。

图2为本发明实施例二中的开度流量关系曲线图的示意图。

图3为本发明实施例二的控制方法的流程图。

图例说明：1-甲醇燃料箱、2-甲醇泵、3-开关阀、4-甲醇裂解器、5-散热器、6-气液分离器、7-储气罐、8-进气道、9-燃烧缸、10-膨胀缸、101-第一流量调节阀、102-温度传感器、103-压差传感器、104-温度及压力传感单元、105-第二流量调节阀。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提出一种汽车用联合热力循环系统，包括发动机和甲醇裂解系统(图中虚线内所示)，甲醇裂解系统包括甲醇燃料箱1、甲醇泵2、开关阀3、甲醇裂解器4、散热器5、气液分离器6、储气罐7、进气道8，发动机包括至少两个对称布置的燃烧缸9(图中标记为2号缸和3号缸)和至少两个对称布置的膨胀缸10(图中标记为1号缸和4号缸)，甲醇燃料箱1、甲醇泵2、开关阀3、甲醇裂解器4、膨胀缸10、散热器5、气液分离器6依次连通，气液分离器5的气体出口依次通过储气罐7、进气道8和燃烧缸9连通，气液分离器5的液体出口和甲醇燃料箱1连通，燃烧缸9的排气管和甲醇裂解器3连接。

上述结构的工作原理为：需要甲醇裂解系统工作时，打开开关阀3，在甲醇裂解系统开始工作后，甲醇泵2将甲醇燃料泵出甲醇燃料箱1，并流入甲醇裂解器4内，在甲醇裂解器4内，甲醇燃料吸收排气余热开始裂解为各种气体(并含有部分未裂解蒸汽)，裂解后混合气进入1号和4号缸内膨胀做功，做功结束后，混合气通过散热器5进行冷却液化，此后进入气液分离器6，气液分离器6和储气罐7之间设有单相阀，防止气体回流，气液分离器6分离出的甲醇裂解气通过单向阀进入储气罐7中存储，分离出的液态甲醇则流回甲醇燃料箱1进行循环利用。甲醇裂解气进入储气罐7中存储后穿过进气道8，与从进气道8进入的外部空气混合形成常规混合气，进入2号和3号缸进行燃烧。

通过上述结构，本实施例的汽车用联合热力循环系统可以回收高温高压的甲醇裂解气的压力能、动能，以及未裂解气体，继续提升热力循环系统的潜力。此外，本实施例针对四缸机设计了两个对称布置的燃烧缸7以及两个对称布置的膨胀缸8，通过驱动两个膨胀缸8同时工作，四缸模式下能够保证燃烧缸7双缸平衡且膨胀缸8双缸平衡，相比现有技术较大幅度改善了发动机的振动与噪音情况。

本实施例的汽车用联合热力循环系统还包括ECU单元(图1中未画出)，搭载有发动机EMS控制系统，如图1所示，甲醇裂解器4、膨胀缸10之间设有用于供给甲醇燃料的第一流量调节阀101，ECU单元分别和甲醇泵2的控制端、开关阀3的控制端、第一流量调节阀101的控制端连接，通过ECU单元控制甲醇泵2和第一流量调节阀101的开闭，就能在不使用VVL(可变气门升程)或电动VVT(可变气门正时)等复杂技术的情况下，进行甲醇燃料的供给控制来同时禁止1号和4号缸工作，进行膨胀缸8灭缸，实现节油。

此外，如图1所示，本实施例中的甲醇裂解系统还包括用于监控燃料供给的温度传感器102和压差传感器103，温度传感器102设置于第一流量调节阀101的输入端，压差传感器103和第一流量调节阀101并接，ECU单元分别和温度传感器102的输出端、压差传感器103的输出端连接。温度传感器102监测甲醇燃料箱1附近的温度，压差传感器103所采集的压差值可以反映第一流量调节阀101的开度，从而可以分别了解甲醇泵2、开关阀3和第一流量调节阀101工作状态是否正常，从而便于现场工作人员及时排除故障。

如图1所示，本实施例中的甲醇裂解系统还包括用于监控储气罐7状态的温度及压力传感单元104，储气罐7、进气道8之间设有用于将储气罐7内气体引出的第二流量调节阀105，温度及压力传感单元104设置于储气罐7内部，ECU单元分别和温度及压力传感单元104的输出端、第二流量调节阀105的控制端连接。通过ECU单元控制第二流量调节阀105的开度，可以根据实际需求调整进入燃烧缸9的甲醇裂解气的浓度，同时温度及压力传感单元104对储气罐7内部的温度和压力进行检测，以确保储气罐7内部的温度和压力在安全范围内。

实施例二

本实施例中，首先基于大量标定数据，针对第一流量调节阀101和第二流量调节阀105不同开度下的流量，构建第一流量调节阀101和第二流量调节阀105对应的开度流量关系曲线图。

基于喷管流量计算原理(又称圣维南公式)，针对阀前后压力的压差，可以对气体流量进行精确计算。原理如下：

气体经过第一流量调节阀101或者第二流量调节阀105时，可将第一流量调节阀101或者第二流量调节阀105视为喷管，则气体在阀前压力为p1，气体流经阀门后，在阀后压力为p2，则基于理想气体的假设，当p2/p1值非常小时，气体流速将达到超音速，此时流量达到最大；随p2/p1值增大，气体流速快速下降；基于气体流速、阀门打开等效面积可以计算当前气体流量。

本实施例中，标定数据时，可先假定第一流量调节阀101或者第二流量调节阀105开度为固定值，如50％，在标准状态的压力p0，温度T0下，通过对阀后压力p2、阀前压力p1的调整，测得最大流量为q0max，以及随压比p2/p1发生变化时，流量的变化曲线m0-50％；同理可以得到开度100％时对应的流量的变化曲线m0-100％、开度75％时对应的流量的变化曲线m0-75％等，对于第一流量调节阀101或者第二流量调节阀105，将不同固定开度对应的流量的变化曲线汇总，则可以得到第一流量调节阀101或者第二流量调节阀105对应的开度流量关系曲线图，开度流量关系曲线图如图2所示。

根据开度流量关系曲线图，在已知阀门开度和阀前阀后压力的情况下，就可以得到第一流量调节阀101或者第二流量调节阀105的气体实际流量，进而根据第一流量调节阀101的气体实际流量对于第一流量调节阀101的开度进行精细调整，或者根据第二流量调节阀105的气体实际流量调整燃烧缸9的供油量，从而实现了精确的气体和油量控制，以确保发动机四缸工作的情况下能够工作平稳。

然后，本实施例提出实施例一所述的汽车用联合热力循环系统基于流量计算的控制方法包括以下步骤：

S1)根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作，是则执行步骤S2)，否则关闭甲醇泵2、开关阀3、第一流量调节阀101、第二流量调节阀105，使膨胀缸10灭缸直到需要甲醇裂解系统工作；

S2)根据发动机功率计算过渡时间、甲醇泵2的目标占空比、第一流量调节阀101的目标开度和目标流量，打开开关阀3并控制甲醇泵2和第一流量调节阀101在过渡时间内占空比和开度到达目标值，然后根据第一流量调节阀101的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算的第一实际流量，并控制第一流量调节阀101调整开度使得第一实际流量和目标流量的差值小于预设的精度值；

S3)根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作，是则执行步骤S4)，否则关闭甲醇泵2、开关阀3、第一流量调节阀101、第二流量调节阀105，使膨胀缸10灭缸并返回步骤S1)直到结束工作；

S4)根据储气罐7的压力值和温度值匹配第二流量调节阀105的开度值，并控制第二流量调节阀105开度到达目标值，然后根据第二流量调节阀105的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据对燃烧缸9的供油进行调整，返回步骤S1)直到结束工作。

通过上述步骤，本实施例在不需要甲醇裂解系统工作的情况下，关闭甲醇泵2、开关阀3、第一流量调节阀101、第二流量调节阀105，使膨胀缸10灭缸，使得实施例一的汽车用联合热力循环系统仅有燃烧缸7进行工作，从而实现节油。在需要甲醇裂解系统工作的情况下，根据第一流量调节阀101的第一实际流量对于第一流量调节阀101的开度进行精细调整，根据第二流量调节阀105的第二实际流量调整燃烧缸9的供油量，从而实现了精确的气体和油量控制，以确保发动机四缸工作的情况下能够工作平稳。

整车上电后，发动机的工作状态实际上由燃油系统、甲醇裂解系统分别控制，具体运行过程中以燃油系统提供的汽油燃料为主，甲醇裂解系统提供的甲醇燃料为辅的形式进行。上电后发动机EMS控制系统将分别对两个系统进行自检，本实施例针对甲醇裂解系统的控制。因此，如图2所示，本实施例步骤S1)之前包括系统自检的步骤，具体包括：

发动机EMS控制系统对甲醇裂解系统中的甲醇泵2，开关阀3、第一流量调节阀101，温度传感器102、压差传感器103、温度及压力传感单元104、第二流量调节阀105进行自检；

若甲醇泵2、开关阀3、第一流量调节阀101、温度传感器102、压差传感器103中的一个或多个故障，控制甲醇裂解系统停止工作，使膨胀缸8灭缸直到结束工作；甲醇泵2、第一流量调节阀101故障时，将无法实现甲醇燃料的供应；温度传感器102、压差传感器103故障时，无法对甲醇燃料的供应过程进行监控；故以上部件出现故障时，应对策略为：报警提示故障，同时发动机进行限扭，甲醇裂解系统停止工作，即发动机EMS控制系统控制开关阀3关闭，同时甲醇泵2不再动作且第一流量调节阀101调至全闭状态，使膨胀缸10灭缸直到结束工作，此后仅能控制汽油、空气混合进入燃烧缸9进行燃烧，该状态下无法发挥发动机全功率；

若第二流量调节阀105故障为信号类故障，或温度及压力传感单元104故障，控制甲醇裂解系统停止工作，控制开关阀3和第一流量调节阀101完全关闭，使膨胀缸10灭缸直到结束工作；第二流量调节阀105信号类故障时，无法正常表征其开度pos2，因此无法对甲醇裂解气体进行再燃烧；温度及压力传感单元104故障时，无法监控储气罐7状态，因此无法对再燃烧过程进行监控；以上两个部件出现故障时，应对策略为：报警提示故障，同时发动机进行限扭，甲醇裂解系统停止工作，即发动机EMS控制系统控制开关阀3关闭，同时甲醇泵2不再动作且第一流量调节阀101调至全闭状态，使膨胀缸10灭缸直到结束工作，此后仅能控制汽油、空气混合进入燃烧缸9进行燃烧，该状态下无法发挥发动机全功率；

若第二流量调节阀105故障为信号类故障，且温度及压力传感单元104无故障，根据第二流量调节阀105的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸9的供油进行调整，然后执行步骤S1)；第二流量调节阀105故障为非信号类故障，如为卡滞故障，信号仍可表征其实际开度pos2，且实际开度pos2为非0％，且温度及压力传感单元104无故障，可正常读到储气罐7内部的压力p2、温度t2，则应对策略为：报警提示故障，同时甲醇裂解可继续进行，但是储气罐7长期打开第二流量调节阀105，发动机EMS控制系统依据甲醇裂解气混入进气道8的比例，对燃烧缸9的供油进行调整；

若所有部件正常，执行步骤S1)。

本实施例的步骤S1)和步骤S3)中，根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作包括以下步骤：

开始工况判断，若发动机转速n不为0，则发动机处于工作状态，此时判断油门踏板深度，若踏板深度pedal为0％，则发动机为怠速工况，外界对发动机无功率需求，维持发动机运转不熄火即可。这种情况下，应尽可能实现节能，减少无谓的能耗。故基于节油目的，仅保持燃烧缸9正常运行，由发动机EMS控制系统本身的怠速喷油策略实现。该工况下，甲醇裂解系统不工作，发动机EMS控制系统对甲醇泵2输出占空比DC＝0％，保持不工作，对第一流量调节阀101输出位置为0％，使其全关，保证对膨胀缸10无能量供给，甲醇裂解器4不工作；

若踏板深度pedal不为0％，首先基于当前车速v进行查表得到对应的踏板阈值pedal_threshold，判断当前踏板深度pedal是否超过阈值pedal_threshold，是则判断需求膨胀缸10工作，将第一工作标志位Bit_boost1置1，否则将第一工作标志位Bit_boost1置0；本实施例中的踏板阈值pedal_threshold取决于普通路面、各个车速下对应踏板深度所请求的功率需求。当踏板深度低于阈值pedal_threshold时，认为燃烧缸9的工作状态可满足用户请求，无需膨胀缸10工作，当踏板深度不低于阈值pedal_threshold时，认为燃烧缸9即使提升到较高负荷水平，也无法满足整车需求，此时需膨胀缸10参与工作；

判断踏板深度的同时，发动机EMS控制系统亦实时判断踏板深度的变化率。取决于用户对路况的实时闭环，并依据脚部力量对踏板进行控制，如踏板深度pedal在单位时间t内的变化率pedal_chg超过阈值pedal_chg_threshold(设定为正值)，则认为短时间内有加速需求，此时用户请求高功率输出，需膨胀缸10参与工作，此时将第二工作标志位Bit_boost2置1，否则将第二工作标志位Bit_boost2置0；变化率pedal_chg函数表达式如下：

pedal_chg＝pedal/t*100 (1)

上式中，pedal为踏板深度，t为单位时间；

若第一工作标志位Bit_boost1和第二工作标志位Bit_boost2均为0，则不需要甲醇裂解系统工作，工作最终标志位Bit_boost置0，否则需要甲醇裂解系统工作，工作最终标志位Bit_boost置1。

当工作最终标志位Bit_boost为1，即发动机EMS控制系统需求甲醇裂解系统工作时，则需考虑膨胀缸10功率与燃烧缸9的匹配，发动机的四个缸功率需趋于一致，方能确保系统工作的平顺性，因此本实施例的步骤S2)中具体包括以下步骤：

S21)获取当前发动机转速n和负荷load，根据发动机转速n、负荷load计算发动机功率PR，函数表达式如下：

PR＝n·T/9550 (2)

上式中，n为当前发动机转速，T为当前负荷load中的扭矩；

S22)分别计算甲醇裂解系统启动前燃烧缸9的平均功率PR_ave_bf，并分别计算甲醇裂解系统系统启动后燃烧缸9和膨胀缸10的平均功率PR_ave_aft，甲醇裂解系统启动前，发动机功率仅由燃烧缸9提供，后续转为燃烧缸9和膨胀缸10共同提供，故设定甲醇裂解系统启动前燃烧缸9平均每缸功率PR_ave_bf为发动机功率PR的二分之一，膨胀缸10平均每缸功率为0；设定甲醇裂解系统启动后燃烧缸9和膨胀缸10平均每缸功率PR_ave_aft为发动机功率PR的四分之一；

S23)在过渡时间t_trans内，发动机EMS控制系统控制燃油系统对燃烧缸9的供油进行调整，使得燃烧缸7的平均功率从PR_ave_bf过渡至PR_ave_aft；并依据PR_ave_aft查表得到甲醇泵2的目标占空比和第一流量调节阀101的目标开度，然后控制开关阀3打开，且甲醇泵2、第一流量调节阀101在过渡时间t_trans内状态达到目标值，使得膨胀缸10的平均功率从0过渡至PR_ave_aft；过渡时间t_trans为与踏板在单位时间t内的深度变化率pedal_chg相关的线性函数。

S24)基于PR_ave_aft查表得到目标流量qtotal，读取第一流量调节阀101的开度值pos1，匹配本实施例中预设的第一流量调节阀101对应的开度流量关系曲线图，得到开度值pos1对应的流量曲线m0-pos1以及流量曲线m0-pos1中的最大流量m0-pos1-max：

S25)读取温度传感器102的温度t1作为第一流量调节阀101的阀前温度，基于当前发动机转速n和进气正时VVTin查表得到对应的缸内负压p_absorb，作为第一流量调节阀101的阀后压力，读取压差传感器103的压差p1diff，将缸内负压p_absorb与压差p1diff的和作为第一流量调节阀101的阀前压力；

S26)基于实际工况的压力和温度，在实际工况压力p1、温度T1下时，实际最大流量的函数表达式为：

q1max＝q0max*p1/p0*(T0/T1)^0.5 (3)

上式中，q0max为当前开度对应的开度流量关系曲线中最大流量，p0为标准状态的压力，T0为标准状态的温度，p1为实际工况压力、T1为实际工况温度。

此时，基于实际的阀后压力p2c、阀前压力p1c，计算得到阀后压力与阀前压力的压比值p2c/p1c，则可在当前开度对应的开度流量关系曲线中查表得到实际压比p2c/p1c对应的流量百分比per，则实际流量qc的函数表达式为：

qc＝q1max*per (4)

上式中，q1max为实际最大流量，per为当前开度对应的开度流量关系曲线中阀后压力与阀前压力的压比值对应的流量百分比。

基于式(1)和式(2)得到实际流量qc的函数表达式为：

qc＝per*q0max*p1/p0*(T0/T1)^0.5 (5)

上式中，q0max为当前开度对应的开度流量关系曲线中最大流量，p0为标准状态的压力，T0为标准状态的温度，p1为实际工况压力、T1为实际工况温度，per为当前开度对应的开度流量关系曲线中阀后压力与阀前压力的压比值对应的流量百分比。

因此本实施例中，根据式(5)，基于第一流量调节阀101阀后压力与阀前压力的比，从流量曲线m0-pos1查得对应的流量百分比per1，第一流量调节阀101的阀前温度作为实际工况温度，第一流量调节阀101的阀前压力作为实际工况压力，根据最大流量m0-pos1-max、流量百分比per1、实际工况压力与温度计算得到第一实际流量mgas1，函数表达式为：

mgas1＝[(m0-pos1-max)*p1/p0*(T0/t1)^0.5]*per1 (6)

上式中，m0-pos1-max为开度值pos1对应的最大流量，per1为第一流量调节阀101阀后压力与阀前压力的比从流量曲线m0-pos1查得对应的流量百分比，p0、T0分别为标准状态的压力和温度，p1、t1分别为实际工况压力和温度；

S27)控制第一流量调节阀101调整开度pos1，返回步骤S25)，直到第一实际流量mgas1与目标流量qtotal的差值满足流量精度的要求。

本实施例中，流量精度的要求为流量精度小于3％，流量精度的函数表达式为：

q_accu＝(mgas1-qtotal)/qtotal*100

上式中，mgas1为第一实际流量，qtotal为目标流量。

本实施例的步骤S3)中，对于第二流量调节阀105打开的时机，需进行以下判断：

首先判断发动机转速n，如n不为0时，则发动机处于工作状态。此时判断踏板深度，如油门踏板深度pedal为0％，则发动机为怠速工况，外界对发动机无功率需求，系统维持发动机运转不熄火即可。但怠速工况下，噪音振动问题较为明显，此时将甲醇裂解气混入新鲜空气当中，会加剧燃烧缸9的燃烧不稳定问题，且由前文可知怠速工况下时不需要甲醇裂解系统工作，因膨胀缸10不工作，甲醇不持续裂解，储气罐7内不会进入新的甲醇裂解气体，存在无压力且温度过高风险。故怠速工况下时，发动机EMS控制系统设定第二流量调节阀105的目标位置为0％全关位置，禁止储气罐7打开。

其次判断工作最终标志位Bit_boost，当工作最终标志位Bit_boost为0时，不需要甲醇裂解系统工作，此时甲醇不持续裂解，储气罐7内不会进入新的甲醇裂解气体，存在无压力且温度过高风险，发动机EMS控制系统亦设定第二流量调节阀105的目标位置为0％全关位置，禁止储气罐7打开。

当工作最终标志位Bit_boost为1时，需要甲醇裂解系统工作，此时储气罐7内源源不断进入新的甲醇裂解气体，压力、温度持续升高。但当且仅当压力、温度达到一定值，方可打开第二流量调节阀105，使甲醇裂解气体进入进气道，如储气罐7压力低于进气道压力，则将导致空气倒灌。故发动机EMS控制系统需经由温度及压力传感单元104判断储气罐7内的压力值p2，当压力值p2高于许用阈值p2_threshold_1时，则控制第二流量调节阀105打开，第二流量调节阀105的目标开度pos2基于储气罐7内的压力值p2和温度值t2进行查表得到，此后发动机EMS控制系统根据第二流量调节阀105的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸9的供油进行调整，并支持燃烧缸9进行工作。

本实施例中，前文所述的根据第二流量调节阀105的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸9的供油进行调整包括以下步骤：

A1)获取第二流量调节阀105的开度值pos2，匹配预设的第二流量调节阀105对应的开度流量关系曲线图，得到开度值pos2对应的流量曲线m0-pos2以及流量曲线m0-pos2中最大流量m0-pos2-max：

A2)获取温度及压力传感单元104检测的压力值p2，作为第二流量调节阀105的阀前压力；

A3)获取温度及压力传感单元104检测的温度值t2，作为第二流量调节阀105的阀前温度；

A4)将进气道压力p2b作为第二流量调节阀105的阀后压力，若发动机为自吸机型，阀后压力恒定为1bar，若发动机为增压机型，阀后压力为发动机转速n，负荷load查表得到的对应值；

A5)根据式(5)，基于第二流量调节阀105阀后压力与阀前压力的比，从流量曲线m0-pos2查得对应的流量百分比per2，将第二流量调节阀105的阀前温度作为实际工况温度，第二流量调节阀105的阀前压力作为实际工况压力，根据最大流量m0-pos2-max、流量百分比per2、实际工况压力与实际工况温度计算得到第二实际流量mgas2，函数表达式为：

mgas2＝[(m0-pos2-max)*p2/p0*(T0/t2)^0.5]*per2 (7)

上式中，m0-pos2-max为开度值pos2对应的最大流量，per2为第二流量调节阀105阀后压力与阀前压力的比从流量曲线m0-pos2查得对应的流量百分比，p0、T0分别为标准状态的压力和温度，p2、t2分别为实际工况压力和温度；

A6)计算实际流量mgas2与预设的化学计量比n1的乘积，得到甲醇裂解气燃烧所需空气质量q10；

A7)获取进气道8中的空气总质量Q，将空气总质量Q减去空气质量q10得到供燃油燃烧空气质量q2，然后基于空气质量q2和预设的空燃比计算得到燃烧缸9的供油量，空燃比常规形式下为1:1，本实施例中考虑甲醇裂解气因素设定为0.8:1。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，区别在于，本实施例的步骤S1)和步骤S3)中根据发动机转速和踏板深度判断是否需要甲醇裂解系统工作还包括松开踏板时的判断步骤：

若踏板开始松开，判断当前踏板深度pedal是否低于踏板阈值pedal_threshold与预设修正系数cof1的乘积，是则将第一工作标志位Bit_boost1置0，否则将第一工作标志位Bit_boost1置1；

判断踏板在单位时间t内的松开后的深度变化率pedal_chg是否低于阈值pedal_chg_threshold与预设修正系数cof2的乘积，是则将第二工作标志位Bit_boost2置0，否则将第二工作标志位Bit_boost2置1。

本实施例中设置修正系数cof1和cof2，目的在于为阈值设定滞回值，避免操作过程中踏板深度和深度变化率长期处于阈值边界，而频繁启停振荡。

实施例四

本实施例与实施例一基本相同，区别在于，本实施例中发动机工作时，实时进行状态诊断，即本实施例的步骤S1)、步骤S2)、步骤S3)、步骤S4)中一个或多个步骤中还实时进行状态诊断。

本实施例中诊断的对象以及应对策略具体包括：

零部件诊断：

若甲醇泵2、开关阀3、第一流量调节阀101、温度传感器102、压差传感器103中的一个或多个故障，控制甲醇裂解系统停止工作，使膨胀缸10灭缸，并发出报警提示；甲醇泵2、第一流量调节阀101故障时，将无法实现甲醇燃料的供应；温度传感器102、压差传感器103故障时，无法对甲醇燃料的供应过程进行监控；故以上部件出现故障时，应对策略为：报警提示故障，同时发动机进行限扭，甲醇裂解系统停止工作，即发动机EMS控制系统控制开关阀3关闭，同时甲醇泵2不再动作且第一流量调节阀101调至全闭状态，使膨胀缸10灭缸直到结束工作，此后仅能控制汽油、空气混合进入燃烧缸9进行燃烧，该状态下无法发挥发动机全功率；

若第二流量调节阀105故障为信号类故障，或温度及压力传感单元104故障，控制甲醇裂解系统停止工作，控制第一流量调节阀101完全关闭，使膨胀缸10灭缸，并发出报警提示；第二流量调节阀105信号类故障时，无法正常表征其开度pos2，因此无法对甲醇裂解气体进行再燃烧；温度及压力传感单元104故障时，无法监控储气罐7状态，因此无法对再燃烧过程进行监控；以上两个部件出现故障时，应对策略为：报警提示故障，同时发动机进行限扭，甲醇裂解系统停止工作，即发动机EMS控制系统控制开关阀3关闭，同时甲醇泵2不再动作且第一流量调节阀101调至全闭状态，使膨胀缸10灭缸直到结束工作，此后仅能控制汽油、空气混合进入燃烧缸9进行燃烧，该状态下无法发挥发动机全功率；

若第二流量调节阀105故障为非信号类故障，且温度及压力传感单元104无故障，根据第二流量调节阀105的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对对燃烧缸9的供油进行调整，并发出报警提示；第二流量调节阀105故障为非信号类故障，如为卡滞故障，信号仍可表征其实际开度pos2，且实际开度pos2为非0％，且温度及压力传感单元104无故障，可正常读到储气罐7内部的压力p2、温度t2，则应对策略为：报警提示故障，同时甲醇裂解可继续进行，但是储气罐7长期打开第二流量调节阀105，发动机EMS控制系统依据甲醇裂解气混入进气道的比例，对燃烧缸9的供油进行调整；

传感器参数的诊断：

若温度传感器102所采集的温度值t1超过安全阈值，控制甲醇泵2、开关阀3、第一流量调节阀101关闭，使膨胀缸10灭缸，并发出报警提示；当温度传感器102所采集的温度值t1超过安全阈值时，甲醇燃料箱1附近温度过高，此时应对策略为：发动机EMS控制系统强制中断甲醇燃料箱1与甲醇裂解气之间的回路，报警提示故障，同时发动机进行限扭，甲醇裂解系统停止工作，即发动机EMS控制系统控制开关阀3关闭，同时甲醇泵2不再动作且第一流量调节阀101调至全闭状态，使膨胀缸10灭缸直到结束工作，此后仅能控制汽油、空气混合进入燃烧缸7进行燃烧，该状态下无法发挥发动机全功率；

若压差传感器103所采集的压差值p1超过正常阈值，控制甲醇裂解系统停止工作，使膨胀缸10灭缸，并发出报警提示；当压差传感器103所采集的压差值p1超过正常阈值p1_threshold时，认为第一流量调节阀101可能由于外部颗粒或脏物卡滞，已经无法达到预期开度，甲醇裂解系统无法正常工作，此时应对策略为：发动机EMS控制系统对发动机进行限扭，报警提示故障，甲醇裂解系统停止工作，即发动机EMS控制系统开关阀3关闭，同时甲醇泵2不再动作且第一流量调节阀101调至全闭状态，使膨胀缸10灭缸直到结束工作，此后仅能控制汽油、空气混合进入燃烧缸9进行燃烧，该状态下无法发挥发动机全功率；

若温度及压力传感单元104所采集的温度值t2超过安全阈值，或压力值p2超过安全阈值，控制甲醇泵2、开关阀3、第一流量调节阀101关闭，使膨胀缸10灭缸，同时控制第二流量调节阀105完全打开，根据第二流量调节阀105的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸9的供油进行调整，并发出报警提示；当温度及压力传感单元104所采集的温度值t2超过安全阈值t2_threshold，或压力值p2超过安全阈值p2_threshold时，应对策略为：发动机EMS控制系统禁止甲醇裂解系统继续工作，设定甲醇泵2目标占空比DC＝0％，开关阀3和第一流量调节阀101目标开度pos1＝0％；发动机EMS控制系统对发动机进行限扭，报警提示故障，甲醇裂解系统停止工作，即发动机EMS控制系统控制开关阀3关闭，同时甲醇泵2不再动作且第一流量调节阀101调至全闭状态，使膨胀缸10灭缸直到结束工作，此后仅能控制汽油、空气混合进入燃烧缸9进行燃烧，该状态下无法发挥发动机全功率；同时发动机EMS控制系统设定第二流量调节阀105目标开度pos2＝100％，尽快消耗储气罐内部气体，且依据甲醇裂解气混入进气道的比例，对燃烧缸9的供油进行调整。

本实施例中，前文所述的根据第二流量调节阀105的阀前温度、阀前压力和阀后压力计算第二实际流量，并根据第二实际流量对燃烧缸9的供油进行调整包括以下步骤：

A1)获取第二流量调节阀105的开度值pos2，匹配预设的第二流量调节阀105对应的开度流量关系曲线图，得到开度值pos2对应的流量曲线m0-pos2以及流量曲线m0-pos2中最大流量m0-pos2-max：

A2)获取温度及压力传感单元104检测的压力值p2，作为第二流量调节阀105的阀前压力；

A3)获取温度及压力传感单元104检测的温度值t2，作为第二流量调节阀105的阀前温度；

A4)将进气道压力p2b作为第二流量调节阀105的阀后压力，若发动机为自吸机型，阀后压力恒定为1bar，若发动机为增压机型，阀后压力为发动机转速n，负荷load查表得到的对应值；

A5)根据式(5)，基于第二流量调节阀105阀后压力与阀前压力的比，从流量曲线m0-pos2查得对应的流量百分比per2，将第二流量调节阀105的阀前温度作为实际工况温度，第二流量调节阀105的阀前压力作为实际工况压力，根据最大流量m0-pos2-max、流量百分比per2、实际工况压力与实际工况温度计算得到第二实际流量mgas2；

A6)计算实际流量mgas2与预设的化学计量比n1的乘积，得到甲醇裂解气燃烧所需空气质量q10；

A7)获取进气道8中的空气总质量Q，将空气总质量Q减去空气质量q10得到供燃油燃烧空气质量q2，然后基于空气质量q2和预设的空燃比计算得到燃烧缸9的供油量，空燃比常规形式下为1:1，本实施例中考虑甲醇裂解气因素设定为0.8:1。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。