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一种氢燃料发动机及其控制方法

文献发布时间:2023-06-19 15:46:15



技术领域

本发明涉及氢燃料发动机技术领域,具体为一种氢燃料发动机及其控制方法。

背景技术

以可燃气体为燃料的内燃机统称为气体燃料发动机,氢气不含有碳,燃烧后不产生CO2。氢气可以通过太阳能、风能等可再生能源获得,被认为是理想的能源或能源载体,利用氢气为燃料的发动机被称之为氢燃料发动机,氢燃料发动机相较于传统的氢燃料发动机更加的清洁,同时热效率更高,EGR废气再循环的简称。废气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气歧管,并与新鲜混合气一起再次进入气缸,预燃烧室的设置能够增加发动机的燃烧效率。

目前在氢燃料发动机上的,稀薄燃烧技术路线在排放后处理上成本高,维护成本高,当量燃烧+EGR技术路线的发动机,EGR率无法做到太高,燃烧缓慢,热效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢燃料发动机及其控制方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种氢燃料发动机,包括设置有两个进气端和一个出气端的空气燃气混合器和凸轮轴相位传感器,所述空气燃气混合器的出气端通过增压后管路固定连接有中冷器,中冷器另一端固定连接有中冷后管路,所述中冷后管路另一端设置有两个出气管,其一所述出气管通过管路依次连接有滤清器、电动压气机和稳压器并通过,预燃室燃气管道连接有预燃室开关单向阀,预燃室开关单向阀通过管道与安装了火花塞的预燃室,另一所述出气管通过管路依次固定连接有电子节气门和EGR混合器,所述EGR混合器另一端固定连接有进气歧管,所述进气歧管另一端均连接有发动机,所述发动机出气端固定连接有排气管,所述排气管另一端设置有支管,所述支管一端与安装了氧传感器的排气尾管相连接,所述支管另一端通过管路依次固定连接有EGR冷却器和EGR计量供给单元,EGR计量供给单元另一端与EGR混合器相连通,所述中冷后管路内壁上安装有节气门前温度压力传感器,所述预燃室燃气管道内壁安装有预燃室单向阀供气压力温度传感器,所述进气歧管内壁安装有进气管温度压力传感器,所述凸轮轴相位传感器分别与火花塞和发动机电性连接。

更进一步地,所述空气燃气混合器的两个进气端的其中一个固定连接有燃气供给计量阀,所述预燃室与发动机相连通。

更进一步地,所述节气门前温度压力传感器和进气管温度压力传感器分别与电子节气门电性连接。

更进一步地,所述发动机分别与电子节气门和预燃室开关单向阀电性连接。

更进一步地,所述预燃室单向阀供气压力温度传感器与预燃室开关单向阀和预燃室电性连接。

更进一步地,所述预燃室内部安装有预燃室喷射阀,所述预燃室喷射阀与预燃室单向阀供气压力温度传感器电性连接与预燃室开关单向阀相连通。

一种氢燃料发动机的控制方法,使用了一种氢燃料发动机,其控制方法如下

发动机功率需要、发动机转速需求和预燃室喷射量占比共同控制电子节气门开度以及预燃室喷射阀的喷射脉宽;

所述电子节气门开度还受进气管温度压力传感器所反馈的进气管压力温度所控制。

一种氢燃料发动机的控制方法,所述发动机转速需求和发动机功率需求共同控制燃气供给计量阀的燃气供给量。

更进一步地,所述燃气供给量的控制还受到氧传感器反馈的读数所控制。

更进一步地,所述预燃室喷射阀还受预燃室单向阀供气压力温度传感器所述反馈的预燃室单向阀供气压力温度所控制。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

(1)、该氢燃料发动机及其控制方法,预燃室空燃比和主燃室空燃比都由同一个燃气供给计量阀控制,逻辑简单,减少标定工作,从而能够方便的进行维护和检修。

(2)、该氢燃料发动机及其控制方法,通过设置稀薄燃烧预燃室加EGR系统,能够降低发动机排放后的处理成本,另一方面通过预燃室的设置能够增加热效率。

(3)、该氢燃料发动机及其控制方法,通过标定预燃室计量占比来能够进行进气模型自动判断节气门开度和预燃室单向阀的喷射脉宽。

附图说明

图1为本发明的发动机工作系统结构示意图;

图2为本发明的发动机控制系统安装示意图;

图3为本发明的控制方法图。

图中:1、滤清器;2、电动压气机;3、稳压器;4、预燃室;5、火花塞;6、预燃室开关单向阀;7、预燃室燃气管道;8、EGR混合器;9、进气歧管;10、EGR计量供给单元;11、排气管;12、EGR冷却器;13、燃气供给计量阀;14、空气燃气混合器;15、增压后管路;16、氧传感器;17、中冷器;18、排气尾管;19、中冷后管路;20、电子节气门;21、节气门前温度压力传感器;22、预燃室单向阀供气压力温度传感器;23、进气管温度压力传感器;24、凸轮轴相位传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明的是,在本发明的描述中,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,应当理解,为了便于描述,附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制,例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。

应注意的是,相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义或说明,则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。

实施例

在进行当量燃气发动机内部控制系统的设计时采用了本发明提供的一种氢燃料发动机及其控制方法,来进行发动机热效率的增加以及精准控制燃气和控制的混合比例,通过同一个燃气供给计量阀13和空气燃气混合器14的联合控制能够使得进入主燃烧室的混合燃气和预燃室的混合燃气的比例相同。

如图1-3所示,本发明提供一种技术方案:一种氢燃料发动机及其控制方法,包括设置有两个进气端和一个出气端的空气燃气混合器14和凸轮轴相位传感器24,空气燃气混合器14的出气端通过增压后管路15固定连接有中冷器17,中冷器17另一端固定连接有中冷后管路19,中冷后管路19另一端设置有两个出气管,其一出气管通过管路依次连接有滤清器1、电动压气机2和稳压器3并通过,预燃室燃气管道7连接有预燃室开关单向阀6,预燃室开关单向阀6通过管道与安装了火花塞5的预燃室4,另一出气管通过管路依次固定连接有电子节气门20和EGR混合器8,EGR混合器8另一端固定连接有进气歧管9,进气歧管9另一端均连接有发动机,发动机出气端固定连接有排气管11,排气管11另一端设置有支管,支管一端与安装了氧传感器16的排气尾管18相连接,支管另一端通过管路依次固定连接有EGR冷却器12和EGR计量供给单元10,EGR计量供给单元10另一端与EGR混合器8相连通,中冷后管路19内壁上安装有节气门前温度压力传感器21,预燃室燃气管道7内壁安装有预燃室单向阀供气压力温度传感器22,进气歧管9内壁安装有进气管温度压力传感器23,凸轮轴相位传感器24分别与火花塞5和发动机电性连接,空气燃气混合器14的两个进气端的其中一个固定连接有燃气供给计量阀13,预燃室4与发动机相连通,预燃室4内部安装有预燃室喷射阀,预燃室喷射阀与预燃室单向阀供气压力温度传感器22电性连接与预燃室开关单向阀6相连通,节气门前温度压力传感器21和进气管温度压力传感器23分别与电子节气门20电性连接,发动机分别与电子节气门20和预燃室开关单向阀6电性连接,预燃室单向阀供气压力温度传感器22与预燃室开关单向阀6和预燃室4电性连接。

一种氢燃料发动机的控制方法,使用一种氢燃料发动机,其控制方法如下:发动机功率需要、发动机转速需求和预燃室喷射量占比共同控制电子节气门开度以及预燃室喷射阀的喷射脉宽;

电子节气门开度还受进气管温度压力传感器23所反馈的进气管压力温度所控制,发动机转速需求和发动机功率需求共同控制燃气供给计量阀13的燃气供给量,燃气供给量的控制还受到氧传感器16反馈的读数所控制;

预燃室喷射阀还受预燃室单向阀供气压力温度传感器22反馈的预燃室单向阀供气压力温度所控制。

需要注意的是,通过节气门前温度压力传感器21、进气管温度压力传感器23计算主燃室进气量;

通过预燃室单向阀供气压力温度传感器22感受预燃室单向阀供气温度压力辅助预燃室开关单向阀6计算通过预燃室开关单向阀6的进气量;

通过EGR计量供给单元10计算EGR流量;

通过凸轮轴相位传感器24判断发动机曲轴转角,判断点火时刻和预燃室喷射时间。

需要注意的是,预燃室和主燃烧室的空燃比由燃气供给计量阀13控制,电子节气门开度、预燃室喷射阀喷射脉宽由预燃室喷射量控制。

需要注意的是,本系统可应用于气体机行业,可使每台天然气发动机在满足国六及以上排放标准的前提下,经济性提升明显,具有巨大的社会经济效益。

本系统可应用于氢气发动机行业,通过该设计可以大大提高EGR率,从而解决氢气发动机的易发生爆震问题,使发动机走向产品化。

需要注意的是,燃气从空气燃气混合器14处与空气混合,混合气经过中冷器17后,分成两路:一路经过电子节气门20,在EGR混合器8处与冷却后的计量EGR混合,最后进入发动机气缸燃烧;另一路经过滤清器1、电动压气机2、稳压器3后,经过预燃室开关单向阀6,进入预燃室4并在合适时刻被火花塞5点燃。

需要注意的是,进入预燃室4的气体实际为在空气燃气混合器14处混合好的Lambda在1附近的未混入EGR的气体。此种做法使得预燃室4内部气体更加容易被引燃;通过电动压气机2和稳压器3、预燃室开关单向阀6,使得进入预燃室4的气体流量稳定可控;通过电动压气机2和稳压器3后增加了气体压力,相较于靠自吸负压进入预燃室4的单向阀相比,进入气体量更多,扫气更加充分。因为使用Lambda在1附近气体排出预燃室4内部的废气,不存在影响预燃室4内部Lambda的问题,即不存在燃气过浓和过稀薄而导致火花塞5无法引燃的问题,提升EGR混合器8处的EGR率也不会影响预燃室4内部的点火,所以此种进气管路布置可以提升EGR率,实现排温降低、经济向(发动机热效率)提升、抗爆震的优点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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