[發(fā)明專利]一種氫氣多次直噴內(nèi)燃機(jī)燃燒控制系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910793407.7
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110552805A
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張華偉;楊振中;王麗君;郭樹滿
• 申請（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號: F02D41/30
• 分類號: F02D41/30;F02D41/00;F02D41/40;F02M45/02
• 代理公司: 41109 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 王曉麗

一種氫氣多次直噴內(nèi)燃機(jī)燃燒控制系統(tǒng)，包括進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，所述進(jìn)氣增壓系統(tǒng)與中冷器通過管路連接，所述中冷器與進(jìn)氣管的一端連接，進(jìn)氣管的另一端與氣缸的進(jìn)氣口相連，所述氣缸的排氣口與排氣管的一端連接，排氣管的分支通過電磁閥與冷卻EGR的一端相連，冷卻EGR的另一端與進(jìn)氣管的進(jìn)氣分支連接；還包括氫氣儲存設(shè)備，所述氫氣儲存設(shè)備與氫氣發(fā)生設(shè)備連接，氫氣發(fā)生設(shè)備與氫氣噴射器連接，所述氫氣噴射器伸入到氣缸內(nèi)，所述氫氣儲存設(shè)備和氫氣發(fā)生設(shè)備由線路分別與ECU連接，所述ECU由線路分別與固定在氣缸上的點(diǎn)火裝置、固定在排氣管分支上的電磁閥、固定在發(fā)動機(jī)飛輪上的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器相連。采用多次噴射的方法，還可以滿足氫內(nèi)燃機(jī)不同功率需求的工況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氫氣多次直噴內(nèi)燃機(jī)燃燒控制系統(tǒng)和方法，屬于氫燃料發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

以化石燃料為基礎(chǔ)的全球能源供給方式面臨越來越嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，使用化石燃料導(dǎo)致的環(huán)境污染問題受到社會普遍關(guān)注，排放法規(guī)日益嚴(yán)格。氫能是宇宙中分布最廣泛、具有資源永久再生性的最清潔的能源，將氫能作為傳統(tǒng)化石燃料的理想替代能源，是科學(xué)家們的共識。氫內(nèi)燃機(jī)可以依賴成熟的內(nèi)燃機(jī)工業(yè)體系，對氫純度的要求低，超低排放，熱效率更高，可以靈活利用其他燃料，不依賴貴金屬材料等優(yōu)點(diǎn)，使其成為未來車用動力的主要選擇之一。與汽油等傳統(tǒng)液體燃料以及甲烷等氣體燃料相比，氫的獨(dú)特特性使其成為內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用中具有挑戰(zhàn)性但前景廣闊的燃料。

氫內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用價值取決于氫氣的燃燒特性。相對化石燃料，氫氣燃燒速度快，擴(kuò)散性好，著火極限寬，點(diǎn)火能量低。但是，氫內(nèi)燃機(jī)也面臨燃燒循環(huán)變動，早燃、回火等異常燃燒問題，這影響了燃燒效率及排放性能。

針對氫內(nèi)燃機(jī)燃燒控制，目前的研究主要集中在如何解決高熱效率和高NOx排放的trade-off關(guān)系。理論上，氫燃燒產(chǎn)物只有水，不考慮因潤滑油燃燒產(chǎn)生的極低的污染物，氫內(nèi)燃機(jī)排氣污染物中只有單一的NOx。圍繞提高熱效率和控制NOx排放，氫內(nèi)燃機(jī)混合氣控制逐漸從PFI（Port Fuel Injection）向DI（Direct Injection）噴射技術(shù)發(fā)展。由于氫氣具有著火范圍寬的特點(diǎn)，組織直噴氫內(nèi)燃機(jī)燃燒時需要避免氫氣不正常燃燒的情況。目前氫內(nèi)燃機(jī)直噴技術(shù)主要以單次噴射為主，并直接噴射氫氣進(jìn)入氣缸。

發(fā)明內(nèi)容

目前氫內(nèi)燃機(jī)直噴技術(shù)主要以單次噴射為主，并直接噴射氫氣進(jìn)入氣缸。這種方式氫氣混合時間短，相對而言混合均勻性差；同時氫氣密度小，對噴射器要求高，要求能以較高的噴射壓力將氫氣噴射進(jìn)入氣缸，現(xiàn)有氫內(nèi)燃機(jī)直噴技術(shù)控制策略簡單，不易控制氫氣噴射；另外單次噴射導(dǎo)致進(jìn)入氣缸內(nèi)的氫氣總量略少，不易提升功率密度。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：改進(jìn)直噴氫內(nèi)燃機(jī)的噴射控制方法，改進(jìn)氫氣混合均勻性的方法提高氫氣與空氣的混合時間，使混合更充分燃燒更徹底，提升氫內(nèi)燃機(jī)功率密度；通過改進(jìn)控制氫氣不正常燃燒的方法降低氫內(nèi)燃機(jī)不正常燃燒現(xiàn)象發(fā)生的概率。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體為：

一種氫氣多次直噴內(nèi)燃機(jī)燃燒控制系統(tǒng)，包括進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，所述進(jìn)氣增壓系統(tǒng)與中冷器通過管路連接，所述中冷器與進(jìn)氣管的一端連接，進(jìn)氣管的另一端與氣缸的進(jìn)氣口相連，所述氣缸的排氣口與排氣管的一端連接，排氣管的分支通過電磁閥與冷卻EGR的一端相連，冷卻EGR的另一端與進(jìn)氣管的進(jìn)氣分支連接；還包括氫氣儲存設(shè)備，所述氫氣儲存設(shè)備與氫氣發(fā)生設(shè)備連接，氫氣發(fā)生設(shè)備與氫氣噴射器連接，所述氫氣噴射器伸入到氣缸內(nèi)，所述氫氣儲存設(shè)備和氫氣發(fā)生設(shè)備由線路分別與ECU連接，所述ECU由線路分別與固定在氣缸上的點(diǎn)火裝置、固定在排氣管分支上的電磁閥、固定在發(fā)動機(jī)飛輪上的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器相連。

上述氫氣多次直噴內(nèi)燃燒控制系統(tǒng)，在排氣管上安裝有NOx濃度傳感器、氧傳感器和排氣溫度傳感器，NOx濃度傳感器、氧傳感器和排氣溫度傳感器分別與ECU連接。

一種氫氣多次直噴內(nèi)燃機(jī)燃燒控制方法，步驟如下：