[发明专利]一种复合喷射氢发动机及控制方法

权利要求书

1.一种复合喷射氢发动机，其特征在于：包括进气系统(P1)其上依次串联有空气流量传感器(9)、节气门(8)、空气滤清器(7)，低压氢气供应系统(P2)，其上依次串联有第一氢气瓶(1)、低压氢气减压阀(3)、低压氢气流量传感器(4)、进气道氢气喷射器(11)，高压氢气供应系统(P3)，其上依次串联第二氢气瓶(2)、高压氢气减压阀(5)、高压氢气流量传感器(6)、缸内直喷氢气喷射器(12)，缸内喷水系统(P4)，其上依次串联有水箱(19)、高压水泵(18)、水流量传感器(17)、水喷射器(16)，控制系统(P5)，包括ECU(13)、火花塞(15)、曲轴位置传感器(10)、转速传感器(20)、爆震传感器(14)；

ECU(13)分别与空气流量传感器(9)、节气门(8)、低压氢气减压阀(3)、低压氢气流量传感器(4)、进气道氢气喷射器(11)、高压氢气减压阀(5)、高压氢气流量传感器(6)、缸内直喷氢气喷射器(12)、高压水泵(18)、水流量传感器(17)、水喷射器(16)、火花塞(15)、曲轴位置传感器(10)、转速传感器(20)、爆震传感器(14)有信号交互；

ECU(13)通过导线与节气门(8)和空气流量传感器(9)相连接，并通过发出节气门控制信号控制节气门的开度，空气流量传感器(9)监测空气流量并将信号反馈给ECU(13)，以修正进入发动机气缸的进气量；

ECU(13)通过导线与转速传感器(20)和曲轴位置传感器(10)相连，以判断发动机转速和压缩上止点位置，为控制氢气和水喷射时刻和脉宽提供数据参考；

ECU(13)通过导线与低压氢气减压阀(3)相连接，并根据节气门控制信号调节低压氢气减压阀(3)，以控制进气道氢气喷射器(11)处的喷射压力；

ECU(13)通过导线与低压氢气流量传感器(4)和进气道氢气喷射器(11)相连，ECU(13)根据节气门控制信号和曲轴位置信号调节进气道氢气喷射器(11)的喷射时刻和喷射脉宽，并通过低压氢气流量传感器(4)的反馈信号进行修正，以保证过量空气系数稳定；

ECU(13)通过导线与高压氢气减压阀(5)和缸内直喷氢气喷射器(12)相连，ECU(13)根据节气门控制信号和曲轴位置信号调节缸内直喷氢气喷射器(12)的喷射时刻和喷射脉宽，并通过高压氢气流量传感器(6)的反馈信号进行修正，以保证过量空气系数稳定；

ECU(13)通过导线与爆震传感器(14)相连接，根据爆震传感器(14)的输出信号判断爆震是否发生；

ECU(13)通过导线与高压水泵(18)相连，并根据发动机转速及节气门开度信号调节高压水泵的输出压力，以调节水喷射器处的喷射压力；

ECU(13)通过导线与水流量传感器(17)和水喷射器(16)，ECU(13)根据爆震信号和曲轴位置信号调节水喷射器的喷射时刻和喷射脉宽；

ECU(13)通过导线与火花塞(15)相连接，并根据节气门开度信号、曲轴位置传感器信号、转速传感器信号和爆震传感器信号调节点火时刻。

2.控制如权利要求1所述的一种复合喷射氢发动机的方法，该方法包括燃料供给策略和燃烧控制策略，其特征在于：

(1)燃料供给策略

a.启动工况

ECU(13)接受转速传感器(20)的信号，当转速n＝0变为n≠0时，此时为启动工况，为了顺利启动，采用进气道喷射策略，ECU(13)控制低压氢气减压阀(3)和进气道氢气喷射器(11)和节气门(8)，调节氢气供给量和空气量，并根据低压氢气流量传感器(4)和空气流量传感器(9)的反馈信号进行修正，保持燃烧过量空气系数λ＝1；

b.怠速工况

ECU(13)接受转速传感器(20)的信号，当转速n_怠速-50nn_怠速+50时，此时为怠速工况，采取进气道喷氢策略，ECU(13)控制低压氢气减压阀(3)和进气道氢气喷射器(11)和节气门(8)，调节氢气供给量和空气量，并根据低压氢气流量传感器(4)和空气流量传感器(9)的反馈信号进行修正，保持燃烧过量空气系数λ＝1.5；

c.低速低负荷工况

ECU(13)接受转速传感器(20)的信号，当转速n_怠速+50＜n＜2×n_怠速，且发动机功率需求P30％×P_额，此时为低速低负荷工况，采用进气道喷氢策略，ECU(13)根据功率需求控制低压氢气减压阀(3)和进气道氢气喷射器(11)，调节低压氢气供给量，并根据低压氢气流量传感器(4)的反馈信号进行修正，以保证过量空气系数稳定；

d.低速中大负荷工况

ECU(13)接受转速传感器(20)的信号，当转速n_怠速+50＜n＜2×n_怠速，且发动机功率需求P≥30％×P_额，此时为低速中大负荷工况，采用缸内直喷氢气策略；ECU(13)根据节气门传感器信号控制高压氢气减压阀(5)和缸内直喷氢气喷射器(12)，调节高压氢气供给量，并根据高压氢气流量传感器(6)的反馈信号进行修正，以保证过量空气系数稳定；

e.中高速工况

ECU(13)接受转速传感器(20)的信号，当转速2×n_怠速≤n，此时为中高速工况，采用进气道喷射与缸内直喷相结合的氢气供给策略；ECU(13)根据节气门传感器信号控制低压氢气减压阀(3)和进气道氢气喷射器(11)，调节低压氢气供给量，并根据低压氢气流量传感器(4)的反馈信号进行修正，以保证过量空气系数稳定；ECU(13)根据节气门传感器信号控制高压氢气减压阀(5)和缸内直喷氢气喷射器(12)，调节高压氢气供给量，并根据高压氢气流量传感器(6)进行反馈调节；根据发动机的节气门传感器信号，调节进气道喷氢与缸内直喷氢气的比例β，随着节气门传感器信号的增加，β从0调控到50％；

其中，n_怠速为发动机标定怠速转速，P_额为发动机额定功率；

β＝m_缸内直喷/(m_进气道+m_缸内直喷)，式中，m_缸内直喷、m_进气道分别为缸内直喷氢气和进气道喷氢的质量流量；

燃烧过程混合物过量空气系数式中，其中m_air、分别为新鲜空气质量流量和总氢气质量流量，为氢气的化学计量空燃比；

(2)燃烧控制策略

ECU(13)接收爆震传感器(14)的信号，若爆震传感器(14)判断没有爆震发生，则ECU根据扭矩需求控制火花塞点火，使点火时刻保持在最佳点火角；

ECU(13)接收爆震传感器(14)的信号，若爆震传感器(14)判断发生爆震，则ECU(14)控制火花塞(15 )推迟点火时刻，直到不产生爆震；

若推迟点火至上止点仍不能消除爆震，则ECU(13)控制高压水泵(18)和水喷射器(16)，通过调节喷射脉宽控制水喷射量，由0逐渐增大，直到爆震消除，则在该工况下维持当前水喷射量不变。