[发明专利]一种复合喷射氢发动机及控制方法

说明书

本发明为一种复合喷氢发动机及控制方法，具体涉及一种进气道喷射与缸内直喷相结合的复合喷射氢发动机及控制方法。该发动机包括进气系统、高压供氢系统、低压供氢系统、缸内喷水系统和电控系统。根据发动机功率需求及工作状态调节直喷氢气和进气道喷氢比例，同时调节接气门开度控制进气量，从而控制发动机的功率输出。ECU通过曲轴位置传感器和转速传感器判断曲轴位置和转速，并根据爆震传感器信号判断爆震发生。根据爆震信号调节水泵压力和喷水器的喷射脉宽，控制早燃、回火和爆震等异常燃烧问题。该发动机及控制方法可以实现发动机灵活的调节特性，并能消除氢发动机的爆震，降低氮氧化物排放，提高氢发动机的效率。

技术领域

一种复合喷射氢发动机及控制方法，具体涉及一种进气道喷氢与缸内喷氢相结合的火花点火发动机及控制方法，属于内燃机领域。

背景技术

近年来，随着汽车保有量的迅速扩大，我国交通行业面临着“碳达峰”和“碳中和”的压力越来越大，并且汽车发动机燃烧化石燃料还会导致各种污染物的排放，导致的环境问题日益突出，发展可替代燃料技术正在受到广泛的关注。

氢气是一种可再生燃料，并且其来源广泛，可以通过电解水制取，能够起到“削峰平谷”的调节作用。氢气具有优良的燃烧特性，例如淬熄距离短、燃烧速度快、最小点火能量低和可燃极限宽等，因此氢气适合作为内燃机的燃料。

当前的氢发动机主要采用进气道喷氢，与空气进行预混之后供入气缸，但是在较高的当量比时面临着早燃、回火和爆震等异常燃烧现象，限制了氢发动机的实际应用。并且在较高当量比下运行时，氢发动机的氮氧化物排放水平急剧升高。控制异常燃烧的技术主要是采用EGR(废气再循环)策略，但是EGR策略会导致进气温度升高，降低气缸容积效率，导致功率和效率下降。此前的研究者提出采用缸内直喷氢气策略，以此消除回火问题，由于需要较高的喷射压力，导致氢气瓶压力降低到氢气喷射压力之后便无法继续满足供氢要求，在相同储氢条件下，缸内直喷相较于进气道喷射降低了续驶里程。

针对氢发动机面临的问题，本发明提出一种进气道喷射与缸内直喷相结合的氢发动机，根据节气门开度信号，调节直喷氢气和进气道喷氢，并结合缸内喷水控制爆震，实现氢发动机良好的动力响应，高效的动力输出及较低的氮氧化物排放水平。

发明内容

针对纯氢发动机存在的问题，本发明解决的技术问题是，提出了一种复合喷射氢发动机及控制方法，该发动机及控制方法可以实现氢发动机全工况稳定工作而不出现异常燃烧现象，同时降低氮氧化物排放。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种复合喷射氢发动机包括：进气系统，其上依次串联有空气流量传感器、节气门、空气滤清器；低压氢气供应系统，其上依次串联有氢气瓶、低压氢气减压阀、低压氢气流量传感器、进气道氢气喷射器；高压氢气供应系统，其上依次串联氢气瓶、高压氢气减压阀、高压氢气流量传感器、缸内直喷氢气喷射器；缸内喷水系统，其上依次串联有水箱、高压水泵、水流量传感器、水喷射器；控制系统，包括ECU、火花塞、曲轴位置传感器、转速传感器、爆震传感器。

ECU分别与空气流量传感器、节气门、低压氢气减压阀、低压氢气流量传感器、进气道氢气喷射器、高压氢气减压阀、高压氢气流量传感器、缸内直喷氢气喷射器、高压水泵、水流量传感器、水喷射器、火花塞、曲轴位置传感器、转速传感器、爆震传感器有信号交互；

ECU通过导线与节气门和空气流量传感器相连接，空气流量传感器监测空气流量并将信号反馈给ECU，通过发出节气门控制信号控制节气门的开度，以调节进入发动机气缸的进气量；

ECU通过导线与转速传感器和曲轴位置传感器相连，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通过导线与低压氢气减压阀相连接，并根据节气门控制信号调节低压氢气减压阀，以控制进气道氢气喷射器处的喷射压力；