降低氢气发动机早燃风险的装置及其控制策略的制作方法

本发明涉及氢气发动机工作控制，尤其涉及一种降低氢气发动机早燃风险的装置，还涉及用于该装置的控制策略。

背景技术：

1、氢气发动机是用氢气代替传统内燃机中的燃料，利用氢气的燃烧反应获得动力的发动机，但在氢气发动机压缩过程中会产生早燃现象，即随着活塞的上行，缸内可燃混合气的温度逐步升高，同时在缸内残留的燃烧颗粒物、火花塞热点、金属飞刺作为炽热点也持续升温，最终在火花塞放电之前引燃氢气。氢气的可燃范围极广，燃烧所需的最小点火能量也极低，约为汽油的1/10，因此氢燃料发动机极易发生早燃。如图3所示。早燃一般发生在发动机的高负荷工况中并伴随有突爆声，还会出现功率下降和发动机过热的现象，严重的能够导致发动机损坏，因此解决氢气发动机的早燃问题极为重要。

2、目前一般是通过降低过量空气系数、采用冷型火花塞等的方式进行抑制早燃的发生，还有采用高压喷射、喷射相位推迟、压缩比适中等方式进行早燃抑制的，降低点火能量、降低冷却水温度也对早燃具有一定的抑制作用，但均效果不显著，因此对氢气发动机的早燃抑制方式亟待改进。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种结构及控制实施简单，早燃预防效果明显提升，有助于降低发动机故障率的降低氢气发动机早燃风险的装置。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：降低氢气发动机早燃风险的装置，与氢气发动机的电控单元ecu、进气歧管、进气门配合使用，包括用于存储高压氢气燃料的氢气罐，所述氢气罐上连接有出气管，还包括用于存储纯水的储水罐，所述储水罐通过高压水路连通至所述氢气发动机，所述氢气发动机上安装有氢气喷嘴，所述出气管的出气端通过第一高压氢气管路连接至所述储水罐，所述出气管的出气端还通过第二高压氢气管路连接至所述氢气喷嘴，所述出气管上安装有用于控制氢气输送的气路电磁阀，所述高压水路上串装有用于控制纯水输送的水路电磁阀，还包括安装于所述进气歧管上的温度传感器，所述温度传感器、所述气路电磁阀与所述水路电磁阀分别连接至所述电控单元ecu。

3、本发明还涉及用于降低氢气发动机早燃风险的装置的控制策略，包括以下步骤，

4、sp1、在所述电控单元ecu内预设控制所述水路电磁阀启闭的第一标准温度范围t1、第二标准温度范围t2和第三标准温度范围t3；

5、sp2、启动所述氢气发动机进行工作；

6、在所述氢气发动机的工作过程中，所述电控单元ecu通过所述温度传感器获取由所述进气歧管进入至所述氢气发动机内气体的实际进气温度t；

7、所述电控单元ecu将实际进气温度t与第一标准温度范围t1、第二标准温度范围t2和第三标准温度范围t3进行比较，并根据比较结果执行sp3、sp4或sp5的策略；

8、sp3、当实际进气温度t在第一标准温度范围t1内时，所述电控单元ecu判定所述氢气发动机早燃风险小，则控制并保持所述气路电磁阀处于正常供送氢气燃料的状态、控制所述水路电磁阀处于关闭状态，所述氢气喷嘴将氢气燃料喷射至所述氢气发动机内；

9、sp4、当实际进气温度t在第二标准温度范围t2内时，所述电控单元ecu查询此时所述氢气发动机的负荷；

10、当所述氢气发动机的负荷≤70%时，所述电控单元ecu判定所述氢气发动机早燃风险小，所述电控单元ecu控制并保持所述气路电磁阀处于正常供送氢气燃料的状态、控制所述水路电磁阀处于关闭状态，所述氢气喷嘴将氢气燃料喷射至所述氢气发动机内；

11、当所述氢气发动机的负荷＞70%时，所述电控单元ecu控制并保持所述气路电磁阀处于正常供送氢气燃料的状态，同时所述电控单元ecu控制所述水路电磁阀在所述进气门关闭之后、所述氢气喷嘴喷射氢气之前向所述氢气发动机内循环喷水，所述氢气喷嘴每次喷射时，进入至所述氢气发动机内的水占氢气燃料质量的5～8%；

12、sp5、当实际进气温度t在第三标准温度范围t3内时，所述电控单元ecu判定所述氢气发动机早燃风险大，所述电控单元ecu控制并保持所述气路电磁阀处于正常供送氢气燃料的状态，同时所述电控单元ecu控制所述水路电磁阀在所述进气门关闭之后、所述氢气喷嘴喷射氢气之前向所述氢气发动机内循环喷水，所述氢气喷嘴每次喷射时，进入至所述氢气发动机内的水占氢气燃料质量的5～8%。

13、作为优选的技术方案，所述第一标准温度范围t1为≤45℃，所述第二标准温度范围t2为＞45℃且≤60℃，所述第三标准温度范围t3为＞60℃。

14、作为优选的技术方案，所述氢气喷嘴设置为两相喷嘴，所述高压水路连通于所述氢气喷嘴上。

15、作为优选的技术方案，在所述sp4与所述sp5步骤中，所述进气门关闭之后、所述氢气喷嘴喷射氢气之前为在所述氢气发动机的压缩上止点之前120°ca～60°ca之间，且纯水通过所述氢气喷嘴与氢气燃料同步喷射至所述氢气发动机内。

16、作为对上述技术方案的改进，所述进气歧管上位于所述氢气发动机的近端安装有喷水嘴，所述高压水路连接于所述喷水嘴上。

17、作为优选的技术方案，在所述sp4与所述sp5步骤中，所述进气门关闭之后、所述氢气喷嘴喷射氢气之前为在所述氢气发动机的压缩上止点之前260°ca～200°ca之间，且纯水通过所述喷水嘴、所述进气歧管喷射至所述氢气发动机内。

18、由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：能够适时且及时地启动水路电磁阀，在高压氢气的作用下将水压送并喷射至氢气发动机内与氢气燃料混合，以降低缸内温度，从而消除发生早燃现象的高温条件，实现了氢气发动机运行中早燃的实时检测与控制，且所用配合部件少，安装简单、方便，使氢气发动机可以长期安全稳定地运行，大幅减少了其早燃现象的发生。

技术特征：

1.降低氢气发动机早燃风险的装置，与氢气发动机的电控单元ecu、进气歧管、进气门配合使用，包括用于存储高压氢气燃料的氢气罐，所述氢气罐上连接有出气管，其特征在于：还包括用于存储纯水的储水罐，所述储水罐通过高压水路连通至所述氢气发动机，所述氢气发动机上安装有氢气喷嘴，所述出气管的出气端通过第一高压氢气管路连接至所述储水罐，所述出气管的出气端还通过第二高压氢气管路连接至所述氢气喷嘴，所述出气管上安装有用于控制氢气输送的气路电磁阀，所述高压水路上串装有用于控制纯水输送的水路电磁阀，还包括安装于所述进气歧管上的温度传感器，所述温度传感器、所述气路电磁阀与所述水路电磁阀分别连接至所述电控单元ecu。

2.用于如权利要求1所述的降低氢气发动机早燃风险的装置的控制策略，其特征在于：包括以下步骤，

3.如权利要求2所述的控制策略，其特征在于：所述第一标准温度范围t1为≤45℃，所述第二标准温度范围t2为＞45℃且≤60℃，所述第三标准温度范围t3为＞60℃。

4.如权利要求2所述的控制策略，其特征在于：所述氢气喷嘴设置为两相喷嘴，所述高压水路连通于所述氢气喷嘴上。

5.如权利要求4所述的控制策略，其特征在于：在所述sp4与所述sp5步骤中，所述进气门关闭之后、所述氢气喷嘴喷射氢气之前为在所述氢气发动机的压缩上止点之前120°ca～60°ca之间，且纯水通过所述氢气喷嘴与氢气燃料同步喷射至所述氢气发动机内。

6.如权利要求2所述的控制策略，其特征在于：所述进气歧管上位于所述氢气发动机的近端安装有喷水嘴，所述高压水路连接于所述喷水嘴上。

7.如权利要求6所述的控制策略，其特征在于：在所述sp4与所述sp5步骤中，所述进气门关闭之后、所述氢气喷嘴喷射氢气之前为在所述氢气发动机的压缩上止点之前260°ca～200°ca之间，且纯水通过所述喷水嘴、所述进气歧管喷射至所述氢气发动机内。

技术总结
本发明涉及氢气发动机工作控制技术领域，公开了一种降低氢气发动机早燃风险的装置及其控制策略，与氢气发动机的电控单元ECU、进气歧管、进气门配合使用，包括氢气罐和储水罐，氢气罐上连接有出气管，储水罐通过高压水路连通至氢气发动机，氢气发动机上安装有氢气喷嘴，储水罐与氢气喷嘴分别连通于出气管上，出气管上安装有气路电磁阀，高压水路上串装有水路电磁阀，还包括安装于进气歧管上的温度传感器；能够适时且及时地启动水路电磁阀使水与氢气燃料混合，以降低缸内温度，实现了氢气发动机运行中早燃的实时检测与控制，安装简单、方便，使氢气发动机可以长期安全稳定地运行，大幅减少了早燃现象的发生。

技术研发人员：韩颜隆,韩绍毅,马宝东,战强
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>新盛安动力科技（山东）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10