一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法，包括气道喷水和缸内直喷水,利用燃料电池和传统汽油机为发动机提供动力，燃料电池产生的水用于汽油喷水。避免了燃料电池产生大量水浪费。而且避免了对喷入气缸内的水净化的问题。通过喷水降低燃烧温度，降低NOx的排放和发动机热负荷。而且水和柴油形成乳化物，产生微爆现象更有利于油气混合。

【技术实现步骤摘要】
一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法
本专利技术涉及汽车动力领域，尤其涉及商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法。
技术介绍
现代社会的发展越来越依赖能源，交通运输业大部分动力都是依靠传统汽油机和柴油机。随着环境保护意识越来越强，内燃机排放法规也越来越严格。随着汽车节能与新能源技术的发展，燃油经济性和排放性已经成为汽车发展的主流。混合动力汽车成为了当前汽车产业的一个重要方向。混合动力汽车(HEV)是指同时装备热动力源与电动力源的汽车。发动机和电机结合使用，发动机做功一部分用于发电，一部分用于驱动车轮，根据实际调控使发动机保持在综合性能最佳的区域内工作。而且电机能快速启动发动机，改善启动排放；制动时利用电机回收能量，达到节能减排的目的。燃料电池是一种高效率、低排放低噪音的动力。国内外很多汽车企业开发了燃料电池和发动机可以共同作为混合动力汽车的动力。利用燃料电池作为动力，可以降低化石燃料的消耗从而降低碳排放。相比于发动机，燃料电池的热效率较高，而且无有害排放，符合节能减排的要求。早在20世纪30年代开始发动机喷水研究。早期应用在航空发动机上的研究，后来用到车用发动机上。对柴油机喷水的研究发现通过进气道喷水，根据多组分燃料蒸发理论，水的蒸发抑制了燃油蒸发导致着火延迟，水量越多延迟越长。较高负荷下喷入适当的水，降低了燃烧温度，而且水分子和氧原子反应生成羟基降低氧浓度，显著降低NOx排放，同时CO和HC排放没有明显升高。而在小负荷下喷水在降低NOx排放的同时导致CO和HC排放升高。柴油进气道喷水的不同转速和负荷研究表明，喷水对低转速油耗影响较大，最大可降低10％的燃油消耗率，降低NOx排放10％～30％。对于小负荷工况，使用EGR降低NOx比喷水更有优势；而大负荷工况则喷水降低NOx更好。有试验结果表明小型柴油机气道水和油的比例为0.15到0.45最佳。三菱重工通过分层燃料、水喷射系统向柴油机缸内直接喷水，可以同时降低NOx和颗粒排放。现有发动机喷水结构主要是采用缸内喷水，喷水过多会稀释润滑油。而且水箱内的水需要反复查看添加。水箱长时间储存水导致水污染，对水泵和喷水器、缸内燃烧都会有不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法，燃料电池为发动机提供水喷入气道或者缸内，优化燃烧降低油耗，降低污染物的排放，降低温度提高热效率。本专利技术的一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法，包括以下步骤：步骤一、ECU根据发动机的扭矩和转速判断发动机的运行状态；步骤二、针对不同的运行状态采取对应的喷水策略；如果是小负荷，ECU控制两个喷水器和水泵处于关闭状态，不进行喷水；如果是中等负荷，则采用第二喷水器进行缸内直接喷水，具体过程为：ECU根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制第二喷水器在压缩冲程喷水；ECU根据预先标定的喷水量和喷水时刻向第二喷水器发出喷水指令，同时ECU向水泵发送启动指令，并控制三通阀向第二喷水器供水的阀口打开至所需的开度，水箱中的水通过水泵以及三通阀输送至第二喷水器进行喷射；如果是大负荷，则采用第一喷水器进行进气道内喷射以及第二喷水器进行缸内直接喷水，具体过程为：ECU根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制进气道内喷射在进气过程进行，缸内喷射在压缩过程进行，ECU控制水泵启动以及控制三通阀打开相应的阀口至所需的开度，同时根据预先标定的喷水量并在标定的喷水时刻向相应的喷水器发出喷水指令，水箱中的水通过水泵以及三通阀输送至相应的喷水器进行喷射。本专利技术的有益效果是：利用燃料电池产生的水，中间不需要经过任何净化消毒等措施，直接用于发动机喷水，包括气道喷水和缸内直喷水两种方式。方法既利用了燃料电池反应生成的水，又避免了发动机采用其他水被污染导致矿物沉积在水过滤器、水喷射器、发动机零件、排气催化剂等上，从而影响发动机性能以及潜在地损坏发动机硬件。燃料电池产生的水可以随时使用，不用考虑储存污染的问题。而且使用喷水解决了燃料电池产物水的排放问题。燃料电池和发动机喷水耦合，有效地解决了两者的问题。附图说明图1为本专利技术的用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置示意图；图2为发动机喷水控制流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的内容加以详细说明。如附图所示，本专利技术方法采用的装置是对已有结构的改进。发动机局部示意图，包括气缸，曲轴4和连杆3连接，连杆另一端连接活塞5，缸盖上的进气道7和排气道1和缸体相连，进气门6和排气门2和活塞5组成相应的燃烧室。如图所示本专利技术的一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法，包括以下步骤：步骤一、ECU9根据发动机的扭矩和转速判断发动机的运行状态；步骤二、针对不同的运行状态采取对应的喷水策略；如果是小负荷，ECU9控制两个喷水器和水泵13处于关闭状态，不进行喷水。如果是中等负荷，则采用第二喷水器8-2进行缸内直接喷水，具体过程为：ECU9根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制第二喷水器在压缩冲程喷水。ECU9根据预先标定的喷水量和喷水时刻。向第二喷水器8-2发出喷水指令，同时ECU9向水泵13发送启动指令，并控制三通阀10向第二喷水器8-2供水的阀口打开至所需的开度。水箱中的水通过水泵以及三通阀10输送至第二喷水器8-2进行喷射。液滴蒸发降低缸内最高温度，对NOx的生成有一定的抑制作用。喷水量和喷水时间通过实验得到，ECU根据转速、负荷、进气流量、活塞位置、进气温度事先标定数据以确定喷入的水量和时刻并根据NOx的排放量对喷水量和喷水时间进行修正，使排放和效率最优。如果是大负荷，则采用第一喷水器8-1进行进气道内喷射以及第二喷水器8-2进行缸内直接喷水，具体过程为：ECU9根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制进气道内喷射在进气过程进行，缸内喷射在压缩过程进行，ECU9控制水泵13启动以及控制三通阀打开相应的阀口至所需的开度，同时根据预先标定的喷水量并在标定的喷水时刻向相应的喷水器发出喷水指令。水箱中的水通过水泵以及三通阀10输送至相应的喷水器进行喷射。缸内直接喷射增加了缸内的小液滴数量，小液滴悬浮在缸内，和后喷入的燃油形成油水混合物容易发生微爆现象，促进燃油和空气混合。采用进气道喷射和缸内直接喷水，能避免缸内大量喷水对润滑油稀释。喷水量和喷水时间通过实验得到，ECU根据转速、负荷、进气流量、活塞位置、进气温度事先标定数据以确定喷入的水量和时刻并根据NOx的排放量对喷水量和喷水时间进行修正，使排放和效率最优。如图1所示为实现本专利技术方法的装置，包括水箱14和两个喷水器，其中第一喷水器8-1的喷口与进气道连通以使通过第一喷水器喷出的水进入进气道，所述的第一喷水器8-1的喷口轴线与进气道的轴线呈0度到45度的夹角，这样不阻碍进气流动，喷水落点位置靠近气门，温度较高喷出的水容易蒸发。第二喷水器8-2的喷口穿过位于排气门2和进气门7之间的缸盖且对准气缸缸内设置，第二喷水器8-2的喷口轴线方向和活塞轴向一致，不容易喷射到壁面。所述的第一喷水器8-1的进口以及第二喷水器8-2的进口分别与同一个三通阀10的第一阀口、第二阀口连通，两个喷水器的水通过三通阀10分配水量供给，控制喷水方式是缸内直喷还是只有气道喷水。在所述的水箱14内安装有一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、ECU根据发动机的扭矩和转速判断发动机的运行状态；步骤二、针对不同的运行状态采取对应的喷水策略；如果是小负荷，ECU控制两个喷水器和水泵处于关闭状态，不进行喷水；如果是中等负荷，则采用第二喷水器进行缸内直接喷水，具体过程为：ECU根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制第二喷水器在压缩冲程喷水；ECU根据预先标定的喷水量和喷水时刻向第二喷水器发出喷水指令，同时ECU向水泵发送启动指令，并控制三通阀向第二喷水器供水的阀口打开至所需的开度，水箱中的水通过水泵以及三通阀输送至第二喷水器进行喷射；如果是大负荷，则采用第一喷水器进行进气道内喷射以及第二喷水器进行缸内直接喷水，具体过程为：ECU根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制进气道内喷射在进气过程进行，缸内喷射在压缩过程进行，ECU控制水泵启动以及控制三通阀打开相应的阀口至所需的开度，同时根据预先标定的喷水量并在标定的喷水时刻向相应的喷水器发出喷水指令，水箱中的水通过水泵以及三通阀输送至相应的喷水器进行喷射。

【技术特征摘要】
1.一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、ECU根据发动机的扭矩和转速判断发动机的运行状态；步骤二、针对不同的运行状态采取对应的喷水策略；如果是小负荷，ECU控制两个喷水器和水泵处于关闭状态，不进行喷水；如果是中等负荷，则采用第二喷水器进行缸内直接喷水，具体过程为：ECU根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制第二喷水器在压缩冲程喷水；ECU根据预先标定的喷水量和喷水时刻向第二喷水器发出喷水指令，同时ECU向水泵发送启动指令，并控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浒，李艺漩，郑尊清，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12