本发明专利技术公开了一种氢燃料发动机系统及其瞬态控制方法、车载系统，氢燃料发动机系统的进气管路与发动机的进气歧管连接；沿进气方向，进气管路上依次设置空气滤清器、第一增压器、中冷器和节气门；燃气喷射装置的气道喷射模块设置在进气歧管上，气道喷射模块的氢气喷嘴伸入进气歧管中；燃气喷射装置的缸内直喷模块设置在发动机上，缸内直喷模块的氢气喷嘴伸入发动机的气缸燃烧室中；设置在所述气缸燃烧室的点火口，用于对所述气缸燃烧室的点火；排气管路与发动机的排气歧管连接，沿排气方向，排气管路上依次设置第二增压器、λ传感器和氧化型催化转化器，可以解决氢燃料发动机排气温度低、增压能力差而导致的瞬态响应时间长的问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料发动机系统及其瞬态控制方法、车载系统
[0001]本专利技术实施例涉及氢燃料发动机
，尤其涉及一种氢燃料发动机系统及其瞬态控制方法、车载系统。
技术介绍
[0002]目前，面对环境保护与能源保护，行业内对排放法规和油耗法规日趋严格，氢气作为无碳的清洁能源，燃烧只产生水，可基本实现碳和污染物的零排放，因此，使用氢燃料发动机可推进碳中和进程。
[0003]当前氢燃料发动机基本采用稀薄燃烧策略，其具有热效率高、NOx排放低的优点。但由于稀薄燃烧的进气量为化学当量燃烧的2倍以上，发动机气缸内燃烧工质多，燃烧温度低，排气能量低，不利于推动涡轮做功。由于发动机气缸的进气压力难以建立，对于发动机的稳态性，进气压力低会导致稀燃程度低、动力性差；对于发动机的瞬态性能，排气温度较低会导致涡轮增压瞬态性能较差，使得目标动力性达成所耗费的时间较长，加速性能较差。
[0004]目前国内外的氢燃料发动机均处于研究阶段，对于乘用车氢燃料发动机的产业化应用路线并未达成行业共识，其稳态及瞬态控制基本处于空白状态。现有的氢燃料发动机设计通常参考乘用车发动机开发经验，通过性能及结构设计达成稳态动力性目标，瞬态通过采用电动+涡轮增压的两级增压措施提升。若参考乘用车发动机开发经验，瞬态响应需通过两级增压改善，会带来结构布置、控制复杂以及增加电动增压器的零件成本的问题。在电动化的市场背景下，未来氢燃料发动机多数以混动专用动力应用于新能源车辆，那么通过采用电动两级增压的解决方案会带来机舱难以布置、成本高等问题。
[0005]因此，优化氢燃料发动机的响应性能，同时保证燃烧稳定性、NOx排放和爆震性能均处于合理范围，是目前氢燃料发动机推广亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种氢燃料发动机系统及其瞬态控制方法、车载系统，可以解决氢燃料发动机排气温度低、增压能力差而导致的瞬态响应时间长的问题
[0007]第一方面，本申请提供了一种氢燃料发动机系统，包括：
[0008]进气管路，与发动机的进气歧管连接；沿进气方向，所述进气管路上依次设置空气滤清器、第一增压器、中冷器和节气门；
[0009]燃气喷射装置，所述燃气喷射装置包括气道喷射模块或者缸内直喷模块，所述气道喷射模块设置在所述进气歧管上，所述气道喷射模块的氢气喷嘴伸入所述进气歧管中；所述缸内直喷模块设置在所述发动机上，所述缸内直喷模块的氢气喷嘴伸入所述发动机的气缸燃烧室中；
[0010]火花塞，所述火花塞设置在所述气缸燃烧室的点火口，用于对所述气缸燃烧室的点火；
[0011]排气管路，与所述发动机的排气歧管连接，沿排气方向，所述排气管路上依次设置
第二增压器、λ传感器和氧化型催化转化器。
[0012]可选的，沿所述排气方向，在所述氧化型催化转化器之后，所述排气管路上还设置选择性催化还原装置。
[0013]可选的，沿所述排气方向，在所述氧化型催化转化器之后，所述排气管路上还设置NOx捕集装置。
[0014]可选的，所述氢燃料发动机系统还包括控制器；
[0015]所述排气管路上还设置选择性催化还原装置，所述控制器分别与所述空气滤清器、所述第一增压器、所述中冷器、所述节气门、所述气道喷射模块、所述火花塞、所述第二增压器、所述λ传感器、所述氧化型催化转化器和所述选择性催化还原装置连接；或者，所述排气管路上还设置NOx捕集装置，所述控制器分别与所述空气滤清器、所述第一增压器、所述中冷器、所述节气门、所述缸内直喷模块、所述火花塞、所述第二增压器、所述λ传感器、所述氧化型催化转化器和所述NOx捕集装置连接。
[0016]第二方面，本申请实施例还提供了一种氢燃料发动机系统的瞬态控制方法，所述瞬态控制方法包括：
[0017]获取当前时刻车载系统的初始扭矩、目标扭矩；
[0018]比较所述目标扭矩和所述初始扭矩的大小；
[0019]当所述目标扭矩大于所述初始扭矩，控制第一增压器增大发动机内的氢气燃气浓度，同时控制火花塞在第一点火角点火；
[0020]实时获取排气管路中的过量空气系数；
[0021]当所述过量空气系数小于或者等于所述目标扭矩对应的爆震边界值；控制第一增压器继续增大发动机气缸内的氢气燃气浓度，同时控制所述火花塞在第二点火角点火，以使所述车载系统由所述初始扭矩增大至所述目标扭矩；
[0022]其中，所述第一点火角小于所述目标扭矩对应的稳态点火角，所述目标扭矩对应的稳态点火角小于所述第二点火角。
[0023]可选的，氢燃料发动机系统包括燃气喷射装置，所述燃气喷射装置包括缸内直喷模块，所述发动机的一个工作周期包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，在缸内升温加速阶段中，所述瞬态控制方法还包括：
[0024]在所述发动机的每个工作周期的做功冲程结束和排气冲程开启之前，控制缸内直喷模块向气缸燃烧室喷入氢气燃料，同时控制火花塞点火；
[0025]其中，所述缸内升温加速阶段指的是控制所述火花塞在第二点火角点火后所述车载系统的扭矩增大至所述目标扭矩持续的时间。
[0026]可选的，在所述缸内升温加速阶段，所述发动机包括多个依次进行的工作周期；
[0027]控制第一增压器继续增大发动机气缸内的氢气燃气浓度，同时控制所述火花塞在第二点火角点火，还包括：
[0028]同时控制所述火花塞在多个依次进行的工作周期中的第二点火角逐渐减小至所述目标扭矩对应的稳态点火角。
[0029]可选的，在所述车载系统由所述初始扭矩增大至所述目标扭矩后，所述瞬态控制方法还包括：
[0030]控制所述火花塞在所述目标扭矩对应的稳态点火角点火。
[0031]可选的，在控制第一增压器增大发动机气缸内的氢气燃气浓度，同时控制所述火花塞在第二点火角点火之后，所述瞬态控制方法还包括：
[0032]继续实时获取所述排气管路中的过量空气系数λ；
[0033]控制第一增压器和第二增加器的增压比例，以使所述过量空气系数λ稳定在所述目标扭矩对应的爆震边界值。
[0034]第三方面，本申请实施例还提供了一种车载系统，包括第一方面提供的所述的氢燃料发动机系统。
[0035]综上，本申请提供的氢燃料发动机系统，采用氢燃料发动机系统的瞬态控制方法，通过控制点火时刻、系统增压、氢气喷射等，改善瞬态响应性能，减少加速响应时间，同时还可以规避氢稀薄燃烧过量空气系数λ变化范围大带来的NOx排放高、燃烧稳定性差及爆震异常燃烧等问题。
附图说明
[0036]图1是本申请提供的一种氢燃料发动机系统的结构示意图；
[0037]图2是本申请提供的另一种氢燃料发动机系统的结构示意图；
[0038]图3是氢燃料发动机的NOx与过量空气系数λ的关系示意图；
[0039]图4是本申请提供的一种氢燃料发动机系统的瞬态控制方法示意图；
[0040]图5是本申请的氢燃料发动机系统的点火角与过量空气系数本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氢燃料发动机系统，其特征在于，包括：进气管路，与发动机的进气歧管连接；沿进气方向，所述进气管路上依次设置空气滤清器、第一增压器、中冷器和节气门；燃气喷射装置，包括气道喷射模块或者缸内直喷模块，所述气道喷射模块设置在所述进气歧管上，所述气道喷射模块的氢气喷嘴伸入所述进气歧管中；所述缸内直喷模块设置在所述发动机上，所述缸内直喷模块的氢气喷嘴伸入所述发动机的气缸燃烧室中；火花塞，设置在所述气缸燃烧室的点火口，用于对所述气缸燃烧室的点火；排气管路，与所述发动机的排气歧管连接；沿排气方向，所述排气管路上依次设置第二增压器、λ传感器和氧化型催化转化器。2.根据权利要求1所述的氢燃料发动机系统，其特征在于，沿所述排气方向，在所述氧化型催化转化器之后，所述排气管路上还设置选择性催化还原装置。3.根据权利要求1所述的氢燃料发动机系统，其特征在于，沿所述排气方向，在所述氧化型催化转化器之后，所述排气管路上还设置NOx捕集装置。4.根据权利要求1所述的氢燃料发动机系统，其特征在于，所述氢燃料发动机系统还包括控制器；所述排气管路上还设置选择性催化还原装置，所述控制器分别与所述空气滤清器、所述第一增压器、所述中冷器、所述节气门、所述气道喷射模块、所述火花塞、所述第二增压器、所述λ传感器、所述氧化型催化转化器和所述选择性催化还原装置连接；或者，所述排气管路上还设置NOx捕集装置，所述控制器分别与所述空气滤清器、所述第一增压器、所述中冷器、所述节气门、所述缸内直喷模块、所述火花塞、所述第二增压器、所述λ传感器、所述氧化型催化转化器和所述NOx捕集装置连接。5.一种氢燃料发动机系统的瞬态控制方法，其特征在于，所述瞬态控制方法包括：获取当前时刻车载系统的初始扭矩、目标扭矩；比较所述目标扭矩和所述初始扭矩的大小；当所述目标扭矩大于所述初始扭矩，控制第一增压器增大发动机内的氢气燃气浓度，同时控制火花塞在第一点火角点火；实时获取排气管路中的过量空气系数；当所述过量...
【专利技术属性】
技术研发人员：马赫阳，黄平慧，李春雨，钱丁超，王占峰，宫艳峰，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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