一种用于氢内燃机的供氢控制设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于氢内燃机的供氢控制设备，包括用于提供氢气的氢源；用于对来自氢源的氢气进行减压的减压装置；用于对来自减压装置的氢气进行压力调节的调压装置；用于将来自调压装置的氢气喷射到氢内燃机中以便进行燃烧的氢气喷射装置；以及用于控制所述调压装置的控制操作的控制装置，该控制装置根据氢内燃机的运行工况可变地确定当前工况下的目标喷射压力和相应的喷射持续期，并通过指令信号控制调压阀使喷射装置的实际喷射压力符合所述目标喷射压力。本发明专利技术可以按氢内燃机不同运行工况时时调整供氢压力，实现供氢压力的自适应调节，有效控制回火、降低ＮＯｘ排放，满足氢内燃机全工况稳定运转要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于氢内燃机的供氢控制设备，具体来说涉及一种用 于氢内燃机的自适应式供氢压力调节装置。
技术介绍
随着石油资源的减少、石油价格不断上涨以及排放法规不断加严，我 国根据可持续发展战略已经将氢能定为新世纪的车用替代能源之一。氢能 源动力的发展目前的一个主要方向是氢发动机。对于氢发动机，其可燃混合气浓度范围宽广，当量浓度变化范围在0.3 1.5，在不同的化学当量比附近燃烧速度相差6倍以上。如图1所示，显 示了氢气和汽油的层流燃烧速度随燃料当量浓度的变化规律，对比两曲线 的变化趋势可知，氢气的可燃当量浓度范围比汽油宽广许多，其层流燃烧 速度也远大于汽油。于是，对于氢发动机，在进气空气量一定的情况下， 喷氢量变化范围大，同时氢气密度低导致体积流量变大，因此对喷氢系统 要求很高。在进气道喷射式氢内燃机中，在较大的喷氢脉宽时，循环喷氢量随着 喷射脉宽的增加而增加，基本呈现线性变化规律，在较小的喷氢脉宽时， 循环喷氢量不再呈现出随喷氢脉宽变化的线性规律，喷射变得不稳定。当 改变氢气喷射压力时，喷嘴的流量随着喷射压力的增加，循环喷氢量明显 增加，且呈线性关系。另外，根据喷嘴特性的线性变化规律，要获得氢内 燃机的大功率输出，必然需要加大循环喷氢量，必须使用更大的喷氢脉宽， 会引发喷氢持续期明显加长，引起氢内燃机的回火，根据氢内燃机不同工 况运行特性要求，总结出喷射开启角和关闭角的最佳角度。也就是说，在 一定的转速下具有一确定喷氢持续期角度。于是在给定转速下，在这个确 定角度的约束下，只有提高氢气轨道压力，才能进一步增加氢内燃机的功率输出。在进气道喷射式氢内燃机工作过程中，受喷嘴流量特性限制和全工况 下喷氢量需求的不同，传统固定压力供氢方式难以解决怠速、小负荷工况 运转下氢气喷射不稳定和高速、大负荷时功率、扭矩输出不足等问题。这 是由于传统进气道喷射式氢内燃机中供氢稳压轨压力保持恒定，氢喷嘴只 能在固定的压力下工作，受其流量特性限制，最小的怠速喷氢持续期Un不 得小于其电磁阀响应时间tO ，否则喷嘴工作不稳定；其最大喷氢持续期受 气门正时及回火等因素限制，不同转速下对应着不同的上限值t,，因此喷 氢持续期只能在t^和t^之间调整。于是，在固定的氢喷射压力较高以满足 在高转速下输出更高的功率时，当氢发动机处于怠速小负荷工况的状态下， 由于所需循环喷氢量较少，而循环喷氢量取决于喷氢持续期和喷射压力， 因此在固定的氢喷射压力较高时就会得到较小的怠速喷氢持续期t^，从而 很难保持怠速喷氢持续期Un大于t。，以为避免喷嘴工作不稳定导致氢发动 机功率、转速产生波动。而为了保证怠速喷氢持续期t^大于t。，就会限制 固定氢喷射压力的增大，于是当氢发动机工作在高转速大负荷工况时，不 利于满足氢发动机最大流量要求和保证氢内燃机功率、扭矩输出。因此设计出一种性能良好的用于氢内燃机的自适应式供氢压力调节系 统和控制方法可以按氢内燃机不同运行工况时时调整供氢压力，还可以实 现喷氢时刻、喷氢持续期的电子控制，有效控制回火、降低N0X排放，满 足氢内燃机全工况稳定运转要求，具有重大实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于氢内燃机的自适应式供氢压力调节装 置，此装置不仅可以按氢内燃机运行工况对喷射压力进行闭环控制，而且 能够对喷氢时刻、喷氢持续期进行调节，并最终实现氢内燃机在各个工况 下的稳定运转。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的，用于氢内燃机的供氢控 制设备提供了用于提供氢气的氢源，用于对来自氢源的氢气进行减压的减压装置，用于对来自减压装置的氢气进行压力调节的调压装置，用于将来 自调压装置的氢气喷射到氢内燃机中以便进行燃烧的氢气喷射装置以及用 于控制所述调压装置的控制操作的控制装置，所述控制装置根据氢内燃机 的运行工况可变地确定当前工况下的目标喷射压力和相应的喷射持续期， 并通过指令信号控制调压阀使喷射装置的实际喷射压力符合所述目标喷射 压力。所述控制装置是中央电子控制单元，所述中央电子控制单元采集内 燃机的转速信号、油门位置信号及氢气稳压轨压力信号并确定氢内燃机当 前的运行工况和当前工况下的目标喷射压力。所述氢气喷射装置包括与所 述调压装置通过管路相连的氢气稳压轨和与氢起稳压轨相连的喷氢喷嘴， 用于将稳压轨中的氢气在实际喷射压力下喷射到氢内燃机的进气道中。所 述氢源包括高压储气瓶，所述减压装置包括一级减压阀，和所述调压装置 包括电控调压阔。所述控制装置在氢内燃机处于怠速和小负荷工况时，确定目标喷射压力为最低稳定压力Pmin，同时确定采用最短的喷氢持续期； 以及所述控制装置在氢内燃机处于额定转速和全负荷工况时，确定目标喷射压力为最高喷氢压力Pmax，同时确定采用最长的喷氢持续期。 在氢内燃机处于中间工况时，随转速和负荷的增大，所述控制装置增大所 确定的目标喷射压力，其中所述目标喷射压力处于最低稳定压力Pmin和最 高喷氢压力Pmax之间，同时增大所确定出相应的喷氢持续期。在氢内燃机 处于处于急加速工况时，所述控制装置增大所确定的目标喷射压力并减小 喷氢持续时间。 有益效果采用本专利技术可以按氢内燃机不同运行工况时时调整供氢压力，还可以 实现喷氢时刻、喷氢持续期的电子控制，有效控制回火、降低N0x排放， 满足氢内燃机全工况稳定运转要求，具有重大实用价值。附图说明图1为在氢发动机和汽油发动机中氢气和汽油的层流燃烧速度随燃料 当量浓度的变化规律。6图2为对于氢发动机，氢喷嘴流量随脉宽信号的变化规律。图3为对于氢发动机，氢喷嘴流量随喷射压力变化的特性曲线。图4为对于氢发动机，对氢气喷射开启角、关闭角随发动机转速变化而采取的控制策略示意图。图5为本专利技术的氢内燃机自适应式供氢系统原理图。图6为本专利技术的喷氢压力随发动机转速、负荷的变化应采取的控制策略示意图。图中l.氢气瓶，2.电动截止阀，3.—级减压阀，4.电控调压阀，5. 阻火器，6.压力表，7.瞬态压力传感器，8.氢气稳压轨，9.氢喷嘴，10.油 门踏板，11.电子控制单元(ECU)， 12.曲轴位置传感器，13.氢气管路，14. 控制线束，15.发动机机体。具体实施例方式图5显示了根据本专利技术的一个实施例的用于氢发动机的自适应供氢系 统，该系统包括存储氢的氢气瓶1，来自氢气瓶1的氢经过电动截止阀2达 到一级减压阀3，经一级减压后氢气压力一般为5 8bar左右，然后经过一 级减压的氢气到达电控调压阀4，电子控制单元(ECU) 11和电控调压阀4 保持电连接以便电控调压阀4执行控制，从而从调压阀输出的理想压力氢 气经过阻火器5流入氢气稳压轨8并最终到达氢气喷嘴9前端，最终根据 喷射正时和喷射持续期喷嘴将氢气喷如到内燃机的机体15的气缸的燃烧室 内部。该系统还包括一组用于氢内燃机及氢供应系统的传感器，例如曲轴 位置传感器12、测量油门踏板10操作量的位置传感器，测量调压阀4内部 的瞬态压力的压力传感器7以及测量调压阀输出压力的压力表或者压力传 感器6等。上述传感器与中央电子控制单元(ECU)保持电连接，从而向ECU 输送传感器的检测消息。另外，该系统还包括一组提供从氢源1到氢气喷 嘴9的管路。整个系统的工作过程是首先电子控制单元(ECU) ll采集氢内燃机转 速信号(曲轴位置传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于氢内燃机的供氢控制设备，其特征在于：所述设备包括：用于提供氢气的氢源；用于对来自氢源的氢气进行减压的减压装置；用于对来自减压装置的氢气进行压力调节的调压装置；用于将来自调压装置的氢气喷射到氢内燃机中以便进行燃烧的氢气喷射装置；以及用于控制所述调压装置的调压操作的控制装置，该控制装置根据氢内燃机的运行工况可变地确定当前工况下的目标喷射压力和相应的喷射持续期，并通过指令信号控制调压阀调节输出的压力使喷射装置的实际喷射压力符合所述目标喷射压力。

【技术特征摘要】
1.一种用于氢内燃机的供氢控制设备，其特征在于所述设备包括用于提供氢气的氢源；用于对来自氢源的氢气进行减压的减压装置；用于对来自减压装置的氢气进行压力调节的调压装置；用于将来自调压装置的氢气喷射到氢内燃机中以便进行燃烧的氢气喷射装置；以及用于控制所述调压装置的调压操作的控制装置，该控制装置根据氢内燃机的运行工况可变地确定当前工况下的目标喷射压力和相应的喷射持续期，并通过指令信号控制调压阀调节输出的压力使喷射装置的实际喷射压力符合所述目标喷射压力。2. 根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述控 制装置是中央电子控制单元，所述中央电子控制单元采集内燃机 的转速信号、油门位置信号及氢气稳压轨压力信号并确定氢内燃 机当前的运行工况和当前工况下的目标喷射压力，以及相应的喷 射持续期。3. 根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述氢 气喷射装置包括与所述调压装置通过管路相连的氢气稳压轨和 与氢气稳压轨相连的喷氢喷嘴，用于将稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福水，孙柏刚，刘兴华，张冬生，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]