[发明专利]一种氢气燃料内燃机及其氢气喷射系统和燃烧方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氢气燃料内燃机的氢气喷射系统，还涉及一种使用该系统的内燃机及其燃烧方法。

背景技术

目前，现有的氢气燃料内燃机多采用气道喷射、缸外预混，或者缸内直喷的单一形式。气道喷射氢燃料发动机的氢气喷入各缸进气道中，氢气与空气在气道中混合后再进入气缸，这在一定程度上限制了燃料供给的响应速度和燃烧控制，从而限制了发动机动力性能以及经济性的提升。此外，传统进气道喷射发动机中，气道中残余的氢气会导致回火等异常燃烧现象的产生；而且缸内的氢气与空气混合气体在压缩行程中有早燃和爆震的趋势，不仅影响发动机的效率，还会大大缩短发动机寿命。缸内直喷氢燃料发动机是将液态氢燃料通过高压喷嘴，在压缩行程终点时直接喷射到发动机燃烧室中，由于液氢温度非常低，在冷启动阶段容易造成燃烧热效率低、冷启动困难的现象，同时容易发生早燃等异常燃烧现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢气燃料内燃机的氢气喷射系统；本发明的另一目的在于提供一种使用该系统的内燃机及其燃烧方法。

本发明所提供的汽车氢气燃料内燃机燃烧方法和装置，用以解决现有汽车氢气燃料内燃机燃烧方法和装置因燃料供给的响应速度和燃烧控制受到限制影响了发动机动力性能、经济性、排放性能和启动性能等。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

当发动机工作时，一部分液态氢燃料经过汽化后在进气歧管处喷入气道，与空气进行预混合；一部分液态氢燃料在压缩行程终点时，由氢燃料喷嘴喷入发动机燃烧室。通过两种燃料供给方式相结合，在提高发动机动力性的同时，避免出现异常燃烧现象。

具体的燃烧方法是内燃机燃料有两条供给通道：(一)、低温的液态氢燃料存储在氢气存储装置中，由氢气泵抽出，并经氢气滤清器过滤后，一部分液氢燃料汽化后由气道氢气喷射器喷入发动机进气与空气进行混合，在燃烧室内形成预混合可燃气体；(二)、一部分液氢燃料经限压阀和稳压腔对燃料压力进行调整后，由缸内高压喷氢器在发动机压缩行程终点喷入发动机燃烧室。(三)、火花塞点火使混合气燃烧。(四)、燃烧后的气体经过排气道排出发动机，并经过催化器对尾气进行处理。

该汽车氢气燃料内燃机燃烧的装置包括活塞，燃烧室，排气道，催化器，缸内高压喷氢器，稳压腔，限压阀，进气道，气道氢气喷射器，汽化器，三通阀，氢气滤清器，氢气泵，氢气存储装置，ECU，火花塞。火花塞、进气道、排气道、缸内高压喷氢器均与燃烧室连接，缸内高压喷氢器与稳压腔、限压阀、氢气滤清器、氢气泵和氢气存储机构连接，气道氢气喷射器出口与进气道连接，气道氢气喷射器入口依次与氢气滤清器、氢气泵和氢气存储机构连接。

双通道混合喷射氢气燃料内燃机是将两种燃料供给方式结合起来，采用合适的喷射比例和喷射时间，在提升发动机动力性的同时，很好的解决了氢燃料发动机冷启动问题。双通道混合喷射氢气燃料内燃机燃烧系统和燃烧组织方法，主要应用于氢气燃料内燃机，可在对传统电子燃油喷射汽油机改变较小的基础上，使发动机燃烧氢气燃料，从而替代传统的石油能源。

具体技术方案如下：

一种氢气燃料内燃机的氢气喷射系统，包括氢气存储装置，缸内高压喷氢器，气道氢气喷射器和汽化装置；其中，氢气存储装置内的部分液态氢燃料由汽化装置汽化后，经气道氢气喷射器进入内燃机进气歧管，氢气存储装置内的部分液态氢燃料由缸内高压喷氢器喷入内燃机燃烧室。

还包括一稳压腔和一限压阀，设置在氢气存储装置与缸内高压喷氢器之间，所述限压阀和稳压腔对燃料压力进行调整。

还包括一氢气滤清器和一氢气泵，该氢气泵将液态氢燃料从氢气存储装置中抽出，并送氢气滤清器过滤。

所述汽化装置为一汽化器；该氢气喷射系统还包括一三通阀，其将氢气滤清器过滤后的氢燃料分别送至该汽化器和限压阀。

还包括一电控单元ECU，其根据发动机工况读取MAP，通过调整气道氢气喷射器和缸内高压喷氢器喷射脉宽，控制两种燃料供给模式的比例。

一种使用上述氢气喷射系统的氢气燃料内燃机，包括活塞，燃烧室，排气道，进气道，火花塞，其中，火花塞，进气道，排气道以及所述氢气喷射系统的缸内高压喷氢器均与燃烧室连接，所述氢气喷射系统的气道氢气喷射器出口与进气道连接。

还包括一催化器，其与排气道连接，排气道内气体排出发动机之前由催化器进行处理。

一种上述氢气燃料内燃机的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)低温的液态氢燃料存储在氢气存储装置中，由氢气泵抽出，并经氢气滤清器过滤；