[发明专利]一种用于氢内燃机的供氢控制设备

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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t_min不得小于其电磁阀响应时间t0，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_max，因此喷氢持续期只能在t_min和t_max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_min，从而很难保持怠速喷氢持续期t_min大于t₀，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_min大于t₀，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NOx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。

发明内容

本发明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。