[发明专利]一种氢气发动机废气水循环直喷系统、控制方法及汽车

说明书

本发明提供了一种氢气发动机废气水循环直喷系统，包括：发动机控制单元ECU、氢气罐、氢气气轨、高压水轨、集成式调压模块、向发动机气缸仅喷入氢气或同时喷入氢气和废水的双通道喷射器，所述集成器调压模块具有供废水流通的水通道和供氢气流通的氢气通道；所述氢气罐、所述集成式调压模块的氢气通道、所述氢气气轨和所述双通道喷射器之间连通而形成供氢气流入发动机气缸内的氢气流道；各发动机气缸的废气出口、所述集成式调压模块的水通道、所述高压水轨和所述双通道喷射器之间连通而形成供废气流入发动机气缸内的废水循环流道；所述发动机控制单元ECU与所述双通道喷射器和所述集成式调压模块电连接。

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，特别是一种氢气发动机的废气水循环直喷系统、控制方法及汽车。

背景技术

近年来氢气的利用主要集中于燃料电池领域，然而随着传统汽车动力转型，氢气发动机也展现出十分可观的前景。氢气发动机的发展可利用现有内燃机庞大的产业基础及多年来积累的开发经验，相比燃料电池发展代价明显较低，且随着近年来发动机高热效率技术的快速发展，其能量转换效率也有望逐渐逼近燃料电池，更为重要的是氢气发动机对氢燃料纯度要求较低，适用性更强，可大幅降低制氢、储氢、运氢等环节成本。综合上述因素，氢气发动机展现出广阔应用前景，已成为各企业及研究机构的研究热点。

氢气稀燃能力较强，燃烧速率较快，燃烧温度较高，因此为了提高氢气发动机热效率，同时降低发动机热负荷，改善发动机NVH，氢气发动机多采用稀燃方式，此时为保证足够的空气稀释，发动机需具有较强的增压能力。氢气体积能量密度较低，因此为获得较高的功率输出，通常需采用缸内直喷的方式。此外，氢气发动机虽然可实现零碳排放，但其仍不可避免存在NOx排放，且为应对当前严格的排放法规，必须加装NOx稀燃后处理系统。通常情况下，稀燃后处理系统对NOx转化效率较低，因此为满足法规要求并降低后处理成本，需尽可能有效控制原始NOx排放。专利CN109707505A提出了采用纯氧气燃烧的方式进一步实现零NOx排放，但此种方法工程化要求在实际工程化中需要求氢气和氧气都进行产业化，可行性较低，在此专利中提到了气道喷水方式，但其主要目的是为了抑制压升率，由于气道喷水方式对缸内温度降低效果有限，因此对于降低常规氢气发动机的NOx排放效果也有限。在其他的研究中，氢气发动机通常也有采用废气再循环的方式进行燃烧和排放的改善，但一方面再循环废气中的水多以气态形式存在，因此将导致新鲜空气充气效率下降，造成功率输出下降，另一方面气态形式的水对于降低进气或缸内温度的效果相比液态水喷射形式更差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种氢气发动机废气水循环直喷系统、控制方法及汽车。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种氢气发动机废气水循环直喷系统，包括：

发动机控制单元ECU、氢气罐、氢气气轨、高压水轨、集成式调压模块、向发动机气缸仅喷入氢气或同时喷入氢气和废水的双通道喷射器，所述集成式调压模块具有供废水流通的水通道和供氢气流通的氢气通道；

所述氢气罐、所述集成式调压模块的氢气通道、所述氢气气轨和所述双通道喷射器之间连通而形成供氢气流入发动机气缸内的氢气流道；

各发动机气缸的废气出口、所述集成式调压模块的水通道、所述高压水轨和所述双通道喷射器之间连通而形成供废气流入发动机气缸内的废水循环流道；

所述发动机控制单元ECU与所述双通道喷射器和所述集成式调压模块电连接，所述发动机控制单元ECU基于发动机实时负荷工况，对所述集成式调压模块控制，使所述集成式调压模块对进入所述氢气气轨内的气体轨压和/或进入所述高压水轨内的废水轨压进行调压。

优选地，所述废水循环流道还包括：

与发动机气缸的废气出口连通的第一增压器、催化器、电控三通阀，与所述电控三通阀的第一出口连通的排气尾管，与所述电控三通阀的第二出口连通的废气冷却器，与所述废气冷却器的第一出口连通的高压机械水泵；