一種用于進氣歧管噴射氫氣的噴射方法、裝置及系統與流程

本發明涉及發動機，尤其涉及一種用于進氣歧管噴射氫氣的噴射方法、用于進氣歧管噴射氫氣的噴射裝置及用于進氣歧管噴射氫氣的噴射系統。

背景技術：

1、氫氣燃燒速度快，在缸內燃燒時的火焰傳播速度更快，因此具有很強的抗爆性，有利于提高發動機熱效率；氫氣點火能量低、可燃混合氣濃度范圍大，氫氣發動機易于實現稀薄燃燒，提高經濟性同時可以降低最高燃燒溫度，大幅度地減少nox的排放量。

2、缸內噴射是氣缸在吸氣行程中吸入空氣而不是帶有燃料的混合氣；在氣缸壓縮行程中，進氣門關閉后，高壓氫氣通過安裝在氣缸體上的燃料噴射閥噴射入氣缸與空氣形成混合氣體，由于缸內壓力大，所以該方式需噴射高壓氫氣，所需要的氫氣存儲壓力高，對材料的密封性能要求高，成本高，且高壓直噴混合不完全會導致發動機指示熱效率低。

3、進氣歧管噴射是指燃油在進氣歧管內與空氣混合后，再被吸入氣缸的燃油噴射方式。通過控制高速電磁閥的開關時間，可以實現每個氣缸定時定量的燃料噴射控制，從而快速精確的進行空燃比的控制，并且進氣歧管噴射可以增加混合氣的均勻性。進氣歧管噴射相較氫氣缸內噴射的方法成本更低，可靠性和熱效率更高。

4、然而進氣歧管噴射技術面臨著一個較為突出的問題，那就是進氣歧管內會殘留氫氣，在氣門重疊角時未燃燒完全的高溫氣體會引燃進氣歧管內的殘余氫氣發生回火現象。回火會對發動機的正常運行和安全性產生嚴重影響，甚至可能導致發動機損壞。

5、目前已有的一些進氣歧管多點噴射的氫氣發動機系統在解決回火問題上存在一定局限性，并且還會造成充氣效率的損失，使得發動機工作的混合氣濃度范圍變窄，也限制了發動機輸出功率的增加，導致發動機動力性能下降。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種用于進氣歧管噴射氫氣的噴射方法、用于進氣歧管噴射氫氣的噴射裝置及用于進氣歧管噴射氫氣的噴射系統，可以有效防止回火，增加進氣歧管內充氣效率，提高發動機動力性能。

2、作為本發明的第一個方面，提供一種用于進氣歧管噴射氫氣的噴射方法，所述用于進氣歧管噴射氫氣的噴射方法包括：

3、步驟s1：獲取上一周期的發動機實際空燃比；

4、步驟s2：將設定的發動機目標空燃比與所述上一周期的發動機實際空燃比進行比較，以得到上一周期的發動機空燃比比較結果；

5、步驟s3：根據所述上一周期的發動機空燃比比較結果，調整當前周期的進入進氣管中的空氣流量或者調整當前周期的混合噴嘴噴出的空氣質量，以調整當前周期的發動機實際空燃比；

6、步驟s4：將設定的發動機目標空燃比與所述當前周期的發動機實際空燃比進行比較，以得到當前周期的發動機空燃比比較結果；

7、步驟s5：根據所述當前周期的發動機空燃比比較結果，調整下一周期的混合噴嘴噴出的空氣質量或者調整下一周期的進入進氣管中的空氣流量。

8、進一步地，所述步驟s2至步驟s5中，還包括：

9、如果所述上一周期的發動機實際空燃比小于所述設定的發動機目標空燃比，則增加當前周期的進入進氣管中的空氣流量，以增大當前周期的發動機實際空燃比；

10、如果所述當前周期的發動機實際空燃比也小于所述設定的發動機目標空燃比，則增加下一周期的混合噴嘴噴出的空氣質量，使得下一周期的發動機實際空燃比達到所述發動機目標空燃比。

11、進一步地，所述步驟s2至步驟s5中，還包括：

12、如果所述上一周期的發動機實際空燃比大于所述設定的發動機目標空燃比，則減小當前周期的混合噴嘴噴出的空氣質量，以減小當前周期的發動機實際空燃比；其中，當前周期的混合噴嘴噴出的空氣質量不得減小到混合噴嘴內用以排出進氣管內殘余氫氣的最小空氣質量以下；

13、如果所述當前周期的發動機實際空燃比也大于所述設定的發動機目標空燃比，則減小下一周期的進入進氣管中的空氣流量，使得下一周期的發動機實際空燃比達到所述發動機目標空燃比。

14、作為本發明的另一個方面，提供一種用于進氣歧管噴射氫氣的噴射裝置，用于實現前文所述的用于進氣歧管噴射氫氣的噴射方法，所述用于進氣歧管噴射氫氣的噴射裝置包括：

15、獲取模塊，用于獲取上一周期的發動機實際空燃比；

16、第一比較模塊，用于將設定的發動機目標空燃比與所述上一周期的發動機實際空燃比進行比較，以得到上一周期的發動機空燃比比較結果；

17、第一調整模塊，用于根據所述上一周期的發動機空燃比比較結果，調整當前周期的進入進氣管中的空氣流量或者調整當前周期的混合噴嘴噴出的空氣質量，以調整當前周期的發動機實際空燃比；

18、第二比較模塊，用于將設定的發動機目標空燃比與所述當前周期的發動機實際空燃比進行比較，以得到當前周期的發動機空燃比比較結果；

19、第二調整模塊，用于根據所述當前周期的發動機空燃比比較結果，調整下一周期的混合噴嘴噴出的空氣質量或者調整下一周期的進入進氣管中的空氣流量。

20、作為本發明的另一個方面，提供一種用于進氣歧管噴射氫氣的噴射系統，包括：氫氣供氣系統、壓縮空氣供氣系統、混合噴嘴、進氣管、空氣流量傳感器、節氣門、電子控制單元、曲軸位置傳感器、排氣管、氧傳感器、發動機線束、發動機氣缸以及發動機缸蓋；所述混合噴嘴上設置有氫氣噴射口、空氣噴射口和混合噴射口；

21、所述氫氣供氣系統包括氫氣流量計、氫氣氣軌以及氫氣管組，所述氫氣流量計所在的管路連接所述氫氣氣軌的一端，所述氫氣氣軌的另一端通過所述氫氣管組連接至所述氫氣噴射口，所述氫氣流量計用于檢測氫氣流量計所在管路中的氫氣流量；

22、所述壓縮空氣供氣系統包括空氣流量計、空氣氣軌以及空氣管組，所述空氣流量計所在的管路連接所述空氣氣軌的一端，所述空氣氣軌的另一端通過所述空氣管組連接至所述空氣噴射口，所述空氣流量計用于檢測空氣流量計所在管路中的空氣流量；

23、所述進氣管分為4個進氣分管后與所述發動機缸蓋的進氣側相連接，并在所述發動機缸蓋內分別與4個發動機氣缸的一端相連通，4個發動機氣缸的另一端連接至所述排氣管，4個混合噴射口分別安裝在所述進氣管與所述發動機缸蓋相連的4個進氣分管上；

24、所述節氣門安裝在所述進氣管的前端，所述節氣門用于控制進入進氣管中的空氣流量；所述空氣流量傳感器安裝在所述進氣管上，所述空氣流量傳感器用于檢測單位時間內進入進氣管中的空氣流量；所述曲軸位置傳感器安裝在所述發動機缸蓋上，所述曲軸位置傳感器用于檢測曲軸轉角信號；所述氧傳感器安裝在所述排氣管上，所述氧傳感器用于檢測發動機實際空燃比；

25、所述電子控制單元通過發動機線束分別與所述氫氣流量計、氫氣氣軌、混合噴嘴、空氣流量計、空氣氣軌、空氣流量傳感器、節氣門、曲軸位置傳感器和氧傳感器相連接，所述電子控制單元包括前文所述的用于進氣歧管噴射氫氣的噴射裝置；

26、所述電子控制單元根據所述曲軸轉角信號判斷出到達上一周期的發動機進氣沖程時，在進氣沖程的排氣門關閉后，控制所述氫氣氣軌中的氫氣電磁閥開啟一定時間，在氫氣電磁閥開啟過程中，所述氫氣供氣系統中的氫氣經過所述氫氣管組從所述氫氣噴射口進入所述混合噴嘴中，并從所述混合噴射口噴出至所述發動機氣缸中；

27、當氫氣噴完后，所述電子控制單元控制氫氣電磁閥關閉，控制所述空氣氣軌中的空氣電磁閥開啟一定時間，當進氣沖程的進氣門關閉進入壓縮沖程時關閉空氣電磁閥；在空氣電磁閥開啟過程中，所述壓縮空氣供氣系統中的空氣經過所述空氣管組從所述空氣噴射口進入所述混合噴嘴中，并從所述混合噴射口噴出至所述發動機氣缸中；

28、其中，在所述氫氣電磁閥開啟過程中和所述空氣電磁閥開啟過程中，所述電子控制單元控制節氣門的開度，以在上一周期的發動機進氣沖程中一直控制所述進氣管中的空氣進入所述發動機氣缸中；

29、在上一周期運行完畢后，所述電子控制單元通過所述氧傳感器獲取上一周期的發動機實際空燃比；并根據所述上一周期的發動機空燃比比較結果，調整當前周期的節氣門的開度，從而調整當前周期的進入進氣管中的空氣流量；或者調整當前周期的空氣電磁閥的開啟時間，從而調整當前周期的混合噴嘴噴出的空氣質量；以調整當前周期的發動機實際空燃比；

30、在當前周期運行完畢后，所述電子控制單元通過所述氧傳感器獲取當前周期的發動機實際空燃比；并根據所述當前周期的發動機空燃比比較結果，調整下一周期的空氣電磁閥的開啟時間，從而調整下一周期的混合噴嘴噴出的空氣質量；或者調整下一周期的節氣門的開度，從而調整下一周期的進入進氣管中的空氣流量；使得下一周期的發動機實際空燃比達到所述發動機目標空燃比。

31、進一步地，所述氫氣供氣系統還包括高壓氫氣氣瓶、氫氣過濾器、氫氣截止閥、氫氣減壓器和氫氣壓力傳感器，所述氫氣截止閥和氫氣壓力傳感器均通過發動機線束與所述電子控制單元連接，所述氫氣壓力傳感器安裝在所述氫氣氣軌上，所述氫氣壓力傳感器用于檢測所述氫氣氣軌內的氫氣壓力；當打開所述氫氣截止閥后，所述高壓氫氣氣瓶釋放出15mpa以上的高壓氫氣，經過所述氫氣過濾器過濾掉高壓氫氣中的顆粒雜質后，過濾后的高壓氫氣再通過所述氫氣截止閥經過設置有所述氫氣流量計的管路，高壓氫氣再通過氫氣減壓器把氫氣壓力降低后進入氫氣氣軌內，氫氣氣軌中有4個氫氣電磁閥，當控制4個氫氣電磁閥開啟后，氫氣會通過所述氫氣管組進入到4個混合噴嘴內，進而通過4個混合噴射口噴出至4個發動機氣缸中。

32、進一步地，所述壓縮空氣供氣系統還包括高壓空氣氣瓶、空氣過濾器、空氣截止閥、空氣減壓器和空氣壓力傳感器，所述空氣截止閥和空氣壓力傳感器均通過發動機線束與所述電子控制單元連接，所述空氣壓力傳感器安裝在所述空氣氣軌上，所述空氣壓力傳感器用于檢測所述空氣氣軌內的空氣壓力；當打開所述空氣截止閥后，所述高壓空氣氣瓶釋放出15mpa以上的高壓空氣，經過所述空氣過濾器過濾掉高壓空氣中的顆粒雜質后，過濾后的高壓空氣再通過所述空氣截止閥經過設置有所述空氣流量計的管路，高壓空氣再通過空氣減壓器把空氣壓力降低后進入空氣氣軌內，空氣氣軌中有4個空氣電磁閥，當控制4個空氣電磁閥開啟后，空氣會通過所述空氣管組進入到4個混合噴嘴內，進而通過4個混合噴射口噴出至4個發動機氣缸中。

33、進一步地，所述氫氣流量計用于計算出氫氣流量計所在管路中的氫氣流量，氫氣流量的計算公式如下：

34、；

35、其中， d1為氫氣流量計所在管路的直徑，δ p1為氫氣流量計前后位置的壓差，ρh2為氫氣的密度；

36、所述空氣流量計用于計算出空氣流量計所在管路中的空氣流量，空氣流量的計算公式如下：

37、；

38、其中， d2為空氣流量計所在管路的直徑，δ p2為空氣流量計前后位置的壓差，ρ空氣為空氣的密度。

39、進一步地，單個混合噴嘴噴出的氫氣質量，則單位時間內進入單個發動機氣缸內的氫氣流量，其中， t1為氫氣電磁閥的開啟時間；

40、單個混合噴嘴噴出的空氣質量，則單位時間內進入單個發動機氣缸內的空氣流量，其中， t2為空氣電磁閥的開啟時間；

41、則發動機理論空燃比 λ3的計算公式如下：

42、；

43、其中，為單位時間內進入進氣管中的空氣流量；

44、通過調整單位時間內進入進氣管中的空氣流量，或者調整單位時間內進入單個發動機氣缸內的空氣流量，以調整發動機理論空燃比 λ3，由于發動機實際空燃比 λ1的變化趨勢與發動機理論空燃比 λ3的變化趨勢一致，進而調整發動機實際空燃比 λ1，使得發動機實際空燃比 λ1達到發動機目標空燃比 λ2。

45、進一步地，所述空氣噴射口和所述氫氣噴射口各自在所述混合噴嘴的中間主體管的兩側，與所述中間主體管呈30°夾角，所述空氣噴射口的位置高于所述氫氣噴射口。

46、本發明提供的用于進氣歧管噴射氫氣的噴射方法，具有以下有益效果：

47、（1）使用氫氣氣軌和空氣氣軌給混合噴嘴供氣，通過通入高壓空氣可把在進氣門關閉之前未及時進入氣缸的各缸進氣管內的殘余氫氣吹進氣缸內，防止進氣管內殘余氫氣發生回火，并且能增加進入氣缸的過量空氣系數，也能把混合噴嘴內的殘余氫氣吹出，防止發生氫脆對混合噴嘴造成損壞；

48、（2）可根據曲軸轉角來調節噴氣的種類及噴氣的時間，可根據空氣流量傳感器及氧傳感器閉環控制噴氣流量，可更合理的控制空燃比，提高發動機的功率及熱效率。