本發(fā)明涉及氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，特別涉及一種防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置和保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，作為一種將氫氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作原理與傳統(tǒng)汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相似，都是通過(guò)燃料與空氣的混合氣在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車輛或機(jī)械設(shè)備。氫氣燃燒后只產(chǎn)生水，不排放二氧化碳和其他有害氣體，因此被認(rèn)為是理想的清潔能源。這有助于減少溫室氣體排放，改善空氣質(zhì)量。氫氣具有燃燒高效性：氫氣的燃燒熱值高，等質(zhì)量氫氣燃燒釋放的能量差不多是汽油的三倍。這使得氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)在理論上具有較高的熱效率。

2、然而，氫氣是一種極易燃易爆的氣體，由于氫氣火焰擴(kuò)散速度快，燃燒過(guò)程過(guò)快，可能導(dǎo)致回火現(xiàn)象的發(fā)生。回火不僅可能損壞發(fā)動(dòng)機(jī)部件，還可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸。當(dāng)進(jìn)氣初期進(jìn)氣道內(nèi)的氫氣混合氣濃度過(guò)高時(shí)，遇到回流的高溫廢氣或進(jìn)氣門附近的熾熱點(diǎn)(如火花塞、排氣閥頭部等)容易被引燃，從而產(chǎn)生回火。特別是在高負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速工況下，為了增加動(dòng)力輸出，噴氫量增加，容易導(dǎo)致混合氣過(guò)濃。進(jìn)氣道內(nèi)的氣流速度、壓力波動(dòng)等因素可能影響混合氣的均勻分布，使得局部區(qū)域混合氣濃度過(guò)高，增加回火風(fēng)險(xiǎn)。因此需要研發(fā)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的回火診斷裝置和控制方法，解決發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的回火風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置和保護(hù)方法，以解決發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的回火風(fēng)險(xiǎn)。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)方案如下：

3、一種防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置，包括氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所述氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有氣缸、連接所述氣缸的前進(jìn)氣管、設(shè)置在所述前進(jìn)氣管上的節(jié)氣門和氫氣噴射閥、連接所述氣缸的排氣管和設(shè)置在所述排氣管上的渦輪增壓器；所述節(jié)氣門的前后分別設(shè)有節(jié)氣門前壓力傳感器和節(jié)氣門后壓力傳感器。

4、優(yōu)選的，所述前進(jìn)氣管上設(shè)有進(jìn)氣總管溫度傳感器。

5、優(yōu)選的，所述渦輪增壓器上設(shè)有放氣閥。

6、優(yōu)選的，所述排氣管分為渦輪前排氣管和渦輪后排氣管兩部分，所述渦輪前排氣管連接所述氣缸和渦輪增壓器，所述渦輪后排氣管連接所述渦輪增壓器的排氣口，所述渦輪后排氣管上設(shè)有渦輪后溫度傳感器。

7、優(yōu)選的，所述渦輪增壓器的壓氣機(jī)的進(jìn)氣口連接渦輪前進(jìn)氣管，所述渦輪前進(jìn)氣管上設(shè)有進(jìn)氣溫度傳感器，所述壓氣機(jī)的排氣口連接渦輪后進(jìn)氣管，所述渦輪后進(jìn)氣管連接所述前進(jìn)氣管。

8、優(yōu)選的，所述渦輪后進(jìn)氣管上設(shè)有中冷器。

9、一種防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的保護(hù)方法，本發(fā)明通過(guò)在節(jié)氣門的前后分別設(shè)置節(jié)氣門前壓力傳感器和節(jié)氣門后壓力傳感器，對(duì)節(jié)氣門前后的氣體壓力差值進(jìn)行監(jiān)測(cè)而進(jìn)行氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火診斷，判斷產(chǎn)生回火的風(fēng)險(xiǎn)，完成診斷后根據(jù)不同的觸發(fā)條件采取相應(yīng)的回火保護(hù)模式，本發(fā)明提供了三種保護(hù)模式。

10、在發(fā)動(dòng)機(jī)完成熱機(jī)啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度超過(guò)出水溫度限值(60℃)，若診斷出當(dāng)節(jié)氣門前壓力傳感器測(cè)得的節(jié)氣門前壓力和節(jié)氣門后壓力傳感器測(cè)得的節(jié)氣門后壓力的差值小于壓力差值限值1(20kpa),且發(fā)動(dòng)機(jī)油門變化率超過(guò)油門變化率限值(10％/s)，同時(shí)有負(fù)荷增加需求時(shí)，進(jìn)氣量變化率超過(guò)進(jìn)氣量變化率限值(100kg/min),觸發(fā)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的回火保護(hù)模式一。

11、回火保護(hù)模式一，包括以下步驟：

12、s1、對(duì)所述節(jié)氣門前壓力傳感器和節(jié)氣門后壓力傳感器測(cè)得的壓力差值進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

13、s2、當(dāng)步驟s1測(cè)得的壓力差值小于設(shè)定值或者節(jié)氣門后壓力高于節(jié)氣門前壓力時(shí)，觸發(fā)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火保護(hù)模式，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)調(diào)整，推遲點(diǎn)火提前角或者降低噴射壓力；主要目的是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度，進(jìn)而提升渦輪增壓器效率，提升進(jìn)氣量和壓力，提高節(jié)氣門前后壓力差值。

14、s3、判斷壓力差值是否仍低于設(shè)定值，若低于則繼續(xù)進(jìn)行回火保護(hù)，否則退出回火保護(hù)模式。

15、若診斷出當(dāng)節(jié)氣門前壓力傳感器測(cè)得的節(jié)氣門前壓力和節(jié)氣門后壓力傳感器測(cè)得的節(jié)氣門后壓力的差值小于壓力差值限值2(10kpa),且發(fā)動(dòng)機(jī)油門變化率超過(guò)油門變化率限值(10％/s)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率百分比超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷限值(60％)，同時(shí)有負(fù)荷增加需求時(shí)，進(jìn)氣量變化率超過(guò)進(jìn)氣量變化率限值(100kg/min),代表發(fā)動(dòng)機(jī)有較高的功率需求，觸發(fā)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的回火保護(hù)模式二。

16、回火保護(hù)模式二，是在回火保護(hù)模式一的基礎(chǔ)上，強(qiáng)制關(guān)閉渦輪增壓器的放氣閥，即包括以下步驟：

17、s1、對(duì)所述節(jié)氣門前壓力傳感器和節(jié)氣門后壓力傳感器測(cè)得的壓力差值進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

18、s2、當(dāng)步驟s1測(cè)得的壓力差值小于設(shè)定值或者節(jié)氣門后壓力高于節(jié)氣門前壓力時(shí)，觸發(fā)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火保護(hù)模式，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)調(diào)整，推遲點(diǎn)火提前角或者降低噴射壓力，強(qiáng)制關(guān)閉所述放氣閥；使得全部的發(fā)動(dòng)機(jī)高溫廢氣都推動(dòng)渦輪增壓器進(jìn)行做工，提升進(jìn)氣量和進(jìn)氣壓力，提高節(jié)氣門前后壓力差值。

19、s3、判斷壓力差值是否仍低于設(shè)定值，若低于則繼續(xù)進(jìn)行回火保護(hù)，否則退出回火保護(hù)模式。

20、若診斷出當(dāng)節(jié)氣門前壓力傳感器測(cè)得的節(jié)氣門前壓力和節(jié)氣門后壓力傳感器測(cè)得的節(jié)氣門后壓力的差值小于壓力差值限值3(5kpa),且發(fā)動(dòng)機(jī)油門變化率超過(guò)油門變化率限值(10％/s)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率百分比超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷限值(60％)，同時(shí)有負(fù)荷增加需求時(shí)，進(jìn)氣量變化率超過(guò)進(jìn)氣量變化率限值(100kg/min),代表發(fā)動(dòng)機(jī)有較高的功率需求，觸發(fā)氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的回火保護(hù)模式三。

21、回火保護(hù)模式三，是在回火保護(hù)模式二的基礎(chǔ)上，在所述步驟s2中，同時(shí)減少所述節(jié)氣門的開(kāi)度，強(qiáng)制降低流經(jīng)節(jié)氣門后氣體的壓力，使得節(jié)氣門后壓力值遠(yuǎn)低于節(jié)氣門前壓力值，提高節(jié)氣門的前后壓力差值。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

23、本發(fā)明提出了一種防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置和保護(hù)方法，通過(guò)在節(jié)氣門的前后分別設(shè)置節(jié)氣門前壓力傳感器和節(jié)氣門后壓力傳感器，對(duì)節(jié)氣門前后的氣體壓力差值進(jìn)行監(jiān)測(cè)而進(jìn)行氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火診斷，判斷產(chǎn)生回火的風(fēng)險(xiǎn)，完成診斷后根據(jù)不同的觸發(fā)條件采取相應(yīng)的回火保護(hù)模式，通過(guò)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)調(diào)整、強(qiáng)制關(guān)閉渦輪增壓器的放氣閥和減少所述節(jié)氣門的開(kāi)度，調(diào)節(jié)節(jié)氣門前后的氣體壓力差，降低回火風(fēng)險(xiǎn)，提供防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的保護(hù)。

技術(shù)特征：

1.一種防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置，其特征在于，包括氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所述氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有氣缸(4)、連接所述氣缸(4)的前進(jìn)氣管(2)、設(shè)置在所述前進(jìn)氣管(2)上的節(jié)氣門(1)和氫氣噴射閥(3)、連接所述氣缸(4)的排氣管和設(shè)置在所述排氣管上的渦輪增壓器(6)；所述節(jié)氣門(1)的前后分別設(shè)有節(jié)氣門前壓力傳感器(11)和節(jié)氣門后壓力傳感器(12)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置，其特征在于，所述前進(jìn)氣管(2)上設(shè)有進(jìn)氣總管溫度傳感器(21)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置，其特征在于，所述渦輪增壓器(6)上設(shè)有放氣閥(62)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置，其特征在于，所述排氣管分為渦輪前排氣管(5)和渦輪后排氣管(9)兩部分，所述渦輪前排氣管(5)連接所述氣缸(4)和渦輪增壓器(6)，所述渦輪后排氣管(9)連接所述渦輪增壓器(6)的排氣口，所述渦輪后排氣管(9)上設(shè)有渦輪后溫度傳感器(91)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置，其特征在于，所述渦輪增壓器(6)的壓氣機(jī)(61)的進(jìn)氣口連接渦輪前進(jìn)氣管(7)，所述渦輪前進(jìn)氣管(7)上設(shè)有進(jìn)氣溫度傳感器(71)，所述壓氣機(jī)(61)的排氣口連接渦輪后進(jìn)氣管(8)，所述渦輪后進(jìn)氣管(8)連接所述前進(jìn)氣管(2)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置，其特征在于，所述渦輪后進(jìn)氣管(8)上設(shè)有中冷器(81)。

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的保護(hù)方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.一種根據(jù)權(quán)利要求3-6任一項(xiàng)所述的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置的防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的保護(hù)方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的保護(hù)方法，其特征在于，在所述步驟s2中，同時(shí)減少所述節(jié)氣門(1)的開(kāi)度，強(qiáng)制降低流經(jīng)節(jié)氣門(1)后氣體的壓力。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置，包括氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所述氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有氣缸、連接所述氣缸的前進(jìn)氣管、設(shè)置在所述前進(jìn)氣管上的節(jié)氣門和氫氣噴射閥、連接所述氣缸的排氣管和設(shè)置在所述排氣管上的渦輪增壓器；所述節(jié)氣門的前后分別設(shè)有節(jié)氣門前壓力傳感器和節(jié)氣門后壓力傳感器。本發(fā)明提出了一種防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的診斷裝置和保護(hù)方法，通過(guò)在節(jié)氣門的前后分別設(shè)置節(jié)氣門前壓力傳感器和節(jié)氣門后壓力傳感器，對(duì)節(jié)氣門前后的氣體壓力差值進(jìn)行監(jiān)測(cè)而進(jìn)行氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火診斷，判斷產(chǎn)生回火的風(fēng)險(xiǎn)，完成診斷后根據(jù)不同的觸發(fā)條件采取相應(yīng)的回火保護(hù)模式，調(diào)節(jié)節(jié)氣門前后的氣體壓力差，降低回火風(fēng)險(xiǎn)，提供防止氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)回火的保護(hù)。

技術(shù)研發(fā)人員：裴毅強(qiáng),褚國(guó)良,劉春濤,施泰峰,李志強(qiáng),張宇涵,安彥召,秦靜,張帆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12