一种氢内燃机燃料低压双级混合装置及控制方法与流程

本发明涉及内燃机领域，具体为一种氢内燃机燃料低压双级混合装置及控制方法。

背景技术：

1、氢内燃机是一种以氢为燃料的发动机，其大部分零件与汽油机和柴油机相同，燃烧过程对氢气纯度要求低，可以直接以工业副产氢为燃料，生产及使用成本低。氢内燃机进气道燃料喷射相对于缸内直喷，技术难度低，可实现燃料的精确供给，具有良好的燃烧特性，是目前最常用的氢内燃机供氢方式(gerrit kiesgen,manfred klvting,christionbock.the new 12-cylinder hydrogen engine in7series:the h2 ice age has begun[c].sae paper 2006-01-0431.)。但是固定发电用大缸径中速氢内燃机仍存在回火问题和喷氢压力高带来的安全隐患。因此，需要开发研制一种氢内燃机燃料供给技术，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种氢内燃机燃料低压双级混合装置及控制方法，以解决现有氢内燃机的回火问题和氢气喷射压力过高带来的安全隐患。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、本发明提供了一种氢内燃机燃料低压双级混合装置，采用双级混合的方法实现低压氢气和空气混合，该混合装置包括：氢气供应模块、发动机控制单元ecu12、电控混合器8以及空燃比传感器11、氢气喷射器14；

4、所述的氢气供应模块包括：氢储存罐1、球阀2、稳压阀3、氢气流量计4、供氢管路5、零压阀6、氢气轨道7；所述氢气供应模块的氢储存罐1通过供氢管路5与电控混合器8连通，所述氢储存罐1通过供氢管路5与氢气轨道7连通，所述氢气轨道7与氢气喷射器14连通；两个所述氢气流量计4分别安装在氢储存罐1与电控混合器8之间的供氢管路5上，以及氢储存罐1与氢气轨道7之间的供氢管路5上，所述零压阀6安装在所述电控混合器8与所述氢气流量计4之间的供氢管路5上，所述安装于电控混合器8与氢气流量计4之间的零压阀6向电控混合器8提供与外界环境相同的压力；所述球阀2安装在氢储存罐1与两个氢气流量计4之间的供氢管路5上，所述稳压阀3安装在球阀2与两个氢气流量计4之间的供氢管路5上，起到稳定氢气压力的作用；

5、所述氢气轨道7设有两个以上出气端，分别与氢气喷射器14一一对应连接，通过氢气喷射器14将氢气轨道7中的氢气喷入每个发动机的进气道13；

6、所述电控混合器8通过供气管路9和供气轨道10与进气道13连通，将电控混合器8中的空气与氢气的混合气通过供气管路9和供气轨道10输送到每个发动机的进气道13；

7、所述空燃比传感器11安装在每个发动机的排气道中，用于监测发动机的空燃比，并将其反馈给发动机控制模块ecu12；

8、所述发动机控制模块ecu12分别与每个空燃比传感器11、每个氢气喷射器14、电控混合器8电连接，发动机工作过程中，发动机控制模块ecu12依据实测空燃比的反馈控制氢气喷射器14的氢气喷入量。

9、进一步地，所述的电控混合器8为文丘里混合器，确保其混合浓度低于氢气爆炸下限。

10、进一步地，所述零压阀向电控混合器提供与外界环境相同的压力。

11、进一步地，所述的氢气喷射器喷射氢气的压力小于0.3mpa。

12、本发明还提供了一种氢内燃机燃料低压双级混合控制方法，其特征在于，所述控制方法的具体步骤如下：

13、步骤一：对发动机工作时的功率和空燃比map图进行标定，再根据当前发动机工作的功率需求，确定当前发动机的目标空燃比；

14、步骤二：通过安装于排气道的空燃比传感器11向发动机控制模块ecu12反馈发动机的实际空燃比信号，并将其与目标空燃比对比，通过发动机控制模块ecu12调控氢气喷射器14向气缸内喷入的氢气量，以达到目标空燃比；在此过程中，电控混合器8中的氢气与空气的混合浓度不变，并小于氢气的爆炸下限。因此，相对于现有技术，本发明所述的氢内燃机燃料低压双级混合装置及控制方法还具有以下特点：

15、(1)本发明所述的氢内燃机燃料低压双级混合装置及控制方法，减小了氢气喷射器低压喷射，避免了由于氢高压喷射带来的安全隐患。

16、(2)本发明所述的氢内燃机燃料低压双级混合装置及控制方法能够有效促进氢气与空气的均匀混合，对防止回火、改善发动机燃烧过程具有重要的意义。

17、(3)本发明提供的氢内燃机燃料低压双级混合装置及控制方法用于固定发电用大缸径中速氢内燃机，广泛适用于化工工业等领域的副产氢气。

技术特征：

1.一种氢内燃机燃料低压双级混合装置，其特征在于，采用双级混合的方法实现低压氢气和空气混合，该混合装置包括：氢气供应模块、发动机控制单元ecu(12)、电控混合器(8)以及空燃比传感器(11)、氢气喷射器(14)；

2.如权利要求1所述的氢内燃机燃料低压双级混合装置，其特征在于，所述的电控混合器(8)为文丘里混合器，确保其混合浓度低于氢气爆炸下限。

3.如权利要求1所述的氢内燃机燃料低压双级混合装置，其特征在于，所述零压阀向电控混合器提供与外界环境相同的压力。

4.如权利要求1所述的氢内燃机燃料低压双级混合装置，其特征在于，所述的氢气喷射器喷射氢气的压力小于0.3mpa。

5.一种利用如权利要求1至4中任一项所述的氢内燃机燃料低压双级混合装置的氢内燃机燃料低压双级混合控制方法，其特征在于，所述控制方法的具体步骤如下：

6.如权利要求5所述的氢内燃机燃料低压双级混合控制方法，其特征在于，所述的氢内燃机燃料低压双级混合装置包括：氢气供应模块、发动机控制单元ecu(12)、电控混合器(8)以及空燃比传感器(11)、氢气喷射器(14)；

7.如权利要求6所述的氢内燃机燃料低压双级混合控制方法，其特征在于，所述的电控混合器(8)为文丘里混合器，确保其混合浓度低于氢气爆炸下限。

8.如权利要求6所述的氢内燃机燃料低压双级混合控制方法，其特征在于，所述零压阀向电控混合器提供与外界环境相同的压力。

9.如权利要求6所述的氢内燃机燃料低压双级混合控制方法，其特征在于，所述的氢气喷射器喷射氢气的压力小于0.3mpa。

技术总结
本发明公开了一种氢内燃机燃料低压双级混合装置及控制方法，该装置适用于固定发电用大缸径中速氢内燃机，它包括氢气供应模块、发动机控制单元(ECU)、电控混合器、氢气喷射器以及空燃比传感器；所述氢气供应模块向电控混合器和氢气喷射器提供氢气；所述电控混合器为文丘里混合器，实现氢气与空气的一级混合；发动机工作过程中，ECU依据实测空燃比的反馈控制氢气喷射器向进气道的氢气喷入量，并与上述氢气与空气混合气在进气道实现燃料的二级混合，同时满足发动机的功率与载荷需求。该装置采用低压双级混合的方法实现低压逐步加氢，防止进气管回火，降低氢气喷射器的喷射压力，提高氢气燃烧的安全性。

技术研发人员：杨晨帆,祝传艮,朱鸿儒,韩月桐,陈永聪,张洁,刘长振,吴波
受保护的技术使用者：中国北方发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15