一種增程式預燃室射流點火液氫轉子機及控制方法與流程

本發明設計了一種增程式預燃室射流點火液氫轉子機及控制方法，具體涉及一種根據增程式電動汽車所需工況調節預燃室射流點火液氫轉子機的熱管理及控制方法，屬于內燃機領域。

背景技術：

1、隨著全球能源資源的日益枯竭和環境污染問題的不斷加劇，汽車行業面臨著轉型的壓力。目前市面上主流的新能源車型主要分為純電動汽車和增程式電動汽車，但純電動汽車的發展一直受到電池容量和充電速度的限制，而增程式電動車既可以使用電池又可以適用發動機驅動，沒有續航里程的限制。但使用傳統汽/柴油發動機作為增程器依然存在著排放問題。

2、為解決上述問題，提出一種增程式預燃室射流點火液氫轉子機及控制方法。使用液氫轉子機作為增程器有以下優點：1.轉子機結構緊湊，相比于往復式活塞機可以極大的節省車輛空間，便于布置更大的電池；2.轉子機相較于往復式活塞機有更高的轉速，更適合于發電；3.使用液氫作為燃料可以從根本上解決排放問題，實現零碳排放。通過預燃室射流點火液氫轉子機在不同負荷下液冷轉子機水套和轉子機排氣余熱攜帶的熱量結合液氫汽化器對液氫進行汽化處理，提高液氫轉子機的熱利用率。同時，在不同工況下使用不同的混合氣進氣溫度對液氫轉子機的爆震等異常燃燒進行抑制，提高轉子機的熱效率，實現增程式液氫轉子機的穩定工作。

技術實現思路

1、為了解決傳統汽/柴油發動機增程器帶來的排放和轉子機自身能量利用率不高的問題，本發明設計了一種增程式預燃室射流點火液氫轉子機及控制方法，具體涉及一種根據增程式電動汽車所需工況調節預燃室射流點火液氫轉子機的熱管理及控制方法，包括氫供給組件和轉子機(15)，氫供給組件包括：氫氣供給管路(p2)，連接液氫罐(3)、液氫汽化器(4)、換熱器(5)、氫氣減壓閥(6)、阻火器(7)、氫氣質量流量傳感器(8)和氫氣噴嘴(9)，低溫氫氣通過氫氣噴嘴(9)進入進氣管路(p1)；轉子機(15)包括：進氣管路(p1)，其上依次有：空氣濾清器(1)、空氣質量流量傳感器(2)、節氣門(10)和進氣溫度傳感器(11)；低溫氫氣與新鮮空氣在節氣門(10)前混合后一起進入轉子機(15)，經歷一個循環后通過排氣管路(p3)進入大氣，在排氣管路(p3)上還有排氣換熱器(18)。

2、轉子機ecu(12)接收來自氫氣質量流量傳感器(8)的第一信號(a1)、空氣質量流量傳感器(2)的第二信號(a2)、進氣溫度傳感器(11)的第四信號(a4)、電池(19)的第六信號和轉速傳感器(16)的第七信號(a7)；ecu(12)輸出第三信號(a3)至氫氣噴嘴(9)、第五信號(a5)至被動預燃室(14)內的火花塞(13)、第八信號(a8)至水套換熱器(17)、第九信號(a9)至排氣換熱器(18)和輸出第十信號(a10)至液氫汽化器(4)；水套換熱器(17)和排氣換熱器(18)的熱量會提供給換熱器(5)用于液氫的汽化。

3、基于一種增程式預燃室射流點火液氫轉子機的控制方法，該方法包括燃燒控制策略和液氫供給策略，其包括以下特征：

4、(a)燃燒控制策略

5、轉子發動機ecu(12)接收來自氫氣質量流量傳感器(8)的第一信號(a1)獲得氫氣流量mh2(kg/s)、空氣質量流量傳感器(2)的第二信號(a2)獲得空氣流量mair(kg/s)、電池(19)的第六信號獲得電池電量(soc)和轉速傳感器(16)的第七信號(a7)獲得轉速n(r/min)：

6、因為增程式電動汽車中的發動機只用來給電池充電而不直接驅動車輛，發動機工作時一定是在給電池充電，所以只需根據soc對發動機的輸出功率進行匹配，即可將發動機的工作區間劃分成幾個區間用來匹配不同的發電需求；

7、當轉子機轉速0<n≤3000r/min，此時為低速低負荷運行階段，發動機輸出功率較小，此階段適用于soc＞70％或0km/h<行駛速度≤40km/h的工況，選擇稀薄燃燒。ecu(12)根據當前氫氣流量mh2(kg/s)和空氣流量mair(kg/s)輸出第三信號(a3)至氫氣噴嘴(9)，使過量空氣系數λ維持在1.0～1.3；

8、當轉子機轉速3000r/min＜n≤5000r/min，此時為中速中負荷運行階段，發動機輸出功率中等，此階段也是發動機的最佳工作區間，此階段適用于30％＜soc≤70％或40km/h<行駛速度≤90km/h的工況，選擇當量比燃燒。ecu(12)根據當前氫氣流量mh2(kg/s)和空氣流量mair(kg/s)輸出第三信號(a3)至氫氣噴嘴(9)，使過量空氣系數λ穩定在1.0；

9、當轉子機轉速n＞5000r/min，此時為高速高負荷運行階段，發動機輸出功率較大，此階段適用于soc≤30％或行駛速度＞90km/h的工況，選擇加濃燃燒。ecu(12)根據當前氫氣流量mh2(kg/s)和空氣流量mair(kg/s)輸出第三信號(a3)至氫氣噴嘴(9)，使過量空氣系數λ維持在0.8～1；

10、過量空氣系數其中，mair為空氣質量流量，mh2為氫氣質量流量；

11、(b)液氫供給策略

12、轉子發動機ecu(12)接收來自進氣溫度傳感器(11)的第四信號(a4)獲得進氣溫度t(℃)、電池(19)的第六信號獲得電池電量(soc)和轉速傳感器(16)的第七信號(a7)獲得轉速n(r/min)：

13、當轉子機轉速0<n≤3000r/min，此時為低速低負荷運行階段，發動機輸出功率較小，此階段適用于soc＞70％或0km/h<行駛速度≤40km/h的工況。ecu(12)根據當前進氣溫度t輸出第八信號(a8)至水套換熱器(17)、第九信號(a9)至排氣換熱器(18)和第十信號(a10)至液氫汽化器(4)，此時水套換熱器(17)和排氣換熱器(18)暫不工作，只有液氫汽化器(4)工作，并保持進氣溫度t＝-10℃；

14、當轉子機轉速3000r/min＜n≤5000r/min，此時為中速中負荷運行階段，發動機輸出功率中等，此階段也是發動機的最佳工作區間，此階段適用于30％＜soc≤70％或40km/h<行駛速度≤90km/h的工況。ecu(12)根據當前進氣溫度t輸出第八信號(a8)至水套換熱器(17)、第九信號(a9)至排氣換熱器(18)和第十信號(a10)至液氫汽化器(4)，此時液氫汽化器(4)和排氣換熱器(18)暫不工作，只有水套換熱器(17)工作，并保持進氣溫度t＝-20℃；

15、當轉子機轉速n＞5000r/min，此時為高速高負荷運行階段，發動機輸出功率較大，此階段適用于soc≤30％或行駛速度＞90km/h的工況。ecu(12)根據當前進氣溫度t輸出第八信號(a8)至水套換熱器(17)、第九信號(a9)至排氣換熱器(18)和第十信號(a10)至液氫汽化器(4)，此時液氫流量最大，液氫汽化器(4)暫不工作，水套換熱器(17)和排氣換熱器(18)工作，并保持進氣溫度t＝-30℃。

技術特征：

1.一種增程式預燃室射流點火液氫轉子機，其特征在于，包括：氫供給組件和轉子機(15)；

2.控制如權利要求1所述的一種增程式預燃室射流點火液氫轉子機的控制方法，該方法包括燃燒控制策略和液氫供給策略，其特征在于：

技術總結
本發明設計了一種增程式預燃室射流點火液氫轉子機及控制方法，屬于內燃機領域，具體涉及一種根據增程式電動汽車所需工況調節預燃室射流點火液氫轉子機的熱管理及控制方法。本發明通過預燃室射流點火液氫轉子機在不同負荷下液冷轉子機水套和轉子機排氣余熱攜帶的熱量結合液氫汽化器對液氫進行汽化處理，提高液氫轉子機的熱利用率。同時，在不同工況下使用不同的混合氣進氣溫度對液氫轉子機的爆震等異常燃燒進行抑制，提高轉子機的熱效率，實現增程式液氫轉子機的穩定工作。

技術研發人員：張銳,張全明,敖爾格樂
受保護的技術使用者：通遼氫驅動力科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13