【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种温度强化增压装置，尤其涉及一种利用排气管辅助燃烧调控氢内燃机尾气焓值，提高氢内燃机涡轮增压器增压能力，属于氢内燃机领域。
技术介绍
1、氢内燃机可以依托传统内燃机产业链大部分环节进行生产，具有成本低、可靠性强、环境适应能力广等优势，是内燃机行业实现“双碳”目标的重要技术之一。
2、与传统内燃机相比，氢内燃机发展过程中的痛点问题之一是其功率密度明显低于汽油机与柴油机。现阶段氢内燃机可靠运行条件下的升功率仅为汽油机的1/3左右，这意味着同等功率需求条件下氢内燃机的体积与重量将显著高于传统内燃机，从而增加车辆动力系统布置难度并引起车辆总体效率下降等问题。
3、氢内燃机功率密度降低的主要原因一方面来自于氢内燃机为避免异常燃烧而通常采用稀薄燃烧技术，导致进气中的空气难以有效利用；另一方面来自于氢的燃烧速度高于传统燃料，加之稀薄燃烧方式的使用，使得其尾气温度明显降低，而涡轮增压器在低尾气焓值的条件下难以提供更高的增压比，进而导致氢内燃机充气效率下降，动力性衰减明显。
4、提高增压比是改善内燃机功率密度的重要途经，现有针对氢内燃机强化增压的技术主要包括采用变截面涡轮、多级增压、电动涡轮或机械增压等方式。电动涡轮与机械增压均不能利用尾气余热为发动机增压，其工作需要消耗额外的功率，导致动力系统总体效率下降。而变截面涡轮成本高、制造难度大，多级增压布置占据空间较大，且上述两种新的涡轮增压技术依然需要依靠氢内燃机尾气焓值作为能量来源，在氢内燃机低排气温度条件下，上述新技术也难以明显提高氢内燃机的增
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决上述缺陷，提供一种提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置及其控制方法。
2、为了克服
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置包括原有的内燃机、排气总管、涡轮增压器、选择催化还原器scr及氨逃逸催化器，其特征在于增加了一套排气氢燃烧装置及一台电子控制单元，排气氢燃烧装置包括安装于排气总管上的排气流量传感器、位于排气流量传感器下游的排气总管阀门，在排气总管上安装有辅助燃烧室，辅助燃烧室的入口和出口分别设置有辅助燃烧室进气阀门和辅助燃烧室排气阀门，在辅助燃烧室中，从上游至下游依次安装有氧浓度传感器，氢喷嘴及火花塞，氢气瓶与氢喷嘴通过管路连接，在管路上设有减压器；
3、所述安装有辅助燃烧室进气阀门的管路与排气总管相连接，且连接点位于排气流量传感器与排气总管阀门之间；
4、所述安装有辅助燃烧室排气阀门的管路与排气总管相连接，且连接点位于排气总管阀门与涡轮增压器之间；
5、所述氧浓度传感器安装于氢喷嘴的上游，且浓度传感器与氢喷嘴的距离不小于20mm；
6、所述火花塞安装于氢喷嘴的下游，且火花塞与氢喷嘴的距离不大于18mm；
7、所述电子控制单元满足根据排气流量传感器计算排气摩尔流量[mol/s]的需求；
8、所述电子控制单元通过与内燃机本体电子控制单元通讯，也可以通过与内燃机中原有的进气压力传感器相连接获得实际进气压力信号a;
9、所述电子控制单元与辅助燃烧室排气阀门相连接，通过发出辅助燃烧室排气阀门控制信号b控制辅助燃烧室排气阀门的开闭；
10、所述电子控制单元与火花塞相连接，通过发出火花塞控制信号c控制火花塞跳火；
11、所述电子控制单元与氢喷嘴相连接，通过发出氢喷嘴信号d控制氢喷嘴的开闭；
12、所述电子控制单元与氧浓度传感器相连接，通过接收氧浓度信号e获得辅助燃烧室氧浓度；
13、所述电子控制单元与辅助燃烧室进气阀门相连接，通过发出辅助燃烧室进气阀门控制信号n控制辅助燃烧室进气阀门的开闭；
14、所述电子控制单元与排气总管阀门相连接，通过发出排气总管阀门控制信号m控制排气总管阀门的开闭；
15、所述电子控制单元与排气流量传感器相连接，通过接收排气流量信号t获得氢内燃机排气流量。
16、这种提高氢内燃机尾气温度强化增压装置的控制方法包括以下步骤：
17、电子控制单元首先检测实际进气压力信号a，通过实际进气压力信号a获得当前工况下氢内燃机进气道实际压力pa，并进一步根据氢内燃机进气道实际压力计算氢内燃机实际增压效率η，η定义为内燃机在某种工况下进气道实际压力pa与设计压力pt的比值，当η不小于0.9时，电子控制单元判定氢内燃机增压系统可以满足增压需求，此时，电子控制单元通过发出辅助燃烧室进气阀门控制信号n关闭控制辅助燃烧室进气阀门，发出辅助燃烧室排气阀门控制信号b关闭辅助燃烧室排气阀门，发出排气总管阀门控制信号m打开排气总管阀门，此时内燃机运行时所排出的尾气不经过辅助燃烧室正常通过排气总管排出机外，同时电子控制单元停止发出火花塞控制信号c停止火花塞跳火，并且停止发出氢喷嘴信号d关闭氢喷嘴；
18、当电子控制单元根据实际压力信号a计算得到的氢内燃机实际增压效率η小于0.9时，电子控制单元判定氢内燃机增压系统不能满足增压需求，此时，电子控制单元通过发出辅助燃烧室进气阀门控制信号n打开控制辅助燃烧室进气阀门，发出辅助燃烧室排气阀门控制信号b打开辅助燃烧室排气阀门，发出排气总管阀门控制信号m关闭排气总管阀门，此时内燃机运行时所排出的尾气经过辅助燃烧室排出机外，电子控制单元通过接收排气流量信号t计算得到氢内燃机排气摩尔流量me[mol/s]，并进一步根据氧浓度信号e获得排气中氧气摩尔浓度f，根据式一进一步计算排气中氧气的摩尔流量mo：
19、mo=me*f （式一）；
20、为确保辅助燃烧室（16）内燃烧稳定与燃烧噪声，辅助燃烧室（16）内采用稀薄燃烧方式，电子控制单元根据式二计算得到氢气的目标喷射流量mh：
21、mh=1.6mo （式二）；
22、在计算得到mh后，电子控制单元通过发出火花塞控制信号c控制火花塞以不低于50hz的频率连续跳火，火花塞的连续跳火时间不少于5秒，在发出火花塞控制信号c后0.1s，电子控制单元通过发出氢喷嘴信号d控制氢喷嘴打开并使氢喷嘴所喷射的氢气流量为mh，此时氢气在辅助燃烧室内通过与排气中氧气混合燃烧提高辅助燃烧室出口回流至排气总管后的尾气温度，为涡轮增压器提供更高的尾气焓值，从而提高氢内燃机增压效率。
23、本专利技术的有益效果是，针对氢内燃机尾气温度低、焓值低导致的增压器增压能力不足所引起的氢内燃机功率密度小的问题，本专利技术提供一种提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置及方法。该装置在原内燃机排气总管上增设了一个位于增压器上游的辅助燃烧室，通过在辅助燃烧室内设置氢气喷嘴与火花塞使氢气可以利用氢内燃机稀薄燃烧条件下尾气中的氧气燃烧，从而提高涡轮增压器前端入口处的尾气温度与焓值，增加涡轮增压器做功能力，相比电动涡轮、多级涡轮等技术，本专利技术所提供的装置与方法保留了原有涡轮增压系统结构，增压效率与成本具有优势。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置，包括原有的内燃机（1）、排气总管（15）、涡轮增压器（3）、选择催化还原器SCR（4）及氨逃逸催化器（5），其特征在于：还包括增设的排气氢燃烧装置及一台电子控制单元（11），所述排气氢燃烧装置包括安装于排气总管（15）上的排气流量传感器（10）、位于排气流量传感器（10）下游的排气总管阀门（2），在排气总管（15）上安装有辅助燃烧室（16），辅助燃烧室（16）的入口和出口分别设置有辅助燃烧室进气阀门（12）和辅助燃烧室排气阀门（6），在辅助燃烧室（16）中，从上游至下游依次安装有氧浓度传感器（9）、氢喷嘴（8）及火花塞（7），氢喷嘴（8）通过管路连接氢气瓶（14），在管路上设有减压器（13）。
2.如权利要求1所述的提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置，其特征在于，所述排气总管（15）与安装有辅助燃烧室进气阀门（12）的管路相连接，且连接点位于排气流量传感器（10）与排气总管阀门（2）之间。
3.如权利要求1所述的提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置，其特征在于，所述排气总管（15）与安装有辅助燃烧室排气阀门（6）的
4.如权利要求1所述的提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置，其特征在于，所述氧浓度传感器（9）安装于氢喷嘴（8）的上游，且浓度传感器（9）与氢喷嘴（8）的距离不小于20mm。
5.如权利要求1所述的提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置，其特征在于，所述火花塞（7）安装于氢喷嘴（8）的下游，且火花塞（7）与氢喷嘴（8）的距离不大于18mm。
6.如权利要求1所述的提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置，其特征在于，所述电子控制单元（11）满足根据排气流量传感器（10）计算排气摩尔流量[mol/s]的需求；
7.如权利要求1所述的提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置，包括原有的内燃机（1）、排气总管（15）、涡轮增压器（3）、选择催化还原器scr（4）及氨逃逸催化器（5），其特征在于：还包括增设的排气氢燃烧装置及一台电子控制单元（11），所述排气氢燃烧装置包括安装于排气总管（15）上的排气流量传感器（10）、位于排气流量传感器（10）下游的排气总管阀门（2），在排气总管（15）上安装有辅助燃烧室（16），辅助燃烧室（16）的入口和出口分别设置有辅助燃烧室进气阀门（12）和辅助燃烧室排气阀门（6），在辅助燃烧室（16）中，从上游至下游依次安装有氧浓度传感器（9）、氢喷嘴（8）及火花塞（7），氢喷嘴（8）通过管路连接氢气瓶（14），在管路上设有减压器（13）。
2.如权利要求1所述的提高氢内燃机尾气温度强化增压的装置，其特征在于，所述排气总管（15）与安装有辅助燃烧室进气阀门（12）的管路相连接，且连接点位于排气流量传感器（10）与排气总管阀门（2）之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：李梦斐，郑永强，李友峰，张洪磊，米贵，杨田云，王影，方浩，江建佳，
申请(专利权)人：中车戚墅堰机车有限公司，
类型：发明
国别省市：
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