本發(fā)明涉及氫發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其涉及一種氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制方法、氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制裝置及氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氫氣密度低且極易擴(kuò)散，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，氫氣會(huì)從氣缸竄入曲軸箱。此外，氫氣點(diǎn)火能量低，其燃燒需要更多新鮮空氣，所以氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)需要選用渦流比更大的渦輪增壓器。然而，在目前氫發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲軸箱通風(fēng)管路里含有氫氣的混合氣，該混合氣會(huì)通入進(jìn)氣總管，然后進(jìn)入渦輪增壓器壓氣機(jī)。但由于渦輪增壓器壓氣機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)制造高壓和高溫的環(huán)境，混合氣中如果存在高濃度的氫氣可能會(huì)發(fā)生爆炸的現(xiàn)象。

2、另外，對(duì)于閉式曲軸箱系統(tǒng)而言，其通風(fēng)管路中有一定量的氫氣存在。由于這部分氫氣的流量未被測(cè)量，也未參與整個(gè)氫發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制模型的計(jì)算，所以會(huì)影響氫氣噴嘴噴氫量計(jì)算的準(zhǔn)確性。而噴氫量計(jì)算不準(zhǔn)確，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致氫發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比無(wú)法準(zhǔn)確控制，這樣就容易出現(xiàn)早燃或爆震現(xiàn)象，從而對(duì)氫發(fā)動(dòng)機(jī)造成損害。

3、現(xiàn)有專(zhuān)利cn?115585033?a公開(kāi)了一種氫氣內(nèi)燃機(jī)的曲軸箱稀釋系統(tǒng)及測(cè)試系統(tǒng)，該專(zhuān)利通過(guò)補(bǔ)氣控制裝置和氫氣濃度傳感器實(shí)現(xiàn)在氫氣內(nèi)燃機(jī)的測(cè)試過(guò)程中，能夠?qū)⑶S箱中的氫氣濃度稀釋至爆炸極限以下，并將曲軸箱的氣體通過(guò)油氣分離器接入漏氣量測(cè)量裝置，通過(guò)監(jiān)測(cè)漏氣量確保氫氣內(nèi)燃機(jī)在測(cè)試過(guò)程中的安全運(yùn)行。然而，因該方法無(wú)法滿足國(guó)標(biāo)要求的閉式曲軸箱的排放要求且曲軸箱內(nèi)的氣體中存在大量氫氣，如果直接接入進(jìn)氣管形成閉式曲軸箱，則導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，故該方法僅適用氫氣內(nèi)燃機(jī)在試驗(yàn)室測(cè)試使用。

4、為此，為了排除高濃度氫氣混合氣在渦輪增壓器中爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)準(zhǔn)確控制氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，提出一套能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)曲軸箱排氣中氫氣濃度并進(jìn)行補(bǔ)氣以降低其濃度，協(xié)同氫氣噴嘴一同控制空燃比的系統(tǒng)與控制方法就顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制方法、氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制裝置及氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制系統(tǒng)，可以排除高濃度氫氣混合氣在渦輪增壓器中爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)準(zhǔn)確控制氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，降低早燃、爆震的風(fēng)險(xiǎn)。

2、作為本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制方法，所述氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制方法包括：

3、步驟s1：獲取當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度n1、當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1和當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2；

4、步驟s2：根據(jù)所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度n1和所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1計(jì)算出當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣流量qh2’，然后根據(jù)所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣流量qh2’、所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1以及所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2計(jì)算出當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n；

5、步驟s3：將所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n與設(shè)定的氫氣濃度閾值k進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算出當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際；

6、步驟s4：當(dāng)所述當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際與設(shè)定的氫發(fā)動(dòng)機(jī)需求空燃比λ需求不一致時(shí)，調(diào)整下一周期的氫氣噴嘴噴出的氫氣流量qh2，使得下一周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際達(dá)到所述氫發(fā)動(dòng)機(jī)需求空燃比λ需求。

7、進(jìn)一步地，所述將所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n與設(shè)定的氫氣濃度閾值k進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算出當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際中，還包括：

8、如果所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n大于所述氫氣濃度閾值k，則根據(jù)所述氫氣濃度閾值k、所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度n1、所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1以及所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2計(jì)算出當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中需補(bǔ)入的空氣流量q3，并控制補(bǔ)氣裝置以所述空氣流量q3向所述曲軸箱通風(fēng)管路中補(bǔ)入空氣；其中，所述空氣流量q3的計(jì)算公式如下：

9、，

10、獲取當(dāng)前周期的氫氣噴嘴噴出的氫氣流量qh2；

11、根據(jù)所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2、當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中已補(bǔ)入的空氣流量q3、所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣流量qh2’和所述當(dāng)前周期的氫氣噴嘴噴出的氫氣流量qh2計(jì)算出當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際；其中，所述當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際的計(jì)算公式如下：

12、，

13、其中，λ理論為氫發(fā)動(dòng)機(jī)理論空燃比。

14、進(jìn)一步地，所述將所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n與設(shè)定的氫氣濃度閾值k進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算出當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際中，還包括：

15、如果所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n不大于所述氫氣濃度閾值k，則獲取當(dāng)前周期的氫氣噴嘴噴出的氫氣流量qh2；

16、根據(jù)所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2、所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣流量qh2’和所述當(dāng)前周期的氫氣噴嘴噴出的氫氣流量qh2計(jì)算出當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際；其中，所述當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際的計(jì)算公式如下：

17、，

18、其中，λ理論為氫發(fā)動(dòng)機(jī)理論空燃比。

19、進(jìn)一步地，所述步驟s2中，包括：

20、所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣流量qh2’的計(jì)算公式如下：

21、qh2’=n1q1

22、其中，n1為當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度，q1為當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量；

23、所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n的計(jì)算公式如下：

24、，

25、其中，q2為所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管前端的空氣流量。

26、進(jìn)一步地，所述步驟s1中，還包括：

27、當(dāng)所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1大于設(shè)定的竄氣流量閾值時(shí)，進(jìn)行預(yù)警。

28、作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制裝置，用于實(shí)現(xiàn)前文所述的氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制方法，所述氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制裝置包括：

29、獲取模塊，用于獲取當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度n1、當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1和當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2；

30、第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度n1和所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1計(jì)算出當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣流量qh2’，然后根據(jù)所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣流量qh2’、所述當(dāng)前周期的曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1以及所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2計(jì)算出當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n；

31、第二計(jì)算模塊，用于將所述當(dāng)前周期的進(jìn)氣總管后端的氫氣濃度n與設(shè)定的氫氣濃度閾值k進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算出當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際；

32、調(diào)整模塊，用于當(dāng)所述當(dāng)前周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際與設(shè)定的氫發(fā)動(dòng)機(jī)需求空燃比λ需求不一致時(shí)，調(diào)整下一周期的氫氣噴嘴噴出的氫氣流量qh2，使得下一周期的氫發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際空燃比λ實(shí)際達(dá)到所述氫發(fā)動(dòng)機(jī)需求空燃比λ需求。

33、作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制系統(tǒng)，包括：進(jìn)氣總管、曲軸箱通風(fēng)管路、混合氣體流量傳感器、氫氣濃度傳感器、補(bǔ)氣裝置、補(bǔ)氣管路、單向閥、進(jìn)氣歧管、氫氣噴嘴、氣缸蓋、曲軸箱、排氣歧管、渦輪增壓器渦殼、渦輪增壓器壓氣機(jī)、空氣流量傳感器、排氣總管以及電子控制單元，其中，所述電子控制單元分別與所述混合氣體流量傳感器、氫氣濃度傳感器、補(bǔ)氣裝置、氫氣噴嘴和空氣流量傳感器電連接，所述電子控制單元包括前文所述的氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制裝置；

34、其中，所述進(jìn)氣總管的前端連通外界空氣，所述進(jìn)氣總管的后端連通所述渦輪增壓器壓氣機(jī)的前端，所述渦輪增壓器壓氣機(jī)的后端與所述進(jìn)氣歧管的前端相連通，所述進(jìn)氣歧管的后端與所述氣缸蓋的進(jìn)氣道相連通，所述氣缸蓋的排氣道與所述排氣歧管的前端相連通，所述排氣歧管的后端通過(guò)所述渦輪增壓器渦殼連通至所述排氣總管，所述氣缸蓋的底部與所述曲軸箱相連通，所述氣缸蓋的頂部與所述曲軸箱通風(fēng)管路的前端相連通，所述曲軸箱通風(fēng)管路的后端與所述進(jìn)氣總管的中部相連通，所述補(bǔ)氣管路的前端連接外界空氣，所述補(bǔ)氣管路的后端與所述曲軸箱通風(fēng)管路的中部相連通，所述氫氣噴嘴安裝在所述進(jìn)氣歧管的管壁上，所述補(bǔ)氣裝置安裝在所述補(bǔ)氣管路的中部；

35、當(dāng)氫發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣缸內(nèi)燃燒后的廢氣通過(guò)所述氣缸蓋的排氣道流入所述排氣歧管內(nèi)，此時(shí)，燃燒室內(nèi)的一部分氫氣會(huì)進(jìn)入所述曲軸箱內(nèi)，所述曲軸箱內(nèi)的氫氣通過(guò)所述氣缸蓋最終流入所述曲軸箱通風(fēng)管路內(nèi)與所述補(bǔ)氣管路補(bǔ)入的空氣進(jìn)行混合，所述曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體進(jìn)入所述進(jìn)氣總管內(nèi)與所述進(jìn)氣總管前端的空氣進(jìn)行混合，所述進(jìn)氣總管中的混合氣體通過(guò)所述進(jìn)氣總管的后端進(jìn)入所述渦輪增壓器壓氣機(jī)內(nèi)并進(jìn)行增壓，增壓后的氣體再流入所述進(jìn)氣歧管內(nèi)與所述氫氣噴嘴噴出的氫氣進(jìn)行充分混合，所述進(jìn)氣歧管中的混合氣體進(jìn)入氣缸的燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒；

36、其中，所述排氣歧管內(nèi)的廢氣流入所述渦輪增壓器渦殼內(nèi)后會(huì)沖擊所述渦輪增壓器渦殼中渦輪的葉片，使渦輪開(kāi)始高速旋轉(zhuǎn)，所述渦輪增壓器渦殼內(nèi)的廢氣最終通過(guò)所述渦輪增壓器渦殼后端的排氣總管排出，且由于所述渦輪增壓器渦殼中的渦輪通過(guò)傳動(dòng)軸與所述渦輪增壓器壓氣機(jī)中的葉輪相連，渦輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠帶動(dòng)同軸的所述渦輪增壓器壓氣機(jī)中的葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)所述進(jìn)氣總管后端的混合氣體會(huì)被吸入到所述渦輪增壓器壓氣機(jī)內(nèi)；

37、其中，所述空氣流量傳感器安裝在所述進(jìn)氣總管的前端管壁上，所述空氣流量傳感器用于檢測(cè)所述進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2，并將檢測(cè)到的所述進(jìn)氣總管前端的空氣流量q2發(fā)送給所述電子控制單元；

38、其中，所述氫氣濃度傳感器安裝在所述曲軸箱通風(fēng)管路的管壁上，且位于所述補(bǔ)氣管路與所述曲軸箱通風(fēng)管路的連接處的后端，所述氫氣濃度傳感器用于檢測(cè)所述曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度n1，并將檢測(cè)到的所述曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度n1發(fā)送給所述電子控制單元；

39、其中，所述混合氣體流量傳感器安裝在所述曲軸箱通風(fēng)管路的管壁上，且位于所述氫氣濃度傳感器的后端，所述混合氣體流量傳感器用于檢測(cè)所述曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1，并將檢測(cè)到的所述曲軸箱通風(fēng)管路中的混合氣體流量q1發(fā)送給所述電子控制單元；

40、其中，所述單向閥安裝在所述曲軸箱通風(fēng)管路內(nèi)，且位于所述曲軸箱通風(fēng)管路與所述補(bǔ)氣管路的連接處的前端，所述單向閥能夠防止所述補(bǔ)氣管路中補(bǔ)入的空氣經(jīng)所述曲軸箱通風(fēng)管路反向回流至所述曲軸箱內(nèi)。

41、進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣歧管與所述渦輪增壓器壓氣機(jī)之間的管路上安裝有中冷器，所述中冷器用于對(duì)所述渦輪增壓器壓氣機(jī)流出的氣體進(jìn)行冷卻。

42、進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣總管的前端管路中安裝有空氣過(guò)濾器，所述空氣過(guò)濾器用于過(guò)濾流入所述進(jìn)氣總管前端的外界空氣。

43、進(jìn)一步地，所述氫氣噴嘴的噴嘴安裝在所述進(jìn)氣歧管內(nèi)，所述氫氣噴嘴的控制器安裝在所述進(jìn)氣歧管外，所述氫氣噴嘴的控制器連接所述電子控制單元。

44、本發(fā)明提供的氫發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱管路氫氣濃度的控制方法，具有以下有益效果：

45、（1）可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲軸箱通風(fēng)管路中的氫氣濃度，并計(jì)算出進(jìn)入渦輪增壓器壓氣機(jī)前的氫氣濃度，如果氫氣濃度大于設(shè)定的閾值，則會(huì)通過(guò)補(bǔ)氣管路上的補(bǔ)氣裝置往曲軸箱通風(fēng)管路中通入需求量的新鮮空氣，使進(jìn)氣總管內(nèi)的氫氣濃度達(dá)到閾值以下，以防渦輪增壓器發(fā)生爆炸風(fēng)險(xiǎn)；

46、（2）可把曲軸箱內(nèi)的殘余氫氣量參與進(jìn)整個(gè)氫發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比的計(jì)算，能更準(zhǔn)確的控制氫發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，降低早燃、爆震的風(fēng)險(xiǎn)。