氢燃料发动机的燃料供应装置及控制方法

本技术涉及发动机，特别是涉及氢燃料发动机的燃料供应装置及控制方法。

背景技术：

1、随着石油资源逐渐减少和环保法规日趋严格，全球都在寻找发动机替代能源，解决将来可能出现的能源危机和环境污染问题。氢能源来源广泛，可再生，无污染的特点，使众多公司和科研单位对纯氢和掺氢燃料发动机进行了大量的研究，由于氢气特殊的理化性质，安全性、适用性是掺氢燃料发动机氢气供给及储存系统需要考虑的重要课题。

2、燃油计量装置是氢燃料发动机控制系统的核心部件，是氢燃料发动机动力的重要保障。由于气体的可压缩性，所以密度是时刻变化的，因此现有的氢燃料发动机的燃料控制计量可靠性差，且计量前后的压力波动，也会导致计量的准确性进一步下降。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有的氢燃料发动机的燃料控制计量可靠性差，且计量前后的压力波动，也会导致计量的准确性进一步下降问题，提供一种氢燃料发动机的燃料供应装置及控制方法。

2、一种氢燃料发动机的燃料供应装置，所述氢燃料发动机的燃料供应装置包括：预冷器、压力模块、温度模块、调压阀、计量阀、三通阀、燃料管以及控制模块；

3、所述预冷器、所述压力模块、所述温度模块、所述调压阀、所述计量阀以及所述三通阀依次通过所述燃料管连通，

4、所述三通阀与发动机连通；

5、所述压力模块、所述温度模块、所述调压阀、所述计量阀、所述三通阀以及所述控制模块连接；

6、所述控制模块用于与操作杆、所述发动机连接；

7、所述预冷器用于为液氢泵提供足够的净正吸入压力，所述压力模块用于调节氢气压力，所述温度模块用于调节氢气的温度，所述调压阀用于对所述计量阀保压，所述三通阀用于向所述发动机供给氢气或排出氢气；

8、所述控制模块用于根据所述操作杆的指示转速、所述发动机的实际转速以及所述计量阀的油针的当前开度调整所述计量阀的油针的开度。

9、上述的氢燃料发动机的燃料供应装置在实际工作过程中，控制模块根据操作杆的指示转速、发动机的实际转速以及计量阀的油针的实际开度调整计量阀的油针的开度以达到目标开度。从而通过添加氢气流量的导数这一反馈，使得氢气流量计量更快，即计量阀的调整速度更快，使得流量计量的动态误差更小，从而提高了氢燃料发动机的燃料控制计量的精度和可靠性。

10、在一实施例中，所述控制模块包括发动机控制器，所述压力模块、所述温度模块、所述调压阀、所述计量阀以及所述三通阀均与所述发动机控制器连接，所述发动机控制器用于与所述操作杆、所述发动机连接；所述发动机控制器用于控制所述压力模块、所述温度模块、所述调压阀、所述计量阀以及所述三通阀的动作并显示所述压力模块、所述温度模块、所述调压阀、所述计量阀的参数。

11、在一实施例中，所述压力模块包括依次连接的齿轮泵、液压马达以及液压源，所述液压源与所述发动机控制器连接，所述液压源用于提供液压马达所需的高低压液压油；所述液压马达与所述齿轮泵连接用于带动所述齿轮泵旋转，所述齿轮泵的两端通过所述燃料管分别与所述温度模块和所述预冷器连接，用于调节氢气的压力。

12、在一实施例中，所述温度模块包括换热器、混合室、旁通阀以及热空气模块，所述压力模块、所述换热器、所述混合室以及所述调压阀依次通过所述燃料管连接，所述旁通阀的一端与所述混合室连接，另一端连接于所述换热器和所述压力模块之间；

13、所述换热器与所述热空气模块连接，所述发动机控制器与所述热空气模块连接用于控制所述热空气模块向所述换热器通入的热空气，所述换热器用于调节所述氢气的温度，所述混合室用于掺混所述换热器出口的氢气和所述旁通阀出口的液氢，调压阀用于调节来自混合室的燃料压力，以保证所述计量阀前的压力恒定。

14、在一实施例中，所述的氢燃料发动机的燃料供应装置还包括气动源和气动电磁阀，所述发动机控制器与所述气动电磁阀连接，所述气动源与所述气动电磁阀连接为所述气动电磁阀提供空气源，所述气动电磁阀与所述三通阀连接，所述发动机控制器控制所述气动电磁阀为所述三通阀提供动力，以驱动所述三通阀向所述发动机供给氢气或排出氢气。

15、在一实施例中，所述的氢燃料发动机的燃料供应装置还包括第一转速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器以及第一位移传感器；

16、所述第一转速传感器的一端与所述发动机控制器连接，另一端与所述齿轮泵连接，用于将所述齿轮泵的转速传输至所述发动机控制器；

17、所述第一压力传感器的一端与所述发动机控制器连接，另一端连接于所述齿轮泵和所述温度模块之间的所述燃料管，所述第一压力传感器用于将所述齿轮泵和所述温度模块之间的所述燃料管的压力传输至所述发动机控制器；

18、所述第二压力传感器的一端与所述发动机控制器连接，另一端连接于所述调压阀和所述计量阀之间的所述燃料管，所述第一压力传感器用于将所述调压阀和所述计量阀之间的所述燃料管的压力传输至所述发动机控制器；

19、所述温度传感器的一端与所述发动机控制器连接，另一端连接于所述调压阀和所述计量阀之间的所述燃料管，所述温度传感器用于将所述调压阀和所述计量阀之间的所述燃料管的温度传输至所述发动机控制器；

20、所述第一位移传感器的一端与所述发动机控制器连接，另一端与所述计量阀连接，所述第一位移传感器用于将所述计量阀的油针的开度传输至所述发动机控制器。

21、本技术还提供一种氢燃料发动机的燃料供应控制方法，使用所述的氢燃料发动机的燃料供应装置对氢燃料发动机进行燃料供应控制，所述氢燃料发动机的燃料供应控制方法包括以下步骤：

22、所述控制模块比较操作杆的指示转速与发动机实际转速得到第一误差信号，并分析所述第一误差信号得到氢气流量的导数的电信号；

23、所述控制模块分析所述计量阀的油针的当前开度得到氢气流量的反馈电信号，分析所述氢气流量的反馈电信号得到氢气流量的导数的反馈电信号；

24、所述控制模块比较所述氢气流量的导数的电信号和所述氢气流量的导数的反馈电信号，得到第二误差信号并根据所述第二误差信号得到氢气流量的电信号；

25、所述控制模块比较氢气流量的电信号和所述氢气流量的反馈电信号得到第三误差信号，所述控制模块根据所述第三误差信号调整所述计量阀的油针的目标开度。

26、在一实施例中，所述控制模块包括：第一分析模块、第二分析模块、第三分析模块、第一数字电子控制器以及第二数字电子控制器；所述第一数字电子控制器与所述第一分析模块连接，所述第一分析模块用于与所述操作杆、所述发动机连接；所述计量阀、所述第一电子控制器以及所述第二数字电子控制器均与所述第二分析模块连接，所述计量阀、所述第二数字电子控制器均与所述第三分析模块连接；

27、所述氢燃料发动机的燃料供应控制方法包括：

28、通过所述第一分析模块比较所述操作杆的指示转速与所述发动机实际转速得到所述第一误差信号；

29、通过所述第一数字电子控制器分析所述第一误差信号得到氢气流量的导数的电信号；

30、通过所述第二分析模块比较所述氢气流量的导数的电信号和所述氢气流量的导数的反馈电信号得到第二误差信号；

31、通过所述第二数字电子控制器分析所述第二误差信号得到氢气流量的电信号；

32、通过所述第三分析模块比较所述氢气流量的电信号和所述氢气流量的反馈电信号得到第三误差信号，并根据所述第三误差信号调整所述计量阀的油针的目标开度。

33、在一实施例中，所述的氢燃料发动机的燃料供应装置还包括第四分析模块、第五分析模块；所述计量阀、所述第三分析模块以及所述第五分析模块均与所述第四分析模块连接，所述第五分析模块与所述第二分析模块连接；

34、所述氢燃料发动机的燃料供应控制方法包括：

35、通过所述第四分析模块分析所述计量阀的油针的当前开度得到所述氢气流量的反馈电信号并将所述氢气流量的反馈电信号分别传输至所述第三分析模块和所述第五分析模块；

36、通过所述第五分析模块分析所述氢气流量的反馈信号得到所述氢气流量的导数的反馈电信号并传输至所述第二分析模块。

37、在一实施例中，所述的氢燃料发动机的燃料供应装置还包括第二转速传感器和第二位移传感器；所述第二位移传感器的两端分别与所述计量阀和所述第四分析模块连接，所述第二转速传感器的两端分别与所述发动机和所述第一分析模块连接；

38、所述氢燃料发动机的燃料供应控制方法还包括；

39、通过所述第二位移传感器检测所述计量阀的油针的当前开度并将所述计量阀的油针的开度传输至所述第四分析模块；

40、通过所述第二转速传感器检测所述发动机的实际转速并将所述发动机的实际转速的电信号传输至所述第一分析模块。

41、上述的氢燃料发动机的燃料供应装置在实际工作过程中，根据氢燃料发动机的燃料供应控制方法，使得控制模块能够根据操作杆的指示转速、发动机的实际转速以及计量阀的油针的实际开度调整计量阀的油针的开度。从而通过添加氢气流量的导数这一反馈，使得氢气流量计量更快，即计量阀的调整速度更快，使得流量计量的动态误差更小，从而提高了氢燃料发动机的燃料控制计量的精度和可靠性。同时计量阀出口的流量经过控制模块，变为流量的变化率信号，反馈回控制模块，以实现对氢燃料流量变化率的闭环控制，这样的优势在于使得氢燃料的实际消耗计量不需要十分准确，即可针对最终供给发动机的燃料的计量进行稳定精确控制。