一种防止氢气发动机回火的诊断装置和保护方法

本发明涉及氢气发动机，特别涉及一种防止氢气发动机回火的诊断装置和保护方法。

背景技术：

1、氢气发动机，作为一种将氢气作为内燃机燃料的发动机，其工作原理与传统汽油或柴油发动机相似，都是通过燃料与空气的混合气在气缸内燃烧产生动力，推动活塞运动，进而驱动车辆或机械设备。氢气燃烧后只产生水，不排放二氧化碳和其他有害气体，因此被认为是理想的清洁能源。这有助于减少温室气体排放，改善空气质量。氢气具有燃烧高效性：氢气的燃烧热值高，等质量氢气燃烧释放的能量差不多是汽油的三倍。这使得氢气发动机在理论上具有较高的热效率。

2、然而，氢气是一种极易燃易爆的气体，由于氢气火焰扩散速度快，燃烧过程过快，可能导致回火现象的发生。回火不仅可能损坏发动机部件，还可能引发火灾或爆炸。当进气初期进气道内的氢气混合气浓度过高时，遇到回流的高温废气或进气门附近的炽热点(如火花塞、排气阀头部等)容易被引燃，从而产生回火。特别是在高负荷或高转速工况下，为了增加动力输出，喷氢量增加，容易导致混合气过浓。进气道内的气流速度、压力波动等因素可能影响混合气的均匀分布，使得局部区域混合气浓度过高，增加回火风险。因此需要研发氢气发动机的回火诊断装置和控制方法，解决发动机运行过程中出现的回火风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述问题，提供一种防止氢气发动机回火的诊断装置和保护方法，以解决发动机运行过程中出现的回火风险。

2、本发明为实现上述目的，采用的技术方案如下：

3、一种防止氢气发动机回火的诊断装置，包括氢气发动机，所述氢气发动机设有气缸、连接所述气缸的前进气管、设置在所述前进气管上的节气门和氢气喷射阀、连接所述气缸的排气管和设置在所述排气管上的涡轮增压器；所述节气门的前后分别设有节气门前压力传感器和节气门后压力传感器。

4、优选的，所述前进气管上设有进气总管温度传感器。

5、优选的，所述涡轮增压器上设有放气阀。

6、优选的，所述排气管分为涡轮前排气管和涡轮后排气管两部分，所述涡轮前排气管连接所述气缸和涡轮增压器，所述涡轮后排气管连接所述涡轮增压器的排气口，所述涡轮后排气管上设有涡轮后温度传感器。

7、优选的，所述涡轮增压器的压气机的进气口连接涡轮前进气管，所述涡轮前进气管上设有进气温度传感器，所述压气机的排气口连接涡轮后进气管，所述涡轮后进气管连接所述前进气管。

8、优选的，所述涡轮后进气管上设有中冷器。

9、一种防止氢气发动机回火的保护方法，本发明通过在节气门的前后分别设置节气门前压力传感器和节气门后压力传感器，对节气门前后的气体压力差值进行监测而进行氢气发动机回火诊断，判断产生回火的风险，完成诊断后根据不同的触发条件采取相应的回火保护模式，本发明提供了三种保护模式。

10、在发动机完成热机启动后，发动机出水温度超过出水温度限值(60℃)，若诊断出当节气门前压力传感器测得的节气门前压力和节气门后压力传感器测得的节气门后压力的差值小于压力差值限值1(20kpa),且发动机油门变化率超过油门变化率限值(10％/s)，同时有负荷增加需求时，进气量变化率超过进气量变化率限值(100kg/min),触发氢气发动机的回火保护模式一。

11、回火保护模式一，包括以下步骤：

12、s1、对所述节气门前压力传感器和节气门后压力传感器测得的压力差值进行监测；

13、s2、当步骤s1测得的压力差值小于设定值或者节气门后压力高于节气门前压力时，触发氢气发动机回火保护模式，进行发动机燃烧参数调整，推迟点火提前角或者降低喷射压力；主要目的是提高发动机的排气温度，进而提升涡轮增压器效率，提升进气量和压力，提高节气门前后压力差值。

14、s3、判断压力差值是否仍低于设定值，若低于则继续进行回火保护，否则退出回火保护模式。

15、若诊断出当节气门前压力传感器测得的节气门前压力和节气门后压力传感器测得的节气门后压力的差值小于压力差值限值2(10kpa),且发动机油门变化率超过油门变化率限值(10％/s)，发动机功率百分比超过发动机负荷限值(60％)，同时有负荷增加需求时，进气量变化率超过进气量变化率限值(100kg/min),代表发动机有较高的功率需求，触发氢气发动机的回火保护模式二。

16、回火保护模式二，是在回火保护模式一的基础上，强制关闭涡轮增压器的放气阀，即包括以下步骤：

17、s1、对所述节气门前压力传感器和节气门后压力传感器测得的压力差值进行监测；

18、s2、当步骤s1测得的压力差值小于设定值或者节气门后压力高于节气门前压力时，触发氢气发动机回火保护模式，进行发动机燃烧参数调整，推迟点火提前角或者降低喷射压力，强制关闭所述放气阀；使得全部的发动机高温废气都推动涡轮增压器进行做工，提升进气量和进气压力，提高节气门前后压力差值。

19、s3、判断压力差值是否仍低于设定值，若低于则继续进行回火保护，否则退出回火保护模式。

20、若诊断出当节气门前压力传感器测得的节气门前压力和节气门后压力传感器测得的节气门后压力的差值小于压力差值限值3(5kpa),且发动机油门变化率超过油门变化率限值(10％/s)，发动机功率百分比超过发动机负荷限值(60％)，同时有负荷增加需求时，进气量变化率超过进气量变化率限值(100kg/min),代表发动机有较高的功率需求，触发氢气发动机的回火保护模式三。

21、回火保护模式三，是在回火保护模式二的基础上，在所述步骤s2中，同时减少所述节气门的开度，强制降低流经节气门后气体的压力，使得节气门后压力值远低于节气门前压力值，提高节气门的前后压力差值。

22、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

23、本发明提出了一种防止氢气发动机回火的诊断装置和保护方法，通过在节气门的前后分别设置节气门前压力传感器和节气门后压力传感器，对节气门前后的气体压力差值进行监测而进行氢气发动机回火诊断，判断产生回火的风险，完成诊断后根据不同的触发条件采取相应的回火保护模式，通过进行发动机燃烧参数调整、强制关闭涡轮增压器的放气阀和减少所述节气门的开度，调节节气门前后的气体压力差，降低回火风险，提供防止氢气发动机回火的保护。

技术特征：

1.一种防止氢气发动机回火的诊断装置，其特征在于，包括氢气发动机，所述氢气发动机设有气缸(4)、连接所述气缸(4)的前进气管(2)、设置在所述前进气管(2)上的节气门(1)和氢气喷射阀(3)、连接所述气缸(4)的排气管和设置在所述排气管上的涡轮增压器(6)；所述节气门(1)的前后分别设有节气门前压力传感器(11)和节气门后压力传感器(12)。

2.根据权利要求1所述的防止氢气发动机回火的诊断装置，其特征在于，所述前进气管(2)上设有进气总管温度传感器(21)。

3.根据权利要求1所述的防止氢气发动机回火的诊断装置，其特征在于，所述涡轮增压器(6)上设有放气阀(62)。

4.根据权利要求3所述的防止氢气发动机回火的诊断装置，其特征在于，所述排气管分为涡轮前排气管(5)和涡轮后排气管(9)两部分，所述涡轮前排气管(5)连接所述气缸(4)和涡轮增压器(6)，所述涡轮后排气管(9)连接所述涡轮增压器(6)的排气口，所述涡轮后排气管(9)上设有涡轮后温度传感器(91)。

5.根据权利要求4所述的防止氢气发动机回火的诊断装置，其特征在于，所述涡轮增压器(6)的压气机(61)的进气口连接涡轮前进气管(7)，所述涡轮前进气管(7)上设有进气温度传感器(71)，所述压气机(61)的排气口连接涡轮后进气管(8)，所述涡轮后进气管(8)连接所述前进气管(2)。

6.根据权利要求5所述的防止氢气发动机回火的诊断装置，其特征在于，所述涡轮后进气管(8)上设有中冷器(81)。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的防止氢气发动机回火的诊断装置的防止氢气发动机回火的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种根据权利要求3-6任一项所述的防止氢气发动机回火的诊断装置的防止氢气发动机回火的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的保护方法，其特征在于，在所述步骤s2中，同时减少所述节气门(1)的开度，强制降低流经节气门(1)后气体的压力。

技术总结本发明公开了一种防止氢气发动机回火的诊断装置，包括氢气发动机，所述氢气发动机设有气缸、连接所述气缸的前进气管、设置在所述前进气管上的节气门和氢气喷射阀、连接所述气缸的排气管和设置在所述排气管上的涡轮增压器；所述节气门的前后分别设有节气门前压力传感器和节气门后压力传感器。本发明提出了一种防止氢气发动机回火的诊断装置和保护方法，通过在节气门的前后分别设置节气门前压力传感器和节气门后压力传感器，对节气门前后的气体压力差值进行监测而进行氢气发动机回火诊断，判断产生回火的风险，完成诊断后根据不同的触发条件采取相应的回火保护模式，调节节气门前后的气体压力差，降低回火风险，提供防止氢气发动机回火的保护。技术研发人员：裴毅强,褚国良,刘春涛,施泰峰,李志强,张宇涵,安彦召,秦静,张帆受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/12/12