柴油机掺氢富氧燃烧方法及装置、轨道车辆与流程

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种柴油机掺氢富氧燃烧方法及装置、轨道车辆。

背景技术：

2.对于铁路交通运输行业而言，在内燃动力装置中使用低碳燃料、提高能源利用效率及降低有害排放对于行业未来发展至关重要。目前，铁路内燃机车多以柴油为主要燃料，其普遍存在碳排放及有害排放高的问题；并且，由于现有机车多采用单一燃料柴油机匹配增压器方式运行，而面对环境压力与氧浓度变化，机车的增压系统难以快速做出调整，从而容易使柴油机面临贫氧燃烧的问题，特别是在加速、高原及隧道行驶等条件下，更易造成柴油机的贫氧燃烧的困境。
3.通过掺氢替代部分柴油组织柴油机掺氢燃烧对于降低碳排放、颗粒物排放及碳氢排放有良好的可行性与应用前景。但在机车运行过程中，同时携带氢与柴油两种能源势必会增加燃料储存装置体积。同时，现有铁路基础设施无法满足机车在停靠时的加氢需求。
4.现有技术中，基于制氢机电解水产生氢、氧气可以实现氢气与氧气的随车制取，并且，现有的燃料电池机车可以装有随车氢气储存系统，用于为柴油机实现掺氢低碳、高效燃烧提供氢源。但对实际机车而言，上述的随车氢气储存系统仍然存在装置体积大、以及无法满足加氢需求的问题，并且存在一定安全风险。并且，在高原及隧道条件下，由于单一的增压器匹配方式，柴油机必须降功率运行才能避免贫氧燃烧，导致动力性降低，以及未燃的碳氢及颗粒物排放增加。同时，在机车制动过程中由于目前多是采用电阻箱消耗制动能量，造成了能量的大量浪费，难以满足国家对于提高能源总体利用效率的要求。

技术实现要素：

5.本发明提供一种柴油机掺氢富氧燃烧方法及装置、轨道车辆，用以解决现有技术中随车氢气存储系统存在的装置体积大、无法满足加氢需求、以及安全风险大的缺陷，能实现加速、高原及隧道行驶等条件下高效富氧燃烧，并能有效避免能源浪费。
6.本发明提供一种柴油机掺氢富氧燃烧装置，包括：
7.电子控制单元，连接有能获取外界环境信号的环境监测系统；
8.随车氢氧制备存储系统，适于连接车辆的牵引制动装置，并与所述电子控制单元信号连接，所述随车氢氧制备存储系统连接有氢气喷嘴和氧气线性电磁阀，所述氢气喷嘴和所述氧气线性电磁阀分别适于连接柴油机的进气管，并且所述氢气喷嘴设置于所述氧气线性电磁阀和所述柴油机之间；
9.在所述车辆处于减速制动的过程中，所述电子控制单元能驱动所述随车氢氧制备存储系统利用所述牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气；
10.在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，所述电子控制单元能启闭并调节所述氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧；
11.在所述柴油机运行过程中，所述电子控制单元能启闭并调节所述氢气喷嘴的开度，以控制所述柴油机实现掺氢燃烧。
12.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧装置，所述随车氢氧制备存储系统包括制氢机、氢气罐和氧气罐，所述制氢机与牵引制动装置连接，所述制氢机分别与所述氢气罐和氧气罐连接，所述氢气罐与所述氢气喷嘴连接，所述氧气罐与所述氧气线性电磁阀连接。
13.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧装置，所述随车氢氧制备存储系统还包括氢减压阀和氧减压阀，所述氢减压阀连接于氢气罐与所述氢气喷嘴之间的输气管路上，所述氧减压阀连接于氧气罐与所述氧气线性电磁阀之间的输气管路上。
14.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧装置，所述制氢机通过氢气管路连通于所述氢气罐与所述氢减压阀之间的管路，所述氢气管路上装有氢气压力计，所述氢气压力计与所述电子控制单元信号连接；
15.所述制氢机通过氧气管路连通于所述氧气罐与所述氧减压阀之间的管路，所述氧气管路上装有氧气压力计，所述氧气压力计与所述电子控制单元信号连接。
16.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧装置，所述随车氢氧制备存储系统还包括电阻箱继电器和制氢机继电器，所述制氢机继电器安装于所述制氢机与所述牵引制动装置之间的导线上；所述牵引制动装置连接有电阻箱，所述电阻箱继电器安装于所述牵引制动装置与所述电阻箱之间的导线上；
17.所述电阻箱继电器和制氢机继电器分别与所述电子控制单元信号连接。
18.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧装置，所述环境监测系统包括环境压力信号传感器和负荷传感器，所述环境压力信号传感器和所述负荷传感器分别与所述电子控制单元信号连接。
19.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧装置，所述进气管安装有氧浓度传感器和空气流量计，所述氧浓度传感器和空气流量计依序装在所述氢气喷嘴和所述氧气线性电磁阀之间；所述氧浓度传感器和空气流量计分别与所述电子控制单元信号连接。
20.本发明还提供一种轨道车辆，包括柴油机和牵引制动装置，还包括如上所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置，所述柴油机掺氢富氧燃烧装置分别连接于所述柴油机和所述牵引制动装置。
21.本发明还提供一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，通过如上所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置执行；所述柴油机掺氢富氧燃烧方法包括：
22.在车辆处于减速制动的过程中，通过电子控制单元驱动随车氢氧制备存储系统利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气；
23.在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧；
24.在所述柴油机运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氢气喷嘴的开度，以控制所述柴油机实现掺氢燃烧。
25.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，所述在车辆处于减速制动的过程中，通过电子控制单元驱动随车氢氧制备存储系统利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气，进一步包括：
26.预设所述随车氢氧制备存储系统的制氢机输出的氢气最大安全压力值；
27.所述牵引制动装置处于发电制动模式，通过所述电子控制单元检测氢气压力信号，所述氢气压力信号为所述制氢机实际输出的氢气压力值；
28.在所述氢气压力信号显示的氢气压力值不大于氢气最大安全压力值的情况下，通过所述电子控制单元驱动所述制氢机与所述牵引制动装置电连通，以使所述制氢机能利用牵引制动装置的电能持续制备并存储氢气和氧气；
29.在所述氢气压力信号显示的氢气压力值大于氢气最大安全压力值的情况下，切断所述制氢机与所述牵引制动装置的连接，并将所述牵引制动装置与电阻箱接通，以利用所述电阻箱消耗电能。
30.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，所述在车辆处于减速制动的过程中，通过电子控制单元驱动随车氢氧制备存储系统利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气，进一步包括：
31.预设所述随车氢氧制备存储系统的制氢机输出的氧气最大安全压力值；
32.在所述制氢机工作过程中，通过所述电子控制单元检测氧气压力信号，所述氧气压力信号为所述制氢机实际输出的氧气压力值；
33.在所述氧气压力值不大于所述氧气最大安全压力值的情况下，通过所述电子控制单元驱动所述制氢机与所述牵引制动装置电连通；
34.在所述氧气压力值大于所述氧气最大安全压力值的情况下，通过所述电子控制单元启动并调节所述氧气线性电磁阀的开度。
35.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧，进一步包括：
36.预设所述柴油机的进气管中的氧气浓度安全值；
37.通过所述电子控制单元检测氧浓度信号，所述氧浓度信号为所述柴油机的进气管内实际的氧气浓度值；
38.在所述氧气浓度值小于所述氧气浓度安全值的情况下，所述电子控制单元判定车辆处于隧道运行状态，通过所述电子控制单元调节所述氧气线性电磁阀的开度，直至所述氧气浓度值大于或等于所述氧气浓度安全值。
39.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧，进一步包括：
40.预设所述环境监测系统的环境压力安全值；
41.通过所述电子控制单元检测外界环境信号，所述外界环境信号为所述环境监测系统实际检测的环境压力值；
42.在所述环境压力值小于所述环境压力安全值的情况下，所述电子控制单元判定车辆处于高原运行状态，通过所述电子控制单元启动并调节所述氧气线性电磁阀的开度。
43.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧，进一步包括：
44.预设所述环境监测系统的安全负荷率；
45.通过所述电子控制单元检测外界环境信号，所述外界环境信号为所述环境监测系统实际检测的实际负荷率；
46.在所述实际负荷率大于所述安全负荷率的情况下，所述电子控制单元判定车辆处于高负荷运行状态，通过所述电子控制单元启动并调节所述氧气线性电磁阀的开度，使进气中氧浓度较氧气线性电磁阀打开前提高。
47.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧，进一步包括：
48.预设所述环境监测系统的负荷安全变化率；
49.通过所述电子控制单元检测外界环境信号，所述外界环境信号为所述环境监测系统实际检测的负荷变化率；
50.在所述负荷变化率大于或等于所述负荷安全变化率的情况下，所述电子控制单元判定车辆处于原地启动或急加速运行状态，通过所述电子控制单元启动并调节所述氧气线性电磁阀的开度。
51.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，在所述柴油机运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氢气喷嘴的开度，以控制所述柴油机实现掺氢燃烧，进一步包括：
52.预设所述柴油机的循环标准压力升高率；
53.所述电子控制单元基于缸压信号计算所述柴油机的实际压力升高率；
54.在所述实际压力升高率小于所述循环标准压力升高率的情况下，通过所述电子控制单元启动并调节增加所述氢气喷嘴的喷射脉宽，直至所述氢气喷嘴的喷射脉宽等于100
°
；
55.在所述实际压力升高率大于或等于所述循环标准压力升高率的情况下，通过所述电子控制单元调节减小所述氢气喷嘴的喷射脉宽，直至所述氢气喷嘴的喷射脉宽等于0；
56.其中，在所述氢气喷嘴的喷射脉宽降至0的过程中，在当前循环的所述实际压力升高率小于所述循环标准压力升高率的情况下，则在所述柴油机的转速和负荷不变的条件下所述氢气喷嘴在后续循环的喷氢脉宽保持与所述当前循环的喷氢脉宽相等。
57.根据本发明提供的一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，在所述柴油机运行过程中，所述电子控制单元检测到以下任一条件成立，则所述电子控制单元立即停止所述氢气喷嘴运行，以停止所述柴油机的掺氢燃烧：
58.条件一、所述电子控制单元判定所述车辆处于高原运行状态；
59.条件二、所述电子控制单元判定所述车辆处于隧道运行状态；
60.条件三、所述电子控制单元判定所述车辆处于高负荷运行状态。
61.本发明提供一种柴油机掺氢富氧燃烧装置。该装置中，电子控制单元连接有能获取外界环境信号的环境监测系统。随车氢氧制备存储系统与电子控制单元信号连接，并连接车辆的牵引制动装置，从而在车辆处于减速制动的过程中利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气。随车氢氧制备存储系统与安装在柴油机进气管的氢气喷嘴和氧气线性电磁阀连接，从而在车辆处于低氧浓度条件运行过程中能通过调节氧气线性电磁阀的开度
控制控制柴油机实现富氧燃烧，并在柴油机运行过程中，通过启动并调节氢气喷嘴的开度控制柴油机实现掺氢燃烧。
62.本发明所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置中，进气管上的氢气喷嘴与氧气线性电磁阀的位置对于柴油机的安全运行起到至关重要的影响。该装置将氢气喷嘴设置于氧气线性电磁阀和柴油机之间，能够保证氢气喷嘴远离进气管的入口，从而避免整个进气管内形成可燃混合气，有效避免回火情况的发生；即使在进气管内出现回火情况，该回火情况也不会出现在整个进气管中，从而大大增加柴油机运行安全性。
63.本发明还提供一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，通过随车氢氧制备存储系统在车辆处于减速制动的过程中利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气，解决了电阻箱消耗制动能量引起的能量浪费的问题。并且，通过该方法实现了采用制氢机消耗制动能量电解水随车制取氢气和氧气，进而实现了机车制动能量的回收，提高了系统总体能源利用效率，解决了氢气和氧气在机车运行中随车制取难、储存难及供给不便的技术问题。
64.本发明所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，通过对柴油机的进气管动态增氧，解决了车辆在高原运行、隧道运行与加速过程中由于空气中氧气不足或氧气需求量大的条件下的增氧问题，采用了主动进气喷氧策略，即通过直接向进气管喷射氧气实现高密度氧化剂充量提高，降低颗粒物及未燃产物排放，提高机车在高原与隧道条件下的动力性，进而实现高密度增氧燃烧，提高机车在特殊条件下的性能与适应能力。
65.本发明所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，通过柴油机的掺氢燃烧运行，解决了车辆柴油机低碳燃烧问题，用氢气替代部分柴油实现降碳运行，并利用氢气优良的雾化与燃烧特性改善柴油机燃烧过程，降低有害排放，提高燃烧效率。并且，针对以往全工况掺氢引发的高原、隧道、加速、大负荷动力性下降问题，设计了新的掺氢控制策略，通过在高原、隧道及高负荷特殊工况下设计相应的掺氢中断策略，保证了特殊运行条件下机车的动力响应需求。
附图说明
66.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
67.图1是本发明提供的柴油机掺氢富氧燃烧的装置的结构示意图。
68.附图标记：
69.1、柴油机；2、氢气罐；3、氧气罐；4、氢气压力计；5、氧气压力计；6、氢减压阀；7、氧减压阀；8、制氢机；9、电阻箱；10、牵引制动装置；11、空气滤清器；12、氧气线性电磁阀；13、氧浓度传感器；14、空气流量计；15、氢气喷嘴；16、电子控制单元；17、缸压传感器；18、柴油喷嘴；19、电阻箱继电器；20、制氢机继电器；21、环境压力信号传感器；22、负荷传感器；23、进气管；24：氢气管路；25：氧气管路；
70.a、缸压信号；b、氢气喷射信号；c、氢气压力信号；d、氧气压力信号；e、空气流量信号；f、氧浓度信号；g、第一控制信号；h、第二控制信号；m、增氧信号；n、环境压力信号；t、负荷信号。
具体实施方式
71.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
72.下面结合图1描述本发明的柴油机掺氢富氧燃烧装置、方法及轨道车辆。本发明实施例所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置(本发明实施例中简称为“装置”)适于连接车辆的牵引制动装置10和柴油机1之间。如图1所示，该装置包括电子控制单元16和随车氢氧制备存储系统。本发明实施例所述的轨道车辆包括柴油机1和牵引制动装置10，还包括如本发明所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置。柴油机掺氢富氧燃烧装置分别连接于柴油机1和牵引制动装置10。
73.该装置中，电子控制单元16连接有能获取外界环境信号的环境监测系统，外界环境信号包括但不限于环境压力信号n和柴油机1的负荷信号t。优选环境监测系统包括环境压力信号n传感器21和负荷传感器22。其中，环境压力信号n传感器21和负荷传感器22分别与电子控制单元16信号连接，环境压力信号n传感器21能向电子控制单元16传输环境压力信号n，负荷传感器22能向电子控制单元16传输负荷信号t。优选环境压力信号n传感器21安装于机车外部，用于检测环境压力变化。
74.该装置中，随车氢氧制备存储系统连接车辆的牵引制动装置10，并与电子控制单元16信号连接。在车辆处于减速制动的过程中，电子控制单元16能驱动随车氢氧制备存储系统利用牵引制动装置10的电能制备并存储氢气和氧气；并且，在车辆不适于制备并存储氢气和氧气的情况下，例如，氢气压力过高的情况下，电子控制单元16能驱动随车氢氧制备存储系统及时与牵引制动装置10断开，并连通牵引制动装置10与电阻箱9，从而利用电阻箱9消耗多余电能，提高装置运行的安全性，以及车辆制动安全性。
75.在一些实施例中，优选上述的随车氢氧制备存储系统连接有氢气喷嘴15和氧气线性电磁阀12。氢气喷嘴15和氧气线性电磁阀12分别适于连接柴油机1的进气管23，并且氢气喷嘴15设置于氧气线性电磁阀12和柴油机1之间。在车辆处于低氧浓度条件运行过程中，电子控制单元16能启闭并调节氧气线性电磁阀12的开度，以控制柴油机1实现富氧燃烧；并且，在柴油机1运行过程中，电子控制单元16能启闭并调节氢气喷嘴15的开度，以控制柴油机1实现掺氢燃烧。
76.可理解的，本发明实施例所述的柴油机1上装有柴油喷嘴18，在柴油机1上还连接有进气管23，进气管23的入口安装有空气滤清器11，进气管23的出口与柴油机1的任一缸体的进气门连接。优选的，进气管23上的氢气喷嘴15与氧气线性电磁阀12的位置对于柴油机1的安全运行起到至关重要的影响。该装置将氢气喷嘴15设置于氧气线性电磁阀12和柴油机1之间，也即如图1所示，氢气喷嘴15和氧气线性电磁阀12设置在柴油机1的缸体与空气滤清器11之间的进气管23中，并且氢气喷嘴15设置在进气管23上靠近柴油机1的缸体的位置，氧气线性电磁阀12设置在进气管23上靠近空气滤清器11的位置。该设置能够保证氢气喷嘴15远离进气管23的入口，从而避免整个进气管23内形成可燃混合气，有效避免回火情况的发生；即使在进气管23内出现回火情况，该回火情况也不会出现在整个进气管23中，从而大大增加柴油机1运行安全性。
77.可理解的，优选进气管23还安装有氧浓度传感器13和空气流量计14。氧浓度传感器13和空气流量计14依序装在氢气喷嘴15和氧气线性电磁阀12之间。氧浓度传感器13和空气流量计14分别与电子控制单元16信号连接，以便分别向电子控制单元16传输进气管23内的氧浓度信号f和空气流量信号e。上述位置设置使得氧浓度传感器13能够准确检测氧气线性电磁阀12打开增氧后进气道内的氧浓度。
78.在一些实施例中，如图1所示，随车氢氧制备存储系统包括制氢机8、氢气罐2和氧气罐3。制氢机8与牵引制动装置10连接，以便将牵引制动装置10的电能引入制氢机8中用于制备氢气和氧气。制氢机8分别与氢气罐2和氧气罐3连接，以便将利用电能电解水后的得到的氢气和氧气分别输送至氢气罐2和氧气罐3中储存。氢气罐2与氢气喷嘴15连接，用于通过氢气喷嘴15的开度控制向进气管23内提供氢气。氧气罐3与氧气线性电磁阀12连接，用于通过氧气线性电磁阀12的开度控制向进气管23内提供氧气。
79.在一些具体实施例中，如图1所示，随车氢氧制备存储系统还包括氢减压阀6和氧减压阀7。氢减压阀6连接于氢气罐2与氢气喷嘴15之间的输气管路上，氢减压阀6用于在氢气罐2与氢气喷嘴15之间的输气管路实现减压输送控制，以提高氢气输送的安全性。同理，氧减压阀7连接于氧气罐3与氧气线性电磁阀12之间的输气管路上，氧减压阀7用于在氧气罐3与氧气线性电磁阀12之间的输气管路实现减压输送控制，以提高氧气输送的安全性。优选制氢机8通过氢气管路24连通于氢气罐2与氢减压阀6之间的管路，氢气管路24上装有氢气压力计4，氢气压力计4与电子控制单元16信号连接，用以向电子控制单元16传输氢气压力信号c。制氢机8通过氧气管路25连通于氧气罐3与氧减压阀7之间的管路，氧气管路25上装有氧气压力计5，氧气压力计5与电子控制单元16信号连接，用以向电子控制单元16传输氧气压力信号d。
80.为保证制动系统安全，随车氢氧制备存储系统还包括电阻箱继电器19和制氢机继电器20。制氢机继电器20安装于制氢机8与牵引制动装置10之间的导线上。牵引制动装置10连接有电阻箱9，电阻箱继电器19安装于牵引制动装置10与电阻箱9之间的导线上。电阻箱继电器19和制氢机继电器20分别与电子控制单元16信号连接。电子控制单元16能向制氢机继电器20发送第一控制信号g，以便控制制氢机继电器20的通断；并且，电子控制单元16能向电阻箱继电器19发送第二控制信号h，以便控制电阻箱继电器19的通断。
81.根据上述内容可知，电子控制单元16能接收来自环境压力信号n传感器21的环境压力信号n；能接收来自负荷传感器22的负荷信号t；能接收来自缸压传感器17的缸压信号a，并计算压力升高率；能发出氢气喷射信号b以调整氢气喷嘴15的开度，进而调整氢气喷嘴15的喷射脉宽；能接收来自氢气压力计4的氢气压力信号c；能接收来自氧气压力计5的氧气压力信号d；能接收来自空气流量计14的空气流量信号e；能接收来自氧浓度传感器13的氧浓度信号f；能发出第一控制信号g控制制氢机8的启停；能发出第二控制信号h控制电阻箱9的接入状态；能发出增氧信号m控制氧气线性电磁阀12的开度。
82.可理解的，制氢机8采用高压供氢方式，从制氢机8的氢气出口和氧气出口分别引出的氢气和氧气分别预设有氢气最大安全压力值peh和氧气最大安全压力值peo，并有peh不低于20mpa，peo不低于20mpa。
83.可理解的，电子控制单元16与原机电子控制单元16通过can或k线方式进行通讯，获得转速及相位等柴油机1基础控制信号。
84.可理解的，氢减压阀6的减压压力不低于0.3mpa。氧减压阀7的减压压力不低于0.2mpa且不高于0.3mpa。氧气线性电磁阀12在满开度条件下使进气氧浓度提高不小于3％且不大于6％。氢气喷嘴15在100
°
喷射持续期内在额定功率对应的转速条件下应使进入柴油机1缸体的氢气体积流量不小于总进气体积流量的3％且不大于6％，以避免过少氢气喷射对改善燃烧效果不佳，以及过高喷氢量导致的回火问题。进入气缸的总进气体积流量为氢气体积流量与空气体积流量之和，空气体积流量由电子控制单元16根据空气流量计14发出的空气流量信号e计算。缸压传感器17安装于多缸柴油机1的某个气缸。缸压传感器17可以使用用于检测振动频率的爆震传感器代替进行爆震检测。
85.基于上述内容，本发明实施例提供了一种柴油机掺氢富氧燃烧方法(本发明实施例中简称为“方法”)，通过上述的柴油机掺氢富氧燃烧装置执行。即该柴油机掺氢富氧燃烧方法是针对柴油机掺氢富氧燃烧装置的控制策略方法。
86.该方法包括基于制动能量回收的氢、氧气制取与储存控制策略、柴油机1增氧运行控制策略、以及柴油机1掺氢燃烧控制策略。
87.在一些实施例中，上述的基于制动能量回收的氢、氧气制取与储存控制策略具体包括：在车辆处于减速制动的过程中，通过电子控制单元16驱动随车氢氧制备存储系统利用牵引制动装置10的电能制备并存储氢气和氧气。
88.具体的，在车辆减速及制动过程中，牵引制动装置10工作于发电制动模式，此时电子控制单元16检测氢气压力信号c，当氢气压力值不大于氢气最大安全压力值peh时，电子控制单元16发出第一控制信号g接通制氢机继电器20，以使制氢机8可以利用牵引制动装置10的电能电解水制取氢气和氧气，所制取的氢气和氧气分别通过氢气管路24和氧气管路25运输并存储于氢气罐2和氧气罐3中，同时电子控制单元16通过停止发出第二控制信号h以停止电阻箱9受电。对应的，当电子控制单元16检测到氢气压力值大于氢气最大安全压力值peh时，立刻停止发出第一控制信号g，并发出第二控制信号h以便及时接通电阻箱9，使牵引制动装置10产生的电能被电阻箱9消耗，确保制动安全。
89.与此相比，现有技术中的随车制氢装置的制氢机8多采用发电机组所提供的电力，从能源转化角度出发，由于发电机的电能转化自发动机经燃烧及热功转换产生的机械能，因而使用发动机中的发电机随车电解水制氢不可能实现对动力系统总体效率的优化。而且，机车车辆在连续下坡与减速时多使用电制动方式，此时牵引制动装置10的电机工作于发电机模式下，将减速过程中的机械能转化为电能并通过电阻箱9对所产生的电能进行消耗。该方式虽然可以实现稳定的列车制动，但却造成了较多的能量浪费。如果将该部分电能用于电解水随车制取氢、氧气，则势必有利于机车总体效率的提高并实现低碳燃烧过程。
90.需要说明的是，制氢机8在工作过程中，电子控制单元16检测氧气压力计5发出的氧气压力信号d，当氧气压力值不大于氧气最大安全压力值peo时，电子控制单元16保持各个控制执行器现有运行状态不做改变。当氧气压力值大于氧气最大安全压力值peo时，电子控制单元16立即通过发出增氧信号m以便及时将氧气线性电磁阀12打开，并通过动态调整氧气线性电磁阀12的开度，将氧减压阀7与氧气罐3之间的管路压力、以及氧气管路25的压力都控制在95％peo至100％peo范围内。
91.在一些实施例中，上述的柴油机1增氧运行控制策略具体包括：在车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过电子控制单元16启闭并调节位于柴油机1的进气管23上的氧气线
性电磁阀12的开度，以控制柴油机1实现富氧燃烧。
92.具体的，柴油机1在运行过程中，电子控制单元16检测来自氧浓度传感器13的氧浓度信号f，并预设柴油机1的进气管23中的氧气浓度安全值为19％。当进气管23中实际的氧气浓度值小于19％时，电子控制单元16发出增氧信号m将氧气线性电磁阀12打开，通过对氧气线性电磁阀12的开度调整，使进气管23内实际的氧气浓度值大于或者等于19％，实现隧道运行低氧浓度条件下的机车增氧燃烧。
93.在柴油机1运行过程中，电子控制单元16检测来自环境压力信号n传感器21的环境压力信号n，并预设环境监测系统的环境压力安全值包括第一环境压力安全值90kpa以及第二环境压力安全值75kp。当环境压力值低于90kpa时，电子控制单元16判定车辆处于高原运行状态，此时电子控制单元16发出增氧信号m将氧气线性电磁阀12打开；进一步的，当环境压力值小于或等于75kpa时，氧气线性电磁阀12的开度调整为100％；而当环境压力值在75kpa至95kpa的环境压力区间内，氧气线性电磁阀12的开度在20％至100％之间线性调整，并随环境压力值的降低而增加。
94.在柴油机1运行过程中，电子控制单元16检测来自负荷传感器22的负荷信号t，并预设上述环境监测系统的安全负荷率为满负荷的75％。当柴油机1的实际负荷率大于满负荷的75％时，电子控制单元16判定车辆处于高负荷运行状态，此时电子控制单元16进一步通过氧浓度传感器13检测氧浓度信号f，通过发出增氧信号m调整氧气线性电磁阀12的开度，从而使进气管23中实际氧浓度值较开阀前提高1％至3％，且进气管23内的氧气目标浓度在负荷大于等于满负荷75％至等于满负荷范围内线性增加，通过增氧减少高负荷条件下过浓柴油燃烧产生的颗粒物排放。
95.在柴油机1运行过程中，电子控制单元16检测来自负荷传感器22的负荷信号t，并预设环境监测系统的负荷安全变化率为30％；当环境监测系统实际检测的单位时间内负荷变化率大于或等于30％时，电子控制单元16判定机车处于原地启动或急加速状态，此时电子控制单元16发出增氧信号m使氧气线性电磁阀12的开度调整至满开度的50％，并在开启后的10s内线性降低氧气线性电磁阀12的开度至0，从而实现机车车辆的柴油机1在加速过程中富氧燃烧，降低由于负荷突变、柴油喷射量加大而引起的颗粒物排放增加及燃烧效率降低等问题。
96.实际上，机车车辆在隧道及高原行驶条件下面临环境压力降低与氧气浓度降低等问题，容易导致贫氧燃烧。现有的车内燃机多采用增压方式提高充量密度进而增加氧气质量，但增压器在高原及隧道条件下不能根据环境压力及氧浓度对增压比实现快速现场调整，因而增压柴油机1依然会在高原及隧道行驶过程中遇到贫氧燃烧导致的动力性下降、油耗增加及有害排放增加等问题。本发明实施例的装置及方法利用车载的制氢机8随车电解产生的氧气根据柴油机1需求进行可控喷射，是解决柴油机1在加速、高原及隧道行驶等条件下面临贫氧燃烧的有效手段。通过直接氧气喷射的方式能够快速提高进气充量中氧气质量，使柴油机1在更多环境条件下实现高效、清洁的燃烧过程。
97.在一些实施例中，上述的柴油机1掺氢燃烧控制策略具体包括：在柴油机1运行过程中，通过电子控制单元16启闭并调节位于柴油机1的进气管23上的氢气喷嘴15的开度，以控制柴油机1实现掺氢燃烧。
98.具体的，柴油机1运行过程中，电子控制单元16通过发出氢气喷射信号b打开氢气
喷嘴15，预设柴油机1的循环标准压力升高率为5bar/
°
。在首循环中氢气喷射的持续期设置为50
°
，电子控制单元16同时连续检测来自缸压传感器17的缸压信号a并根据缸压信号a计算实际压力升高率。
99.当检测到当前循环的实际压力升高率小于5bar/
°
时，电子控制单元16通过发出氢气喷射信号b使氢气喷嘴15在下一个循环的喷射持续期在当前循环的基础上增加10
°
，直至氢气喷嘴15的喷射脉宽等于100
°
时不再继续增加下一循环的氢气喷嘴15的喷射脉宽。
100.当电子控制单元16根据缸压信号a计算得到的实际压力升高率大于或等于5bar/
°
时，电子控制单元16通过发出氢气喷射信号b使氢气喷嘴15在下一个循环的喷射持续期在当前循环基础上减小5
°
，直至喷氢脉宽调整为0。
101.需要说明的是，如果在氢气喷嘴15的喷氢脉宽降低至0以前的某个喷氢脉宽下，电子控制单元16检测到当前循环的实际压力升高率小于5bar/
°
，则在柴油机1转速与负荷不变的条件下，在后续循环中保持当前氢气喷嘴15的喷氢脉宽而不再进一步降低。
102.需要说明的是，在柴油机1运行过程中，当电子控制单元16检测到以下三个条件中任一条件成立时，立即停止发出氢气喷射信号b使柴油机1停止掺氢燃烧，以避免氢气低体积比功率密度及高空燃比对机车动力性的影响：
103.条件1：电子控制单元16判定车辆处于高原运行状态下，电子控制单元16检测来自氧浓度传感器13的氧浓度信号f判断环境压力值小于90kpa，且来自负荷传感器22的负荷信号t指示当前机车柴油机1的实际负荷率大于50％时；
104.条件2：电子控制单元16判定车辆处于隧道运行状态下，电子控制单元16自氧浓度传感器13的氧浓度信号f，当进气管23中的氧浓度值小于等于19％，且来自负荷传感器22的负荷信号t指示当前机车柴油机1的实际负荷率大于50％时；
105.条件3：电子控制单元16判定车辆处于高负荷运行状态下，电子控制单元16检测来自负荷传感器22的负荷信号t，当柴油机1负荷率大于等于满负荷75％时。
106.下面基于本发明提供的装置及方法，提供以下具体实施例和试验例。
107.该试验例将能量回收试验在某条轨道线路的下坡道上进行。具体采用柴油机1牵引货运机车，在车辆加装如上所述的装置，并按照上述方法进行具体控制试验。为测试该装置的运行效果，试验前在随车氢氧制备存储系统中分别预装了98％额定压力的氢气和98％额定压力的氧气。
108.试验线路组成为平原条件下的一段16.5km铁路，其中依次包括长度为5.2公里的良好轨道，长度为4.4km的下坡坡道，长度为2.6公里的隧道，以及长度为3.3公里的爬坡坡道。
109.(1)常规轨道实验
110.列车由静止开始起动，此时电子控制单元16根据检测到的负荷信号t判定车辆处于起动加速状态，此时电子控制单元16发出增氧信号m使氧气线性电磁阀12的开度调整至满开度的50％，同时打开氢气喷嘴15使氢气喷嘴15的喷射脉宽在首循环置于50
°
。车辆起动并在起动过程中实现了掺氢增氧燃烧，未观察到原始柴油机1车起动过程产生的炭烟排放；在起动后的10s内氧气线性电磁阀12的开度线性衰减到0；在起动首循环后的五个连续循环内每循环较上一循环增加10
°
的氢气喷射脉宽；电子控制单元16检测到实际压力升高率为0.8至2.3bar，因此从第六循环起保持氢气喷射脉宽为100
°
，在后续调整负荷加速过程中，
未检测到实际压力升高率大于等于5bar的现象，因此后续常规轨道实验中喷氢脉宽始终保持在100
°
。常规轨道段实验结果表明，本发明实施例所述的装置的增氧与掺氢系统运行可靠，在同样的加速策略下，采用本发明实施例所述的装置及方法后，车辆在该区段内油耗降低4.26％，颗粒物排放降低47.8％，hc排放降低19.3％。
111.(2)下坡坡道实验
112.列车在5.2公里常规轨道加速至100km/h后进入下坡坡道。为保证不超速运行，列车立即施加最大电制动力，经短暂过程后制动力稳定于200kn附近，并保持该制动力与稳定车速通过隧道段。在制动过程中，电子控制单元16检测到氢气压力信号c指示氢气压力值为91％peh，随即发出第一控制信号g将牵引制动装置10与制氢机8接通，使制氢机8开始回收能量制取氢气和氧气；下坡过程中电子控制单元16按上述控制策略继续实施掺氢，在整个下坡行驶过程中由于最高压力升高率小于5bar/
°
，故氢气喷射持续期始终保持在100
°
。在制动持续至3.8公里时，电子控制单元16检测到氧气压力信号d指示氧气压力值达到氧气最大安全压力值peo，电子控制单元16发出增氧信号m将氧气线性电磁阀12打开50％，在打开后10秒内氧气压力值降低至99％peo，表明本发明实施例所述的装置的储氧系统运行安全；增氧过程中电子控制单元16检测到氧气线性电磁阀12在开启过程中对进气管23内的氧气浓度值最大增加1.63％，机车动力性保持良好，颗粒物排放在增氧后降低。下坡坡道实验中，氢气罐2的压力由91％peh增加至97％peh，氧气罐3的压力由97％peh增加至99％peo，表明采用本发明实施例所提供的装置的随车氢氧制备存储系统可以按设计方式运行良好。
113.(3)隧道实验
114.列车在进入隧道行驶约500米后电子控制单元16检测到进气管23中的氧气浓度值降低至18.7％，判定列车进入隧道运行条件。此时电子控制单元16发出增氧信号m将氧气线性电磁阀12打开，并实时检测氧浓度信号f，经数循环后将氧气线性电磁阀12的开度调整至21.5％，保持进气管23中的氧气浓度值为19.5％，表明本发明实施例所述的装置中的增氧系统可提高车辆隧道运行条件下柴油机1缸内氧气充量。
115.在距离隧道出口500米处，由于列车后续进入爬坡坡道故提前加速，为测试高负荷条件下系统工作效果，在距离隧道500处操纵手柄使机车满负荷加速。此时，电子控制单元16检测到负荷信号t为100％，随即停止发出氢气喷射信号b，从而使柴油机1停止掺氢运行，并通过发出增氧信号m调整氧气线性电磁阀12，目标增氧浓度为进气管23中的氧气浓度值提高3％。在经几个循环调整后，氧气线性电磁阀12的开度被调整至85.6％，此时检测到隧道行驶条件下进气管23中的实际氧气浓度值为22.1％。该结果表明，在500米隧道尾段加速过程中，增氧后的车辆牵引力提高12.7％，颗粒物排放降低51.2％。
116.(4)爬坡实验
117.列车驶出隧道后进入长度3.3公里的爬坡路段，爬坡过程中车辆负荷变化率保持在85％。此时氢气喷嘴15停止喷氢，且增氧系统启动。经几个循环后，电子控制单元16将氧气线性电磁阀12的开度调整为57.6％，氧气浓度值较环境氧浓度增加1.8％，爬坡路段柴油机1牵引力提高10.2％，颗粒物排放降低42.1％。
118.根据上述各试验例可知，本发明实施例所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置能够基于上述柴油机掺氢富氧燃烧方法可靠运行，并实现了利用制动能量电解水制取氢、氧气，对制动能量进行有效回收，实现了氢、氧气在列车上的随车制取；实现了柴油机1掺氢低碳燃烧，
针对以往全工况掺氢引发的高原、隧道、加速、大负荷动力性下降问题，设计了新的掺氢控制策略；针对高原、隧道、加速、大负荷条件下缸内贫氧燃烧引发的动力性下降，燃烧效率降低，颗粒物升高的问题，采用了主动进气喷氧策略，实现了高密度增氧燃烧，提高了机车在特殊条件下的性能与适应能力。
119.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
120.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
121.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
122.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
123.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种柴油机掺氢富氧燃烧装置，其特征在于，包括：电子控制单元，连接有能获取外界环境信号的环境监测系统；随车氢氧制备存储系统，适于连接车辆的牵引制动装置，并与所述电子控制单元信号连接，所述随车氢氧制备存储系统连接有氢气喷嘴和氧气线性电磁阀，所述氢气喷嘴和所述氧气线性电磁阀分别适于连接柴油机的进气管，并且所述氢气喷嘴设置于所述氧气线性电磁阀和所述柴油机之间；在所述车辆处于减速制动的过程中，所述电子控制单元能驱动所述随车氢氧制备存储系统利用所述牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气；在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，所述电子控制单元能启闭并调节所述氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧；在所述柴油机运行过程中，所述电子控制单元能启闭并调节所述氢气喷嘴的开度，以控制所述柴油机实现掺氢燃烧。2.根据权利要求1所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置，其特征在于，所述随车氢氧制备存储系统包括制氢机、氢气罐和氧气罐，所述制氢机与牵引制动装置连接，所述制氢机分别与所述氢气罐和氧气罐连接，所述氢气罐与所述氢气喷嘴连接，所述氧气罐与所述氧气线性电磁阀连接。3.根据权利要求2所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置，其特征在于，所述随车氢氧制备存储系统还包括氢减压阀和氧减压阀，所述氢减压阀连接于氢气罐与所述氢气喷嘴之间的输气管路上，所述氧减压阀连接于氧气罐与所述氧气线性电磁阀之间的输气管路上。4.根据权利要求3所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置，其特征在于，所述制氢机通过氢气管路连通于所述氢气罐与所述氢减压阀之间的管路，所述氢气管路上装有氢气压力计，所述氢气压力计与所述电子控制单元信号连接；所述制氢机通过氧气管路连通于所述氧气罐与所述氧减压阀之间的管路，所述氧气管路上装有氧气压力计，所述氧气压力计与所述电子控制单元信号连接。5.根据权利要求2所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置，其特征在于，所述随车氢氧制备存储系统还包括电阻箱继电器和制氢机继电器，所述制氢机继电器安装于所述制氢机与所述牵引制动装置之间的导线上；所述牵引制动装置连接有电阻箱，所述电阻箱继电器安装于所述牵引制动装置与所述电阻箱之间的导线上；所述电阻箱继电器和制氢机继电器分别与所述电子控制单元信号连接。6.根据权利要求1至5任一项所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置，其特征在于，所述环境监测系统包括环境压力信号传感器和负荷传感器，所述环境压力信号传感器和所述负荷传感器分别与所述电子控制单元信号连接。7.根据权利要求1至5任一项所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置，其特征在于，所述进气管安装有氧浓度传感器和空气流量计，所述氧浓度传感器和空气流量计依序装在所述氢气喷嘴和所述氧气线性电磁阀之间；所述氧浓度传感器和空气流量计分别与所述电子控制单元信号连接。8.一种轨道车辆，包括柴油机和牵引制动装置，其特征在于，还包括如权利要求1至7任一项所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置，所述柴油机掺氢富氧燃烧装置分别连接于所述柴油机和所述牵引制动装置。
9.一种柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，通过权利要求1至7任一项所述的柴油机掺氢富氧燃烧装置执行；所述柴油机掺氢富氧燃烧方法包括：在车辆处于减速制动的过程中，通过电子控制单元驱动随车氢氧制备存储系统利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气；在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧；在所述柴油机运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氢气喷嘴的开度，以控制所述柴油机实现掺氢燃烧。10.根据权利要求9所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，所述在车辆处于减速制动的过程中，通过电子控制单元驱动随车氢氧制备存储系统利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气，进一步包括：预设所述随车氢氧制备存储系统的制氢机输出的氢气最大安全压力值；所述牵引制动装置处于发电制动模式，通过所述电子控制单元检测氢气压力信号，所述氢气压力信号为所述制氢机实际输出的氢气压力值；在所述氢气压力信号显示的氢气压力值不大于氢气最大安全压力值的情况下，通过所述电子控制单元驱动所述制氢机与所述牵引制动装置电连通，以使所述制氢机能利用牵引制动装置的电能持续制备并存储氢气和氧气；在所述氢气压力信号显示的氢气压力值大于氢气最大安全压力值的情况下，切断所述制氢机与所述牵引制动装置的连接，并将所述牵引制动装置与电阻箱接通，以利用所述电阻箱消耗电能。11.根据权利要求10所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，所述在车辆处于减速制动的过程中，通过电子控制单元驱动随车氢氧制备存储系统利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气，进一步包括：预设所述随车氢氧制备存储系统的制氢机输出的氧气最大安全压力值；在所述制氢机工作过程中，通过所述电子控制单元检测氧气压力信号，所述氧气压力信号为所述制氢机实际输出的氧气压力值；在所述氧气压力值不大于所述氧气最大安全压力值的情况下，通过所述电子控制单元驱动所述制氢机与所述牵引制动装置电连通；在所述氧气压力值大于所述氧气最大安全压力值的情况下，通过所述电子控制单元启动并调节所述氧气线性电磁阀的开度。12.根据权利要求9所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧，进一步包括：预设所述柴油机的进气管中的氧气浓度安全值；通过所述电子控制单元检测氧浓度信号，所述氧浓度信号为所述柴油机的进气管内实际的氧气浓度值；在所述氧气浓度值小于所述氧气浓度安全值的情况下，所述电子控制单元判定车辆处于隧道运行状态，通过所述电子控制单元调节所述氧气线性电磁阀的开度，直至所述氧气浓度值大于或等于所述氧气浓度安全值。
13.根据权利要求9所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧，进一步包括：预设所述环境监测系统的环境压力安全值；通过所述电子控制单元检测外界环境信号，所述外界环境信号为所述环境监测系统实际检测的环境压力值；在所述环境压力值小于所述环境压力安全值的情况下，所述电子控制单元判定车辆处于高原运行状态，通过所述电子控制单元启动并调节所述氧气线性电磁阀的开度。14.根据权利要求9所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧，进一步包括：预设所述环境监测系统的安全负荷率；通过所述电子控制单元检测外界环境信号，所述外界环境信号为所述环境监测系统实际检测的实际负荷率；在所述实际负荷率大于所述安全负荷率的情况下，所述电子控制单元判定车辆处于高负荷运行状态，通过所述电子控制单元启动并调节所述氧气线性电磁阀的开度，使进气中氧浓度较氧气线性电磁阀打开前提高。15.根据权利要求9所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，在所述车辆处于低氧浓度条件运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氧气线性电磁阀的开度，以控制所述柴油机实现富氧燃烧，进一步包括：预设所述环境监测系统的负荷安全变化率；通过所述电子控制单元检测外界环境信号，所述外界环境信号为所述环境监测系统实际检测的负荷变化率；在所述负荷变化率大于或等于所述负荷安全变化率的情况下，所述电子控制单元判定车辆处于原地启动或急加速运行状态，通过所述电子控制单元启动并调节所述氧气线性电磁阀的开度。16.根据权利要求9所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，在所述柴油机运行过程中，通过所述电子控制单元启闭并调节位于柴油机的进气管上的氢气喷嘴的开度，以控制所述柴油机实现掺氢燃烧，进一步包括：预设所述柴油机的循环标准压力升高率；所述电子控制单元基于缸压信号计算所述柴油机的实际压力升高率；在所述实际压力升高率小于所述循环标准压力升高率的情况下，通过所述电子控制单元启动并调节增加所述氢气喷嘴的喷射脉宽，直至所述氢气喷嘴的喷射脉宽等于100
°
；在所述实际压力升高率大于或等于所述循环标准压力升高率的情况下，通过所述电子控制单元调节减小所述氢气喷嘴的喷射脉宽，直至所述氢气喷嘴的喷射脉宽等于0；其中，在所述氢气喷嘴的喷射脉宽降至0的过程中，在当前循环的所述实际压力升高率小于所述循环标准压力升高率的情况下，则在所述柴油机的转速和负荷不变的条件下所述氢气喷嘴在后续循环的喷氢脉宽保持与所述当前循环的喷氢脉宽相等。17.根据权利要求9所述的柴油机掺氢富氧燃烧方法，其特征在于，在所述柴油机运行
过程中，所述电子控制单元检测到以下任一条件成立，则所述电子控制单元立即停止所述氢气喷嘴运行，以停止所述柴油机的掺氢燃烧：条件一、所述电子控制单元判定所述车辆处于高原运行状态；条件二、所述电子控制单元判定所述车辆处于隧道运行状态；条件三、所述电子控制单元判定所述车辆处于高负荷运行状态。

技术总结

本发明提供一种柴油机掺氢富氧燃烧方法及装置、轨道车辆。该装置及方法中，电子控制单元连接有能获取外界环境信号的环境监测系统。随车氢氧制备存储系统与电子控制单元信号连接，并连接车辆的牵引制动装置，从而在车辆处于减速制动的过程中利用牵引制动装置的电能制备并存储氢气和氧气。随车氢氧制备存储系统与安装在柴油机进气管的氢气喷嘴和氧气线性电磁阀连接，从而在车辆处于低氧浓度条件运行过程中能通过调节氧气线性电磁阀的开度控制控制柴油机实现富氧燃烧，并在柴油机运行过程中，通过启动并调节氢气喷嘴的开度控制柴油机实现掺氢燃烧。并且，该装置将氢气喷嘴设置于氧气线性电磁阀和柴油机之间，从而增加柴油机运行安全性。运行安全性。运行安全性。