CN109707504A - 一种零排放氢发动机及其控制方法 - Google Patents

一种零排放氢发动机及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109707504A
CN109707504A CN201811644149.8A CN201811644149A CN109707504A CN 109707504 A CN109707504 A CN 109707504A CN 201811644149 A CN201811644149 A CN 201811644149A CN 109707504 A CN109707504 A CN 109707504A
Authority
CN
China
Prior art keywords
engine
oxygen
hydrogen
valve
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811644149.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109707504B (zh
Inventor
纪常伟
徐溥言
汪硕峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201811644149.8A priority Critical patent/CN109707504B/zh
Publication of CN109707504A publication Critical patent/CN109707504A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109707504B publication Critical patent/CN109707504B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

本发明设计一种零排放氢发动机及其控制方法。本发明以发动机转速信号(a1)和发动机燃烧循环变动系数信号(a2)为控制依据，通过控制单元(13)在发动机稳定运行后对第一阀门(14)和第二阀门(15)的控制，实现了所述发动机(11)尾气中氧气的回收，可以有效提高所述发动机(11)氧化剂利用率。由于本发明采用清洁氧化剂，克服了传统氢气发动机进气中氮气在缸内高温环境中生成氮氧化物(NOx)的缺点；因此实现了发动机零排放。

Description

一种零排放氢发动机及其控制方法
技术领域
本发明提供一种零排放氢发动机控制方法，属于发动机领域。
背景技术
氢气作为发动机的燃料具有良好的燃烧特性：氢燃料比所有化石燃料、化工燃料和生物燃料的发热值都要高，氢燃料的低热值是汽油的2.7倍；其点火能量约为汽油的1/10，极易点燃，具有良好的起动性；其着火界限很，可实现稀薄燃烧；其火焰传播速度大约为汽油的8倍；氢的自燃温度较天然气和汽油都要高，有利于提高压缩比，提高氢发动机的热效率。
氢发动机是用氢气为燃料，将氢气的化学能经过燃烧转化成为机械能的新型发动机。在传统的汽油机中，燃料与空气以接近化学计量空燃比的比例形成可燃混合气并燃烧，燃烧产物包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)及碳氢化合物(HC)，汽缸中的燃烧高温足以使缸内空气中的部分氮气(N2)发生氧化，生成氮氧化物(NOx)。与此相比，氢燃料发动机则几乎不产生CO、CO及HC污染物，仅产生来自空气的NOx。因此，如何控制氢发动机NOx排放是实现氢发动机零排放的关键所在。
将空气中的氮气去除，利用纯氧作为氢发动机的氧化剂可以实现氢发动机的零排放。因此，本发明提出了一种零排放氢发动机控制方法，在实现氢发动机零排放的基础上，保证了发动机的顺利起动，并实现了发动机起动后对排气中多余氧气的回收利用。
发明内容
本发明的目的是为解决氢发动机NOx排放较高的问题，提供一种零排放氢发动机控制方法，利用本发明在实现氢发动机零排放的基础上，保证了发动机的顺利起动和平稳运行，并实现了发动机起动后对排气中多余氧气的回收利用。
本发明采用如下技术方案：
氢气瓶(1)、氢气瓶减压阀(2)、氢气流量控制器(3)、氢气进气管路(4)与发动机(11)依次串联连接，氧气瓶(5)、氧气瓶减压阀(6)、氧气流量控制器(7)、氧气进气管路(8)与混气装置(9)依次串联连接，混气装置(9)通过氧气进气管(10)与发动机(11)连接，第一阀门(14)通过排气管(12)与发动机(11)串联连接；氧气回路管(17)与第一阀门(14)上游排气管(12)相连接，第二阀门(15)、冷却装置(16)通过氧气回路管(17)与混气装置(9)串联连接；电控单元(13)接收发动机转速信号(a1)、发动机燃烧循环变动系数信号(a2)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)并控制氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)、第一阀门开闭(d)和第二阀门开闭(e)。
利用如上所述发动机的方法，其特征在于：
当发动机(11)起动后，控制单元(13)接收发动机转速信号(a1)、发动机燃烧循环变动系数(a2)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)，当发动机转速低于怠速转速N或发动机燃烧循环变动系数不低于设定值10％时，控制单元(13)通过氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)控制进入缸内的氢气和氧气流量使得起动阶段缸内燃料完全燃烧。同时，控制单元(13)打开第一阀门(14)并关闭第二阀门(15)，使得尾气经由排气管(12)排至大气。
当发动机(11)起动后，控制单元(13)接收发动机转速信号(a1)、发动机燃烧循环变动系数信号(a2)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)，当发动机转速不低于怠速转速N且发动机燃烧循环变动系数低于设定值10％时，控制单元(13)通过氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)控制进入缸内的氢气和氧气流量使得达到目标转速后的缸内燃料完全燃烧，同时，控制单元(13)关闭第一阀门(14)并打开第二阀门(15)，使排气管(12)中的尾气经过冷却装置(16)将所含水蒸气冷凝后通过氧气回路管(17)进入混气装置(9)中与氧气瓶(5)中通过氧气进气管(8)进入混气装置(9)的氧气混合，后经由氧气进气总管(10)进入发动机燃烧。
本发明的有益效果是，根据权利要求所述，通过在排气管(12)上设置第一阀门(14)在氧气回路管(17)设置第二阀门(15)，当发动机顺利起动并运行稳定后，通过控制第一阀门(14)和第二阀门(15)开闭使得尾气可以经过氧气回路管(17)和氧气进气总管(10)回到发动机(11)重复利用，提高了所述发动机中氧化剂的使用率。
本装置在实现所述发动机零排放前提下，避免了过早的氧气回收开启时刻对发动机起动过程的影响，也避免了该回收策略对发动机运行稳定性的影响，保证了所述发动机的顺利起燃和平稳运行，从而提高了所述发动机的起动稳定性和运行稳定性。并在此基础上，通过燃料与氧化剂稀燃燃烧配合氧气回收策略提高了所述发动机的经济性。
附图说明
图1.本发明的结构和工作原理图
图中：1、氢气瓶，2、氢气减压阀，3、氢气流量控制器，4、氢气进气管，5、氧气瓶，6、氧气减压阀，7、氧气流量控制器，8、氧气进气管，9、混气装置，10、氧气进气总管，11、发动机，12、排气管，13、电控单元，14、第一阀门，15、第二阀门，16、冷却装置17、氧气回路管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
如图1包括：氢气瓶(1)、氢气瓶减压阀(2)、氢气流量控制器(3)、氢气进气管路(4)，发动机(11)依次串联连接，氧气瓶(5)、氧气瓶减压阀(6)、氧气流量控制器(7)、氧气进气管路(8)、混气装置(9)依次串联连接，混气装置(9)通过氧气进气管(10)与发动机(11)连接，第一阀门(14)通过排气管(12)与发动机(11)串联连接；氧气回路管(17)与第一阀门(14)上游排气管(12)相连接，第二阀门(15)、冷却装置(16)通过氧气回路管(17)与混气装置(9)串联连接；电控单元(13)接收发动机转速信号(a)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)并控制氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)、第一阀门(14)和第二阀门(15)。
当发动机(11)起动后，控制单元(13)接收发动机转速信号(a1)、发动机燃烧循环变动系数信号(a2)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)，当发动机转速低于怠速转速N或发动机燃烧循环变动系数不低于设定值10％时，此时，可认为发动机尚未起动完成或者发动机燃烧循环变动系数较大(发动机运行不稳定)，因此，控制单元(13)通过氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)控制进入缸内的氢气和氧气流量使得起动阶段缸内燃料完全燃烧。此时，避免了所述发动机(11)在起动阶段未结束的时候，氧化剂再回收策略对发动机(11)的影响，保证了所述发动机的顺利起燃。同时，控制单元(13)打开第一阀门(14)并关闭第二阀门(15)，使得尾气经由排气管(12)排至大气。
当发动机(11)起动后，控制单元(13)接收发动机转速信号(a1)、发动机燃烧循环变动系数信号(a2)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)，当发动机转速不低于设定目标转速N且发动机燃烧循环变动系数低于设定值10％。此时，可认为发动机起动完成或者发动机燃烧循环变动系数较小(发动机运行稳定)，可以开启氧化剂再回收策略，因此，控制单元(13)通过氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)控制进入缸内的氢气和氧气流量使得发动机起动成功后的缸内燃料与氧化剂按照稀薄燃烧模式进行燃烧，同时，控制单元(13)关闭第一阀门(14)并打开第二阀门(15)，使排气管(12)中的尾气经过冷却装置(16)将所含水蒸气冷凝后通过氧气回路管(17)进入混气装置(9)中与氧气瓶(5)中通过氧气进气管(8)进入混气装置(9)的氧气混合，后经由氧气进气总管(10)进入发动机燃烧。

Claims (2)

1.一种零排放氢发动机，其特征在于包括：氢气瓶(1)、氢气瓶减压阀(2)、氢气流量控制器(3)、氢气进气管路(4)与发动机(11)依次串联连接，氧气瓶(5)、氧气瓶减压阀(6)、氧气流量控制器(7)、氧气进气管路(8)与混气装置(9)依次串联连接，混气装置(9)通过氧气进气管(10)与发动机(11)连接，第一阀门(14)通过排气管(12)与发动机(11)串联连接；氧气回路管(17)与第一阀门(14)上游排气管(12)相连接，第二阀门(15)、冷却装置(16)通过氧气回路管(17)与混气装置(9)串联连接；电控单元(13)接收发动机转速信号(a1)、发动机燃烧循环变动系数(a2)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)并控制氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)、第一阀门开闭信号(d)和第二阀门开闭信号(e)。
2.控制如权利要求1所述的零排放氢发动机的方法，其特征在于：
当发动机(11)起动后，控制单元(13)接收发动机转速信号(a1)、发动机燃烧循环变动系数信号(a2)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)，当发动机转速低于怠速转速N或发动机燃烧循环变动系数不低于设定值10％时，控制单元(13)通过氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)控制进入缸内的氢气和氧气流量使得起动阶段缸内燃料完全燃烧；同时，控制单元(13)打开第一阀门(14)并关闭第二阀门(15)，使得尾气经由排气管(12)排至大气；
当发动机(11)起动后，控制单元(13)接收发动机转速信号(a1)、发动机燃烧循环变动系数信号(a2)、氢气流量信号(b)、氧气流量信号(c)，当发动机转速不低于怠速转速N且发动机燃烧循环变动系数低于设定值10％时，控制单元(13)通过氢气流量控制器(3)、氧气流量控制器(7)控制进入缸内的氢气和氧气流量使得达到目标转速后的缸内燃料完全燃烧；同时，控制单元(13)关闭第一阀门(14)并打开第二阀门(15)，使排气管(12)中的尾气经过冷却装置(16)将所含水蒸气冷凝后通过氧气回路管(17)进入混气装置(9)中与氧气瓶(5)中通过氧气进气管(8)进入混气装置(9)的氧气混合，后经由氧气进气总管(10)进入发动机燃烧。
CN201811644149.8A 2018-12-30 2018-12-30 一种零排放氢发动机及其控制方法 Active CN109707504B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811644149.8A CN109707504B (zh) 2018-12-30 2018-12-30 一种零排放氢发动机及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811644149.8A CN109707504B (zh) 2018-12-30 2018-12-30 一种零排放氢发动机及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109707504A true CN109707504A (zh) 2019-05-03
CN109707504B CN109707504B (zh) 2021-07-30

Family

ID=66259717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811644149.8A Active CN109707504B (zh) 2018-12-30 2018-12-30 一种零排放氢发动机及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109707504B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111997747A (zh) * 2020-07-20 2020-11-27 北京工业大学 一种可回收氧气的零排放压燃式二冲程转子机及其控制方法
US11415083B1 (en) 2021-07-09 2022-08-16 Caterpillar Inc. Engine systems and methods

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1193681A (ja) * 1997-09-22 1999-04-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素エンジン
CN1490513A (zh) * 2003-09-24 2004-04-21 蒋建东 柴油机废气再循环净化系统
CN101512125A (zh) * 2006-09-07 2009-08-19 丰田自动车株式会社 工作气体循环型发动机
CN103573480A (zh) * 2013-11-22 2014-02-12 西华大学 一种纯氧发动机及其燃烧控制方法
EP2860373A1 (en) * 2012-06-06 2015-04-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Working gas circulation type engine
WO2016019357A1 (en) * 2014-08-01 2016-02-04 The Regents Of The University Of California Recirculating noble gas internal combustion power cycle
CN108180071A (zh) * 2018-01-31 2018-06-19 青岛科技大学 一种适用于缸内直喷式氢内燃机的进气系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1193681A (ja) * 1997-09-22 1999-04-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素エンジン
CN1490513A (zh) * 2003-09-24 2004-04-21 蒋建东 柴油机废气再循环净化系统
CN101512125A (zh) * 2006-09-07 2009-08-19 丰田自动车株式会社 工作气体循环型发动机
EP2860373A1 (en) * 2012-06-06 2015-04-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Working gas circulation type engine
CN103573480A (zh) * 2013-11-22 2014-02-12 西华大学 一种纯氧发动机及其燃烧控制方法
WO2016019357A1 (en) * 2014-08-01 2016-02-04 The Regents Of The University Of California Recirculating noble gas internal combustion power cycle
CN108180071A (zh) * 2018-01-31 2018-06-19 青岛科技大学 一种适用于缸内直喷式氢内燃机的进气系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111997747A (zh) * 2020-07-20 2020-11-27 北京工业大学 一种可回收氧气的零排放压燃式二冲程转子机及其控制方法
CN111997747B (zh) * 2020-07-20 2022-05-24 北京工业大学 一种可回收氧气的零排放压燃式二冲程转子机及其控制方法
US11415083B1 (en) 2021-07-09 2022-08-16 Caterpillar Inc. Engine systems and methods

Also Published As

Publication number Publication date
CN109707504B (zh) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6907157B2 (ja) 内部冷却される内燃エンジンおよびその方法
US9249746B2 (en) System and method for engine control using pre-chamber ignition
Poonia et al. Experimental investigation of the factors affecting the performance of a LPG-diesel dual fuel engine
CN105673199B (zh) 带egr的进气掺氢富氧汽油发动机燃烧的控制方法
CN108331658B (zh) 基于预燃室加浓改善天然气发动机频响的供气系统及方法
JP4126971B2 (ja) 混合気を圧縮自着火させて運転する内燃機関、および内燃機関の制御方法
CN103291472B (zh) 缸内燃烧温度定量控制的压燃式内燃机均质燃烧控制方法
JPS5872614A (ja) 内燃機関の点火・燃焼方式
US20100228466A1 (en) Internal combustion engine operational systems and meth0ds
CN109404123A (zh) 一种氢气缸内直喷转子机及其控制方法
CN109538347A (zh) 能实现全工况范围汽油高效清洁压燃的控制系统和方法
CN109707505A (zh) 一种基于喷水控制压升率氧气闭路循环的零氮发动机及其控制方法
CN110552805A (zh) 一种氢气多次直喷内燃机燃烧控制系统和方法
CN107061064B (zh) 一种基于混合气稀释的当量燃烧系统及其控制方法
CN109707504A (zh) 一种零排放氢发动机及其控制方法
CN209398491U (zh) 一种能有效拓展汽油压燃高效清洁运行范围的控制系统
CN214173744U (zh) 一种氧浓度可控的定容燃烧测试装置
CN111456845B (zh) 一种净零碳排放点燃式内燃机及其控制方法
CN109681349B (zh) 一种压升率可控的零排放质调节氢发动机及其控制方法
CN103216316B (zh) 缸内燃料改质的内燃机低温燃烧方法及系统
CN109681318A (zh) 以氧气为氧化剂的烃类燃料点燃式零氮转子机及其控制方法
CN214997916U (zh) 一种氢气汽油两用燃料发动机
JP6398543B2 (ja) 天然ガスエンジン及び天然ガスエンジンの運転方法
KR20120064214A (ko) 수소-산소 혼합기를 이용한 고효율 청정 엔진
CN107664071A (zh) 一种废气再循环控制系统及汽车

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant