CN114483387B - 废气重整双燃料发动机系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废气重整双燃料发动机系统及控制方法，应用于双燃料发动机系统领域。该系统包括：液氨罐，用于存储液态氨；天然气罐，用于存储液态天然气；进气总管，所述进气总管设置有进气总管进气端和进气总管出气端；发动机，设置有发动机进气端和发动机排气端；三通阀，设置有三通阀进气口、三通阀第一出气口和三通阀第二出气口；废气重整器，设置有废气重整器第一进气口和废气重整器第二进气口，以及废气重整器第一出气口，废气重整器第一进气口与所述三通阀第一出气口连接，废气重整器第二进气口与第二天然气出气端连接，废气重整器第一出气口与进气总管进气端连接，废气重整器第一出气口与进气总管进气端连接管道上设置有空气进口。

Description

废气重整双燃料发动机系统及控制方法

技术领域

本发明涉及双燃料发动机系统领域，尤其涉及一种废气重整双燃料发动机系统及控制方法。

背景技术

发动机作为交通运输业最主要的动力来源，其温室气体排放较为严重。天然气作为一种碳含量较低的燃料，已经成熟地运用到汽车与船舶上。而氨作为一种无碳燃料则被广泛认为是未来能源的替代方案，能够减少温室气体的排放。由于氨气燃烧速度慢，导致纯氨发动机功率较低。相关技术中，一些方案利用尾气余热裂解氨气生成氢气，实现发动机掺氢燃烧，从而提高氨发动机的燃烧速度和效率。但氨裂解温度较高，发动机大多数工况尾气余热均难以使氨裂解效率达到实际运用的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题的至少之一，本发明提出一种废气重整双燃料发动机系统及控制方法，能够有效缓解氨燃料动力不足的问题，并且能够根据实际动力需求切换不同燃料供给模式，使发动机运行在较合适的动力性输出位置，并有效地缓解了发动机碳排放问题。

一方面，本发明实施例提供了一种废气重整双燃料发动机系统，包括：

液氨罐，所述液氨罐用于存储液态氨；

天然气罐，所述天然气罐设置有第一天然气出气端和第二天然气出气端，所述天然气罐用于存储液态天然气；

进气总管，所述进气总管设置有进气总管进气端和进气总管出气端，所述液氨罐和所述第一天然气出气端均与所述进气总管进气端连接；

发动机，所述发动机设置有发动机进气端和发动机排气端，所述发动机进气端与所述进气总管出气端连接；

三通阀，所述三通阀设置有三通阀进气口、三通阀第一出气口和三通阀第二出气口，所述三通阀进气口与所述发动机排气端连接，所述三通阀第二出气口用于排出废气；

废气重整器，所述废气重整器设置有废气重整器第一进气口和废气重整器第二进气口，以及废气重整器第一出气口，所述废气重整器第一进气口与所述三通阀第一出气口连接，所述废气重整器第二进气口与所述第二天然气出气端连接，所述废气重整器第一出气口与所述进气总管进气端连接，且所述废气重整器第一出气口与所述进气总管进气端连接管道上设置有空气进口。

根据本发明实施例提供的一种废气重整双燃料发动机系统，至少具有如下有益效果：当系统处于纯氨模式下，液氨罐打开，天然气罐的第二天然气出气端打开。液氨罐内储存的氨进入进气总管与空气混合后进入到发动机进行燃烧，燃烧后的废气经过三通阀的第一出气口进入废气重整器。进入废气重整器后的废气与第二天然气出气端输出的天然气混合后发生重整反应，得到富氢重整气体。富氢重整气体从废气重整器第一出气口排出后，与空气进口进入的空气混合，并输入进气总管，进一步地，与液氨罐输出的氨混合后输入到发动机燃烧，从而缓解了氨在低温无法产生氢气的问题，有效缓解纯氨模式下氨燃料燃烧速度慢、动力不足的问题。同时，通过调节液氨罐输出的氨量以及天然气罐输出的天然气量，并配合废气重整器进行废气重整产生的重整富氢气体，能够实现纯氨模式、氨与天然气混合模式以及纯天然气模式三种燃料模式之间的转换，从而当发动机所需功率发生变化时，系统能够适应性地调节发动机的燃料模式，使发动机运行在较合适的动力性输出位置，并且通过发动机三种燃料模式的设置，能够实现发动机多燃料的灵活切换，从而有效地缓解了发动机碳排放问题。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括：

催化剂管路，所述催化剂管路设置于所述废气重整器上，所述催化剂管路设置有催化剂内部管路和催化剂预热管路，所述催化剂内部管路设置有第一内部管路进气口、第二内部管路进气口和内部管路出气口，所述第二内部管路进气口与所述第二天然气出气端连接，所述内部管路出气口与所述进气总管进气端连接，所述催化剂预热管路设置有预热管路进气口和预热管路出气口，所述预热管路出气口用于排出废气；

REGR阀，所述REGR阀设置有REGR阀进气口、REGR阀第一出气口和REGR阀第二出气口，所述REGR阀进气口与所述三通阀第一出气口连接，所述REGR阀第一出气口与所述第一内部管路进气口连接，所述REGR阀第二出气口与所述预热管路进气口连接。

根据本发明的一些实施例，所述第二天然气出气端与所述废气重整器第二进气口连接管道上设置有重整天然气流量控制器，所述重整天然气流量控制器用于控制输入所述废气重整器的天然气流量。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括：

涡轮增压器，所述涡轮增压器设置有第一进气端和第一排气端，所述第一进气端用于输入空气；

中冷器，所述中冷器设置有中冷器进气端和中冷器出气端，所述中冷器出气端与所述进气总管进气端连接；

重整气空气混合器，所述重整气空气混合器设置有第一混合进气端、第二混合进气端以及混合出气端，所述第一混合进气端与所述第一排气端连接，所述第二混合进气端与所述废气重整器第一出气口连接，所述混合出气端与所述中冷器进气端连接。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括：

汽化器，所述汽化器包括第一汽化器和第二汽化器，所述第一汽化器设置于所进气总管与所述液氨罐连接管道上，所述第二汽化器设置于所述进气总管与所述天然气罐连接管道上；

稳压器，所述稳压器包括第一稳压器和第二稳压器，所述第一稳压器设置于所述进气总管与所述第一汽化器连接管道上，所述第二稳压器设置于所述进气总管与所述第二汽化器连接管道上。根据本发明的一些实施例，所述系统还包括：

截止阀，所述截止阀包括第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀以及第四截止阀，所述第一截止阀设置于所述第一稳压器与所述进气总管连接管道上，所述第二截止阀设置于所述第一天然气出气端与所述进气总管连接管道上，所述第三截止阀设置于所述第二天然气出气端与所述废气重整器第二进气口连接管道上，所述第四截止阀设置于所述废气重整器第一出气口与所述涡轮增压器的第一出气端连接管道上。

另一方面，本发明实施例还提供了一种废气重整双燃料发动机控制方法，所述方法包括以下步骤：

获取当前水域水流速度、水流方向以及航行方向；

根据所述当前水域水流速度、所述水流方向以及所述航行方向，得到所述船舶当前运行状态；

根据所述船舶当前运行状态，设置发动机燃料模式；

根据所述发动机燃料模式，控制所述发动机运行状态；

获取发动机功率信号；

根据所述发动机功率信号，调整所述发动机燃料模式。

根据本发明的一些实施例，所述船舶当前运行状态包括发动机功率小于或等于第一预设值、发动机功率大于第一预设值且小于或等于第二预设值以及发动机功率大于第二预设值；

所述根据所述船舶当前运行状态，设置发动机燃料模式，包括以下步骤：

当所述船舶当前运行状态为发动机功率小于或等于第一预设值，设置所述发动机燃料模式为纯氨模式；

当所述船舶当前运行状态为发动机功率大于第一预设值且小于或等于第二预设值，设置所述发动机燃料模式为氨与天然气混合模式；

当所述船舶当前运行状态为发动机功率大于第二预设值，设置所述发动机燃料模式为纯天然气模式。

根据本发明的一些实施例，所述发动机功率信号包括发动机功率增加信号和发动机功率降低信号；

所述根据所述发动机功率信号，调整所述发动机燃料模式，包括以下步骤：

当所述发动机功率信号为发动机功率增加信号，获取所述发动机当前功率；

当所述发动机当前功率由小于或等于第一预设值转换为大于第一预设值且小于或等于第二预设值，则将所述发动机燃料模式由纯氨模式转换为氨与天然气混合模式；

根据所述氨与天然气混合模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定所述天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第一预设状态，控制所述发动机进入闭环控制；

或者，当所述发动机当前功率由大于第一预设值且小于或等于第二预设值转换为大于第二预设值，则将所述发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯天然气模式；

根据所述纯天然气模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定所述天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第二预设状态，控制所述发动机进入闭环控制。

根据本发明的一些实施例，所述根据所述发动机功率信号，调整所述发动机燃料模式，还包括以下步骤：

当所述发动机功率信号为发动机功率降低信号，获取所述发动机当前功率；

当所述发动机当前功率由大于第一预设值且小于或等于第二预设值转换为小于或等于第一预设值，则将所述发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯氨模式；

根据所述纯氨模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定所述天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第三预设状态，控制所述发动机进入闭环控制；

或者，当所述发动机当前功率由大于第二预设值转换为大于第一预设值且小于或等于第二预设值，则将所述发动机燃料模式由纯天然气模式转换为氨与天然气混合模式；

根据所述氨与天然气混合模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定所述天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第四预设状态，控制所述发动机进入闭环控制。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种废气重整双燃料发动机系统原理图；

图2是本发明实施例提供的一种废气重整双燃料发动机控制方法流程图。

具体实施方式

本申请实施例所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

随着全球温室效应加剧，减少温室气体排放已经变成刻不容缓的问题。而发动机作为交通运输业最主要的动力来源，其温室气体的排放为严重。为了缓解发动机温室气体排放严重的问题，相关技术中，采用了氨或者天然气作为发动机的燃料，从而缓解温室气体排放问题。但是由于氨气燃料传播速度慢，导致纯氨作为单一发动机燃料非常困难。一些技术方案中，利用尾气余热裂解氨生成氢气，提升氨发动机的燃烧速度和效率，但是由于氨裂解温度较高，在大多数的发动机工况下尾气温度均难以使氨裂解效率达到实际运用的要求。

基于此，本发明实施例提供一种废气重整双燃料发动机系统，能够有效缓解氨燃料动力不足的问题，并且能够根据实际动力需求切换不同燃料供给模式，使发动机运行在较合适的动力性输出位置，并有效地缓解了发动机碳排放问题。

参照图1，本发明实施例的废气重整双燃料发动机系统包括：液氨罐110、天然气罐120、进气总管160、发动机170、三通阀180以及废气重整器240。具体地，液氨罐110用于存储液态氨，天然气罐120则用于存储液态天然气。其中，天然气罐120设置有第一天然气出气端和第二天然气出气端。进气总管160设置有进气总管进气端和进气总管出气端。液氨罐110以及天然气罐120的第一天然气出气端均与进气总管进气端连接。进一步地，发动机170设置有发动机进气端和发动机排气端，其中发动机进气端与进气总管出气端连接，发动机排气端连接三通阀180。具体地，三通阀180设置有三通阀进气口、三通阀第一出气口和三通阀第二出气口，发动机排气端与三通阀进气口连接。由于发动机170产生的废气量可能大于废气重整器240进行废气重整所需的废气量，或者当废气重整器240不工作的时候，三通阀的三通阀第二出气口能够排出废气，使得系统能够正常运行。而三通阀第一出气口则与废气重整器240连接。相应地，废气重整器240设置有废气重整器第一进气口和废气重整器第二进气口，以及废气重整器第一出气口。废气重整器第一进气口与三通阀第一出气口连接，将发动机170排出的废气部分导入废气重整器240中。废气重整器240的废气重整器第二进气口与天然气罐120的天然气第二出气端连接，将天然气罐120内的天然气通过第二天然气出气端输入至废气重整器240中，从而通过发动机170排出的废气与天然气部分氧化重整，在低负载工况下，实现废气重整产氢。废气重整器240中产生的富氢重整混合气通过废气重整器第一出气口输出，并且废气重整器第一出气口与进气总管160的进气总管进气端连接，重整废气输入到进气总管160中。其中，进气总管进气端与废气重整器第一出气口连接的管道上设置有空气进口，通过该空气进口将新鲜空气输入至进气总管160。输入至进气总管160中的氨与空气、重整废气混合后，进入发动机170进行燃烧，从而缓解了纯氨模式下，氨燃料动力不足的问题。同时，通过控制液氨罐110以及天然气罐120的输出，能够实现氨与天然气混合的发动机模式，或者在发动机需要较高功率时，关闭液氨罐110的输出，只将天然气输入至进气总管160与空气混合后，输入发动机170燃烧，实现纯天然气模式，从而通过在不同工况下切换不同发动机燃料模式，根据实际动力需求切换不同燃料供给模式，使发动机运行在较合适的动力性输出位置，并且有效地缓解了发动机碳排放问题。

在上述具体实施例工作过程中，当发动机工作在纯氨模式时，首先将液氨罐110中的氨燃料输入至进气总管160中。同时，控制天然气罐120的第二天然气出气端输出天然气至废气重整器240中，使天然气与发动机170排出的废气在废气重整器240中进行废气重整，产生带有氢气的重整混合气体。进一步地，将重整混合气体输入进气总管160中，与氨燃料以及空气混合后，导入发动机中进行燃烧，从而实现氨燃料掺氢燃烧，缓解纯氨燃烧速度慢的问题，实现了在低负载工况下的纯氨混氢气燃烧。当发动机工作在氨与天然气混合模式时，将液氨罐110中的氨燃料输入进气总管160中，以及将天然气罐120中的天然气通过第一天然气出气端输入进气总管160中。在进气总管160中的氨与天然气，以及通过废气重整器第一出气口与进气总管进气端连接管道上的空气进口进入的空气进行混合后，输入发动机170进行燃烧，从而在发动机处于中等负载下，实现氨与天然气混合燃烧。当发动机工作在纯天然气模式时，先关闭液氨罐110，只开启天然气罐120，使天然气通过第一天然气出气端输入至进气总管160。进气总管160内的天然气与空气混合后，输入发动机170进行燃烧，从而在发动机需要高负荷运行时，实现纯天然气燃烧。需要说明的是，在氨与天然气混合模式以及纯天然气模式下，系统中的废气重整器240关闭，不进行废气重整反应，此时发动机170排出的废气通过三通阀180的三通阀第二出气口排出。通过三种不同的发动机燃料模式，能够较合理地根据动力需求切换不同的燃料供给类型，使发动机运行在较合适的动力性输出位置，并且通过三种不同的发动机燃料模式也能有效地缓解发动机碳排放问题。

参照图1，在本发明的一些实施例中，本发明提供的废气重整双燃料发动机系统，还包括：催化剂管路250和REGR阀190。具体地，催化剂管路250设置于废气重整器240上，其中，催化剂管路250设置有催化剂内部管路和催化剂预热管路。催化剂内部管路设置有第一内部管路进气口、第二内部管路进气口和内部管路出气口。其中，第二内部管路进气口与第二天然气出气端连接，天然气罐120内的天然气通过第二天然气出气端后，通过第二内部管路进气口输入催化剂内部管路。相应地，内部管路出气口与进气总管进气端连接。另外，催化剂预热管路设置有预热管路进气口和预热管路出气口。REGR阀设置有REGR阀进气口、REGR阀第一出气口和REGR阀第二出气口。REGR阀进气口与三通阀第一出气口连接，发动机170排出的废气通过三通阀180后，部分经过三通阀第一出气口输入至REGR阀190。REGR阀第一出气口与第一内部管路进气口连接，将废气通过第一内部管路进气口输入催化剂内部管路中。输入催化剂内部管路中的废气与天然气混合后，在催化剂的作用下进行废气重整，得到含有氢气的重整混合气。同时，REGR阀第二出气口与预热管理进气口连接，将通过REGR阀的废气部分通过REGR阀第二出气口输入至催化剂预热管路，利用废气的温度对催化剂内部管路内的催化剂进行预热。另外，预热管路出气口用于排出废气。

参照图1，根据本发明的一些实施例，在第二天然气出气端与废气重整器第二进气口连接管道上设置有重整天然气流量控制器260。具体地，在天然气罐120的第二天然气出气端与废气重整器第二进气口之间设置有重整天然气流量控制器260，通过重整天然气流量控制器对输送至废气重整器240的天然气进行控制，使得输入废气重整器240的天然气量与输入废气重整器240的废气量相匹配，从而通过废气重整产生相应的富氢重整混合气输入进气总管160，重整混合气与液氨罐110输入进气总管160的氨以及空气混合后，输入发动机170进行燃烧，从而缓解氨燃料动力不足的问题。

参照图1，在本发明的一些实施例中，本发明提供的废气重整双燃料发动机系统，还包括：涡轮增压器130、中冷器150以及重整气空气混合器140。具体地，涡轮增压器130设置有第一进气端和第一排气端。新鲜空气从第一进气端进入涡轮增压器130。中冷器150设置有中冷器进气端和中冷器出气端。重整气空气混合器140设置有第一混合进气端、第二混合进气端以及混合出气端。相应地，第一混合进气端与涡轮增压器130的第一排气端连接，第二混合进气端与废气重整器第一出气端连接，使经过涡轮增压的空气与重整混合气在重整器空气混合器中进行混合。进一步地，混合出气端与中冷器进气端连接，将混合后的空气与重整混合气经过中冷器150进行冷却，提高发动机170的进气量，并提高发动机170的功率。同时，中冷器出气端与进气总管进气端连接，将经过中冷器150降温后的混合气体输入进气总管160，在进气总管160中与氨燃料混合后，输入至发动机170进行燃烧。

参照图1，在本发明的一些实施例中，本发明提供的废气重整双燃料发动机系统，还包括：汽化器和稳压器。具体地，汽化器包括第一汽化器211和第二汽化器212。其中，第一汽化器211设置于进气总管160与液氨罐110连接管道上，将液氨罐110内的液态氨汽化成为氨气，从而输入进气总管160。第二汽化器212设置于进气总管160与天然气罐120连接管道上，将天然气罐120内的液化天然气汽化成为天然气，并输入进气总管160中。通过汽化器将液化的氨以及天然气汽化，能够缓解氨或天然气汽化不充分的问题。另外，稳压器包括第一稳压器221和第二稳压器222。第一稳压器221设置于进气总管与第一汽化器211连接管道上，通过第一汽化器211进行汽化产生的氨气会存在气压不稳定的问题，通过第一稳压器221对第一汽化器211输出的氨气进行稳压。第二稳压器222设置于进气总管160与第二汽化器212连接管道上，通过第二汽化器212进行汽化后的天然气，经过第二稳压器222稳压后，输入进气总管160。

参照图1，在本发明的一些实施例中，本发明提供的废气重整双燃料发动机系统，还包括：截止阀。具体地，截止阀包括第一截止阀231、第二截止阀232、第三截止阀233以及第四截止阀234。其中，第一截止阀231设置于第一稳压器221与进气总管160连接管道上，第二截止阀232设置于第一天然气出气端与进气总管160连接管道上，第三截止阀233设置于第二天然气出气端与废气重整器第二进气口连接管道上，第四截止阀234设置于废气重整器第一出气口与涡轮增压器130的第一出气端连接管道上。通过第一截止阀231、第二截止阀232、第三截止阀233以及第四截止阀234的设置，控制各个管路的通断，从而实现各个发动机燃料模式的切换。示例性地，当发动机燃料模式为纯氨模式时，第一截止阀打开，使得液氨罐110内的氨汽化后输入至进气总管160。同时，第二截止阀232关闭，此时天然气不能通过第一天然气出气端进入进气总管160。相应地，第三截止阀233打开，天然气通过第二天然气出气端进入废气重整器240，与发动机170排出的废气进行废气重整反应，产生富氢的重整混合气。第四截止阀打开，重整后的重整混合气通过第四截止阀234最终输入进气总管160，与氨气以及空气混合后输入发动机170燃烧。

参照图2，本发明实施例提供一种废气重整双燃料发动机控制方法，能够有效缓解氨燃料动力不足的问题，并且能够根据实际动力需求切换不同燃料供给模式，使发动机运行在较合适的动力性输出位置，并有效地缓解了发动机碳排放问题。本发明实施例的方法包括但不限于步骤S310、步骤S320、步骤S330、步骤S340、步骤S350和步骤S360。

具体地，本实施例应用于如图1所示的废气重整双燃料发动机控制系统的过程包括以下步骤：

S310：获取当前水域水流速度、水流方向以及航行方向。

S320：根据当前水域水流速度、水流方向以及航行方向，得到船舶当前运行状态。

S330：根据船舶当前运行状态，设置发动机燃料模式。

S340：根据发动机燃料模式，控制发动机运行状态。

S350：获取发动机功率信号。

S360：根据发动机功率信号，调整发动机燃料模式。

在上述具体实施例工作过程中，首先获取当前水域水流速度、水流方向以及航行方向，然后根据当前水域水流速度、水流方向以及航行方向，得到船舶当前运行状态。进一步地，根据船舶当前运行状态，设置发动机燃料模式，并根据设置的发动机燃料模式控制发动机170的运行状态。同时，获取发动机功率信号，并根据获取的发动机功率信号，调整发动机燃料模式。具体地，发动机的控制器通过船舶传感器获取当前水域水流速度、水流方向以及航行方向，从而根据获取的当前水域水流速度、水流方向以及航行方向判断船舶目前所处的运行状态，即船舶当前运行状态。进一步地，根据船舶当前运行状态，设置合适的发动机燃料模式，并根据设置的发动机燃料模式控制发动机运行状态。同时，发动机170的控制器对发动机功率信号进行获取，从而得到发动机170当前的功率状态。从而根据发动机功率信号对发动机燃料模式进行相应调整，实现纯氨模式、氨与天然气混合模式以及纯天然气模式三种发动机燃料模式之间的灵活切换，使发动机运行在较合适的动力性输出位置，并且根据实际船舶的动力需求调整合适的燃料供给模式，从而在不影响船舶动力的情况下，降低温室气体的排放。

需要说明的是，在本发明的一些实施例中，发动机170在启动、暖机情况下，发动机170按照固定的启动暖机控制模式运行。

在本发明的一些实施例中，船舶当前运行状态包括发动机功率小于或等于第一预设值、发动机功率大于第一预设值且小于或等于第二预设值以及发动机功率大于第二预设值。相应地，根据船舶当前运行状态，设置发动机燃料模式，包括但不限于以下步骤：

当船舶当前运行状态为发动机功率小于或等于第一预设值，设置发动机燃料模式为纯氨模式。

当船舶当前运行状态为发动机功率大于第一预设值且小于或等于第二预设值，设置发动机燃料模式为氨与天然气混合模式。

当船舶当前运行状态为发动机功率大于第二预设值，设置发动机燃料模式为纯天然气模式。

在上述具体实施例中，船舶当前运行状态包括发动机功率小于或等于第一预设值、发动机功率大于第一预设值且小于或等于第二预设值以及发动机功率大于第二预设值。相应地，当船舶当前运行状态为发动机功率小于或等于第一预设值，则设置发动机燃料模式为纯氨模式，当船舶当前运行状态为发动机功率大于第一预设值且小于或等于第二预设值，设置发动机燃料模式为氨与天然气混合模式，当船舶当前运行状态为发动机功率大于第二预设值，设置发动机燃料模式为纯天然气模式。示例性地，以发动机燃烧纯天然气的最大功率为满功率100％。发动机燃烧三种不同模式对应不同的发动机功率。当发动机当前运行状态为小于或等于50％的发动机满功率时，设置发动机燃料模式为纯氨模式。当发动机当前运行状态为大于50％且小于或等于80％的发动机满功率时，设置发动机燃料模式为氨与天然气混合模式。当发动机当前运行状态为大于80％的发动机满功率时，设置发动机燃料模式为纯天然气模式。根据实际船舶的动力要求选择合适的燃料供给模式，从而在不影响船舶动力的情况下，逐步降低了温室气体的排放。

在本发明的一些实施例中，发动机功率信号包括发动机功率增加信号和发动机功率降低信号，相应地，根据发动机功率信号，调整发动机燃料模式，包括但不限于以下步骤：

当发动机功率信号为发动机功率增加信号，获取发动机当前功率；

当发动机当前功率由小于或等于第一预设值转换为大于第一预设值且小于或等于第二预设值，则将发动机燃料模式由纯氨模式转换为氨与天然气混合模式；

根据氨与天然气混合模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第一预设状态，控制发动机进入闭环控制。

或者，当发动机当前功率由大于第一预设值且小于或等于第二预设值转换为大于第二预设值，则将发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯天然气模式；

根据纯天然气模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第二预设状态，控制发动机进入闭环控制。

在上述具体实施例工作过程中，获取的发动机功率信号包括发动机功率增加信号和发动机功率降低信号。具体地，当发动机功率信号为发动机功率增加信号时，获取发动机170当前功率。当发动机170的当前功率由小于或等于第一预设值转换为大于第一预设值且小于或等于第二预设值时，将发动机燃料模式由纯氨模式转换为氨与天然气混合模式。进一步地，根据氨与天然气混合模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽。当确定天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第一预设状态，控制发动机进入闭环控制。另外，当发动机当前功率由大于第一预设值且小于或等于第二预设值转换为大于第二预设值时，将发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯天然气模式。进一步地，根据纯天然气模式，调节天然气喷射脉宽以及氨喷射脉宽。当确定天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第二预设状态时，控制发动机进入闭环控制。示例性地，当发动机功率信号为发动机功率增加信号时，获取发动机当前功率。当发动机当前功率由小于或等于50％的发动机满功率转换为大于50％且小于或等于80％的发动机满功率时，将发动机燃料模式由纯氨模式转换为氨与天然气混合模式。然后根据氨与天然气混合模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽。当天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到天然气喷射脉宽等于氨喷射脉宽时，控制发动机170进入闭环控制。

在本发明的一些实施例中，根据发动机功率信号，调整发动机燃料模式，还包括但不限于以下步骤：

当发动机功率信号为发动机功率降低信号，获取发动机当前功率；

当发动机当前功率由大于第一预设值且小于或等于第二预设值转换为小于或等于第一预设值，则将发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯氨模式；

根据纯氨模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第三预设状态，控制发动机进入闭环控制。

或者，当发动机当前功率由大于第二预设值转换为大于第一预设值且小于或等于第二预设值，则将发动机燃料模式由纯天然气模式转换为氨与天然气混合模式；

根据氨与天然气混合模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第四预设状态，控制发动机进入闭环控制。

在上述具体实施例工作过程中，当发动机功率信号为发动机功率降低信号时，获取当前功率。当发动机当前功率由大于第一预设值且小于或等于第二预设值转换为小于或等于第一预设值时，将发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯氨模式。进一步地，根据纯氨模式调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽，当天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第三预设状态后，控制发动机进入闭环控制。另外，当发动机当前功率由大于第二预设值转换为大于第一预设值且小于或等于第二预设值时，将发动机燃料模式由纯天然气模式转换为氨与天然气混合模式。进一步地，根据氨与天然气混合模式调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽。当确定天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第四预设状态，控制发动机进入闭环控制。实例性地，当发动机功率信号为发动机功率降低信号，对发动机当前功率进行获取。当发动机当前功率由大于50％且小于或等于80％的发动机满功率转换为小于或等于50％的发动机满功率时，将发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯氨模式。进一步地，根据纯氨模式调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽。当确定氨喷射脉宽为天然气喷射脉宽的2.5倍，即天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第三预设状态，控制发动机170进入闭环控制。

需要说明的是，氨喷射脉宽以及天然气喷射脉宽是指氨喷射器以及天然气喷射器每次开启的持续时间。氨喷射脉宽和天然气喷射脉宽通过控制器直接设置及控制。氨喷射脉宽和天然气喷射脉宽通过控制器给氨喷射器以及天然气喷射器脉冲电流的持续时间长度来控制。通过确定天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第三预设状态，能够使切换过程更为平稳。示例性地，当发动机燃料模式由纯天然气模式转换至氨与天然气混合模式时，在纯天然气模式下，只有天然气罐120开启。当由纯天然气模式转换至氨与天然气混合模式时，氨喷射器的喷射脉宽逐步增加，而不是一次直接增大到达设定值，而是采用2分钟内线性增加到氨预设值，而天然气喷射器脉宽逐步减少，采用5分钟线性减少到天然气预设值。这是因为氨的低热值为天然气的2/5左右，所以氨的喷射脉宽需要比天然气的喷射脉宽更快到达设定值才能尽可能减少波动。

需要说明的是，当发动机燃料模式转换为纯氨模式时，废气重整器240启动，进行废气重整。具体地，当确定发动机燃料模式进入纯氨模式，开启第一截止阀231，并增大重整天然气流量控制器260的开度值以及REGR阀190的开度值。进一步地，对重整混合气中的氢浓度以及废气流量进行检测。当确定重整混合气中的氢浓度以及废气流量达到预设要求时，维持当前运行状态，从而缓解纯氨模式下的氨燃料动力不足的问题。

需要说明的是，在本发明的一些实施例中，控制发动机进入闭环控制包括在某一燃料模式下，发动机170自动反馈控制以适应动力系统的变化。此时发动机170通过传感器采集的节气门开度信号、燃气喷射量、进气空气流量、过量空气系数等参数进行发动机运行脉谱图查表运行模式。示例性地，在纯天然气模式下，发动机170根据油门开度、转速，查脉谱图确定过量空气系数、节气门开度，然后通过节气门开度、节气门后压力确定进入发动机的空气量，然后根据规定的空燃料确定天然气喷气量，查表确定喷射脉宽。控制器根据确定的喷射脉宽发送脉冲信号给喷油器，更改燃料喷射量，控制完成后，通过尾气中氧传感器的浓度(每个过量空气系数下，燃料燃烧后的废气中氧含量均不同)查表修正节气门开度与燃料喷射量，最后达到稳定运行。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种废气重整双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取当前水域水流速度、水流方向以及航行方向；

根据所述当前水域水流速度、所述水流方向以及所述航行方向，得到船舶当前运行状态；

根据所述船舶当前运行状态，设置发动机燃料模式；

根据所述发动机燃料模式，控制所述发动机运行状态；

获取发动机功率信号；

根据所述发动机功率信号，调整所述发动机燃料模式；

其中，所述船舶当前运行状态包括发动机功率小于或等于第一预设值、发动机功率大于第一预设值且小于或等于第二预设值以及发动机功率大于第二预设值；

所述根据所述船舶当前运行状态，设置发动机燃料模式，包括以下步骤：

当所述船舶当前运行状态为发动机功率小于或等于第一预设值，设置所述发动机燃料模式为纯氨模式；

当所述船舶当前运行状态为发动机功率大于第一预设值且小于或等于第二预设值，设置所述发动机燃料模式为氨与天然气混合模式；

当所述船舶当前运行状态为发动机功率大于第二预设值，设置所述发动机燃料模式为纯天然气模式；

其中，所述方法应用于废气重整双燃料发动机系统，所述系统包括：

液氨罐，所述液氨罐用于存储液态氨；

天然气罐，所述天然气罐设置有第一天然气出气端和第二天然气出气端，所述天然气罐用于存储液态天然气；

进气总管，所述进气总管设置有进气总管进气端和进气总管出气端，所述液氨罐和所述第一天然气出气端均与所述进气总管进气端连接；

发动机，所述发动机设置有发动机进气端和发动机排气端，所述发动机进气端与所述进气总管出气端连接；

三通阀，所述三通阀设置有三通阀进气口、三通阀第一出气口和三通阀第二出气口，所述三通阀进气口与所述发动机排气端连接，所述三通阀第二出气口用于排出废气；

废气重整器，所述废气重整器设置有废气重整器第一进气口和废气重整器第二进气口，以及废气重整器第一出气口，所述废气重整器第一进气口与所述三通阀第一出气口连接，所述废气重整器第二进气口与所述第二天然气出气端连接，所述废气重整器第一出气口与所述进气总管进气端连接，且所述废气重整器第一出气口与所述进气总管进气端连接管道上设置有空气进口。

2.根据权利要求1所述的废气重整双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述系统还包括：

催化剂管路，所述催化剂管路设置于所述废气重整器上，所述催化剂管路设置有催化剂内部管路和催化剂预热管路，所述催化剂内部管路设置有第一内部管路进气口、第二内部管路进气口和内部管路出气口，所述第二内部管路进气口与所述第二天然气出气端连接，所述内部管路出气口与所述进气总管进气端连接，所述催化剂预热管路设置有预热管路进气口和预热管路出气口，所述预热管路出气口用于排出废气；

REGR阀，所述REGR阀设置有REGR阀进气口、REGR阀第一出气口和REGR阀第二出气口，所述REGR阀进气口与所述三通阀第一出气口连接，所述REGR阀第一出气口与所述第一内部管路进气口连接，所述REGR阀第二出气口与所述预热管路进气口连接。

3.根据权利要求1所述的废气重整双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述第二天然气出气端与所述废气重整器第二进气口连接管道上设置有重整天然气流量控制器，所述重整天然气流量控制器用于控制输入所述废气重整器的天然气流量。

4.根据权利要求1所述的废气重整双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述系统还包括：

涡轮增压器，所述涡轮增压器设置有第一进气端和第一排气端，所述第一进气端用于输入空气；

中冷器，所述中冷器设置有中冷器进气端和中冷器出气端，所述中冷器出气端与所述进气总管进气端连接；

重整气空气混合器，所述重整气空气混合器设置有第一混合进气端、第二混合进气端以及混合出气端，所述第一混合进气端与所述第一排气端连接，所述第二混合进气端与所述废气重整器第一出气口连接，所述混合出气端与所述中冷器进气端连接。

5.根据权利要求4所述的废气重整双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述系统还包括：

汽化器，所述汽化器包括第一汽化器和第二汽化器，所述第一汽化器设置于所进气总管与所述液氨罐连接管道上，所述第二汽化器设置于所述进气总管与所述天然气罐连接管道上；

稳压器，所述稳压器包括第一稳压器和第二稳压器，所述第一稳压器设置于所述进气总管与所述第一汽化器连接管道上，所述第二稳压器设置于所述进气总管与所述第二汽化器连接管道上。

6.根据权利要求5所述的废气重整双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述系统还包括：

截止阀，所述截止阀包括第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀以及第四截止阀，所述第一截止阀设置于所述第一稳压器与所述进气总管连接管道上，所述第二截止阀设置于所述第一天然气出气端与所述进气总管连接管道上，所述第三截止阀设置于所述第二天然气出气端与所述废气重整器第二进气口连接管道上，所述第四截止阀设置于所述废气重整器第一出气口与所述涡轮增压器的第一出气端连接管道上。

7.根据权利要求1所述的废气重整双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述发动机功率信号包括发动机功率增加信号和发动机功率降低信号；

所述根据所述发动机功率信号，调整所述发动机燃料模式，包括以下步骤：

当所述发动机功率信号为发动机功率增加信号，获取所述发动机当前功率；

当所述发动机当前功率由小于或等于第一预设值转换为大于第一预设值且小于或等于第二预设值，则将所述发动机燃料模式由纯氨模式转换为氨与天然气混合模式；

根据所述氨与天然气混合模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定所述天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第一预设状态，控制所述发动机进入闭环控制；

或者，当所述发动机当前功率由大于第一预设值且小于或等于第二预设值转换为大于第二预设值，则将所述发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯天然气模式；

根据所述纯天然气模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定所述天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第二预设状态，控制所述发动机进入闭环控制。

8.根据权利要求7所述的废气重整双燃料发动机控制方法，其特征在于，所述根据所述发动机功率信号，调整所述发动机燃料模式，还包括以下步骤：

当所述发动机功率信号为发动机功率降低信号，获取所述发动机当前功率；

当所述发动机当前功率由大于第一预设值且小于或等于第二预设值转换为小于或等于第一预设值，则将所述发动机燃料模式由氨与天然气混合模式转换为纯氨模式；

根据所述纯氨模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定所述天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第三预设状态，控制所述发动机进入闭环控制；

或者，当所述发动机当前功率由大于第二预设值转换为大于第一预设值且小于或等于第二预设值，则将所述发动机燃料模式由纯天然气模式转换为氨与天然气混合模式；

根据所述氨与天然气混合模式，调节天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽；

确定所述天然气喷射脉宽与氨喷射脉宽达到第四预设状态，控制发动机进入闭环控制。

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