CN114562397A - 一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构及控制方法 - Google Patents

一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构及控制方法，该方法包括以下步骤：1)向工作缸通入氢气和空气；2)氨气直喷喷嘴Ⅰ向裂解缸喷氨气，氨气直喷喷嘴Ⅱ向工作缸喷氨气；3)曲轴带动裂解缸内活塞压缩氨气，氨气经氨分解催化剂作用产生氢气和氨气混合气体，部分混合气体流入储氢罐，部分混合气体流入工作缸，氢气传感器采集氢气浓度，质量流量计Ⅰ采集混合气体量；4)工作缸压缩气体，火花塞点火，混合气燃烧做功；5)ECU依据采集的数据调节氨气直喷喷嘴Ⅰ和氨气直喷喷嘴Ⅱ的喷氨量；6)发动机持续工作，氨气传感器监测废气中氨气浓度；7)后处理装置处理废气中的氮氧化物和氨气。本发明实现了氨内燃机车载在线制氢下的氨氢掺混燃烧。

Description

一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构及控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构及控制方法。
背景技术
面临能源危机和环境污染问题，内燃机领域亟需一种清洁、高效、可再生能源作为燃料，实现节能减排甚至是零污染排放。氢气因其质量热值高、燃烧速度快、扩散性好、可燃浓度范围广等优点，是非常适合的内燃机替代燃料。然而氢气密度小，需要采用超低温或高压储存，燃料携带不够方便，且车载储氢存在一定的安全隐患等问题。氨气易液化和储存，并且氨气的氢体积密度大，被认为是较好的氢能载体，因此能够替代氢气作为内燃机燃料。不过氨气因其自燃温度高、火焰燃烧和传播速度慢、低热值等问题存在，纯氨条件下很难点燃和快速燃烧，研究发现双燃料燃烧能够解决氨气的燃烧特性，少量的氢气对氨气的燃烧起到推动作用，氢气就成为了氨内燃机无碳燃烧的第二燃料。
氨内燃机中所需氢气的来源有两种途径，一种是车载储氢罐，另一种是氨分解制氢。由于附加的车载储氢罐与以氨燃料替代氢燃料来解决车载储氢问题为目的的氨燃料内燃机相矛盾，因此大都采用氨分解制氢的路线。氨分解制氢是吸热反应，目前主要利用电加热器和高温废气两种方式提供热量：一种是利用废气温度提供热源，将裂解反应装置布置在排气管中，但这种方式存在诸多不足：1.裂解反应装置布置在排气管内，尺寸规格受到限制，反应所需热量全部由废气提供，需保持废气温度在800℃以上；2.转化效果随氨气流量的增加而降低，因较高的氨流量受到催化剂表面积和流动时间的限制，氨转化为氮和氢的速率下降，混合气中氢气含量不明显，造成废气中氮氧化物含量增加；3.无法计算氨转化率，只能根据发动机特性和排放数据来模糊推测。另一种是结合加热器和废气温度的 HGS(Hydrogen Generation System)装置，也面临一些问题：1.核心部件为同轴圆柱管，加热器布置在内圆柱空间内，催化剂布置在内圆柱和外圆柱之间的夹层内，外圆柱紧靠排气管外层，氨气流在催化剂所在空间流通，但此装置的径向厚度会降低反应温度梯度，尤其是在冷启动的时候；2.此装置需要定制加热器和热交换器，需要较多的温度传感器和压力传感器来控制反应进程参数，防止部件过热，保护系统安全性，从而增加了成本；3.发动机冷启动加热时间长达12min，加热时间过长，不能满足快速响应的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构及控制方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构，包括裂解缸、工作缸、储氢罐和后处理装置。
所述裂解缸和工作缸采用连杆安装到同一曲轴上，裂解缸通过通气歧管与工作缸连通。
所述裂解缸设置有氨气直喷喷嘴Ⅰ和压力传感器，氨气直喷喷嘴Ⅰ和压力传感器均伸入裂解缸的作业室，裂解缸作业室内安装有活塞，活塞位于裂解缸内部的端面上以及裂解缸与活塞相对的内壁上均镀有氨分解催化剂。
所述通气歧管上安装有氢气传感器和质量流量计Ⅰ，质量流量计Ⅰ靠近工作缸。
所述通气歧管位于氢气传感器和质量流量计Ⅰ之间的管段与储氢罐的进气管连通，储氢罐的出气管与进气歧管连通，储氢罐的进气管和出气管上分别安装有单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ。
所述进气歧管与工作缸连通，进气歧管位于储氢罐出气管与工作缸之间的管段内设置有质量流量计Ⅱ。
所述工作缸设置有氨气直喷喷嘴Ⅱ和火花塞，氨气直喷喷嘴Ⅱ和火花塞伸入工作缸的燃烧室，后处理装置通过排气歧管与工作缸连通，排气歧管上安装有氨气传感器。
所述储氢罐内储存有氢气，冷启动时，ECU控制单向阀Ⅱ开启，氢气和空气经进气歧管进入工作缸，ECU控制氨气直喷喷嘴Ⅱ向工作缸内喷射氨气，工作缸内气体压缩并通过火花塞点火。
当发动机工作时，ECU控制氨气直喷喷嘴Ⅰ向裂解缸内喷射氨气，曲轴带动裂解缸内的活塞压缩裂解缸内的氨气，氨气经氨分解催化剂作用产生包括氢气和氨气的混合气体，一部分混合气体流入储氢罐供下次冷启动使用，另一部分混合气体流入工作缸，氨气直喷喷嘴Ⅱ和进气歧管分别向工作缸喷射氨气和通入空气，工作缸内气体压缩并点火，工作缸燃烧后产生的气体流入后处理装置进行处理。
进一步，所述氨气直喷喷嘴Ⅰ、氨气直喷喷嘴Ⅱ和进气歧管分别安装有独立的电磁阀，氨气直喷喷嘴Ⅰ的电磁阀、氨气直喷喷嘴Ⅱ的电磁阀、火花塞、进气歧管的电磁阀、单向阀Ⅰ和单向阀Ⅱ均由ECU控制，压力传感器、氢气传感器、氨气传感器、质量流量计Ⅰ和质量流量计Ⅱ均与ECU连接。
所述氢气传感器的监测值传送至ECU，ECU根据监测值确定氨气直喷喷嘴Ⅱ的喷氨量并调节下一循环的氨气直喷喷嘴Ⅰ的喷氨量。所述压力传感器、氨气传感器、质量流量计Ⅰ和质量流量计Ⅱ的监测值传送至ECU。
进一步，所述氨气直喷喷嘴Ⅰ、压力传感器、氢气传感器、氨气直喷喷嘴Ⅱ、火花塞、氨气传感器、后处理装置、通气歧管、进气歧管和排气歧管均安装在内燃机机体上。
进一步，所述氨气直喷喷嘴Ⅰ和氨气直喷喷嘴Ⅱ连接同一储氨罐。
一种用于控制上述的内燃机结构运行的方法，包括以下步骤：
1)打开所述单向阀Ⅱ，通过进气歧管向工作缸通入氢气和空气，质量流量计Ⅱ采集进气量。
2)所述氨气直喷喷嘴Ⅰ向裂解缸内喷射氨气，氨气直喷喷嘴Ⅱ向工作缸内喷射氨气。
3)所述工作缸压缩其内部的气体，火花塞在工作缸压缩冲程末期放电点火，氨气、氢气和空气的均匀混合气燃烧做功。
4)所述曲轴带动裂解缸内的活塞压缩裂解缸内的氨气，氨气经氨分解催化剂作用产生包括氢气和氨气的混合气体，一部分混合气体流入储氢罐供下次冷启动使用，另一部分混合气体流入工作缸，氢气传感器采集氢气浓度，质量流量计Ⅰ采集进入工作缸的混合气体量。
5)所述ECU依据步骤4)中采集到的数据调节氨气直喷喷嘴Ⅰ和氨气直喷喷嘴Ⅱ的喷氨量。
6)发动机持续工作，所述氨气传感器监测废气中氨气的浓度。
7)所述后处理装置处理废气中的氮氧化物和氨气后排放。
一种车辆系统，包括根据上述的内燃机结构。
本发明的有益效果在于：
1.利用裂解缸的高压缩比来提供热量，不需要电加热器和热交换器，结构简单、部件少；
2.采用氨气直喷喷嘴来间接控制工作缸混合气中氢气的含量，从而有效提高了内燃机热效率，降低废气中氮氧化物含量，满足内燃机零碳燃烧的要求；
3.通过氢气传感器监测转化效率，氨气传感器监测混合气燃烧程度，并反馈给ECU端来精确调控氨气直喷喷嘴的喷氨量，改善了内燃机混合气燃烧特性。
附图说明
图1为本发明结构的示意图；
图2为ECU控制原理图；
图3为本发明方法的流程图。
图中：裂解缸1、工作缸2、储氢罐3、氨气直喷喷嘴Ⅰ4、压力传感器5、氢气传感器6、氨气直喷喷嘴Ⅱ7、火花塞8、氨气传感器 9、后处理装置10、氨分解催化剂11、通气歧管12、进气歧管13、排气歧管14、单向阀Ⅰ15、单向阀Ⅱ16、质量流量计Ⅰ17和质量流量计Ⅱ18。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开了一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构，包括裂解缸1、工作缸2、储氢罐3和后处理装置10。
所述裂解缸1和工作缸2采用连杆安装到同一曲轴上，裂解缸1 通过通气歧管12与工作缸2连通。
参见图1，所述裂解缸1设置有氨气直喷喷嘴Ⅰ4和压力传感器 5，氨气直喷喷嘴Ⅰ4和压力传感器5伸入裂解缸1的工作室，裂解缸1的工作室内安装有活塞，活塞位于裂解缸1工作室内部的端面上以及裂解缸1与活塞相对的内壁上均镀有氨分解催化剂11。
所述通气歧管12上安装有氢气传感器6和质量流量计Ⅰ17，质量流量计Ⅰ17靠近工作缸2。
所述通气歧管12位于氢气传感器6和质量流量计Ⅰ17之间的管段与储氢罐3的进气管连通，储氢罐3的出气管与进气歧管13连通，储氢罐3的进气管和出气管上分别安装有单向阀Ⅰ15和单向阀Ⅱ 16。所述储氢罐3配备有压力传感器来实时监测储氢罐内氢气压力和容量变化。
所述进气歧管13与工作缸2连通，进气歧管13位于储氢罐3 出气管与工作缸2之间的管段内设置有质量流量计Ⅱ18。
所述工作缸2设置有氨气直喷喷嘴Ⅱ7和火花塞8，氨气直喷喷嘴Ⅱ7和火花塞8伸入工作缸2的燃烧室，后处理装置10通过排气歧管14与工作缸2连通，排气歧管14上安装有氨气传感器9。所述氨气直喷喷嘴Ⅰ4和氨气直喷喷嘴Ⅱ7连接同一储氨罐。
所述氨气直喷喷嘴Ⅰ4、压力传感器5、氢气传感器6、氨气直喷喷嘴Ⅱ7、火花塞8、氨气传感器9、后处理装置10、通气歧管12、进气歧管13和排气歧管14均安装在内燃机机体上。
所述氨气直喷喷嘴Ⅰ4、氨气直喷喷嘴Ⅱ7和进气歧管13分别安装有独立的电磁阀，氨气直喷喷嘴Ⅰ4的电磁阀、氨气直喷喷嘴Ⅱ7 的电磁阀、火花塞8、进气歧管13的电磁阀、单向阀Ⅰ15和单向阀Ⅱ16均由ECU控制，参见图2，压力传感器5、氢气传感器6、氨气传感器9、质量流量计Ⅰ17和质量流量计Ⅱ18均与ECU连接。
所述储氢罐3内储存有氢气，冷启动时，裂解缸1无法及时供给氢气至工作缸2，ECU控制单向阀Ⅱ16开启，氢气和空气经进气歧管13进入工作缸2，ECU控制氨气直喷喷嘴Ⅱ7向工作缸2内喷射一定量氨气，混合均匀，工作缸2内气体压缩并通过火花塞8点火，火花塞8在工作缸2压缩冲程末期放电点火，氨气-氢气-空气的均匀混合气燃烧做功。
当发动机工作时，ECU控制氨气直喷喷嘴Ⅰ4向裂解缸1内喷射氨气，曲轴带动裂解缸1内的活塞压缩裂解缸1内的氨气，氨气经氨分解催化剂11作用产生包括氢气和氨气的混合气体，一部分混合气体流入储氢罐3供下次冷启动使用，另一部分混合气体流入工作缸2，氨气直喷喷嘴Ⅱ7和进气歧管13分别向工作缸2喷射氨气和通入空气，工作缸2内气体压缩并点火，工作缸2燃烧后产生的气体流入后处理装置10进行处理，主要处理废气中的氮氧化物和未燃的氨气排放，从而实现近零排放。
所述氢气传感器6的监测值传送至ECU，ECU将氢气传感器6的监测值与质量流量计Ⅰ17测得的流入工作缸2内的混合气质量相结合，计算出氨转化率来控制工作缸2中氨气直喷喷嘴Ⅱ7的喷氨量，实现不同工况下的氨-氢掺混比调控。所述压力传感器5、氨气传感器9、质量流量计Ⅰ17和质量流量计Ⅱ18的监测值传送至ECU，质量流量计Ⅱ18的监测值反馈给ECU进一步调控氨-空掺混比。
值得说明的是，本实施例所述结构能够实现氨内燃机在线制氢，通过组织氨-氢掺混燃烧实现基于往复活塞式内燃机的零碳燃烧，并且通过组织氨-氢掺混燃烧解决了氨气点火能量困难、火焰传播速度慢等关键技术问题，利用氨裂解反应在线制氢也解决了氨-氢掺混内燃机中的氢气的来源和存储问题，可装载于大型客货车或者应用于固定发电机、海洋船舶等场合。
此外，本实施例结构所涉及的氨裂解反应是发生在裂解缸中，裂解缸是由发动机汽缸改进而来的，没有进气口，只有一个排气口供反应后产生的氢气、氨气等混合气流出，为了获得较大的压缩比对活塞顶和汽缸盖做了适当的改动，并在活塞顶和缸盖底部镀有氨分解催化剂涂层加速氨分解反应，同时缸盖上布置有氨气直喷喷嘴和压力传感器，采用专用的氨气直喷喷嘴实现优化的氨气流量与喷射控制，通过压力传感器实时采集到的缸内瞬态压力，结合曲轴转角信息计算得到的缸内容积，使用热力学定律建立缸内温度预测模型，对裂解缸内的实时温度进行估计。
裂解缸和工作缸是布置在同一曲轴上，裂解缸中氨气直喷喷嘴的喷氨量是ECU通过接受曲轴传感器和负载以及冷启动后储氢罐中压力传感器信息后计算得来的并控制相应电磁阀和喷嘴精确喷射，裂解缸中氨气分子因高压缩比下剧烈运动产生大量热量在氨分解催化剂作用下发生分解反应产生氢气。内燃机工作过程中，不同转速和负载下工作缸中需要的氢气含量不同，因此需要对裂解缸中氨气直喷喷嘴的喷氨量进行精准控制，通过氢气传感器检测进入工作缸中混合气的氢气含量，结合质量流量计测得的流入工作缸内的混合气质量，计算氨分解的转化率来控制工作缸中氨气直喷喷嘴的喷氨量，实现不同工况下的氨-氢掺混比调控，同时通过质量流量计测量进入工作缸内的空气质量，反馈给氨气直喷喷嘴用以调控氨-空掺混比。
发动机冷启动时由储氢罐来供给氨内燃机燃烧所需要的氢气，由于冷启动时并不需要太多氢气，因此作为储氨罐的子储氢罐的体积和容量相对小的多，发动机正常工作时会根据储氢罐中的压力传感器来判断氢气容量，当氢气容量小于一定阈值时，ECU会根据工作缸中需要的氢气含量来协调控制裂解缸中氨气直喷喷嘴的喷氨量来适时补给氢气到储氢罐中直至氢气容量恢复正常值。
氨气传感器实时监测废气中未燃的氨气并反馈到电子控制单元，可通过催化还原与氨气逃逸后处理装置处理废气中的氮氧化物和未燃的氨气排放，解决氨燃料内燃机的排放问题，实现近零排放。
所述的以下各个部件：储氨罐、储氢罐、氨气直喷喷嘴之间均采用隔热耐压不锈钢管或者软管来连接，以保障喷射过程中氨气和氢气的温度，从而避免氨气冷凝和减少氨气和氢气对部件的侵蚀。
实施例2：
参见图3，本实施例公开了一种用于控制实施例1所述的内燃机结构运行的方法，包括以下步骤：
1)打开所述单向阀Ⅱ16，通过进气歧管13向工作缸2通入氢气和空气，质量流量计Ⅱ18采集进气量。
2)所述氨气直喷喷嘴Ⅰ4向裂解缸1内喷射氨气，氨气直喷喷嘴Ⅱ7向工作缸2内喷射氨气。
3)所述工作缸2压缩其内部的气体，火花塞8在工作缸2压缩冲程末期放电点火，氨气、氢气和空气的均匀混合气燃烧做功。
4)所述曲轴带动裂解缸1内的活塞压缩裂解缸1内的氨气，氨气经氨分解催化剂11作用产生包括氢气和氨气的混合气体，一部分混合气体流入储氢罐3供下次冷启动使用，另一部分混合气体流入工作缸2，氢气传感器6采集氢气浓度，质量流量计Ⅰ17采集进入工作缸2的混合气体量。
5)所述ECU依据步骤4)中采集到的数据调节氨气直喷喷嘴Ⅰ4 和氨气直喷喷嘴Ⅱ7的喷氨量。
6)发动机持续工作，所述氨气传感器9监测废气中氨气的浓度。
7)所述后处理装置10处理废气中的氮氧化物和氨气后排放。
实施例3：
本实施例公开了一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构，包括裂解缸1、工作缸2、储氢罐3和后处理装置10。
所述裂解缸1和工作缸2采用连杆安装到同一曲轴上，裂解缸1 通过通气歧管12与工作缸2连通。
参见图1，所述裂解缸1设置有氨气直喷喷嘴Ⅰ4和压力传感器 5，氨气直喷喷嘴Ⅰ4和压力传感器5伸入裂解缸1的工作室，裂解缸1的工作室内安装有活塞，活塞位于裂解缸1工作室内部的端面上以及裂解缸1与活塞相对的内壁上均镀有氨分解催化剂11。
所述通气歧管12上安装有氢气传感器6和质量流量计Ⅰ17，质量流量计Ⅰ17靠近工作缸2。
所述通气歧管12位于氢气传感器6和质量流量计Ⅰ17之间的管段与储氢罐3的进气管连通，储氢罐3的出气管与进气歧管13连通，储氢罐3的进气管和出气管上分别安装有单向阀Ⅰ15和单向阀Ⅱ 16。
所述进气歧管13与工作缸2连通，进气歧管13位于储氢罐3 出气管与工作缸2之间的管段内设置有质量流量计Ⅱ18。
所述工作缸2设置有氨气直喷喷嘴Ⅱ7和火花塞8，氨气直喷喷嘴Ⅱ7和火花塞8伸入工作缸2的燃烧室，后处理装置10通过排气歧管14与工作缸2连通，排气歧管14上安装有氨气传感器9。
所述储氢罐3内储存有氢气，冷启动时，ECU控制单向阀Ⅱ16 开启，氢气和空气经进气歧管13进入工作缸2，ECU控制氨气直喷喷嘴Ⅱ7向工作缸2内喷射氨气，工作缸2内气体压缩并通过火花塞 8点火。
当发动机工作时，ECU控制氨气直喷喷嘴Ⅰ4向裂解缸1内喷射氨气，曲轴带动裂解缸1内的活塞压缩裂解缸1内的氨气，氨气经氨分解催化剂11作用产生包括氢气和氨气的混合气体，一部分混合气体流入储氢罐3供下次冷启动使用，另一部分混合气体流入工作缸2，氨气直喷喷嘴Ⅱ7和进气歧管13分别向工作缸2喷射氨气和通入空气，工作缸2内气体压缩并点火，工作缸2燃烧后产生的气体流入后处理装置10进行处理。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述氨气直喷喷嘴Ⅰ4、氨气直喷喷嘴Ⅱ7和进气歧管13分别安装有独立的电磁阀，氨气直喷喷嘴Ⅰ4的电磁阀、氨气直喷喷嘴Ⅱ7的电磁阀、火花塞8、进气歧管13的电磁阀、单向阀Ⅰ15和单向阀Ⅱ16均由ECU控制，压力传感器5、氢气传感器6、氨气传感器9、质量流量计Ⅰ17和质量流量计Ⅱ18均与ECU连接。
所述氢气传感器6的监测值传送至ECU，ECU根据监测值确定氨气直喷喷嘴Ⅱ7的喷氨量并调节下一循环的氨气直喷喷嘴Ⅰ4的喷氨量。所述压力传感器5、氨气传感器9、质量流量计Ⅰ17和质量流量计Ⅱ18的监测值传送至ECU。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述氨气直喷喷嘴Ⅰ4、压力传感器5、氢气传感器6、氨气直喷喷嘴Ⅱ7、火花塞8、氨气传感器9、后处理装置10、通气歧管12、进气歧管13和排气歧管14 均安装在内燃机机体上。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述氨气直喷喷嘴Ⅰ4 和氨气直喷喷嘴Ⅱ7连接同一储氨罐。
实施例7：
本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述储氢罐3内也设置有压力传感器。
实施例8：
本实施例公开了一种车辆系统，包括实施例3～7中的任意一项所述的内燃机结构。

Claims (6)

1.一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构，其特征在于：包括所述裂解缸(1)、工作缸(2)、储氢罐(3)和后处理装置(10)；
所述裂解缸(1)和工作缸(2)采用连杆安装到同一曲轴上，裂解缸(1)通过通气歧管(12)与工作缸(2)连通；
所述裂解缸(1)设置有氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)和压力传感器(5)，氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)和压力传感器(5)均伸入裂解缸(1)的作业室，裂解缸(1)作业室内安装有活塞，活塞位于裂解缸(1)内部的端面上以及裂解缸(1)与活塞相对的内壁上均镀有氨分解催化剂(11)；
所述通气歧管(12)上安装有氢气传感器(6)和质量流量计Ⅰ(17)，质量流量计Ⅰ(17)靠近工作缸(2)；
所述通气歧管(12)位于氢气传感器(6)和质量流量计Ⅰ(17)之间的管段与储氢罐(3)的进气管连通，储氢罐(3)的出气管与进气歧管(13)连通，储氢罐(3)的进气管和出气管上分别安装有单向阀Ⅰ(15)和单向阀Ⅱ(16)；
所述进气歧管(13)与工作缸(2)连通，进气歧管(13)位于储氢罐(3)出气管与工作缸(2)之间的管段内设置有质量流量计Ⅱ(18)；
所述工作缸(2)设置有氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)和火花塞(8)，氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)和火花塞(8)伸入工作缸(2)的燃烧室，后处理装置(10)通过排气歧管(14)与工作缸(2)连通，排气歧管(14)上安装有氨气传感器(9)；
所述储氢罐(3)内储存有氢气，冷启动时，ECU控制单向阀Ⅱ(16)开启，氢气和空气经进气歧管(13)进入工作缸(2)，ECU控制氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)向工作缸(2)内喷射氨气，工作缸(2)内气体压缩并通过火花塞(8)点火；
当发动机工作时，ECU控制氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)向裂解缸(1)内喷射氨气，曲轴带动裂解缸(1)内的活塞压缩裂解缸(1)内的氨气，氨气经氨分解催化剂(11)作用产生包括氢气和氨气的混合气体，一部分混合气体流入储氢罐(3)供下次冷启动使用，另一部分混合气体流入工作缸(2)，氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)和进气歧管(13)分别向工作缸(2)喷射氨气和通入空气，工作缸(2)内气体压缩并点火，工作缸(2)燃烧后产生的气体流入后处理装置(10)进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构，其特征在于：所述氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)、氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)和进气歧管(13)分别安装有独立的电磁阀，氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)的电磁阀、氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)的电磁阀、火花塞(8)、进气歧管(13)的电磁阀、单向阀Ⅰ(15)和单向阀Ⅱ(16)均由ECU控制，压力传感器(5)、氢气传感器(6)、氨气传感器(9)、质量流量计Ⅰ(17)和质量流量计Ⅱ(18)均与ECU连接；
所述氢气传感器(6)的监测值传送至ECU，ECU根据监测值确定氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)的喷氨量并调节下一循环的氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)的喷氨量；所述压力传感器(5)、氨气传感器(9)、质量流量计Ⅰ(17)和质量流量计Ⅱ(18)的监测值传送至ECU。
3.根据权利要求1所述的一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构，其特征在于：所述氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)、压力传感器(5)、氢气传感器(6)、氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)、火花塞(8)、氨气传感器(9)、后处理装置(10)、通气歧管(12)、进气歧管(13)和排气歧管(14)均安装在内燃机机体上。
4.根据权利要求1所述的一种基于缸内氨气裂解的氨氢掺混内燃机结构，其特征在于：所述氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)和氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)连接同一储氨罐。
5.一种用于控制根据权利要求1～4中任意一项所述的内燃机结构运行的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)打开所述单向阀Ⅱ(16)，通过进气歧管(13)向工作缸(2)通入氢气和空气，质量流量计Ⅱ(18)采集进气量；
2)所述氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)向裂解缸(1)内喷射氨气，氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)向工作缸(2)内喷射氨气；
3)所述工作缸(2)压缩其内部的气体，火花塞(8)在工作缸(2)压缩冲程末期放电点火，氨气、氢气和空气的均匀混合气燃烧做功；
4)所述曲轴带动裂解缸(1)内的活塞压缩裂解缸(1)内的氨气，氨气经氨分解催化剂(11)作用产生包括氢气和氨气的混合气体，一部分混合气体流入储氢罐(3)供下次冷启动使用，另一部分混合气体流入工作缸(2)，氢气传感器(6)采集氢气浓度，质量流量计Ⅰ(17)采集进入工作缸(2)的混合气体量；
5)所述ECU依据步骤4)中采集到的数据调节氨气直喷喷嘴Ⅰ(4)和氨气直喷喷嘴Ⅱ(7)的喷氨量；
6)发动机持续工作，所述氨气传感器(9)监测废气中氨气的浓度；
7)所述后处理装置(10)处理废气中的氮氧化物和氨气后排放。
6.一种车辆系统，其特征在于：包括根据权利要求1～4中的任意一项所述的内燃机结构。
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