CN115306596A - 氢氨融合发动机及其燃烧控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料发动机技术领域，提供一种氢氨融合发动机及其燃烧控制方法，包括缸筒、端盖、射流室、火花塞、活塞、进气组件、排气组件、氢气喷射组件和氨气喷射组件；氨气喷射组件连接于进气组件，适于向主燃室内通入氨气；氢气喷射组件连接于射流室，适于向射流室内通入氢气。氨气与进气组件内的空气混合后进入主燃室，氢气喷射组件向射流室内通入氢气，射流室内存在氢气、氨气以及空气形成的混合气体，混合气体以氢气为主。氢气具有较为宽广的可燃极限范围且燃烧速度极快，可在射流室内快速形成高温、高速的火焰射流，火焰射流进入主燃室可快速引燃氨气，可以实现主燃室内氨气的快速稳定着火，进而使氢氨融合发动机稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及燃料发动机技术领域，特别是涉及一种氢氨融合发动机及其燃烧控制方法。
背景技术
化石燃料发动机会产生大量的碳排放，寻找合适的低碳、零碳燃料和开发高效的新型燃烧技术以降低内燃机碳排放成为全世界共同关注的问题。氢气具有燃烧速度快、极易点燃、可燃极限范围宽等优点，但是由于基础设施、运输存储和安全问题的限制，氢气目前难以被大规模应用于内燃机中。而氨气是良好的氢能载体，在25℃、9bar的条件下即可完全液化，便于存储和运输，且液氨的密度(602kg/m3)远大于液氢(71kg/m3)，具有较高的含氢密度，因此氨气被认为是目前最具前景的碳中和燃料。与此同时，氨气产业链与基础设施开发均已成熟，全球氨气年产量已超过2亿吨，这为氨气作为碳中和燃料的大规模推广应用提供了重要前提。然而氨气的燃烧速度慢、自燃温度高且层流火焰速度低，是一种低反应活性的燃料，限制了氨气在内燃机中的应用，目前尚无法解决氨气在发动机中燃烧困难的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种氢氨融合发动机，在主燃室内通入氨气，在射流室内通入氢气，火花塞点燃射流室内的氢气时，形成高温、高速的火焰射流，火焰射流用以引燃主燃室内的氨气，进而实现主燃室内氨气的快速稳定着火，进而使发动机稳定运行。
本发明实施例还提供了一种氢氨融合发动机的燃烧控制方法。
根据本发明第一方面实施例提供的氢氨融合发动机，包括：
缸筒；
端盖，设置于所述缸筒的一端，所述端盖上形成有进气孔和排气孔；
射流室，连接于所述端盖；
火花塞，连接于所述射流室，适于点燃所述射流室内的氢气；
活塞，活动插设在所述缸筒内，所述端盖、所述缸筒以及所述活塞之间形成有主燃室，所述进气孔、所述排气孔以及所述射流室均连通于所述主燃室；
进气组件，连接于所述进气孔；
排气组件，连接于所述排气孔；
氢气喷射组件，连接于所述射流室，适于向所述射流室内喷射氢气；
氨气喷射组件，连接于所述进气组件，适于向所述主燃室内通入氨气。
根据本发明的一个实施例，还包括：
氨气改制气喷射组件，连接于所述进气组件，适于向所述主燃室内通入氨气改制气。
根据本发明的一个实施例，所述氨气喷射组件包括：
第一进气道喷射器，连接于所述进气组件；
氨气储存件，通过管道连接于所述第一进气道喷射器。
根据本发明的一个实施例，所述氨气改制气喷射组件包括：
第二进气道喷射器，连接于所述进气组件；
氨气催化改制器，通过管路连接于所述第二进气道喷射器，适于将氨气催化分解成氮气和氢气。
根据本发明的一个实施例，所述氨气催化改制器通过管路连通于所述氨气储存件。
根据本发明的一个实施例，所述氢气喷射组件包括：
直喷喷射器，连接于所述射流室；
氢气储存件，通过管路连接于所述直喷喷射器。
根据本发明的一个实施例，所述氢气喷射组件和所述氨气喷射组件均包括减压阀。
根据本发明第二方面实施例提供的氢氨融合发动机的燃烧控制方法，包括：
在主燃室内通入氨气，并在射流室内通入氢气；
在触发时刻点燃所述射流室内的所述氢气。
根据本发明的一个实施例，所述在主燃室内通入氨气，并在射流室内通入氢气，包括：
在主燃室内通入氨气和氨气改制气的混合气体，并在射流室内通入氢气。
根据本发明的一个实施例，所述在主燃室内通入氨气和氨气改制气的混合气体，并在射流室内通入氢气，包括：
根据氢氨融合发动机的工作负荷，调整氨气和氨气改制气的比例，将氨气和氨气改制气的混合气体通入所述主燃室，并在射流室内通入氢气。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
根据本发明第一方面实施例提供的氢氨融合发动机，包括缸筒、端盖、射流室、火花塞、活塞、进气组件、排气组件、氢气喷射组件和氨气喷射组件；缸筒为中空结构，缸筒的一端设置有端盖，端盖上形成有进气孔和排气孔，射流室连接于端盖；火花塞连接于射流室，用以点燃射流室内的氢气；活塞活动插设在缸筒内，端盖、缸筒和活塞之间形成主燃室，进气孔、排气孔以及射流室均连通于主燃室；排气组件连接于排气孔，用以排出缸筒内的燃烧废气；进气组件连接于进气孔，氨气喷射组件连接于进气组件，用于向主燃室内通入氨气；氢气喷射组件连接于射流室，用于向射流室内通入氢气。氢氨融合发动机工作时，氨气喷射组件向进气组件内通入氨气，氨气与进气组件内的空气混合后进入主燃室。氢气喷射组件向射流室内通入氢气，射流室内存在氢气、氨气以及空气形成的可燃混合气体，可燃混合气体以氢气为主。氢气具有较为宽广的可燃极限范围且燃烧速度极快，可在射流室内快速形成高温、高速的火焰射流，火焰射流进入主燃室可快速引燃氨气，可以实现主燃室内氨气的快速稳定着火，进而使发动机稳定高效运行。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
图1是本发明实施例提供的氢氨融合发动机的示意图；
图2是本发明实施例提供的氢氨融合发动机的燃烧控制方法的流程图一；
图3是本发明实施例提供的氢氨融合发动机的燃烧控制方法的流程图二；
图4是本发明实施例提供的氢氨融合发动机的燃烧控制方法的流程图三。
附图标记：
100、缸筒；102、端盖；104、射流室；106、火花塞；108、活塞；
110、主燃室；112、进气组件；114、排气组件；116、氢气喷射组件；118、氨气喷射组件；
120、氨气改制气喷射组件；122、第一进气道喷射器；124、氨气储存件；126、第二进气道喷射器；128、氨气催化改制器；
130、直喷喷射器；132、氢气储存件；134、减压阀。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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他实施例，都属于发明保护的范围。
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。
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。
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。
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。
氨气的燃烧速度慢、自燃温度高且层流火焰速度低，是一种低反应活性的燃料，限制了氨气在内燃机中的应用，目前尚未出现良好的方法来解决氨气在发动机中燃烧困难的问题。
根据本发明第一方面实施例提供的氢氨融合发动机，请参阅图1，包括缸筒100、端盖102、射流室104、火花塞106、活塞108、进气组件112、排气组件114、氢气喷射组件116以及氨气喷射组件118。
氢氨融合发动机具有一个或者多个气缸，气缸包括呈中空结构的缸筒100，缸筒100的一端设置有端盖102，两者形成半封闭的筒状结构。端盖102上形成有进气孔和排气孔，进气孔用于接收空气与氨气的可燃混合气体，排气孔用于排出燃烧后的废气。
端盖102上设置有射流室104，射流室104靠近缸筒100的一侧形成有开口，与缸筒100的内部连通。射流室104处设置有火花塞106，火花塞106连接于射流室104，且适于点燃射流室104内的氢气。
需要说明的是，射流室104可以是端盖102的一部分，也可以是独立的构件。
活塞108活动插设在缸筒100内，端盖102、缸筒100以及活塞108之间围设形成主燃室110。进气孔、排气孔以及射流室104连通于主燃室110，进气孔向主燃室110提供空气与氨气的混合气体，排气孔可以将主燃室110内的废气排出。
进气组件112连通于进气孔，排气组件114连通于排气孔。进气孔在进气冲程导通，在压缩冲程、做功冲程以及排气冲程堵塞，排气孔在进气冲程、压缩冲程以及做功冲程堵塞，在排气冲程导通。
进气组件112包括进气阀门以及进气歧管，进气阀门可以使进气口或者进气歧管在导通状态和堵塞状态之间切换，进而实现对主燃室110的间歇供气。排气组件114包括排气阀门以及排气歧管，排气阀门可以使排气口或者排气歧管在导通状态和堵塞状态之间切换，进而实现主燃室110的间歇排气。
氢气喷射组件116连接于射流室104，用以向射流室104内喷射氢气。氨气喷射组件118连接于进气组件112，至少用于向进气组件112内喷射氨气。
根据本发明实施例提供的氢氨融合发动机，氨气喷射组件118向进气组件112内通入氨气，氨气与进气组件112内的空气混合后进入主燃室110内。氢气喷射组件116向射流室104内通入氢气，射流室104内存在氢气、氨气以及空气形成的可燃混合气体，可燃混合气体以氢气为主。氢气具有较为宽广的可燃极限范围且燃烧速度极快，可在射流室104内快速形成高温、高速的火焰射流，火焰射流进入主燃室110内，可快速引燃氨气，可以实现主燃室110内氨气的快速、稳定着火，进而使氢氨融合发动机稳定运行。
需要说明的是，氨气作为碳中和燃料应用于氢氨融合发动机具有很多优势：
第一，氨气具有较高的汽化潜热，可作为发动机制冷剂进行余热回收，从而提高发动机热效率；
第二，氨气具有较高的辛烷值，有利于抑制发动机爆震，使发动机可以在较高的压缩比下运行，从而提高循环热效率；
第三，与传统燃料相比，发动机的润滑油消耗少，功率损失低；
第四，氨气绝热火焰温度较低，可降低传热损失，进而提高发动机热效率；
第五，氨气的化学当量比混合气热值与汽油相当，可以满足发动机的动力性要求。
氨气的燃烧速度慢、自燃温度高且层流火焰速度低，是一种低反应活性的燃料。而氢气具有易于点燃、燃烧速度快的特性，可以作为氨气的辅助燃料，加速氨气在主燃室110内的燃烧，并提高其燃烧稳定性。将两种可燃气体混合使用，可以改善发动机的性能。
在一些实施例中，氢氨融合发动机还包括氨气改制气喷射组件120，氨气改制气喷射组件120连接于进气组件112，可以向主燃室110内通入氮气改制气。
需要说明的是，氨气改制气为包括氨气和氢气的混合气体，可以通过氨气催化分解得到，也可以将氨气与氢气混合后得到。
氨气改制气中含有氢气，可提高主燃室内燃料的化学活性，实现主燃室110内燃料的快速、稳定着火，进而提升了发动的稳定性。
需要说明的是，本发明实施例提供的氢氨融合发动机还包括控制系统，控制系统信号连接于氢气喷射组件116、氨气喷射组件118以及氨气改制气喷射组件120，可以控制气体的喷出量以及喷出时刻。
在一些实施例中，氨气喷射组件118包括第一进气道喷射器122和氨气储存件124，第一进气道喷射器122连接于进气组件112，氨气储存件124通过管路连接于第一进气道喷射器122。
在一些实施例中，氨气改制气喷射组件包括第二进气道喷射器126和氨气催化改制器128，第二进气道喷射器126连接于进气组件112，氨气催化改制器128通过管路连接于第二进气道喷射器126。
可以理解的是，氨气催化改制器128可以将氨气催化分解成氮气和氢气，将氨气通入氨气催化改制器128内之后，部分氨气分解得到氢气和氮气，进而形成包括氨气、氮气、氢气的氨气改制气。氨气改制气中含有氢气，可提高主燃室110内燃料的化学活性，实现主燃室110内燃料的快速、稳定着火，进而提升了发动机的稳定性。
在一些实施例中，氨气催化改制器128通过管路连通于氨气储存件124，与氨气喷射组件118共用一组氨气储存件124。
可以理解的是，氨气储存件124通过第一进气支路为第一进气道喷射器122供气，通过第二进气支路为第二进气道喷射器126供气，减少了氨气储存件124的数量，可以精简发动机的体积。
需要说明的是，调整氨气和氨气改制气的比例，有助于改善混合气体的燃烧性能，还可以调整发动机的输出功率。例如，在中小负荷下，进气组件112内以氨气改制气为主；在中高负荷下，进气组件112内以氨气为主。使用时，可以制定氢氨融合发动机工作负荷与氨气-氨气改制气比例的对应关系，在保证足够的动力输出的前提下，提高了混合气的燃烧速度和燃烧稳定性。
氨气储存件124可以是储气瓶或者储气罐等，可以存放液态或者气态的氨气，氨气具有较高的汽化潜热，可作为发动机制冷剂进行余热回收，从而提高发动机热效率。
在一些实施例中，氢气喷射组件116包括直喷喷射器130和氢气储存件132，直喷喷射器130连接于射流室104，氢气储存件132通过管路连接于直喷喷射器130。
氢气储存件132可以是储气瓶或者储气罐等，可以存放液态或者气态的氢气，氢气利用发动机的余热升温气化，进而为直喷喷射器130提供气源。
在一些实施例中，氢气喷射组件116和氨气喷射组件118均包括减压阀134。
可以理解的是，通过调节减压阀134，可以将进口压力调节至设定的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定。减压阀134是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使氨气或者氢气的流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。然后依靠控制系统的调节，使阀后压力的波动与弹簧力相平衡，使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定，因此可以精确控制氨气以及氢气的喷出量，进而使发动机稳定运行。
根据本发明第二方面实施例提供的氢氨融合发动机的燃烧控制方法，应用于根据本发明第一方面实施例提供的氢氨融合发动机，请参阅图2，包括：
S200、在主燃室内通入氨气，并在射流室内通入氢气。
S210、在触发时刻点燃所述射流室内的所述氢气。
可以理解的是，氨气喷射组件118向进气组件112内通入氨气，氨气与进气组件112内的空气混合后进入主燃室110。氢气喷射组件116向射流室104内通入氢气，射流室104内存在氢气、氨气以及空气形成的可燃混合气体，可燃混合气体以氢气为主。氢气具有较为宽广的可燃极限范围且燃烧速度极快，可在射流室104内快速形成高温、高速的火焰射流，火焰射流进入主燃室110可快速引燃氨气，可以实现主燃室110内氨气的快速、稳定着火，进而使氢氨融合发动机稳定运行。
需要说明的是，触发时刻位于活塞到达上止点的前后，可以根据燃料的性能确定。
在一些实施例中，请参阅图3，在主燃室内通入氨气，并在射流室内通入氢气，包括：
S202、在主燃室内通入氨气和氨气改制气的混合气体，并在射流室内通入氢气。
可以理解的是，氨气的燃烧速度慢、自燃温度高且层流火焰速度低，是一种低反应活性的燃料。而氢气具有易于点燃、燃烧速度快的特性，可以作为氨气的辅助燃料，加速氨气在内燃机中的燃烧，并提高其燃烧稳定性。将两种可燃气体混合使用，可以改善气体燃料的燃烧性能。氨气改制气为包括氨气和氢气的混合气体，可以将氨气催化分解后得到，也可以将氨气与氢气进行混合后得到。
氨气改制气中含有氢气，可提高主燃室内燃料的化学活性，实现主燃室内燃料的快速、稳定着火，进而提升了发动的稳定性。
在一些实施例中，请参阅图4，在主燃室内通入氨气和氨气改制气的混合气体，并在射流室内通入氢气，包括：
S204、根据氢氨融合发动机的工作负荷，调整氨气和氨气改制气的比例，将氨气和氨气改制气的混合气体通入所述主燃室，并在射流室内通入氢气。
可以理解的是，调整氨气和氨气改制气的比例，有助于改善混合气体的燃烧性能，还可以调整发动机的输出功率。例如，在中小负荷下，进气组件112内以氨气改制气为主；在中高负荷下，进气组件112内以氨气为主。使用时，可以制定氢氨融合发动机工作负荷与氨气-氨气改制气比例的对应关系，确保发动机稳定高效工作。
在一些实施例中，随着氢氨融合发动机工作负荷的增加，逐渐减小混合气体中氨气改制气的比例，随着氢氨融合发动机工作负荷的减小，逐渐增加混合气体中氨气改制气的比例，工作负荷与混合气比例呈线性对应关系。
在另一些实施例中，将氨融合发动机的工作负荷分为不同的等级，针对每一等级，调整氨气-氨气改制气的比例，工作负荷的等级可以为两个及以上。
综上所述，根据本发明实施例提供的氢氨融合发动机及其燃烧控制方法，氢氨融合发动机包括缸筒100、端盖102、射流室104、火花塞106、活塞108、进气组件112、排气组件114、氢气喷射组件116和氨气喷射组件118；缸筒100为中空结构，缸筒100的一端设置有端盖102，端盖102上形成有进气孔和排气孔，射流室104连接于端盖102；火花塞106连接于射流室104，用以点燃射流室104内的氢气；活塞108活动插设在缸筒100内，端盖102、缸筒100和活塞108之间形成主燃室110，进气孔、排气孔以及射流室104均连通于主燃室110；排气组件114连接于排气孔，用以排出缸筒100内的燃烧废气；进气组件112连接于进气孔，氨气喷射组件118连接于进气组件112，用于向主燃室110内通入氨气；氢气喷射组件116连接于射流室104，用于向射流室104内通入氢气。氢氨融合发动机工作时，氨气喷射组件118向进气组件112内通入氨气，氨气与进气组件112内的空气混合后进入主燃室110。氢气喷射组件116向射流室104内通入氢气，射流室104内存在氢气、氨气以及空气形成的可燃混合气体，可燃混合气体以氢气为主。氢气具有较为宽广的可燃极限范围且燃烧速度极快，可在射流室104内形成高温、高速的火焰射流，火焰射流进入主燃室110可快速引燃氨气，可以实现主燃室110内氨气的快速稳定着火，进而使发动机稳定高效运行。
氢氨融合发动机采用主动射流点火技术，射流室104内喷射的是极易点燃且燃烧速度很快的氢气，不仅能在射流室104内稳定着火，且能在射流室104迅速形成高温高压的氛围，向主燃室110喷射高温、高速的火焰射流，火焰射流具有远高于普通火花塞的点火能量，可实现主燃室110内燃料的快速、稳定着火。主燃室110的主要燃料为氨气，氨气燃烧速度慢，具有较高的抗爆性，因此在高压缩比和大负荷条件下也有较好的适用性。为了提高主燃室110内燃料的整体燃烧速度，保持较优的燃烧相位，进气组件112内喷射氨气改制气，氨气改制气中含有燃烧速度快的氢气，可改善氨气难以点火的特性，同时提高燃烧速度和燃烧稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氢氨融合发动机，其特征在于，包括：
缸筒；
端盖，设置于所述缸筒的一端，所述端盖上形成有进气孔和排气孔；
射流室，连接于所述端盖；
火花塞，连接于所述射流室，适于点燃所述射流室内的氢气；
活塞，活动插设在所述缸筒内，所述端盖、所述缸筒以及所述活塞之间形成有主燃室，所述进气孔、所述排气孔以及所述射流室均连通于所述主燃室；
进气组件，连接于所述进气孔；
排气组件，连接于所述排气孔；
氢气喷射组件，连接于所述射流室，适于向所述射流室内喷射氢气；
氨气喷射组件，连接于所述进气组件，适于向所述主燃室内通入氨气。
2.根据权利要求1所述的氢氨融合发动机，其特征在于，还包括：
氨气改制气喷射组件，连接于所述进气组件，适于向所述主燃室内通入氨气改制气。
3.根据权利要求2所述的氢氨融合发动机，其特征在于，所述氨气喷射组件包括：
第一进气道喷射器，连接于所述进气组件；
氨气储存件，通过管道连接于所述第一进气道喷射器。
4.根据权利要求3所述的氢氨融合发动机，其特征在于，所述氨气改制气喷射组件包括：
第二进气道喷射器，连接于所述进气组件；
氨气催化改制器，通过管路连接于所述第二进气道喷射器，适于将氨气催化分解成氮气和氢气。
5.根据权利要求4所述的氢氨融合发动机，其特征在于，所述氨气催化改制器通过管路连通于所述氨气储存件。
6.根据权利要求1至5任一项所述的氢氨融合发动机，其特征在于，所述氢气喷射组件包括：
直喷喷射器，连接于所述射流室；
氢气储存件，通过管路连接于所述直喷喷射器。
7.根据权利要求1至5任一项所述的氢氨融合发动机，其特征在于，所述氢气喷射组件和所述氨气喷射组件均包括减压阀。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的氢氨融合发动机的燃烧控制方法，其特征在于，包括：
在主燃室内通入氨气，并在射流室内通入氢气；
在触发时刻点燃所述射流室内的所述氢气。
9.根据权利要求8所述的氢氨融合发动机的燃烧控制方法，其特征在于，所述在主燃室内通入氨气，并在射流室内通入氢气的步骤具体包括：
在主燃室内通入氨气和氨气改制气的混合气体，并在射流室内通入氢气。
10.根据权利要求9所述的氢氨融合发动机的燃烧控制方法，其特征在于，所述在主燃室内通入氨气和氨气改制气的混合气体，并在射流室内通入氢气的步骤具体包括：
根据氢氨融合发动机的工作负荷，调整氨气和氨气改制气的比例，将氨气和氨气改制气的混合气体通入所述主燃室，并在射流室内通入氢气。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117780523A (zh) * | 2024-02-27 | 2024-03-29 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种氢气发动机燃烧系统的控制方法、装置、设备及介质 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009097421A (ja) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | エンジンシステム |
| US20110265464A1 (en) * | 2009-01-13 | 2011-11-03 | Aisan Industry Co., Ltd. | Ammonia burning internal combustion engine |
| CN102906409A (zh) * | 2010-05-21 | 2013-01-30 | 丰田自动车株式会社 | 氨燃烧内燃机 |
| JP2021161921A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | アンモニア燃焼方法、アンモニア燃焼エンジン及びそれを搭載した船舶 |
| CN114294129A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-04-08 | 英国伦敦布鲁内尔大学 | 氨发动机的氢气射流点燃式燃烧系统 |
| CN114412668A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-04-29 | 清华大学 | 氨氢融合型混合动力系统及发动机 |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009097421A (ja) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | エンジンシステム |
| US20110265464A1 (en) * | 2009-01-13 | 2011-11-03 | Aisan Industry Co., Ltd. | Ammonia burning internal combustion engine |
| CN102906409A (zh) * | 2010-05-21 | 2013-01-30 | 丰田自动车株式会社 | 氨燃烧内燃机 |
| JP2021161921A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | アンモニア燃焼方法、アンモニア燃焼エンジン及びそれを搭載した船舶 |
| CN114412668A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-04-29 | 清华大学 | 氨氢融合型混合动力系统及发动机 |
| CN114294129A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-04-08 | 英国伦敦布鲁内尔大学 | 氨发动机的氢气射流点燃式燃烧系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117780523A (zh) * | 2024-02-27 | 2024-03-29 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种氢气发动机燃烧系统的控制方法、装置、设备及介质 |
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