CN117404209A - 一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略 - Google Patents
一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117404209A CN117404209A CN202311387740.0A CN202311387740A CN117404209A CN 117404209 A CN117404209 A CN 117404209A CN 202311387740 A CN202311387740 A CN 202311387740A CN 117404209 A CN117404209 A CN 117404209A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ammonia
- pressure
- fuel
- gas
- reformed gas
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 169
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 101
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 99
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 99
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 title claims abstract description 16
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 289
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 206
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 145
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 50
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 78
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000007233 catalytic pyrolysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
- F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
- F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
- F02M21/0248—Injectors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices
- F02B77/089—Safety, indicating, or supervising devices relating to engine temperature
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
本发明公开了一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，主要包括发动机子系统、能量回收子系统、燃料增压供给子系统、氨重整制氢子系统和电控子系统。发动机子系统包括安装在发动机缸盖中间位置的双直喷喷射器和火花塞，双直喷喷射器内部设有两条分别通向燃烧室的低压燃料通道和高压燃料通道；氨重整制氢子系统包括安装于发动机排气管外壁的重整器，重整器内部装有催化剂，外部装有重整器电加热装置。本发明采取的控制策略是利用双直喷喷射器灵活切换燃料的喷射压力，并实现重整气单燃料喷射和氨氢融合燃料的双燃料喷射。此外，本发明可通过能量回收子系统来驱动气驱增压泵提高燃料供给压力，充分利用燃料箱内燃料来延长车辆行驶续航里程。
Description
技术领域
本发明属于内燃机燃烧系统，尤其涉及一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略。
背景技术
与碳氢燃料相比，氨是一种非常清洁的无碳燃料，具有体积能量密度高、储氢密度高、便于储运等优点。然而，氨燃料在内燃机中应用还存在一些挑战，包括点火能量高、火焰传播慢、可燃极限窄、NOX和未燃NH3排放严重，以上问题限制了氨燃料的大规模应用。为了解决氨燃料燃烧和排放差的问题，引入高活性氢燃料改善氨燃料的燃烧被认为是有效途径。其中，氢气极易着火、燃烧速度快，与氨燃料有很强的互补性，且氨氢融合燃料为零碳排放。因此，氨氢融合燃料作为内燃机的燃料具有广阔的前景。
氨氢融合燃料在发动机上应用也存在一些问题。(1)较高的喷射压力会增强燃料的雾化效果，但是喷雾贯穿距也相应增加，喷射时刻较晚时易发生燃油撞壁；而喷射压力过低时会导致燃料雾化效果较差，进而影响发动机的燃烧特性和排放特性。因此，喷射压力对燃烧性能和排放性能至关重要。(2)目前氨氢发动机多采用进气道双直喷、缸内双直喷或组合喷射的方式供给燃料，进气道喷射方式导致充气效率降低，影响发动机的输出功率；缸内双直喷的方式受制于缸盖空间的限制，难以布置两个喷油器。因此，目前氨氢发动机的燃料供给方式存在一定的局限性。(3)此外，氢渗透性强，难于储运和运输，氢还具有易燃易爆的特性，车载储氢罐会极大提高危险系数，而车载氨重整制氢子系统可有效满足氨氢发动机对氢燃料的需求，提高车辆安全系数。基于此，目前急需开发出可灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略，利用双直喷喷射器灵活切换燃料的喷射压力，并可实现重整气单燃料喷射和氨氢融合燃料的双燃料喷射。采用氨重整制氢子系统在线提供重整气以引燃氨燃料，提高整车安全系数。此外，本发明可通过能量回收子系统来驱动气驱增压泵提高燃料供给压力，充分利用燃料箱内燃料来延长车辆行驶续航里程。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，该燃烧系统包括发动机子系统、能量回收子系统、燃料增压供给子系统、氨重整制氢子系统和电控子系统；
所述发动机子系统包括发动机本体，双直喷喷射器和火花塞，所述双直喷喷射器和火花塞安装在发动机缸盖中间位置，所述双直喷喷射器内部设有两条分别通向燃烧室的低压燃料通道和高压燃料通道，实现重整气单燃料高压喷射、氨氢融合双燃料低压喷射、氨氢融合双燃料高压喷射；
所述能量回收子系统包括排气涡轮机、排气压气机、可回收制动能量的车载压气机和空气储气罐；所述排气压气机的旋转是利用排气动能驱动的，所述排气压气机将大气中空气压缩进所述空气储气罐中，所述车载压气机的旋转是利用刹车动能驱动的，自所述排气压气机连接至所述空气储气罐及自所述车载压气机连接至所述空气储气罐的连接管路上均分别安装一单向阀；
所述燃料增压供给子系统包括氨罐、氨高压共轨、重整气罐、重整气高压共轨、混合罐和两台气驱增压泵，所述两台气驱增压泵包括连接在所述氨罐排气口与所述氨高压共轨进口之间管路A上的氨气驱增压泵和连接在所述重整气罐的排气口与所述重整气高压共轨进口之间管路B上的重整气气驱增压泵；所述氨气驱增压泵设有氨泵换向阀，所述重整气气驱增压泵设有重整气气泵换向阀，管路A和管路B上均分别设有单向阀；所述氨高压共轨和所述重整气高压共轨的出口分别通过连接管路连接至所述的混合罐，两条连接管路上均设有气体电动流量调节阀，所述混合罐内设有用以检测氨氢掺混比的成分传感器，自所述混合罐分别连接出两条管路，一条是连接至所述双直喷喷射器的高压燃料通道的混合罐高压管路，另一条是连接至所述双直喷喷射器的低压燃料通道的混合罐低压管路，所述混合罐低压管路上装有电动减压阀；
所述氨重整制氢子系统包括安装于发动机排气管外壁的重整器，所述重整器内部装有催化剂，外部装有重整器电加热装置；所述重整气罐设有重整气成分及含量传感器，自所述氨罐至所述重整器进口的连接管路上依次设有重整器电动流量调节阀和单向阀；所述重整器出口与所述重整气罐进口之间的连接管路上设有单向阀；
所述电控子系统包括ECU单元，发动机排气管上设有排气温度传感器，所述氨高压共轨和所述重整气高压共轨均分别配置有压力传感器；
所述排气温度传感器、重整器电加热装置、氨泵换向阀、重整气气泵换向阀、重整器电动流量调节阀、氨电动流量调节阀、重整气电动流量调节阀、成分传感器、氨泵换向阀、重整气气泵换向阀、重整气成分及含量传感器、氨高压共轨和重整气高压共轨配置的压力传感器、双直喷喷射器、火花塞和电动减压阀均与所述的ECU单元相连。
进一步讲，本发明所述的灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，其中：
所述空气储气罐上安装有安全阀，用以保证空气储气罐的压力维持在安全压力范围内。
所述空气储气罐负责收集储存高压空气并为下游的所述氨气驱增压泵和重整气气驱增压泵供给空气。
所述燃料增压供给子系统中，通过控制两个气体电动流量调节阀的开度为所述混合罐供给不同量的氨和重整气，实现混合罐重整气单燃料和氨氢融合双燃料的供给，且双燃料供给时掺混比可调。
所述氨重整制氢子系统中，来自所述氨罐的氨经过所述重整器电动流量调节阀调节流量后流入所述重整器，氨在所述重整器内催化裂解后分解成氢气和氮气，经过单向阀流入所述重整气罐，随后被所述重整气气驱增压泵吸入泵体内。
同时，本发明还提出了上述灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统的控制策略，包括：
所述排气温度传感器将排气温度反馈至所述ECU单元，所述重整气成分及含量传感器将重整气罐内重整气成分及含量反馈至所述ECU单元，所述ECU单元依据排气温度和重整气罐内重整气成分及含量计算目标重整气量，进而调整所述重整器电动流量调节阀的开度和所述重整器电加热装置的开关，控制流入所述重整器的氨流量及氨的分解程度；
所述成分传感器将所述混合罐内燃料成分反馈至所述ECU单元，所述ECU单元依据发动机水温和燃料成分来调整氨电动流量调节阀和重整气电动流量调节阀的开度，保证混合罐重整气单燃料或氨氢融合双燃料供给，且双燃料供给时氢氨能量掺混比为7.5％，保持最佳燃烧热效率状态；
设置在所述氨高压共轨和所述重整气高压共轨上的压力传感器检测各自共轨内燃料的压力，所述ECU单元依据所述压力调整氨气驱增压泵和重整气气驱增压泵换向阀换向，维持共轨的高压环境；
所述ECU单元依据喷射压力对发动机性能影响的标定结果控制混合罐低压管路的电动减压阀将高压降至低压，实现混合罐的高压和低压燃油供给；
所述ECU单元依据发动机水温、转速和油门开度，控制所述双直喷喷射器实现重整气单燃料高压喷射、氨氢融合双燃料高压喷射、氨氢融合双燃料低压喷射，随后控制所述火花塞点火。
进一步讲，本发明所述的控制策略，其中，冷启动时，实现重整气单燃料喷射，暖机阶段或是发动机正常运行时，实现氨氢融合双燃料喷射。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)基于双直喷喷射器，可依据运行工况随时调整燃料的高压和低压喷射压力，兼顾燃烧性能和排放性能。
(2)通过控制重整气管路和氨管路的通断及流量实现重整气单燃料喷射或氨氢融合双燃料喷射。
(3)采用能量回收子系统实现排气能量和刹车能量的回收利用，以此驱动气驱增压泵来提高燃料压力并充分利用燃料罐内燃料，提高了能源利用率和延长车辆行驶续航里程。
(4)采用氨在线重整制氢装置可简化燃料供给系统，提高整车安全系数，并解决了氨发动机冷启动阶段着火困难的问题。
附图说明
图1是本发明氨氢发动机燃烧系统的示意图；
图2是本发明中发动机子系统示意图；
图3是本发明中双直喷喷射器内部通道示意图；
图4是本发明中能量回收子系统示意图；
图5是本发明中燃料增压供给子系统示意图；
图6是本发明中氨重整制氢子系统示意图；
图7是本发明中电控子系统示意图；
图8是本发明氨氢发动机燃烧系统控制策略流程图。
图中：
1-发动机子系统 2-能量回收子系统 3-燃料增压供给子系统
4-氨重整制氢子系统 5-电控子系统 6-发动机本体
7-双直喷喷射器 701-本体 702-高压燃料通道
703-低压燃料通道 8-火花塞 9-排气涡轮机
10-排气压气机 11-车载压气机 12、21、31-单向阀
13-空气储气罐 14-安全阀 15-氨罐
16-重整气罐 17-氨气驱增压泵 18-氨泵换向阀
19-重整气气驱增压泵 20-重整气泵换向阀 22-氨电动流量调节阀
23-重整气电动流量调节阀 24-氨高压共轨 25-重整气高压共轨
26-电动减压阀 27-混合罐 28-成分传感器
29-排气温度传感器 30-重整器电动流量调节阀32-重整气成分及含量传感器
33-重整器 34-重整器电加热装置 35-ECU单元
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明提出的一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，主要包括发动机子系统1、能量回收子系统2、燃料增压供给子系统3、氨重整制氢子系统4和电控子系统5。图1是本发明氨氢发动机燃烧系统的示意图。
所述发动机子系统1包括发动机本体6，双直喷喷射器7和火花塞8，所述双直喷喷射器7和火花塞8安装在发动机缸盖中间位置，所述双直喷喷射器7内部设有两条分别通向燃烧室的低压燃料通道702和高压燃料通道703，实现重整气单燃料高压喷射、氨氢融合双燃料高压喷射、氨氢融合双燃料低压喷射。图2是本发明发动机子系统示意图，图3是双直喷喷射器内部通道示意图。
所述能量回收子系统2包括排气涡轮机9、排气压气机10、可回收制动能量的车载压气机11和空气储气罐13；所述排气压气机10的旋转是利用排气动能驱动的，所述排气压气机10将大气中空气压缩进所述空气储气罐13中。所述车载压气机11的旋转是利用刹车动能驱动的，所述车载压气机11于车辆刹车的过程中将空气压缩至空气储气罐13中。自所述排气压气机10连接至所述空气储气罐13及自所述车载压气机11连接至所述空气储气罐13的连接管路上均分别安装一单向阀，防止空气储气罐13内空气倒流，所述空气储气罐13上安装有安全阀14，用以保证空气储气罐13的压力维持在安全压力范围内。图4是本发明能量回收子系统示意图，
所述燃料增压供给子系统3包括氨罐15、氨高压共轨24、重整气罐16、重整气高压共轨24、混合罐27和两台气驱增压泵，其中，氨罐15提供氨，重整气罐16提供重整气。所述两台气驱增压泵包括连接在所述氨罐15排气口与所述氨高压共轨24进口之间管路A上的氨气驱增压泵17和连接在所述重整气罐16的排气口与所述重整气高压共轨24进口之间管路B上的重整气气驱增压泵19；氨罐15出口接氨气驱增压泵17的进口，氨高压共轨24接于氨气驱增压泵17的出口，重整气罐16出口接重整气气驱增压泵19的进口，重整气高压共轨25接于重整气气驱增压泵19的出口。所述氨气驱增压泵17设有氨泵换向阀18，重整气气驱增压泵19设有重整气泵换向阀20，管路A和管路B上位于氨气驱增压泵17和重整气气驱增压泵19的进出口均设有单向阀21，防止高压燃料倒流，所述空气储气罐13负责收集储存高压空气并为下游的所述氨气驱增压泵17和重整气气驱增压泵19供给空气，氨泵换向阀18和重整气泵换向阀20分别实现氨气驱增压泵17和重整气气驱增压泵19的活塞来回移动，进而实现燃料的连续增压。所述氨高压共轨24和所述重整气高压共轨25的出口分别通过连接管路连接至所述的混合罐27，所述氨高压共轨24的出口处连接有氨电动流量调节阀22，所述重整气高压共轨25的出口处连接有重整气电动流量调节阀23，随后均接于混合罐27上。混合罐27上装有混合罐成分传感器28，用以检测混合罐27内燃料成分。自所述混合罐27分别连接出两条管路，一条是直接连接至所述双直喷喷射器7的高压燃料通道703的混合罐高压管路，该混合罐高压管路上无任何减压装置，直接为双直喷喷射器7提供高压燃料。另一条是连接至所述双直喷喷射器7的低压燃料通道702的混合罐低压管路，所述混合罐低压管路上装有电动减压阀26，负责降低混合罐压力后给双直喷喷射器7提供低压燃料，且低压压力可调。所述燃料增压供给子系统3中，通过控制氨电动流量调节阀22和重整气电动流量调节阀23的开度为所述混合罐供给不同量的氨和重整气，实现混合罐重整气单燃料和氨氢融合双燃料的供给，且双燃料供给时掺混比可调。图5是本发明燃料增压供给子系统示意图。
所述氨重整制氢子系统4包括安装于发动机排气管外壁的重整器33，所述重整器33内部装有催化剂，外部装有重整器电加热装置34，利用高温尾气和重整器电加热装置34实现氨在线重整制氢；所述重整气罐16装于所述重整器33与重整气气驱增压泵19之间，起到稳压和储存重整气的作用，所述重整气罐16设有重整气成分及含量传感器32，用以检测重整气成分及对应的含量。自所述氨罐15至所述重整器33进口的连接管路上依次设有重整器电动流量调节阀30和单向阀31，重整器电动流量调节阀30控制流入重整器33的氨流量，所述重整器33出口与所述重整气罐16进口之间的连接管路上设有单向阀，单向阀保证重整器33内气体单向流通。发动机排气管上安装有排气温度传感器29，用以检测发动机排气温度。所述氨重整制氢子系统4中，来自所述氨罐15的氨经过所述重整器电动流量调节阀30调节流量后流入所述重整器33，氨在所述重整器33内催化裂解后分解成氢气和氮气，经过单向阀流入所述重整气罐16，随后被所述重整气气驱增压泵19吸入泵体内。图6是本发明氨重整制氢子系统示意图。
所述电控子系统包括ECU单元，发动机排气管上设有排气温度传感器29，所述氨高压共轨24和所述重整气高压共轨25均分别配置有压力传感器，所述氨气驱增压泵17设有氨泵换向阀18，所述重整气气驱增压泵19设有重整气气泵换向阀20；所述排气温度传感器29、重整器电加热装置34、重整器电动流量调节阀30、氨电动流量调节阀22、重整气电动流量调节阀23、成分传感器28、氨泵换向阀18、重整气气泵换向阀20、重整气成分及含量传感器32、氨高压共轨24和重整气高压共轨25配置的压力传感器、双直喷喷射器7、火花塞8和电动减压阀26均与所述的ECU单元35相连。图7是本发明电控子系统示意图，图8是本发明氨氢发动机燃烧系统控制策略流程图，本发明中电控子系统的ECU单元35，包括五个功能模块，分别为：ECU模块1、ECU模块2、ECU模块3、ECU模块4和ECU模块5，该电控子系统实现的控制策略包括：
所述排气温度传感器29将排气温度反馈至ECU模块1，所述重整气成分及含量传感器32将重整气罐16内重整气成分及含量反馈至所述ECU模块1；该ECU模块1依据排气温度和重整气罐16内重整气成分及含量计算目标重整气量，进而调整所述重整器电动流量调节阀30的开度和所述重整器电加热装置34的开关，控制流入所述重整器33的氨流量及氨的分解程度。
所述成分传感器28将所述混合罐27内燃料成分反馈至ECU模块2，发动机水温传感器将发动机水温反馈给ECU模块2，该ECU模块2依据发动机水温和燃料成分来调整氨电动流量调节阀22和重整气电动流量调节阀23的开度，保证混合罐重整气单燃料或氨氢融合双燃料供给，且双燃料供给时氢氨能量掺混比为7.5％，保持最佳燃烧热效率状态。
设置在所述氨高压共轨24和所述重整气高压共轨25上的压力传感器检测各自共轨内燃料的压力，ECU模块3依据所述压力调整氨气驱增压泵和重整气气驱增压泵换向阀换向，维持共轨的高压环境。
ECU模块4依据喷射压力对发动机性能影响的标定结果控制混合罐低压管路的电动减压阀26将高压降至低压，实现混合罐的高压和低压燃油供给。
ECU模块5依据发动机水温、转速和油门开度，控制所述双直喷喷射器7实现重整气单燃料高压喷射、氨氢融合双燃料高压喷射、氨氢融合双燃料低压喷射，随后控制所述火花塞8点火。
本发明控制的具体操作过程为：
步骤1、冷启动时，排气管温度低和重整器电加热装置加热速率慢，重整器温度较低难以将氨催化转化为氢，此时采用所述重整气罐16内储存的重整气为发动机供给燃料，利用空气储气罐13内储存的空气驱动所述重整气气驱增压泵19对燃料增压。所述ECU单元35控制所述重整气电动流量调节阀23全开、所述氨电动流量调节阀22全关，仅有重整气流入所述混合罐27，此时，所述混合罐27为重整气的高压单燃料。ECU单元35依据发动机油门开度控制双直喷喷射器7喷射高压重整气，随后控制所述火花塞8点火，燃烧室内可燃混合气顺利着火。
步骤2、冷启动结束，进入暖机阶段时，低排气温度和重整器电加热装置作用下，重整器温度有所提高但仍较低，所述ECU单元35控制所述重整器电动流量调节阀30较小开度，少量氨进入所述重整器33催化转化为氢；发动机运行的同时利用排气压气机来压缩空气，为所述的氨气驱增压泵17和所述的重整气气驱增压泵19持续提供压缩空气；所述ECU单元35依据混合罐的成分传感器28反馈的燃料成分调节所述重整气电动流量调节阀23和氨电动流量调节阀22的开度，保持氢氨能量掺混比为7.5％，此时，混合罐内为氨和重整气的高压融合燃料；ECU单元35减小混合罐低压管路上的电动减压阀26的开度为所述双直喷喷射器7供给低压燃料，混合罐高压管路直接为所述双直喷喷射器7供给高压燃料；ECU单元35依据发动机转速和油门开度控制双直喷喷射器7独立喷射高压和低压的氨氢融合双燃料，随后控制所述的火花塞8点火，燃烧室内可燃混合气顺利着火。
步骤3、暖机阶段结束，发动机正常运行时，高排气温度和重整器电加热装置作用下，重整器温度较高，所述ECU单元35控制所述重整器电动流量调节阀30较大开度，大量氨进入所述重整器33催化转化为氢；同时，所述排气压气机10和车载压气机11压缩空气，为所述的氨气驱增压泵17和所述的重整气气驱增压泵19持续提供压缩空气；气驱增压泵分别对氨和重整气独立增压，ECU单元35依据混合罐的成分传感器28反馈的燃料成分调节所述重整气电动流量调节阀23和氨电动流量调节阀22的开度，保持氢氨能量掺混比为7.5％，此时，混合罐内为氨和重整气的高压融合燃料；ECU单元35减小混合罐低压管路上电动减压阀26的开度为所述双直喷喷射器7供给低压燃料，混合罐高压管路直接为双直喷喷射器8供给高压燃料；ECU单元35依据发动机转速和油门开度控制双直喷喷射器8独立喷射高压和低压的氨氢融合双燃料，随后控制火花塞点火，燃烧室内可燃混合气顺利着火。
综上，本发明采用双直喷喷射器实现燃料的高低压灵活喷射，还可实现氨重整气单燃料喷射和氨氢融合燃料的双喷射，利用氨重整制氢子系统在线提供氢燃料，并采用能量回收子系统作为动力源来驱动气驱增压泵提高燃料供给压力。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，其特征在于：包括发动机子系统(1)、能量回收子系统(2)、燃料增压供给子系统(3)、氨重整制氢子系统(4)和电控子系统(5)；
所述发动机子系统(1)包括发动机本体(6)，双直喷喷射器(7)和火花塞(8)，所述双直喷喷射器(7)和火花塞(8)安装在发动机缸盖中间位置，所述双直喷喷射器(7)内部设有两条分别通向燃烧室的低压燃料通道(702)和高压燃料通道(703)，实现重整气单燃料高压喷射、氨氢融合双燃料低压喷射、氨氢融合双燃料高压喷射；
所述能量回收子系统包括排气涡轮机(9)、排气压气机(10)、可回收制动能量的车载压气机(11)和空气储气罐(13)；所述排气压气机(10)的旋转是利用排气动能驱动的，所述排气压气机(10)将大气中空气压缩进所述空气储气罐(13)中，所述车载压气机(11)的旋转是利用刹车动能驱动的，自所述排气压气机(10)连接至所述空气储气罐(13)及自所述车载压气机(11)连接至所述空气储气罐(13)的连接管路上均分别安装一单向阀；
所述燃料增压供给子系统(3)包括氨罐(15)、氨高压共轨(24)、重整气罐(16)、重整气高压共轨(24)、混合罐(27)和两台气驱增压泵，所述两台气驱增压泵包括连接在所述氨罐(15)排气口与所述氨高压共轨(24)进口之间管路A上的氨气驱增压泵(17)和连接在所述重整气罐(16)的排气口与所述重整气高压共轨(24)进口之间管路B上的重整气气驱增压泵(19)；所述氨气驱增压泵(17)设有氨泵换向阀(18)，所述重整气气驱增压泵(19)设有重整气气泵换向阀(20)，管路A和管路B上均分别设有单向阀；所述氨高压共轨(24)和所述重整气高压共轨(24)的出口分别通过连接管路连接至所述的混合罐(27)，两条连接管路上均设有气体电动流量调节阀，所述混合罐(27)内设有用以检测氨氢掺混比的成分传感器(28)，自所述混合罐(27)分别连接出两条管路，一条是连接至所述双直喷喷射器(7)的高压燃料通道(703)的混合罐高压管路，另一条是连接至所述双直喷喷射器(7)的低压燃料通道(702)的混合罐低压管路，所述混合罐低压管路上装有电动减压阀(26)；
所述氨重整制氢子系统(4)包括安装于发动机排气管外壁的重整器(33)，所述重整器(33)内部装有催化剂，外部装有重整器电加热装置(34)；所述重整气罐(16)设有重整气成分及含量传感器(32)，自所述氨罐(15)至所述重整器(33)进口的连接管路上依次设有重整器电动流量调节阀(30)和单向阀(31)；所述重整器(33)出口与所述重整气罐(16)进口之间的连接管路上设有单向阀；
所述电控子系统包括ECU单元，发动机排气管上设有排气温度传感器(29)，所述氨高压共轨(24)和所述重整气高压共轨(25)均分别配置有压力传感器；
所述排气温度传感器(29)、重整器电加热装置(34)、氨泵换向阀(18)、重整气气泵换向阀(20)、重整器电动流量调节阀(30)、氨电动流量调节阀(22)、重整气电动流量调节阀(23)、成分传感器(28)、氨泵换向阀(18)、重整气气泵换向阀(20)、重整气成分及含量传感器(32)、氨高压共轨(24)和重整气高压共轨(25)配置的压力传感器、双直喷喷射器(7)、火花塞(8)和电动减压阀(26)均与所述的ECU单元(35)相连。
2.根据权利要求1所述的灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，其特征在于：所述空气储气罐(13)上安装有安全阀(14)，用以保证空气储气罐(13)的压力维持在安全压力范围内。
3.根据权利要求1所述的灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，其特征在于：所述空气储气罐(13)负责收集储存高压空气并为下游的所述氨气驱增压泵(17)和重整气气驱增压泵(19)供给空气。
4.根据权利要求1所述的灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，其特征在于：所述燃料增压供给子系统(3)中，通过控制两个气体电动流量调节阀的开度为所述混合罐供给不同量的氨和重整气，实现混合罐重整气单燃料和氨氢融合双燃料的供给，且双燃料供给时掺混比可调。
5.根据权利要求1所述的灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统，其特征在于：所述氨重整制氢子系统(4)中，来自所述氨罐(15)的氨经过所述重整器电动流量调节阀(30)调节流量后流入所述重整器(33)，氨在所述重整器(33)内催化裂解后分解成氢气和氮气，经过单向阀流入所述重整气罐(16)，随后被所述重整气气驱增压泵(19)吸入泵体内。
6.一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统的控制策略，其特征在于，如权利要求1至5任一所述的氨氢发动机燃烧系统的控制，包括：
所述排气温度传感器(29)将排气温度反馈至所述ECU单元(35)，所述重整气成分及含量传感器(32)将重整气罐(16)内重整气成分及含量反馈至所述ECU单元(35)，所述ECU单元(35)依据排气温度和重整气罐(16)内重整气成分及含量计算目标重整气量，进而调整所述重整器电动流量调节阀(30)的开度和所述重整器电加热装置(34)的开关，控制流入所述重整器(33)的氨流量及氨的分解程度；
所述成分传感器(28)将所述混合罐(27)内燃料成分反馈至所述ECU单元(35)，所述ECU单元(35)依据发动机水温和燃料成分来调整氨电动流量调节阀(22)和重整气电动流量调节阀(23)的开度，保证混合罐重整气单燃料或氨氢融合双燃料供给，且双燃料供给时氢氨能量掺混比为7.5％，保持最佳燃烧热效率状态；
设置在所述氨高压共轨(24)和所述重整气高压共轨(25)上的压力传感器检测各自共轨内燃料的压力，所述ECU单元(35)依据所述压力调整氨气驱增压泵和重整气气驱增压泵换向阀换向，维持共轨的高压环境；
所述ECU单元(35)依据喷射压力对发动机性能影响的标定结果控制混合罐低压管路的电动减压阀(26)将高压降至低压，实现混合罐的高压和低压燃油供给；
所述ECU单元(35)依据发动机水温、转速和油门开度，控制所述双直喷喷射器(7)实现重整气单燃料高压喷射、氨氢融合双燃料高压喷射、氨氢融合双燃料低压喷射，随后控制所述火花塞(8)点火。
7.根据权利要求6所述的控制策略，其特征在于，冷启动时，实现重整气单燃料喷射；暖机阶段或是发动机正常运行时，实现氨氢融合双燃料喷射。
8.根据权利要求7所述的控制策略，其特征在于，冷启动时，采用所述重整气罐(16)内储存的重整气为发动机供给燃料，利用空气储气罐(13)内储存的空气驱动所述重整气气驱增压泵(19)对燃料增压；所述ECU单元(35)控制所述重整气电动流量调节阀(23)全开、所述氨电动流量调节阀(22)全关，仅有重整气流入所述混合罐(27)，此时，所述混合罐(27)为重整气的高压单燃料；ECU单元(35)依据发动机油门开度控制双直喷喷射器(7)喷射高压重整气，随后控制所述火花塞(8)点火，燃烧室内可燃混合气顺利着火。
9.根据权利要求7所述的控制策略，其特征在于，冷启动结束，进入暖机阶段时，所述ECU单元(35)控制所述重整器电动流量调节阀(30)较小开度，少量氨进入所述重整器(33)催化转化为氢；发动机运行的同时利用排气压气机来压缩空气，为所述的氨气驱增压泵(17)和所述的重整气气驱增压泵(19)持续提供压缩空气；所述ECU单元(35)依据混合罐的成分传感器(28)反馈的燃料成分调节所述重整气电动流量调节阀(23)和氨电动流量调节阀(22)的开度，保持氢氨能量掺混比为7.5％，此时，混合罐内为氨和重整气的高压融合燃料；ECU单元(35)减小混合罐低压管路上的电动减压阀(26)的开度为所述双直喷喷射器(7)供给低压燃料，混合罐高压管路直接为所述双直喷喷射器(7)供给高压燃料；ECU单元(35)依据发动机转速和油门开度控制双直喷喷射器(7)独立喷射高压和低压的氨氢融合双燃料，随后控制所述的火花塞(8)点火，燃烧室内可燃混合气顺利着火。
10.根据权利要求7所述的控制策略，其特征在于，暖机阶段结束，发动机正常运行时，所述ECU单元(35)控制所述重整器电动流量调节阀(30)较大开度，大量氨进入所述重整器(33)催化转化为氢；同时，所述排气压气机(10)和车载压气机(11)压缩空气，为所述的氨气驱增压泵(17)和所述的重整气气驱增压泵(19)持续提供压缩空气；ECU单元(35)依据混合罐的成分传感器(28)反馈的燃料成分调节所述重整气电动流量调节阀(23)和氨电动流量调节阀(22)的开度，保持氢氨能量掺混比为7.5％，此时，混合罐内为氨和重整气的高压融合燃料；ECU单元(35)减小混合罐低压管路上电动减压阀(26)的开度为所述双直喷喷射器(7)供给低压燃料，混合罐高压管路直接为双直喷喷射器(8)供给高压燃料；ECU单元(35)依据发动机转速和油门开度控制双直喷喷射器(8)独立喷射高压和低压的氨氢融合双燃料，随后控制火花塞点火，燃烧室内可燃混合气顺利着火。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311387740.0A CN117404209A (zh) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | 一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311387740.0A CN117404209A (zh) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | 一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117404209A true CN117404209A (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=89495800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311387740.0A Pending CN117404209A (zh) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | 一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117404209A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118008598A (zh) * | 2024-04-09 | 2024-05-10 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种氨发动机系统的控制方法及车辆 |
-
2023
- 2023-10-25 CN CN202311387740.0A patent/CN117404209A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118008598A (zh) * | 2024-04-09 | 2024-05-10 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种氨发动机系统的控制方法及车辆 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112901339B (zh) | 基于氨热解装置的直喷天然气发动机系统及其控制方法 | |
| US10233871B2 (en) | Air-enriched gaseous fuel direct injection for an internal combustion engine | |
| CN114183275B (zh) | 基于氢气起燃的氨氢混合气动力系统及运行控制方法 | |
| CN109113880B (zh) | 一种甲醇/醇氢燃料内燃机的燃烧组织方法及其应用 | |
| CN113202638A (zh) | 近零排放液氨-柴油双燃料供给系统 | |
| CA2847630C (en) | Method and system for operating gaseous-fuelled direct injection internal combustion engine | |
| CN117404209A (zh) | 一种灵活燃料喷射的氨氢发动机燃烧系统及控制策略 | |
| CN111197532A (zh) | 一种氢气/甲醇复合燃料发动机 | |
| RU2446294C2 (ru) | Система питания двигателя внутреннего сгорания и способ ее работы | |
| US9353678B2 (en) | Reformer enhanced alcohol engine | |
| CN111520258B (zh) | 一种压燃式甲醇发动机燃烧系统及控制方法 | |
| CN217440153U (zh) | 一种喷射液氨的氢气-液氨双燃料发动机 | |
| CN114562397B (zh) | 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 | |
| CN107701299B (zh) | 一种驱动车辆发动机启动或/和运行的方法及发动机 | |
| CN214997915U (zh) | 增程器用氢气乙醇发动机 | |
| WO2021217601A1 (zh) | 一种压燃式甲醇发动机燃烧系统及控制方法 | |
| EP1491741B1 (en) | Acetylene-based addition for homogeneous-charge compression ignition (HCCI) engine operation | |
| US20160290258A1 (en) | Method and system for reducing engine nox emissions by fuel dilution | |
| CN114810433B (zh) | 氨氢融合内燃机燃料供给与喷火点火系统及电控方法 | |
| CN115306603B (zh) | 燃料低温重整装置及其重整气控制方法 | |
| CN115370468A (zh) | 喷射液氨的氢气-液氨双燃料发动机 | |
| CN118008588A (zh) | 一种氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统 | |
| CN116641815A (zh) | 一种基于氨燃料内燃机的动力系统及其控制方法 | |
| CN116220957A (zh) | 氨醇发动机系统及其燃料供给控制方法 | |
| CN117404172A (zh) | 一种基于氨氢高压双直喷的预燃室系统及控制方法 |
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 |