CN111255560B - 一种氢氨双燃料活塞机及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种氢氨双燃料活塞机及控制方法,具体涉及一种氢气/氨气双燃料燃烧的活塞发动机及控制方法,属于内燃机控制领域。主要包括电控氢气喷射***,电控汽油喷射***与电控空气供给***等。ECU(E)通过转速传感器(17)传递来的信号17(S17),依据转速大小对空气体积流量控制器(3)、氨气体积流量控制器(7)、氢气体积流量控制器(12)控制,使发动机在适合的氨氢混合比下混合燃烧。同时,氨气与排气管路上SCR后处理连接,极大的消除了尾气中氮氧化物的排放。
Description
技术领域
一种氢氨双燃料活塞机及控制方法,具体涉及一种氢气/氨气双燃料混合燃烧活塞发动机及控制方法,属于内燃机领域。
背景技术
温室效应使得全球变暖、水平面升高带来的危害也越来越为人们关注,如何减少温室气体的排放也逐渐成为世界关心的重点,而如何降低作为温室气体的主要贡献者——碳氢燃料发动机的排放则成为重中之重。
故而本申请设计了一种以氨气/氢气为燃料的双燃料发动机及控制方法,通过燃烧无碳燃料——氨气、氢气,从而减少二氧化碳等温室气体的排放,同时,氨气输入到SCR后处理***中,减少了氮氧化物的排放。此外,为了克服氨气燃烧速度慢,点火难的缺点,采用掺混氢燃烧的方法进行解决,
发明内容
为了改善发动机的排放,减少温室气体的产出,本申请提供了一种氨气/氢气双燃料活塞机,通过优化燃烧,实现节能减排的目的。
本发明解决上述技术问题是通过以下技术方案解决的:
一种氢氨双燃料活塞机及控制方法,涉及一种氢气/氨气双燃料燃烧的活塞发动机及控制方法,包括:空气供给管路(P1)上依次串联有:大气(1)、节气门(2)、空气体积流量控制器(3)、空气滤清器(4);氨气供给管路(P2)上依次串联有:氨气罐(5)、氨气管路减压阀(6)、氨气体积流量控制器(7)、氨气滤清器(8)、氨气喷嘴(9),氨气经过氨气喷嘴(9)喷入进气道与空气混合进入缸内;氢气供给管路(P3)上依次串联有:氢气罐(10)、氢气管路减压阀(11)、氢气体积流量控制器(12)、氢气滤清器(13)、氢气喷嘴(14),氢气经氢气喷嘴(14)直接喷入缸内进行燃烧;气缸(15);排气管路(P4),其上有SCR后处理器(16);氨气输送管(P5),氨气输送管(P5)连接至SCR后处理器(16);转速传感器(17);ECU(E),ECU(E)与节气门(2)、氨气体积流量控制器(7)、氢气体积流量控制器(12)和转速传感器(17)间存在信号交互,且分别为信号3(S3)、信号7(S7)、信号12(S12)、信号17(S17)。
通过调节节气门开度(2)使空气流入进气道,并通过空气滤清器(4)净化后流入缸内;同时,打开氨气减压阀(6),通过调节氨气体积流量控制器(7),并通过氨气滤清器(8),经氨气喷嘴(9)进入进气道与空气混合后进入气缸。当活塞运行至上止点前时氢气供给管路(P3)上的氢气体积流量控制器(12)控制一定量的氢气通过,并通过氢气喷嘴(14)直接喷入缸内,与氨气空气形成分层混合气。燃烧后的尾气通过排气管路(P4)排出,同时,氨气罐(5)输出一根氨气输送管路(P5)进入SCR后处理器(16),通过氨气对尾气中的氮氧化物进行催化还原。并且根据不同工况调节节气门(2)开度、氨气体积流量控制器(7)和氢气体积流量控制器(12)使整个过程中混合物的过量空气系数η维持在1.0-1.2之间。
氢气/氨气双燃料活塞机包括以下控制过程:
发动机ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速n从0变为非0后的3s内,此时为起动阶段,为了顺利起动以及减少排放物,采取氢氧加浓燃烧,ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气和空气流量,使燃烧过量空气系数η=0.9,浓燃起动;同时,ECU(E)输出信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7),使氨气流量为0。
发动机ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速0<n≤3000rpm,此时为中低转速运行阶段,采取氢空氨燃烧,同时因为此时处于中低速,因此采取低氢气比例掺混。ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气、空气和氨气流量,使混合物燃烧过量空气系数η=1,同时氢气占总燃料中的摩尔分数VH2=10%。
发动机ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速3000<n≤5500rpm,此时为高转速运行阶段,采取氢空氨燃烧,此时转速过高,会导致混合物燃烧时间过短,为加快燃烧过程,采取高氢气比例掺混。ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气、空气和氨气流量,使燃烧过量空气系数η=1,同时氢气占总燃料中的摩尔分数nH2=20%。
发动机ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速5500rpm<n时,此时转速过高,为保证安全性,采取氨气稀薄燃烧,以降低动力输出以降低转速至安全转速。ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)调节空气和氨气流量,使燃烧过量空气系数η=1.2,同时,ECU(E)输出信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),使氢气流量为0。
其中,燃烧过程混合物过量空气系数η=VO2/(VH2*0.5+VNH3*0.75),氢气占总燃料中的摩尔分数比nH2=VH2/(VH2+VNH3)。
附图说明
图1.本发明的结构和工作原理
图1中:空气供给管路(P1):大气(1)、节气门(2)、空气体积流量控制器(3)、空气滤清器(4);氨气供给管路(P2):氨气罐(5)、氨气管路减压阀(6)、氨气体积流量控制器(7)、氨气滤清器(8)、氨气喷嘴(9);氢气供给管路(P3):氢气罐(10)、氢气管路减压阀(11)、氢气体积流量控制器(12)、氢气滤清器(13)、氢气喷嘴(14);气缸(15);排气管路(P4):SCR后处理器(16);氨气输送管(P5);转速传感器(17);ECU(E):信号3(S3)、信号7(S7)、信号12(S12)、信号17(S17)。
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:
包括:空气供给管路(P1)上依次串联有:大气(1)、节气门(2)、空气体积流量控制器(3)、空气滤清器(4);氨气供给管路(P2)上依次串联有:氨气罐(5)、氨气管路减压阀(6)、氨气体积流量控制器(7)、氨气滤清器(8)、氨气喷嘴(9),氨气经过氨气喷嘴(9)喷入进气道与空气混合进入缸内;氢气供给管路(P3)上依次串联有:氢气罐(10)、氢气管路减压阀(11)、氢气体积流量控制器(12)、氢气滤清器(13)、氢气喷嘴(14),氢气经氢气喷嘴(14)直接喷入缸内进行燃烧;气缸(15);排气管路(P4),其上有SCR后处理器(16);氨气输送管(P5),氨气输送管(P5)连接至SCR后处理器(16);转速传感器(17);ECU(E),ECU(E)与节气门(2)、氨气体积流量控制器(7)、氢气体积流量控制器(12)和转速传感器(17)间存在信号交互,且分别为信号3(S3)、信号7(S7)、信号12(S12)、信号17(S17)。
发动机ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速n从0变为非0后的3s内,此时为起动阶段,为了顺利起动以及减少排放物,采取氢氧加浓燃烧,ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气和空气流量,使燃烧过量空气系数η=0.9,浓燃起动;同时,ECU(E)输出信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7),使氨气流量为0。
发动机ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速0<n≤3000rpm,此时为中低转速运行阶段,采取氢空氨燃烧,同时因为此时处于中低速,因此采取低氢气比例掺混。ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气、空气和氨气流量,使混合物燃烧过量空气系数η=1,同时氢气占总燃料中的摩尔分数VH2=10%。
发动机ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速3000<n≤5500rpm,此时为高转速运行阶段,采取氢空氨燃烧,此时转速过高,以致于混合物燃烧时间过短,为加快燃烧过程,采取高氢气比例掺混。ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气、空气和氨气流量,使燃烧过量空气系数η=1,同时氢气占总燃料中的摩尔分数nH2=20%。
发动机ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速5500rpm<n时,此时转速过高,为保证安全性,采取氨气稀薄燃烧,以降低动力输出以降低转速至安全转速。ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)调节空气和氨气流量,使燃烧过量空气系数η=1.2,同时,ECU(E)输出信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),使氢气流量为0。
其中,燃烧过程混合物过量空气系数η=VO2/(VH2*0.5+VNH3*0.75),氢气占总燃料中的摩尔分数比nH2=VH2/(VH2+VNH3)。
Claims (1)
1.控制一种氢氨双燃料活塞机的方法,活塞机包括:空气供给管路(P1)上依次串联有:大气(1)、节气门(2)、空气体积流量控制器(3)、空气滤清器(4);氨气供给管路(P2)上依次串联有:氨气罐(5)、氨气管路减压阀(6)、氨气体积流量控制器(7)、氨气滤清器(8)、氨气喷嘴(9),氨气经过氨气喷嘴(9)喷入进气道与空气混合进入缸内;氢气供给管路(P3)上依次串联有:氢气罐(10)、氢气管路减压阀(11)、氢气体积流量控制器(12)、氢气滤清器(13)、氢气喷嘴(14),氢气经氢气喷嘴(14)直接喷入缸内进行燃烧;气缸(15);排气管路(P4),其上有SCR后处理器(16);氨气输送管(P5),氨气输送管(P5)连接至SCR后处理器(16);转速传感器(17);ECU(E),ECU(E)与节气门(2)、空气体积流量控制器(3)、氨气体积流量控制器(7)、氢气体积流量控制器(12)和转速传感器(17)间存在信号交互,且分别为信号3(S3)、信号7(S7)、信号12(S12)、信号17(S17);
其特征在于:
ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速n从0变为非0后的3s内,此时为起动阶段,采取氢空燃烧,ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气及空气流量,使燃烧过量空气系数η=0.9,浓燃起动;同时,ECU(E)输出信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7),使氨气流量为0;
ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速0<n≤3000rpm,此时为中低转速运行阶段,采取氢空氨燃烧,ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气、空气和氨气流量,使燃烧过量空气系数η=1,同时氢气占总燃料中的摩尔分数nH2=10%;
ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速3000<n≤5500rpm,此时为高转速运行阶段,采取氢空氨燃烧,ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)和信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),调节氢气、空气和氨气流量,使燃烧过量空气系数η=1,同时氢气占总燃料中的摩尔分数nH2=20%;
ECU(E)接收来自转速传感器(17)的信号17(S17),当转速5500rpm<n时,此时转速过高,为保证安全性,采取氨空燃烧,ECU(E)分别输出信号3(S3)至节气门(2)、信号7(S7)至氨气体积流量控制器(7)调节空气和氨气流量,使燃烧过量空气系数η=1.2,同时,ECU(E)输出信号12(S12)至氢气体积流量控制器(12),使氢气流量为0;
其中,过量空气系数η=VO2/(VH2*0.5+VNH3*0.75),氢气占总燃料中的摩尔分数nH2=VH2/(VH2+VNH3)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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