一种采用氨气和氢气双燃料的发动机的控制方法

1.本发明涉及发动机领域，尤其涉及采用氨气和氢气双燃料的发动机的控制方法。


背景技术：

2.传统柴油发动机在工作过程中，柴油通过缸内直喷喷油器喷入发动机气缸中，与空气混合并在气缸内燃烧后，残余废气通过排气管排出发动机。由于柴油挥发性较差，难以与空气形成均匀混合气，燃烧不完全，又因为柴油是碳基燃料，因此，传统柴油机油耗与碳排放较高。
3.采用无碳燃料发动机技术是解决上述问题的一种主要方法，而氨气发动机与氢气发动机是目前主要的无碳燃料发动机，然而单一的氨气发动机与氢气发动机都存在着一定的问题，例如单一的氨气发动机中(王洋,周小虎,刘龙.一种氨燃料发动机供给系统[p]. cn114183242a.)存在燃点及最小点火能量较高、燃烧速度慢和燃烧温度低等问题，单一的氢气发动机中(韩令海，张宇璠，马赫阳，钱丁超，李春雨，王占峰，黄平慧，李华，宫艳峰.氢气发动机系统、车辆和氢气发动机系统的控制方法[p].cn114320581a.)又会存在氢气储存运输，以及由于氢气不同于其他燃料性质而造成的发动机气缸中不正常燃烧的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种能够摆脱发动机对化石燃料的依赖，可以最大限度降低发动机能耗与碳排放的采用氨气和氢气双燃料的发动机的控制方法。
[0005]
为了达到上述目的，本发明的一种采用氨气和氢气双燃料的发动机的控制方法，包括以下步骤：
[0006]
步骤一、安装采用氨气和氢气的双燃料发动机，双燃料发动机包括开在发动机缸盖上的预燃室安装孔和氨气喷嘴安装孔，氨气喷嘴的喷气出口安装在氨气喷嘴安装孔中，预燃室的前端安装在所述的预燃室安装孔中，在所述的预燃室中安装有氢气喷嘴以及点燃氢气用的火花塞；所述的氨气喷嘴通过安装有第一阀门以及第二阀门的氨气管道与液氨罐连通，氢气管道的一端穿过预燃室与所述的氢气喷嘴连通并且另一端依次连接缓冲罐、氨重整制氢设备、第三阀门以及位于第一阀门和第二阀门之间的氨气管道，所述的氢气喷嘴、氨气喷嘴、氨重整制氢设备、第一阀门、第二阀门与第三阀门与发动机电子控制单元相连；
[0007]
步骤二、发动机处于低速中小负荷或怠速工况时，发动机电子控制单元向第二阀门、第三阀门、氨重整制氢设备与氢气喷嘴输出控制信号调控氢气的喷射量，使得预燃室内的当量比为0.1-0.7，所述的当量比是指预燃室内的实际的氢气量与空气量的比值除以理论当量比；发动机电子控制单元向第一阀门与氨气喷嘴输出控制信号，发动机每个工作循环氨气的喷气量范围为20-40毫克；
[0008]
发动机处于高速大负荷工况时，发动机电子控制单元向第二阀门、第三阀门、氨重整制氢设备与氢气喷嘴输出控制信号调控氢气的喷射量，发动机每个工作循环氢气的喷气
量范围在5-10毫克；发动机电子控制单元向第一阀门与氨气喷嘴输出控制信号，控制发动机每个工作循环氨气的喷气量范围在150-200毫克。
[0009]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0010]
能够有效解决氨燃料由于汽化潜热高、辛烷值高带来的着火困难的问题，同时能够解决氢燃料难以储存和运输的问题。
附图说明
[0011]
附图1是一种采用氨气和氢气双燃料发动机控制方法采用的装置结构示意图。
具体实施方式
[0012]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
[0013]
本发明如附图所示，一种采用氨气和氢气双燃料的发动机的控制方法，包括以下步骤：
[0014]
步骤一、安装采用氨气和氢气的双燃料发动机，双燃料发动机包括开在发动机缸盖上的预燃室安装孔和氨气喷嘴安装孔，氨气喷嘴5的喷气出口安装在氨气喷嘴安装孔中，预燃室 2的前端安装在所述的预燃室安装孔中，在所述的预燃室2中安装有氢气喷嘴3以及点燃氢气用的火花塞4；所述的氨气喷嘴5通过安装有第一阀门9以及第二阀门10的氨气管道与液氨罐11连通，氢气管道的一端穿过预燃室2与所述的氢气喷嘴3连通并且另一端依次连接缓冲罐6、氨重整制氢设备7、第三阀门8以及位于第一阀门9和第二阀门10之间的氨气管道。所述的氢气喷嘴3、氨气喷嘴5、氨重整制氢设备7、第一阀门9、第二阀门10与第三阀门8 与发动机电子控制单元相连。所述的双燃料发动机在现有发动机基础上改进即可，没有改进部分采用现有结构。所述的氨重整制氢设备采用现有的氨制氢设备即可，如可以参见发明人为：张桐，张军林，张涵,钟浩.公开号为cn113896169a，发明名称为“一种液氨制氢系统”的中国专利。
[0015]
步骤二、发动机处于低速中小负荷或怠速工况时，由于氨活性低、汽化潜热大与火焰速度低的特点，易导致发动机运行不稳定甚至失火。此时，可以通过氨重整制氢设备在线产生的氢气作为发动机的主要燃料，氨作为辅助燃料提供动力输出；发动机电子控制单元向第二阀门10、第三阀门8、氨重整制氢设备7与氢气喷嘴3输出控制信号调控氢气的喷射量，使得预燃室2内的当量比约为0.1-0.7(如可以为0.1、0.3、0.5、0.7等)，所述的当量比是指预燃室内的实际的氢气量与空气量的比值除以理论当量比；发动机电子控制单元向第一阀门9 与氨气喷嘴5输出控制信号，发动机每个工作循环氨气的喷气量范围为20-40毫克(如可以为20毫克、25毫克、30毫克、40毫克等)，发动机四个工作冲程为进气、压缩、做功、膨胀，四冲程为一个循环。
[0016]
发动机处于高速大负荷工况时，缸内压力和温度较高，因此，可以采用氨作为发动机的主要燃料，由预燃室的氢气射流火焰引燃主燃室12中的氨，从而实现氨的压缩着火。此时，发动机电子控制单元向第二阀门10、第三阀门8、氨重整制氢设备7与氢气喷嘴3输出控制信号调控氢气的喷射量，发动机每个工作循环氢气的喷气量范围在5-10毫克(如可以为5毫克、6毫克、8毫克、10毫克等)；发动机电子控制单元向第一阀门9与氨气喷嘴5输出控制信号，控制发动机每个工作循环氨气的喷气量范围在150-200毫克(如可以为150毫克、160 毫
克、180毫克、200毫克等)。
[0017]
以上所述的不同负荷下的氨喷气量与氢喷气量可以通过对发动机电子控制单元进行提前标定，得出map图后，再根据不同负荷工况对氨喷气量与氢喷气量进行调整修正。本方法适用于传统柴油发动机，一般发动机小负荷的油量大约为每循环20-30毫克当量柴油，大负荷大约在每循环100毫克当量柴油左右，这里的当量柴油可以通过柴油、氢气与氨气的热值换算得出。
[0018]
对本领域的技术人员来说，以上所描述实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，它能够以其他具体形式实现而不背离本发明的基本特征。从任何一个角度来看，这些实施例都应被视为示范性的和非限制性的。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。


技术特征：
1.一种采用氨气和氢气双燃料的发动机的控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、安装采用氨气和氢气的双燃料发动机，双燃料发动机包括开在发动机缸盖上的预燃室安装孔和氨气喷嘴安装孔，氨气喷嘴的喷气出口安装在氨气喷嘴安装孔中，预燃室的前端安装在所述的预燃室安装孔中，在所述的预燃室中安装有氢气喷嘴以及点燃氢气用的火花塞；所述的氨气喷嘴通过安装有第一阀门以及第二阀门的氨气管道与液氨罐连通，氢气管道的一端穿过预燃室与所述的氢气喷嘴连通并且另一端依次连接缓冲罐、氨重整制氢设备、第三阀门以及位于第一阀门和第二阀门之间的氨气管道，所述的氢气喷嘴、氨气喷嘴、氨重整制氢设备、第一阀门、第二阀门与第三阀门与发动机电子控制单元相连；步骤二、发动机处于低速中小负荷或怠速工况时，发动机电子控制单元向第二阀门、第三阀门、氨重整制氢设备与氢气喷嘴输出控制信号调控氢气的喷射量，使得预燃室内的当量比为0.1-0.7，所述的当量比是指预燃室内的实际的氢气量与空气量的比值除以理论当量比；发动机电子控制单元向第一阀门与氨气喷嘴输出控制信号，发动机每个工作循环氨气的喷气量范围为20-40毫克；发动机处于高速大负荷工况时，发动机电子控制单元向第二阀门、第三阀门、氨重整制氢设备与氢气喷嘴输出控制信号调控氢气的喷射量，发动机每个工作循环氢气的喷气量范围在5-10毫克；发动机电子控制单元向第一阀门与氨气喷嘴输出控制信号，控制发动机每个工作循环氨气的喷气量范围在150-200毫克。

技术总结
本发明公开了一种采用氨气和氢气双燃料的发动机的控制方法，主要包含发动机、预燃室、氢气喷嘴、火花塞、缓冲罐、重整器、阀门、氨气喷嘴等。发动机处于低速中小负荷或怠速工况时，发动机电子控制单元控制预燃室内氢气与空气的当量比为0.1-0.7，并控制发动机每个工作循环氨气的喷气量范围为20-40毫克；发动机处于高速大负荷工况时，发动机电子控制单元控制发动机每个工作循环氢气的喷气量范围在5-10毫克，并控制发动机每个工作循环氨气的喷气量范围在150-200毫克。本方法能够有效解决氨燃料由于汽化潜热高、辛烷值高带来的着火困难的问题，同时能够解决氢燃料难以储存和运输的问题。题。题。


技术研发人员：刘海峰 文铭升 王灿 崔雁清 明镇洋 丰雷 尧命发
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.06.17
技术公布日：2022/8/8