氨氢融合内燃机系统及其燃料供给控制方法

本发明涉及内燃机，尤其涉及一种氨氢融合内燃机系统及其燃料供给控制方法。

背景技术：

1、氨作为氢的优良载体引起国际能源领域广泛关注，“氨氢融合”有利于应对单一氢能利用在运输、存储、车载、安全、成本等方面的技术挑战。

2、氨作为内燃机的替代燃料，其液化压力低，储存运输方便；已大规模应用于农业和工业，配套基础设施完善，因而具有较高的推广可行性。此外，氨燃料在生产与使用过程无碳排放，能够显著降低化石燃料对外依赖度。然而，氨作为燃料也有着火难、燃烧速度慢、可燃范围较窄等缺点。氢气是一种点火能量低、燃烧速度高的易燃气体，向氨气中添加氢气可以促进燃烧，氨/空气混合燃气中添加氢气可以显著加速氨的燃烧速度并扩大可燃性范围。

3、传统内燃机的火花塞点火方式点火能量低且引燃面积较小，无法适用于氨氢融合燃料内燃机。

技术实现思路

1、本发明提供一种氨氢融合内燃机系统，解决了氨在发动机中着火难，燃烧慢和大负荷爆震的技术问题。

2、本发明另一方面实施例还提供一种氨氢融合内燃机系统的燃料供给控制方法。

3、本发明提供一种氨氢融合内燃机系统，包括：

4、缸套，所述缸套内部形成有主燃室，所述主燃室内设有与其滑动配合的活塞；

5、缸盖，所述缸盖盖合于所述缸套的端口，所述缸盖上设有预燃室，所述预燃室上设有至少一个射流喷孔，所述射流喷孔的出口端位于所述主燃室内；

6、氨喷射器，所述氨喷射器的出口端与所述主燃室连通；

7、氢喷射器，所述氢喷射器的出口端与所述预燃室连通；

8、火花塞，所述火花塞的点火电极位于所述预燃室内；

9、进气道，所述进气道与所述主燃室连通；

10、出气道，所述出气道与所述主燃室连通。

11、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，所述缸盖上设有氢射流通道，所述氢射流通道的一端与所述氢喷射器的出口端连通，所述氢射流通道的另一端与所述预燃室连通。

12、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，所述氢射流通道直径为0.5-2毫米。

13、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，所述预燃室与所述主燃室同轴设置，所述预燃室上均布设有多个所述射流喷孔。

14、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，所述氨喷射器的出口端位于所述进气道内或所述主燃室内。

15、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，所述缸盖上设有第一安装槽、第二安装槽、第三安装槽、第四安装槽和第五安装槽，所述氨喷射器设置在所述第一安装槽内，所述火花塞和所述预燃室设置在所述第二安装槽内，所述氢喷射器设置在所述第三安装槽内，所述进气道设置在所述第四安装槽内，所述出气道设置在所述第五安装槽内。

16、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，所述第一安装槽、所述第二安装槽和所述第三安装槽的开口位于所述缸盖的顶壁上，所述第四安装槽和所述第五安装槽的开口位于所述缸盖的侧壁或顶壁上。

17、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，所述射流喷孔的孔径为0.5-2毫米。

18、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，在所述活塞位于上止点的情况下，所述预燃室的体积为所述主燃室的体积的2-4％。

19、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，还包括氨燃料存储装置和氢燃料存储装置，所述氨喷射器通过第一管路与所述氨燃料存储装置连接，所述氢喷射器通过第二管路与所述氢燃料存储装置连接，所述第一管路和所述第二管路上分别设有减压阀。

20、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统，还包括控制器，所述控制器可发出对所述氨喷射器、所述氢喷射器和所述火花塞的控制指令。

21、本发明还提供一种基于如上任一项所述的氨氢融合内燃机系统的燃料供给控制方法，包括：

22、获取发动机的实时工况信号；

23、判断所述实时工况信号为启动工况、第一负荷工况、第二负荷工况和第三负荷工况中的何种工况，所述第一负荷工况、所述第二负荷工况和所述第三负荷工况负荷逐渐增加；

24、根据所述实时工况信号所对应的工况种类分别发出对所述氨喷射器和所述氢喷射器的控制指令。

25、根据本发明提供的氨氢融合内燃机系统的燃料供给控制方法，所述根据所述实时工况信号发出分别对所述氨喷射器和所述氢喷射器的控制指令，包括：

26、在所述实时工况信号为启动工况或第一负荷工况的情况下，控制所述氢喷射器在进气行程和压缩行程分别进行喷射；

27、在所述实时工况信号为第二负荷工况的情况下，控制所述氨喷射器在进气行程进行喷射，控制所述氢喷射器在进气行程和压缩行程分别进行喷射；

28、在所述实时工况信号为第三负荷工况的情况下，控制所述氨喷射器在进气行程进行喷射，控制所述氢喷射器在压缩行程进行喷射。

29、本发明提供的氨氢融合内燃机系统，通过设置预燃室及其射流喷孔的结构，点火时，可以产生至少一个高活性火焰射流，相比于传统火花塞点火的方式，火焰射流引燃方式点火能量高且引燃面积大，可以快速引燃主燃室内的氨气/空气混合气，进一步加速了氨气在主燃室中的燃烧速度，改善了氨气在发动机中不易点燃且燃烧速度慢的情况，并解决了发动机稀薄燃烧条件下燃烧不稳定的问题。

30、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。

技术特征：

1.一种氨氢融合内燃机系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，所述缸盖上设有氢射流通道，所述氢射流通道的一端与所述氢喷射器的出口端连通，所述氢射流通道的另一端与所述预燃室连通。

3.根据权利要求2所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，所述氢射流通道直径为0.5-2毫米。

4.根据权利要求1所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，所述预燃室与所述主燃室同轴设置，所述预燃室上均布设有多个所述射流喷孔。

5.根据权利要求1所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，所述氨喷射器的出口端位于所述进气道内或所述主燃室内。

6.根据权利要求1所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，所述缸盖上设有第一安装槽、第二安装槽、第三安装槽、第四安装槽和第五安装槽，所述氨喷射器设置在所述第一安装槽内，所述火花塞和所述预燃室设置在所述第二安装槽内，所述氢喷射器设置在所述第三安装槽内，所述进气道设置在所述第四安装槽内，所述出气道设置在所述第五安装槽内。

7.根据权利要求6所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，所述第一安装槽、所述第二安装槽和所述第三安装槽的开口位于所述缸盖的顶壁上，所述第四安装槽和所述第五安装槽的开口位于所述缸盖的侧壁或顶壁上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，所述射流喷孔的孔径为0.5-2毫米。

9.根据权利要求1-7任一项所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，在所述活塞位于上止点的情况下，所述预燃室的体积为所述主燃室的体积的2-4％。

10.根据权利要求1-7任一项所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，还包括氨燃料存储装置和氢燃料存储装置，所述氨喷射器通过第一管路与所述氨燃料存储装置连接，所述氢喷射器通过第二管路与所述氢燃料存储装置连接，所述第一管路和所述第二管路上分别设有减压阀。

11.根据权利要求1-7任一项所述的氨氢融合内燃机系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器可发出对所述氨喷射器、所述氢喷射器和所述火花塞的控制指令。

12.一种基于如权利要求1-11任一项所述的氨氢融合内燃机系统的燃料供给控制方法，其特征在于，包括：

13.根据权利要求12所述的氨氢融合内燃机系统的燃料供给控制方法，其特征在于，所述根据所述实时工况信号发出分别对所述氨喷射器和所述氢喷射器的控制指令，包括：

技术总结
本发明提供一种氨氢融合内燃机系统及其燃料供给控制方法，上述氨氢融合内燃机系统包括：缸套，所述缸套内部形成有主燃室，所述主燃室内设有与其滑动配合的活塞；缸盖，所述缸盖盖合于所述缸套的端口，所述缸盖上设有预燃室，所述预燃室上设有至少一个射流喷孔，所述射流喷孔的出口端位于所述主燃室内；氨喷射器，所述氨喷射器的出口端与所述主燃室连通；氢喷射器，所述氢喷射器的出口端与所述预燃室连通；火花塞，所述火花塞的点火电极位于所述预燃室内；进气道，所述进气道与所述主燃室连通；出气道，所述出气道与所述主燃室连通。解决了氨在发动机中着火难，燃烧慢和大负荷爆震的技术问题。

技术研发人员：王志,林哲龙,刘尚,王巍,刘奕
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13