【技术实现步骤摘要】
一种可实现氧气循环的氢氧涡轮发动机及控制方法
本专利技术提供一种可实现氧气循环的氢氧涡轮发动机及控制方法,具体内容涉及一种可实现氧气循环的氢氧涡轮发动机的燃料供给系统、氧气循环方式及控制。
技术介绍
四冲程发动机通过燃料在燃烧室内燃烧推动活塞下行做功,进而通过曲柄连杆机构将活塞往复运动转换为曲轴旋转运动将轴功输出。由于活塞运行时需要克服上下止点处的惯性力,因而曲柄连杆机构的机械效率受到限制。同时,从发动机排放角度出发,目前发动机排放控制中的难点在于控制NOx排放。虽然NOx排放可以通过机内和机外方式加以控制,但控制NOx的过程会导致发动机效率及动力性降低,以及整机成本增加等问题。发动机燃烧时NOx排放主要与空气中的N2相关,如果能够使燃烧时的氧化剂不含氮气,且采用无氮燃料燃烧,则发动机燃烧时的NOx排放势必为零,进而达到消除NOx排放的目的。采用纯氧气配合燃料燃烧可以实现发动机零NOx的目标,但如果采用烃类燃料,仍然需要增加后处理系统来对HC和CO等含碳排放进行进一步处理。从目前常用发动机燃料来看,以纯氢气和纯氧气在缸内燃烧的发动机研究及产品鲜有报道,这主要是因为纯氢气和纯氧气在预混条件下的燃烧具有燃烧速度级快、爆发压力过高等问题。因此在发动机燃烧条件下,将氢气和氧气预混后燃烧会导致发动机热负荷和机械负荷的明显增加。更为重要的是,将氢气和氧气提前预混会明显增加混合气回火的风险,从而造成严重的安全隐患。此外,纯氢和纯氧在理论过量空气系数附近的燃烧速度极高,因此利用纯氢、纯氧方式燃烧的发动机应在稀燃条件下进行,以避免发动机热负荷、机械负荷过大,但稀燃时又会有大 ...
【技术保护点】
1.一种可实现氧气循环的氢氧涡轮发动机,其特征在于:包括安装在氢氧涡轮发动机本体上的燃烧压力传感器(5)、火花塞(6)、一级涡轮(19)、二级涡轮(18)、安全阀(23)、液位传感器(24)、电控放水阀(25),氢氧涡轮发动机本体(26)中的燃烧室与一级涡轮腔体(30)通过一级喉管(21)喉管(21)连接,一级涡轮腔体(30)与二级涡轮腔体(31)通过二级喉管(22)连接,氢气喷嘴(27)和氧气喷嘴(28)及其所连接的各自管路安装于燃烧室(20)内部,氧气导出管(29)安装于二级涡轮腔体(31)上,氧气导出管依次连接氧气压气机(16)、回氧流量计(13)、回氧减压器(11)及氧气预混箱(10),二级涡轮(18)的输出端装有发电机(17),发电机(17)与氧气泵(16)之间通过导线相连接进而为氧气泵(16)提供电能,氢气源(1)通过管路与氢气减压器(2)、氢气流量控制器(3)、氢气单向阀(4)及氢气喷嘴(27)相连接,氧气源(15)通过与第一氧气流量控制器(14)、氧气减压器(12)、氧气预混箱(10)、第二氧气流量控制器(9)、氧气单向阀(8)及氧气喷嘴(28)相连接;电子控制单元(7 ...
【技术特征摘要】
1.一种可实现氧气循环的氢氧涡轮发动机,其特征在于:包括安装在氢氧涡轮发动机本体上的燃烧压力传感器(5)、火花塞(6)、一级涡轮(19)、二级涡轮(18)、安全阀(23)、液位传感器(24)、电控放水阀(25),氢氧涡轮发动机本体(26)中的燃烧室与一级涡轮腔体(30)通过一级喉管(21)喉管(21)连接,一级涡轮腔体(30)与二级涡轮腔体(31)通过二级喉管(22)连接,氢气喷嘴(27)和氧气喷嘴(28)及其所连接的各自管路安装于燃烧室(20)内部,氧气导出管(29)安装于二级涡轮腔体(31)上,氧气导出管依次连接氧气压气机(16)、回氧流量计(13)、回氧减压器(11)及氧气预混箱(10),二级涡轮(18)的输出端装有发电机(17),发电机(17)与氧气泵(16)之间通过导线相连接进而为氧气泵(16)提供电能,氢气源(1)通过管路与氢气减压器(2)、氢气流量控制器(3)、氢气单向阀(4)及氢气喷嘴(27)相连接,氧气源(15)通过与第一氧气流量控制器(14)、氧气减压器(12)、氧气预混箱(10)、第二氧气流量控制器(9)、氧气单向阀(8)及氧气喷嘴(28)相连接;电子控制单元(7)通过导线与电控放水阀(25)相连接,并通过发出防水信号a控制电控放水阀(25)的开闭;电子控制单元(7)通过导线与液位传感器(24)相连接,并接收来自液位传感器(24)的液位信号b;电子控制单元(7)通过导线与氢气流量控制器(3)相连接,并通过发出氢气流量控制信号c控制通过氢气流量控制器(3)进入燃烧室的氢气流量;电子控制单元(7)通过导线与燃烧压力传感器(5)相连接,并接收来自燃烧压力传感器(5)的燃烧压力信号d;电子控制单元(7)通过导线与火花塞(6)相连接,并通过发出点火信号e控制火花塞(6)跳火;电子控制单元(7)通过导线与氧气泵(16)相连接,并通过发出氧气泵控制信号f控制氧气泵(16)起停;电子控制单元(7)通过导线与第一氧气流量控制器(14)相连接,并通过发出第一氧气流量控制信号m控制通过第一氧气流量控制器(14)进入氧气预混箱(10)的流量;电子控制单元(7)通过导线与回氧流量计(13)相连接,通过接收回氧流量信号n获得经氧气导出管(29)进入氧气预混箱(10)的氧气流量;电子控制单元(7)通过导线与氧气流量控制器(9)相连接,并通过发出第二氧气流量控制信号k控制通过氧气流量控制器(9)进入燃烧室的氧气流量;所述回氧减压器(11)和氧气减压器(12)的出口压力应设为同一数值;所述氢气减压器(2)的出口压力应大于等于回氧减压器(11)和氧气减压器(12)的出口压力。2.应用如权利要求1所述的一种可实现氧气循环的氢氧涡轮发动机的控制方法,其特征在于,该方法包括发动机起动控制策略、燃烧过程控制策略及氧气循环供给控制策略(1)发动机起动控制策略电子控制单元(7)通过发出点火信号e控制火花塞(6)连续跳火;电子控制单元(7)通过发出氢气流量控制信号c控制氢气流量控制器(3)将氢气以流速Hs进入燃烧室,Hs的流量大于0小于500L/min;电子控制单元(7)通过停止发出氧气泵控制信号f使通过氧气导出管(29)进入氧气预混箱(10)的氧气流量为0;电子控制单元(7)通过发出第一氧气流量控制信号m控制由第一氧气流量控制器(14)进入氧气预混箱的氧气流量为Oso,通过发出第二氧气流量控制信号k控制通过第二氧气流量控制器(9)进入燃烧室(20)的氧气流量为Oss,并使得Oso=Oss,Oso和Oss流量均控制在0至2000L/min范围内;同时,电子控制单元(7)通过氢气流量控制信号c、第一氧气流量控制信号m和第二氧气流量控制信号k使得2Hs≤Oss=Oso≤4Hs,以满足氧气过量要求;电子控制单元(7)在起动过程中监测来自燃烧压力传感器(5)的燃烧压力信号d,并根据燃烧压力信号d的变化增加Hs、Oso及Oss,直至燃烧压力信号d检测到发动机燃烧室(20)内的压力大于等于8bar,表明...
【专利技术属性】
技术研发人员:汪硕峰,纪常伟,杨金鑫,马泽东,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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