一种废气再循环结合水直喷的副产氢内燃机及方法技术

本发明专利技术提供一种废气再循环结合水直喷的副产氢内燃机及方法，具体内容涉及尾气机内净化、副产氢发动机与进排气控制技术。该系统在保留内燃机本体全部零件的基础上增加了一套尾气冷凝系统、一套燃烧控制系统及一个燃烧过程电控单元。尾气冷凝系统可以将尾气中的水冷凝收集，并配合燃烧控制系统实现低含湿量废气循环及缸内喷水，燃烧过程电控单元根据发动机工况特点判定所使用的废气再循环率及缸内喷水量，减少低负荷下循环废气的水含量保证稳定燃烧，中、高负荷下通过废气再循环与缸内喷水联合控制燃烧温度降低NOx排放并利用水促进水煤气反应与二次做功，从而提高副产氢内燃机的热效率并实现全工况低NOx排放运行。热效率并实现全工况低NOx排放运行。热效率并实现全工况低NOx排放运行。

【技术实现步骤摘要】
一种废气再循环结合水直喷的副产氢内燃机及方法


[0001]本专利技术提供一种废气再循环结合水直喷的副产氢发动机及方法，具体内容涉及尾气机内净化、副产氢发动机与进排气控制技术。

技术介绍

[0002]面向能源领域碳中和的需求，开发低碳及零碳内燃机已势在必行。氢能是面向这一要求较为理想的内燃机替代燃料。但实际生产和生活中使用的氢气通常需要采用可再生能源电解水或通过甲醇制氢等方式获取，这增加了能源转换过程中的损失，也使氢气的使用成本增加。
[0003]内燃机对氢气纯度要求较低，因此可以采用工业副产氢为燃料进行燃烧。副产氢在石油化工、氯碱化工及煤化工等领域较为常见。其中，来自石化等领域的副产氢中氢的纯度普遍较低，如果将其提纯使用则势必引发能源消耗和成本增加等问题，而将其直接在内燃机中燃烧则可有效降低氢内燃机成本，并获得较传统汽、柴油机更低的有害排放和更高的热效率。
[0004]以副产氢为燃料的发动机缸内混合气具有较高的燃烧速度，这会造成燃烧温度的增加，从而导致混合气燃烧过程中产生的NOx排放增多。废气再循环是控制发动机氮氧化物的有效方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废气再循环结合水直喷的副产氢内燃机，其特征在于：在保留内燃机(1)、氢气喷嘴(2)、节气门(3)及原机电控单元(4)的基础上增加了一套尾气冷凝系统、一套燃烧控制系统及一个燃烧过程电控单元(5)；所述尾气冷凝系统包括连接在内燃机排气管上的尾气冷凝器(12)、通过管路与尾气冷凝器(12)下方相连接的集水箱(10)，高温尾气在通过尾气冷凝器(12)后温度降低，超过冷凝器冷凝温度的多余气态水自然下落并收集在集水箱(10)中，尾气冷凝器(12)上方出口通过管路与废气循环阀(11)相连接，使流经尾气冷凝器(12)后干燥的废气经废气循环阀(11)及连接管路输送至废气入口单向阀(6)；所述燃烧控制系统包括连接在内燃机(1)缸盖上的水喷嘴(8)，在水喷嘴(8)与集水箱(10)间连接的管路中安装有高压水泵(13)，使集水箱(10)中的水经过高压水泵(13)加压后通过水喷嘴(8)在燃烧室内形成直喷射流；所述燃烧控制系统还包括用于采集燃烧压力信号并控制跳火的火花塞式缸压传感器(7)，以及用于实时监测排气中不同物质浓度的排气浓度传感器(9)；所述燃烧过程电控单元(5)通过发出废气循环阀控制信号a调整废气循环阀(11)的开度；所述燃烧过程电控单元(5)根据收到的来自排放浓度传感器(9)的排放组分浓度信号b分析尾气中CO、O2、H2、NO
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浓度；所述燃烧过程电控单元(5)通过发出水泵启停信号p控制高压水泵(13)的运行状态；所述燃烧过程电控单元(5)通过发出水喷嘴控制信号c调整水喷嘴(8)的喷射相位与脉宽；所述燃烧过程电控单元(5)根据接收到的来自火花塞式缸压传感器(7)的缸压信号d分析副产氢内燃机的燃烧放热过程；所述燃烧过程电控单元(5)通过发出副产氢喷射信号f控制氢气喷嘴(2)的喷射相位及脉宽；所述燃烧过程电控单元(5)与原机电控单元(4)相连接并获得冷却液温度信号t、目标转矩信号m、实际转矩信号n及原机氢喷射信号g；所述安装于内燃机(1)上的氢气喷嘴(2)用于副产氢喷射；所述废气循环阀(11)在满开度条件下所能提供的最大废气再循环系数不大于30％；所述节气门(3)的开闭由原机电控单元(4)控制。2.控制如权利要求1所述的一种废气再循环结合水直喷的副产氢内燃机的方法，其特征在于：燃烧过程电控单元(5)首先根据冷却液温度信号t决定废气系统控制方式；(1)当冷却液温度低于40℃时，燃烧过程电控单元(5)判定内燃机(1)处于冷机阶段，并通过发出水泵启停信号p停止高压水泵(13)运行，发出水喷嘴控制信号c停止水喷嘴(8)喷射，发出废气循环阀控制信号a将废气循环阀(11)开度置为0，从而停止废气进入进气道并停止水被直喷入燃烧室以消除废气及水稀释对低温条件下副产氢内燃机燃烧稳定性影响；(2)当冷却液温度大于及等于40℃时，燃烧过程电控单元(5)判定内燃机(1)处于正常工作温度状态，此时，燃烧过程电控单元(5)进一步根据目标转矩信号m计算发动机负荷率，并根据负荷率(R)决定废气系统控制方式；
R＝M
r
/M
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1公式1中，M
r
为通过目标转矩信号m得到的副产氢内燃机实际需求转矩，M
f
为该发动机在某转速下的满载转矩，M
f
通过厂家提供的发动机万有特性获得；当0≤R≤0.35时，燃烧过程电控单元(5)判定副产氢内燃机处于小负荷运行阶段，为避免缸内喷水所引发的燃烧稳定性降低问题，此时燃烧过程电控单元(5)通过发出水泵启停信号p停止高压水泵(13)运行，发出水喷嘴控制信号c停止水喷嘴(8)喷射，燃烧过程电控单元(5)通过发出废气循环阀控制信号a打开废气循环阀(11)，并控制废气循环阀(11)的开度(E)在0≤E≤50％内变化，且E随R的增加而线性增加，此时仅有来自废气再循环阀的低含水量废气稀释燃烧室内混合气，从而使缸内温度降低能够抑制NO
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生成，但又不会因大量水蒸气进入燃烧室而导致燃烧稳定性下降；当0.35...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪硕峰，翟一凡，王喆，纪常伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
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