一种氨气稀释汽油发动机控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氨气稀释汽油发动机控制系统，包括氨气稀释汽油发动机和油箱；所述氨气稀释汽油发动机包括主燃烧室和预燃室，向发动机的主燃烧室内直喷氨燃料和来自油箱的汽油，利用直接喷入主燃烧室的氨燃料稀释主燃烧室内汽油，在主燃烧室内形成氨

【技术实现步骤摘要】
一种氨气稀释汽油发动机控制系统


[0001]本专利技术属于内燃机
，具体涉及一种氨气稀释汽油发动机控制系统。

技术介绍

[0002]随着传统能源需求的持续上升和全球变暖问题的突显，世界主要汽车生产国纷纷加快部署，将发展清洁能源汽车作为国家战略，发展无碳燃料成为降低碳排放的重要解决方案。大时代背景驱使着传统内燃机向高效清洁燃烧的技术路线发展。近几年，内燃机技术的不断成熟，热效率不断攀升。然而内燃机的碳排放和污染物排放的根源在于燃料本身元素组成。因此，内燃机燃料的低碳、碳中性和零碳化将是内燃机的未来之路。
[0003]汽油机小型强化是提高汽油机热效率的一项重要手段，即汽油机朝着小型化、高强化发展，同时保证较高的功率输出。但随着汽油机小型强化水平的不断提高，爆震成为限制汽油机大负荷提高热效率的主要技术障碍。爆震是由火焰未传播到的末端混合气，末端混合气先发生了自燃，末端自燃火焰和火花塞点火火焰相互作用导致的压力振荡。轻微爆震会燃烧恶化，导致燃烧不稳定并降低扭矩输出，同时爆震产生的压力波会破坏缸套表面的润滑油膜，使得高温气体热量直接传向缸套，使温度增加。强烈爆震会造成活塞熔化、气缸垫损坏、火花塞的损坏、拉缸等现象，造成严重的结构性破坏。
[0004]湍流射流点火作为一种分布式点火方式，通过较强的热射流引燃主燃室的混合气，缩短了火焰传播距离，能够极大地提升主燃室燃烧速率，提高燃烧稳定性，由于其结构简单、应用方便且具有较高的稀薄燃烧潜力，最近被广泛研究。
[0005]本项目提出了一种基于预燃室射流点火氨气稀释汽油发动机高效燃烧技术及控制方法，通过一定量的氨气稀释方式降低汽油机高增压高压缩比带来的爆震问题，从而提高发动机热效率，降低碳排放。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种氨气稀释汽油发动机控制系统，通过一定量的氨气稀释方式降低汽油机高增压高压缩比带来的爆震问题，从而提高发动机热效率，降低碳排放；同时采用紧凑式主动预燃室射流点火装置解决氨气稀释带来的点火困难及燃烧不稳定问题，同时可以提高热效率和降低排放。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术公开了一种氨气稀释汽油发动机控制系统，包括氨气稀释汽油发动机和油箱；
[0008]所述氨气稀释汽油发动机包括主燃烧室和预燃室，向发动机的主燃烧室内直喷氨燃料和来自油箱的汽油，利用直接喷入主燃烧室的氨燃料稀释主燃烧室内汽油，在主燃烧室内形成氨
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汽油
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空气混合气，预燃室产生的射流火焰在主燃烧室内点燃氨
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汽油
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空气混合气，完成燃烧做功；其中，所述氨
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汽油
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空气混合气的反应活性由氨燃料喷射量来调控，增加喷氨量从而降低氨
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汽油
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空气混合气活性，反之，减少喷氨量从而增加氨
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汽油
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空气混合气活性；所述氨燃料的喷射量不超过20％的氨
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汽油
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空气混合气体积分数；其中，当所
述控制系统未设置用于制取氢气的车载氨氢燃料供给系统时，所述预燃室内喷射来自油箱的汽油实现发动机点火；当所述控制系统设置有车载氨氢燃料供给系统时，向预燃室内喷射来自车载氨氢燃料供给系统的氢气，实现发动机点火。
[0009]具体的，所述氨气稀释汽油发动机控制系统包括车载氨氢燃料供给系统、氨气稀释汽油发动机、油箱和ECU(Electric Control Unit，电控单元)；
[0010]所述ECU用于控制氨气稀释汽油发动机和车载氨氢燃料供给系统的喷气量/燃料量及压力值；
[0011]所述车载氨氢燃料供给系统包括低压氨燃料供给单元和车载制氢单元，用于向所述氨气稀释汽油发动机提供制备的低压氨燃料和氢气；其中所述低压氨燃料供给单元用于向氨气稀释汽油发动机的氨喷射器提供压力范围为0.5～1.0MPa的氨燃料，所述车载制氢单元接受所述低压氨燃料供给单元制备的氨燃料并向氨气稀释汽油发动机的湍流射流点火装置提供压力范围为1.0～2.0MPa的氢气；
[0012]所述氨气稀释汽油发动机包括发动机气缸盖、缸套、活塞、主燃烧室、进气通道、排气通道，其中，所述气缸盖上设置有带有预燃室的湍流射流点火装置、氨喷射器和汽油喷射器，所述氨喷射器和汽油喷射器分别设置在所述湍流射流点火装置的两侧，且所述湍流射流点火装置、氨喷射器和汽油喷射器的喷嘴伸入所述主燃烧室内；所述汽油喷射器连接油箱，用于将汽油喷射入发动机主燃烧室中，氨喷射器将氨燃料喷入主燃烧室并与汽油喷射器喷入的汽油和主燃烧室内的空气在主燃烧室内形成氨
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汽油
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空气混合气；
[0013]所述控制系统的工作过程包括：低压氨燃料供给单元在ECU的调控下生成压力为0.5～1.0MPa的氨燃料，随后氨燃料分为两路，一部分经管道进入氨喷射器，一部分进入车载制氢单元参与制取氢气；所述车载制氢单元在ECU调控下生成压力为1.0～2.0MPa的氢气，随后氢气供给至湍流射流点火装置，并在预燃室内腔中被火花塞点燃，在主燃烧室中形成射流火焰，而后在主燃烧室内点燃氨
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汽油
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空气混合气，完成燃烧做功。
[0014]进一步的，所述湍流射流点火装置包括预燃室内腔、火花塞、空气喷射器和氢气喷射器；所述空气喷射器的喷嘴伸入预燃室内腔用于向预燃室内腔喷射空气，所述氢气喷射器的喷嘴伸入预燃室内腔用于向预燃室内腔喷射氢气；所述预燃室内腔体积不超过主燃烧室体积的5％；所述火花塞、所述空气喷射器的喷嘴和氢气喷射器的喷嘴设置在所述预燃室的同一侧；所述湍流射流点火装置底部开有射流孔，所述预燃室内腔与主燃烧室通过射流孔相通；所述湍流射流点火装置具有两种工作模式，分别是双喷射模式和扫气模式；
[0015]当所述ECU控制所述湍流射流点火装置为双喷射模式时，所述空气喷射器和第二氢气喷射器分别向所述预燃室内腔喷射新鲜空气和氢气，用于在预燃室内部形成当量混合气；
[0016]当所述ECU控制所述湍流射流点火装置为扫气模式时，只有所述空气喷射器向预燃室内腔喷射新鲜空气，对预燃室进行扫气，而后喷射氢气，并再次喷射空气，形成氢
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空气混合气。
[0017]优选的，所述射流孔为6～8个均匀分布的长通道射流孔，用于降低火焰到末端的传播距离。
[0018]进一步的，所述低压氨燃料供给单元包括依次连接的氨存储罐、加热器、稳压罐和压力控制器，所述氨存储罐中装有液氨；所述车载制氢单元包括依次连接的车载制氢装置、
高压储氢罐和压力控制器。
[0019]进一步的，一进气阀设置在进气通道内，一排气阀设置在排气通道内，且进气阀和排气阀分别设置在缸盖的左右两侧，所述进气阀和排气阀用于结合发动机的节气门装置，改变进气量。
[0020]进一步的，所述氨燃料掺混量与发动机的压缩比和增压比相匹配，从而最大限度的提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨气稀释汽油发动机控制系统，其特征在于，包括氨气稀释汽油发动机和油箱；所述氨气稀释汽油发动机包括主燃烧室和预燃室，向发动机的主燃烧室内直喷氨燃料和来自油箱的汽油，利用直接喷入主燃烧室的氨燃料稀释主燃烧室内汽油，在主燃烧室内形成氨
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汽油
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空气混合气，预燃室产生的射流火焰在主燃烧室内点燃氨
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汽油
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空气混合气，完成燃烧做功；其中，所述氨
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汽油
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空气混合气的反应活性由氨燃料喷射量来调控，增加喷氨量从而降低氨
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汽油
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空气混合气活性，反之，减少喷氨量从而增加氨
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汽油
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空气混合气活性；所述氨燃料的喷射量不超过20％的氨
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汽油
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空气混合气体积分数；其中，当所述控制系统未设置用于制取氢气的车载氨氢燃料供给系统时，所述预燃室内喷射来自油箱的汽油实现发动机点火；当所述控制系统设置有车载氨氢燃料供给系统时，向预燃室内喷射来自车载氨氢燃料供给系统的氢气，实现发动机点火。2.根据权利要求1所述的氨气稀释汽油发动机控制系统，其特征在于，所述氨气稀释汽油发动机控制系统包括车载氨氢燃料供给系统、氨气稀释汽油发动机、油箱和ECU；所述ECU用于控制氨气稀释汽油发动机和车载氨氢燃料供给系统的喷气量/燃料量及压力值；所述车载氨氢燃料供给系统包括低压氨燃料供给单元和车载制氢单元，用于向所述氨气稀释汽油发动机提供制备的低压氨燃料和氢气；其中所述低压氨燃料供给单元用于向氨气稀释汽油发动机的氨喷射器(4)提供压力范围为0.5
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1MPa的氨燃料，所述车载制氢单元接受所述低压氨燃料供给单元制备的氨燃料并向氨气稀释汽油发动机的湍流射流点火装置(6)提供压力范围为1.0～2.0MPa的氢气；所述氨气稀释汽油发动机包括发动机气缸盖(9)、缸套(10)、活塞(1)、主燃烧室(2)、进气通道、排气通道，其中，所述气缸盖(9)上设置有带有预燃室的湍流射流点火装置(6)、氨喷射器(4)和汽油喷射器(5)，所述氨喷射器(4)和汽油喷射器(5)分别设置在所述湍流射流点火装置(6)的两侧，且所述湍流射流点火装置(6)、氨喷射器(4)和汽油喷射器(5)的喷嘴伸入所述主燃烧室内；所述汽油喷射器连接油箱，用于将汽油喷射入发动机主燃烧室(2)中，氨喷射器(4)将氨燃料喷入主燃烧室(2)并与汽油喷射器(5)喷入的汽油和主燃烧室内的空气在主燃烧室内形成氨
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汽油
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空气混合气；所述控制系统的工作过...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，刘宗宽，卫海桥，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：