富氨燃烧耦合双模式预燃室氨燃料发动机控制系统技术方案

技术编号：40353057 阅读：6 留言：0更新日期：2024-02-09 14:37

本发明专利技术公开了一种富氨燃烧耦合双模式预燃室氨燃料发动机控制系统，包括氨燃料发动机和ECU，所述氨燃料发动机包括燃烧室、双模式射流点火装置和氨喷射器；双模式射流点火装置包括预燃室、空气喷射器和燃料喷射器；当发动机工作时，氨喷射器首先向燃烧室喷射氨燃料，并与燃烧室内的空气在燃烧室内形成浓氨‑空气混合气，随后在发动机压缩行程中，燃烧室中氨燃料通过射流孔进入预燃室；ECU控制空气喷射器向预燃室内扫气，直至预燃室内的混合气浓度当量比小于1.0，随后控制燃料喷射器向预燃室喷射燃料；之后火花塞点火，以形成射流火焰，而后引燃燃烧室中的浓氨‑空气混合气，发动机完成燃烧做功。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内燃机，具体涉及一种低氮氧化物富氨燃烧耦合双模式预燃室氨燃料发动机控制系统。

技术介绍

1、随着人们对燃料短缺和空气污染控制的日益关注，替代燃料越来越受到重视。氨气(nh3)是一种有前景且可行性高的碳减排技术路径.然而氨气燃烧存在两个关键的挑战：首先，氨气燃烧特性差，常规条件下着火和稳定燃烧非常困难；其次，由于自身含氮量高，因此氨气燃烧存在no排放高的风险.要实现氨气燃烧的工程应用必须充分了解氨气燃烧及nox排放特性，并针对性地研究燃烧强化及nox控制措施.

2、近几年来，研究人员针对氨气燃烧开展了深入研究，试图探索出经济、简便且高效的氨气燃烧强化措施及nox排放控制策略，取得了大量有价值的研究成果.氨气燃烧强化主要从燃料侧改进、氧化剂侧调整及燃烧条件改善等方面入手，强化措施主要包括掺烧、部分预分解燃烧、增氧燃烧、预热燃烧及强化混合.氨气燃烧nox主要来源于燃料本身含有的氮，因此nox控制策略主要从控制氨气的氧化条件入手，空气分级是最有效的方法之一。同时，氨气本身也是高效的nox还原剂，充分利用这个特性，根据燃烧温度条件合理配置混合策略也有利于实现nox的有效控制。但是，氨气作为发动机燃料时，氨气燃烧特性差，具体表现为自燃温度高、火焰传播速度慢、可燃范围窄等，导致氨燃料发动机面临燃烧不稳定、效率较低且性能较差等问题。此外，缸内燃烧状况差时，发动机还将面临氮氧化物排放量增加和氨逃逸的风险。因此，高效清洁燃烧模式的开发是氨燃料发动机面临的一大挑战。

技术实现思路

<p>1、本专利技术的目的在于提供一种低氮氧化物富氨燃烧的双模式预燃室氨燃料发动机控制系统。本专利技术需要采用富氨燃烧耦合双模式预燃室装置。一方面，燃料氨通过安装在发动机缸盖上的氨气喷射器喷射氨燃料，使燃烧室形成燃空当量比大于1的热力学环境，氨气自身对nox的强还原性，在燃烧高温条件下多余的氨将nox还原成氮气，实现低氮氧化物燃烧；另一方面，氨燃烧必须耦合的是双模式预燃室装置，能够将预燃室内的氨燃料去除，其工作过程涉及通过预燃室装置内喷射空气装置，通过喷射空气挤出氨燃料，保证预燃室内极低氨浓度，之后喷射氨燃料或高活性燃料实现预燃室稳定着火形成射流火焰。

2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种富氨燃烧耦合双模式预燃室氨燃料发动机控制系统，包括氨燃料发动机和电控单元(ecu)，所述氨燃料发动机包括燃烧室、双模式射流点火装置和氨喷射器；双模式射流点火装置包括预燃室、空气喷射器和燃料喷射器；所述预燃室和燃烧室通过位于双模式射流点火装置底部的射流孔连通；所述ecu用于控制双模式射流点火装置和氨喷射器的喷气量/燃料量和喷气/燃料时刻；

4、当发动机工作时，氨喷射器首先向燃烧室喷射氨燃料，并与燃烧室内的空气在燃烧室内形成浓氨-空气混合气，燃烧室内形成燃空当量比大于1的热力学环境；

5、随后在发动机压缩行程中，燃烧室中氨燃料通过射流孔进入预燃室；ecu控制空气喷射器向预燃室内喷射新鲜空气，挤出进入预燃室的氨燃料，直至预燃室内的混合气浓度当量比小于1.0，随后控制燃料喷射器向预燃室喷射燃料；之后火花塞点火，以形成射流火焰，而后引燃燃烧室中的浓氨-空气混合气，发动机完成燃烧做功。

6、可选的，在发动机压缩行程中，燃烧室中氨燃料通过射流孔进入预燃室；ecu控制空气喷射器向预燃室内不喷射空气而改为喷射氧气，以扩展极限，进一步提高点火能量和发动机燃烧稳定性。

7、进一步的，在发动机后燃阶段，通过化学计量比的燃料-空气比例的燃烧方式，氨喷射器向燃烧室喷入不超过燃烧室内混合气总量的5％的氨燃料对发动机燃烧室内的nox进行还原，实现低氮氧化物燃烧，具体的氨燃料喷入量由发动机类型和运行工况决定。

8、进一步的，双模式射流点火装置螺纹连接在所述气缸盖上，由ecu控制其对预燃室内进行扫气过程。

9、进一步的，所述氨燃料发动机还包括缸套、气缸盖和活塞，所述缸套、气缸盖和活塞合围形成燃烧室；进气端、排气端、双模式射流点火装置和氨喷射器均设置在所述气缸盖顶部；氨喷射器用于向燃烧室喷射氨气或者液氨燃料。

10、与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：

11、由于氨燃料的点火能量高、火焰速度慢等问题，富氨燃烧条件下，氨燃料发动机点火更加困难，火焰传播速度更慢，导致燃烧不稳定，因此本专利技术为富氨燃烧耦合双模式预燃室装置，实现低氮氧化物的同时保持高效燃烧；氨气自身对nox的强还原性，在燃烧高温条件下多余的氨对nox还原成氮气，实现低氮氧化物燃烧；

12、本专利技术的富氨燃烧耦合双模式射流点火装置可对预燃室内进行扫气过程；本专利技术的富氨燃烧必须耦合的是双模式预燃室装置，通过喷射空气挤出多余氨燃料，进而将预燃室内的氨燃料扫除，保证预燃室内极低氨浓度，之后喷射适量氨燃料或高活性燃料实现预燃室稳定着火形成射流火焰。

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【技术保护点】

1.一种富氨燃烧耦合双模式预燃室氨燃料发动机控制系统，包括氨燃料发动机和电控单元ECU，其特征在于，所述氨燃料发动机包括燃烧室(2)、双模式射流点火装置(4)和氨喷射器(5)；双模式射流点火装置(4)包括预燃室(13)、空气喷射器(11)和燃料喷射器(12)；所述预燃室(13)和燃烧室(2)通过位于双模式射流点火装置(4)底部的射流孔(14)连通；所述ECU用于控制双模式射流点火装置(4)和氨喷射器(5)的喷气量/燃料量和喷气/燃料时刻；

2.根据权利要求1所述的氨燃料发动机控制系统，其特征在于，可选的，在发动机压缩行程中，ECU控制空气喷射器(11)向预燃室(13)内喷射氧气，以扩展极限。

3.根据权利要求1或2所述的氨燃料发动机控制系统，其特征在于，在发动机后燃阶段，通过化学计量比的燃料-空气比例的燃烧方式，氨喷射器(5)向燃烧室(2)喷入不超过燃烧室(2)内混合气总量的5％的氨燃料对发动机燃烧室内的NOx进行还原，生成氮气，实现低氮氧化物燃烧。

4.根据权利要求1或2所述的氨燃料发动机控制系统，其特征在于，所述双模式射流点火装置(4)螺纹

5.根据权利要求1或2所述的氨燃料发动机控制系统，其特征在于，所述氨燃料发动机还包括缸套(8)、气缸盖(7)和活塞(1)，所述缸套(8)、气缸盖(7)和活塞(1)合围形成燃烧室(2)；进气端、排气端、双模式射流点火装置(4)和氨喷射器(5)均设置在所述气缸盖(7)顶部；氨喷射器(5)用于向燃烧室(2)喷射氨气或者液氨燃料。

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【技术特征摘要】

1.一种富氨燃烧耦合双模式预燃室氨燃料发动机控制系统，包括氨燃料发动机和电控单元ecu，其特征在于，所述氨燃料发动机包括燃烧室(2)、双模式射流点火装置(4)和氨喷射器(5)；双模式射流点火装置(4)包括预燃室(13)、空气喷射器(11)和燃料喷射器(12)；所述预燃室(13)和燃烧室(2)通过位于双模式射流点火装置(4)底部的射流孔(14)连通；所述ecu用于控制双模式射流点火装置(4)和氨喷射器(5)的喷气量/燃料量和喷气/燃料时刻；

2.根据权利要求1所述的氨燃料发动机控制系统，其特征在于，可选的，在发动机压缩行程中，ecu控制空气喷射器(11)向预燃室(13)内喷射氧气，以扩展极限。

3.根据权利要求1或2所述的氨燃料发动机控制系统，其特征在于，在发动机后...

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

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