一种氨燃料发动机及其燃气供给控制方法与流程

1.本发明涉及发动机技术领域，具体而言，尤其涉及一种氨燃料发动机及其燃气供给控制方法。


背景技术：

2.通过控制和减少全球人为活动的温室气体排放量，已成为国际共识。
3.氨不含碳，完全燃烧只产生氮气和水，可由氢气及空气中的氮气合成，是良好的氢能载体，所以氨被认为是一种理想的降低碳排放的燃料。但是，氨燃烧比较困难，氨点燃后火焰会很快熄灭，需要其它燃料的助燃才能保证燃烧充分。目前方案是使用柴油助燃，柴油在气缸内被压燃后，再引燃氨，属于液体引燃燃料+气体主燃料的技术方案，由于柴油含碳量较大，该技术方案产生的碳排放仍然较多。


技术实现要素：

4.根据上述提出的技术问题，提供一种氨燃料发动机及其燃气供给控制方法。本发明方案是使用常见的天然气作为助燃燃料，其引燃燃料及主燃料均为气体，由于天然气的含碳量较柴油低约20％左右，所以本技术方案可以在柴油引燃氨气的技术方案基础上，进一步降低发动机的碳排放。同时，本发明涉及两路燃气控制，即发动机预燃室燃气控制和发动机主燃气控制。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种氨燃料发动机，包括：发动机预燃室燃气控制回路和发动机主燃气控制回路，其中：
7.所述发动机预燃室燃气控制回路，包括：用于输送天然气的第一调压阀、与第一调压阀连接的发动机控制器和发动机预燃室、与发动机预燃室连接的发动机燃烧室；
8.所述发动机主燃气控制回路，包括用于输送天然气的第一减压阀、与第一减压阀连接的流量调节阀、与流量调节阀连接的混合器、用于输送氨气的第二减压阀、与第二减压阀连接的混合器、与混合器连接的第二调压阀、与第二调压阀连接的发动机主燃气喷气阀、与发动机主燃气喷气阀连接的发动机燃烧室；分别与流量调节阀、第二调压阀、发动机主燃气喷气阀连接的发动机控制器。
9.进一步地，在所述发动机预燃室燃气控制回路中，天然气由所述第一调压阀调压后，进入所述发动机预燃室。
10.进一步地，在所述发动机主燃气控制回路中，天然气经所述第一减压阀减压及所述流量调节阀调节流量后，与经过所述第二减压阀减压后的氨气，一同进入所述混合器混合均匀，再经所述第二调压阀调节氨气与天然气的混合气的压力后，由所述发动机主燃气喷气阀喷入所述发动机燃烧室。
11.进一步地，在所述发动机预燃室内，点火引燃所述发动机预燃室内的天然气后，再引燃所述发动机燃烧室内的氨气与天然气混合气，实现发动机燃烧做功。
12.进一步地，所述发动机控制器用于控制所述流量调节阀的开度、所述第一调压阀和第二调压阀的出口压力以及发动机主燃气喷气阀的启闭。
13.本发明还提供了一种基于上述氨燃料发动机的燃气供给控制方法，包括：
14.天然气经过第一减压阀减压后，进入流量调节阀进口；
15.发动机控制器采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的流量调节阀开度控制map，调用该转速和功率下设定的开度参数，控制流量调节阀达到此设定开度，天然气经过流量调节阀调节流量后，进入混合器前端；
16.氨气经过第二减压阀减压后，进入混合器前端，在混合器内，一定流量的天然气与氨气均匀混合；
17.发动机控制器采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的第二调压阀出口压力控制map，调用该转速和功率下设定的第二调压阀出口压力参数，控制天然气与氨气的混合气压力达到此设定压力后，进入发动机主燃气喷气阀前端；
18.发动机控制器控制发动机主燃气喷气阀开启，向发动机燃烧室内喷入天然气与氨气的混合气；
19.天然气进入第一调压阀进口，发动机控制器采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的第一调压阀出口压力控制map，调用该转速和功率下设定的第一调压阀出口压力参数，控制天然气达到此设定压力后，进入发动机预燃室；
20.发动机预燃室内的天然气被点火引燃后，再引燃发动机燃烧室内的氨气与天然气混合气，实现发动机燃烧做功。
21.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.1、本发明提供的氨燃料发动机及其燃气供给控制方法，采用氨为主燃料，天然气为助燃燃料，较采用柴油引燃的氨燃料发动机，可进一步降低碳排放。
23.2、本发明提供的氨燃料发动机及其燃气供给控制方法，涉及两路燃气控制，即发动机预燃室燃气控制和发动机主燃气控制，实现发动机燃烧做功。
24.基于上述理由本发明可在发动机等领域广泛推广。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明燃气供给控制流程图。
27.图中：1、第一减压阀；2、第二减压阀；3、流量调节阀；4、混合器；5、第一调压阀；6、发动机控制器；7、第二调压阀；8、发动机预燃室；9、发动机主燃气喷气阀；10、发动机燃烧室。
具体实施方式
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
31.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
33.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
34.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
35.如图1所示，本发明提供了一种氨燃料发动机，包括：发动机预燃室燃气控制回路和发动机主燃气控制回路，其中：
36.所述发动机预燃室燃气控制回路，包括：用于输送天然气的第一调压阀5、与第一调压阀5连接的发动机控制器6和发动机预燃室8、与发动机预燃室8连接的发动机燃烧室10；在所述发动机预燃室燃气控制回路中，天然气由所述第一调压阀5调压后，进入所述发
动机预燃室8。
37.所述发动机主燃气控制回路，包括用于输送天然气的第一减压阀1、与第一减压阀1连接的流量调节阀3、与流量调节阀3连接的混合器4、用于输送氨气的第二减压阀2、与第二减压阀2连接的混合器4、与混合器4连接的第二调压阀7、与第二调压阀7连接的发动机主燃气喷气阀9、与发动机主燃气喷气阀9连接的发动机燃烧室10；分别与流量调节阀3、第二调压阀7、发动机主燃气喷气阀9连接的发动机控制器6。在所述发动机主燃气控制回路中，天然气经所述第一减压阀1减压及所述流量调节阀3调节流量后，与经过所述第二减压阀2减压后的氨气，一同进入所述混合器4混合均匀，再经所述第二调压阀7调节氨气与天然气的混合气的压力后，由所述发动机主燃气喷气阀9喷入所述发动机燃烧室10。
38.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，在所述发动机预燃室8内，点火引燃所述发动机预燃室8内的天然气后，再引燃所述发动机燃烧室10内的氨气与天然气混合气，实现发动机燃烧做功。
39.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述发动机控制器6用于控制所述流量调节阀3的开度、所述第一调压阀5和第二调压阀7的出口压力以及发动机主燃气喷气阀9的启闭。
40.本发明还提供了一种基于所述氨燃料发动机的燃气供给控制方法，包括：
41.天然气经过第一减压阀1减压后，进入流量调节阀3进口；
42.发动机控制器6采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的流量调节阀开度控制map，调用该转速和功率下设定的开度参数，控制流量调节阀3达到此设定开度，天然气经过流量调节阀3调节流量后，进入混合器4前端；
43.氨气经过第二减压阀2减压后，进入混合器4前端，在混合器4内，一定流量的天然气与氨气均匀混合；
44.发动机控制器6采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的第二调压阀出口压力控制map中，调用该转速和功率下设定的第二调压阀7出口压力参数，控制天然气与氨气的混合气压力达到此设定压力后，进入发动机主燃气喷气阀9前端；
45.发动机控制器6控制发动机主燃气喷气阀9开启，向发动机燃烧室10内喷入天然气与氨气的混合气；
46.天然气进入第一调压阀5进口，发动机控制器6采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的第一调压阀5的出口压力控制map中，调用该转速和功率下对应的第一调压阀5的出口压力参数，控制天然气达到此设定压力后，进入发动机预燃室8；
47.发动机预燃室8内的天然气被点火引燃后，再引燃发动机燃烧室10内的氨气与天然气混合气，实现发动机燃烧做功。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种氨燃料发动机，其特征在于，包括：发动机预燃室燃气控制回路和发动机主燃气控制回路，其中：所述发动机预燃室燃气控制回路，包括：用于输送天然气的第一调压阀、与第一调压阀连接的发动机控制器和发动机预燃室、与发动机预燃室连接的发动机燃烧室；所述发动机主燃气控制回路，包括用于输送天然气的第一减压阀、与第一减压阀连接的流量调节阀、与流量调节阀连接的混合器、用于输送氨气的第二减压阀、与第二减压阀连接的混合器、与混合器连接的第二调压阀、与第二调压阀连接的发动机主燃气喷气阀、与发动机主燃气喷气阀连接的发动机燃烧室；分别与流量调节阀、第二调压阀、发动机主燃气喷气阀连接的发动机控制器。2.根据权利要求1所述的氨燃料发动机，其特征在于，在所述发动机预燃室燃气控制回路中，天然气由所述第一调压阀调压后，进入所述发动机预燃室。3.根据权利要求1所述的氨燃料发动机，其特征在于，在所述发动机主燃气控制回路中，天然气经所述第一减压阀减压及所述流量调节阀调节流量后，与经过所述第二减压阀减压后的氨气，一同进入所述混合器混合均匀，再经所述第二调压阀调节氨气与天然气的混合气的压力后，由所述发动机主燃气喷气阀喷入所述发动机燃烧室。4.根据权利要求1所述的氨燃料发动机，其特征在于，在所述发动机预燃室内，点火引燃所述发动机预燃室内的天然气后，再引燃所述发动机燃烧室内的氨气与天然气混合气，实现发动机燃烧做功。5.根据权利要求1所述的氨燃料发动机，其特征在于，所述发动机控制器用于控制所述流量调节阀的开度、所述第一调压阀和第二调压阀的出口压力以及发动机主燃气喷气阀的启闭。6.一种基于权利要求1-5中任意一项权利要求所述氨燃料发动机的燃气供给控制方法，其特征在于，包括：天然气经过第一减压阀减压后，进入流量调节阀进口；发动机控制器采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的流量调节阀开度控制map，调用该转速和功率下设定的开度参数，控制流量调节阀达到此设定开度，天然气经过流量调节阀调节流量后，进入混合器前端；氨气经过第二减压阀减压后，进入混合器前端，在混合器内，一定流量的天然气与氨气均匀混合；发动机控制器采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的第二调压阀出口压力控制map，调用该转速和功率下设定的第二调压阀出口压力参数，控制天然气与氨气的混合气压力达到此设定压力后，进入发动机主燃气喷气阀前端；发动机控制器控制发动机主燃气喷气阀开启，向发动机燃烧室内喷入天然气与氨气的混合气；天然气进入第一调压阀进口，发动机控制器采集发动机的实时转速及功率信号，从已写入在控制器内的第一调压阀出口压力控制map，调用该转速和功率下设定的第一调压阀出口压力参数，控制天然气达到此设定压力后，进入发动机预燃室；发动机预燃室内的天然气被点火引燃后，再引燃发动机燃烧室内的氨气与天然气混合气，实现发动机燃烧做功。

技术总结
本发明提供一种氨燃料发动机及其燃气供给控制方法，本发明包括：发动机预燃室燃气控制回路和发动机主燃气控制回路，发动机预燃室燃气控制回路包括用于输送天然气的第一调压阀、与第一调压阀连接的发动机控制器和发动机预燃室、与发动机预燃室连接的发动机燃烧室；发动机主燃气控制回路包括用于输送天然气的第一减压阀、与第一减压阀连接的流量调节阀、与流量调节阀连接的混合器、用于输送氨气的第二减压阀、与第二减压阀连接的混合器、与混合器连接的第二调压阀、与第二调压阀连接的发动机主燃气喷气阀、与发动机主燃气喷气阀连接的发动机燃烧室；分别与流量调节阀、第二调压阀、发动机主燃气喷气阀连接的发动机控制器。发动机主燃气喷气阀连接的发动机控制器。发动机主燃气喷气阀连接的发动机控制器。


技术研发人员：张双成 吕晓东 路远 邹昊 朱守全
受保护的技术使用者：大连中车柴油机有限公司
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/5/24