[發明專利]一種無回火氫氨雙燃料零碳轉子機控制方法

有效

• 申請號: 202110723455.6
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113513418B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 紀常偉;孟昊;汪碩峰;楊金鑫
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F02D19/06
• 分類號: F02D19/06;F02D41/00;F02B53/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明設計了一種無回火氫氨雙燃料零碳轉子機控制方法，具體涉及一種以氫氣和氨氣兩種燃料結合燃燒以消除氫轉子機回火問題的控制方法。本發明以發動機轉速傳感器和進氣壓力傳感器為信號，判斷轉子機的運轉情況，選擇適合當前工況的氫氨摻混比例以抑制無回火現象的出現，實現高動力性高安全性的零碳排放轉子機。

技術領域

本發明設計了一種無回火氫氨雙燃料零碳轉子機控制方法，具體涉及一種以氫氣和氨氣兩種燃料結合燃燒以消除氫轉子機回火問題的控制方法，屬于內燃機領域。

背景技術

隨著溫室氣體的大量排放，對全球的氣候造成了許多負面影響，全球變暖、冰川融化等由溫室氣體排放而引發的氣候問題嚴重影響著世界人民的正常生活，特別地，交通行業是全球碳排放的重要組成領域，因此如何減少交通行業碳排放成為亟待解決的重要問題。氫氣是一種不含碳元素的可再生能源，其燃燒不會產生碳排放，因此是一種極佳的替代燃料，但是氫氣作為燃料存在動力性弱的問題。轉子發動機是一種高動力性的內燃機，其可以很好地彌補氫氣作為內燃機燃料導致動力性不足的問題。因此氫轉子機是一款十分有前景的動力系統。然而氫轉子機存在嚴重的回火問題，這極大地限制了其廣泛應用。

因此，基于上手問題，本申請設計了一種無回火氫氨雙燃料零碳轉子機控制方法，通過根據不同工況進氣中摻混不同比例氨氣來抑制氫轉子機的回火現象，同時，由于氨氣的組成元素不含有碳元素，與純氫轉子機一樣，同樣可以實現零碳排放。本申請基于上述技術手段以實現高動力性無回火零碳排放的氫轉子機動力系統。

發明內容

為了改善氫轉子機回火的問題，同時保持其“零碳”排放，本發明設計了一種無回火氫氨雙燃料零碳轉子機控制方法，具體涉及一種以氫氣和氨氣兩種燃料結合燃燒以消除氫轉子機回火問題的控制方法，包括：進氣管路(P1)，其上依次串聯有：空氣濾清器(1)、空氣體積流量傳感器(2)、節氣門(12)和進氣壓力傳感器(13)；氫氣供給管路(P2)，其上依次串聯有：氫氣罐(3)、氫氣減壓閥(4)、氫氣體積流量計(5)、阻火器(6)和氫氣噴嘴(7)，氫氣通過氫氣噴嘴(7)進入進氣管路(P1)；氨氣供給管路(P3)，其上依次串聯有：氨氣罐(8)、氨氣減壓閥(9)、氨氣體積流量計(10)和氨氣噴嘴(11)，氨氣通過氨氣噴嘴(11)進入進氣管路(P1)；氨氣、氫氣與新鮮空氣在節氣門(12)前混合，后一起進入轉子機(14)，經歷一個運轉循環后通過排氣管路(P4)進入大氣。此外，轉子機ECU(E)接收來自轉速傳感器(15)的第一信號(A1)、進氣壓力傳感器(13)的第二信號(A2)和空氣體積流量傳感器(2)的第五信號(A5)；ECU(E)輸出第三信號(A3)至氨氣噴嘴(11)和輸出第四信號(A4)至氫氣噴嘴(7)。

氫氣與氨氣分別通過氫氣供給管路(P2)和氨氣供給管路(P3)進入進氣管路(P1)與新鮮空氣混合，三者混合物流進轉子機(14)中，在轉子機(14)中經歷一個循環后通過排氣管路(P4)進入大氣。

無回火氫氨雙燃料轉子機控制方法包括以下控制過程：

轉子發動機ECU(E)接收來自轉速傳感器(15)的第一信號(A1)獲得轉速n(r/min)和進氣壓力傳感器(13)的第二信號(A2)獲得進氣壓力P(kPa)：

當轉子機轉速n由n＝0變為n≠0時，此時為起動階段，由于氫氣極易燃，無需加濃起動，因而選擇純氫稀薄燃燒。ECU(E)根據空氣體積流量傳感器(2)的第五信號(A5)，輸出第四信號(A4)至氫氣噴嘴，使過量空氣系數λ＝1.5。起動階段維持3秒。

當轉子機轉速0n≤2000r/min，此時為低速運行階段，此時轉子機熱負荷較低，無回火現象發生，不選擇摻氨燃燒，同時為保證動力性，選擇純氫化學計量比燃燒。ECU(E)根據空氣體積流量傳感器(2)的第五信號(A5)，輸出第四信號(A4)至氫氣噴嘴，使過量空氣系數λ＝1。