一种基于氨燃料内燃机的动力系统及其控制方法

1.本发明属于氨燃料高效清洁利用技术领域，尤其涉及一种基于氨燃料内燃机的动力系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着全球变暖等环境问题日益加剧，减少二氧化碳等温室气体的排放、实现能源结构的低碳化已经成为世界各国的发展目标，开发能够代替传统化石能源的清洁燃烧技术迫在眉睫。而车辆、船舶等的动力系统为二氧化碳排放的主要来源之一，开发以低碳无碳为特点的清洁燃料动力系统成为一个重要方向。
3.氢气作为一种理想的可再生能源，具有绿色无污染等优点。但是，氢气在室温条件储存时，通常需要25mpa以上的压力。因此，氢气面临着储存和运输难题，其成本和安全性制约了氢能的应用。除了氢之外，氨也是一种无碳燃料，氨可以在20℃时以0.857mpa的液态形式储存，储存和运输成本低。此外，与液态氢相比，液态氨具有更高的能量密度，并且氨气辛烷值高，具有更好的抗爆性能，因其低化学反应性而更具有安全优势。但同时氨具有火焰传播速度低、最小点火能量高、可燃性极限狭窄等问题。因此，需要对氨的点火和燃烧过程进行探索，以满足其应用于动力系统的要求。此前的研究表明，在氨燃料内燃机中，采用预燃室射流点火系统可以高效引燃氨燃料，并提升氨的燃烧特性。预燃室的燃料有多种选择，其中氢气具有点火能量低、层流火焰速度高以及提升氨混合气活性等特点，因此氢气作为预燃室燃料得到了广泛的研究。另一方面，氨气在高温环境和催化剂的作用下可以裂解产生氢气，在500℃条件和钌基催化剂的作用下氨气裂解效率可达90％以上，因此以氨催化裂解产生的氢气作为预燃室燃料是一个较好的选择。现有技术方案中通常采用低压氨气或高压液氨作为氨燃料内燃机的主燃室燃料，而氨的能量密度低、汽化潜热高，大量氨燃料的喷射对环境温度降低作用明显，难以实现氨燃料稳定高效的燃烧。同时，氨燃料内燃机燃烧释放能量的约35％都随废气排出，造成很大的能量损失，氨燃料动力系统的综合能量利用率尚存在较大提升空间。此外，为了实现氨燃料内燃机在不同工况下能稳定运行，需要选择合适的控制方法。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种基于氨燃料内燃机的动力系统及其控制方法，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，在实现氨燃料内燃机稳定点火和高效燃烧的同时，提升氨燃料动力系统的综合能量利用率。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括液氨罐1，其特征在于液氨罐1的输出端口通过第四十一调节阀41与液氨滤清器2的输入端口相连，液氨滤清器2的输出端口分别与第四十三调节阀43一端、第四十二调节阀42一端相连，第四十三调节阀43另一端与液氨汽化发电装置10的液氨入口53相连，第四十二调节阀42另一端与高压液氨泵3的输入端相连，高压液氨泵3的输出端与液氨喷射器27相连；
6.液氨汽化发电装置10的电能输出端口与蓄电池11相连，液氨汽化发电装置10的冷却液出口52与循环泵9的输入端口相连，液氨汽化发电装置10的氨气出口55分别与第一氨气管路p2一端、第二氨气管路p3一端相连，第一氨气管路p2另一端依次通过第四十五调节阀45、单向阀5与氨气储存罐6进口相连，氨气储存罐6出口依次通过第四十九调节阀49、氨气增压泵8与氨气喷射器23相连，第二氨气管路p3另一端与氨催化裂解器12的氨气进气口相连，第二氨气管路p3上设置有第四十四调节阀44；
7.蓄电池11与尾气涡轮发电装置18的电能输出端口相连，尾气涡轮发电装置18的进气口通过尾气管路p4与排气道30的出口相连，尾气涡轮发电装置18的出气口与氨催化裂解器12的尾气进气口相连，氨催化裂解器12的电源端口与蓄电池11相连，氨催化裂解器12的裂解气出气口与换热器15的进气口相连，换热器15的出气口依次通过净化器16、单向阀17分别与氢气喷射器25、第四十八调节阀48一端相连；
8.循环泵9的冷却液输出端通过第四十六调节阀46与内燃机冷却系统32相连，通过第四十七调节阀47与换热器15的冷却液输入端相连，换热器15的冷却液输出端与液氨汽化发电装置10的冷却液输入端相连。
9.作为一种优选方案，本发明所述液氨汽化发电装置10包括外壳，外壳内设置有倒几字形冷却液管道，冷却液管道两端穿出外壳，冷却液管道一端为液氨入口53，冷却液管道另一端与涡轮发电机54的进气口相连，涡轮发电机54的出气口为氨气出口55；外壳一侧设置有冷却液入口51，外壳另一侧设置有冷却液出口52。
10.作为另一种优选方案，本发明所述主燃室22的上端从一侧至另一侧依次设置进气道29、预燃室21、液氨喷射器27、排气道30，进气道29上设置有氨气喷射器23，进气道29与主燃室22连接处设置有可变进气门24，液氨喷射器27下端出口与主燃室22内部连通，排气道30与主燃室22连接处设置有可变排气门28，主燃室22内设置有隔热涂层31；预燃室21设置在主燃室22的上端，预燃室21的上端设置有氢气喷射器25和火花塞26，预燃室21下端出口与主燃室22内部连通；氨气喷射器23的进口与氨气增压泵8的出口相连，液氨喷射器27的进液端与高压液氨泵3的输出端相连，排气道30的出口与尾气管路p4相连。
11.作为一种优选方案，本发明所述氨催化裂解器12上设置有温度传感器13。
12.作为另一种优选方案，本发明所述氨催化裂解器12的尾气出口连接有尾气净化器14。
13.作为另一种优选方案，本发明所述氢气储存罐19上设置有压力检测口，压力检测口与压力传感器20相连。
14.其次，本发明所述高压液氨泵3上设置有流量传感器57和压力传感器4。
15.另外，本发明所述氨气储存罐6上设置有压力传感器7。
16.本发明的有益效果：
17.本发明通过冷却循环管路，将内燃机冷却系统和氨气催化裂解后含氮氢气的余热供给液氨的汽化过程，并在液氨汽化装置处设置有涡轮发电装置，利用液氨汽化过程中氨气膨胀的特性催动涡轮发电，并将电量储存在蓄电池内，提高涡轮发电装置的工作效率和电能利用率；利用内燃机尾气动量催动涡轮发电装置输出电量，并将电量储存在蓄电池内；通过氨催化裂解器利用内燃机尾气热量和钌基催化剂进行氨气裂解反应，并利用蓄电池电加热以应对内燃机工况变化；通过将液氨汽化产生的氨气和氨气裂解产生的氢气分别储存
在氨气储存罐和氢气储存罐以满足不同的燃烧控制方法；通过设置隔热涂层以提高主燃室的温度，保障氨燃料稳定燃烧；面对氨燃料内燃机的负荷工况变化，本发明对可变进排气门和燃料供给方式采用不同的控制方法，大大提高了氨的热效率，实现内燃机稳定运行；本发明的氨燃料内燃机本发明不仅实现了动力系统余热的高效利用，并可以依据负荷工况选择燃烧控制方法，实现氨燃料内燃机稳定高效运行。
附图说明
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
19.图1是一种基于氨燃料内燃机的动力系统及其控制方法装置示意图。
20.图2是本发明氨燃料内燃机的主燃室和预燃室相关结构示意图。
21.图3是本发明液氨汽化发电装置结构示意图。
22.图中，1-液氨罐、2-液氨滤清器、3-高压液氨泵、4-压力传感器5-单向阀、6-氨气储存罐、7-压力传感器、8-氨气增压泵、9-循环泵、10-液氨汽化发电装置、11-蓄电池、12-氨催化裂解器、13-温度传感器、14-尾气净化器、15-换热器、16-净化器、17-单向阀、18-尾气涡轮发电装置、19-氢气储存罐、20-压力传感器、21-预燃室、22-主燃室、23-氨气喷射器、24-可变进气门、25-氢气喷射器、26-火花塞、27-液氨喷射器、28-可变排气门、29-进气道、30-排气道、31-隔热涂层、32-内燃机冷却系统、41～50-调节阀、p1-液氨管路、p2-第一氨气管路、p3-第二氨气管路、p4-尾气管路、p5-冷却液循环管路、51-冷却液入口、52-冷却液出口、53-液氨入口、55-氨气出口、54-涡轮发电机、56-电线。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明
24.如图1所示，本发明包括液氨罐1，一部分液氨用于汽化产生氨气，一部分液氨作为燃料在主燃室直接喷射；
25.液氨罐1的输出端口通过第四十一调节阀41与液氨滤清器2的输入端口相连，液氨滤清器2的输出端口分别与第四十三调节阀43一端、第四十二调节阀42一端相连，第四十三调节阀43另一端与液氨汽化发电装置10的液氨输入端口相连，第四十二调节阀42另一端与高压液氨泵3的输入端相连，高压液氨泵3的输出端与液氨喷射器27相连。
26.冷却循环管路p5将内燃机冷却系统32和氨气催化裂解后裂解气的余热供给液氨汽化发电装置10；
27.冷却循环管路p5包括循环泵9，第四十六调节阀46，第四十七调节阀47，换热器15，液氨汽化发电装置10，内燃机冷却系统32；冷却液在换热器15处与氨裂解气换热，在内燃机冷却系统32处与内燃机余热换热；循环泵9的冷却液输出端通过第四十六调节阀46与内燃机冷却系统32冷却液输入端相连，通过第四十七调节阀47与换热器15的冷却液输入端相连，内燃机冷却系统32和换热器15的冷却液输出端与液氨汽化发电装置10的冷却液输入端相连，液氨汽化发电装置10的冷却液输出端与循环泵9的冷却液输入端相连；
28.冷却循环管路p5可选取水为循环介质。
29.液氨汽化发电装置10进行液氨的汽化和涡轮发电过程，汽化后的氨气一部分储存
在氨气储存罐6备用，一部分用于氨催化裂解器12裂解制氢；
30.液氨汽化发电装置10的氨气输出端口分别与第一氨气管路p2一端、第二氨气管路p3一端相连，第一氨气管路p2另一端依次通过第四十五调节阀45、单向阀5与氨气储存罐6进口相连，氨气储存罐6出口依次通过第四十九调节阀49、氨气增压泵8与氨气喷射器23相连，第二氨气管路p3另一端与氨催化裂解器12的氨气进气口相连，第二氨气管路p3上设置有第四十四调节阀44；液氨汽化发电装置10的电能输出端口与蓄电池11相连；
31.所述液氨汽化发电装置10包括外壳，外壳内设置有倒几字形冷却液管道，冷却液管道两端穿出外壳，冷却液管道一端为液氨入口53，冷却液管道另一端与涡轮发电机54的进气口相连，涡轮发电机54的出气口为氨气出口55；外壳一侧设置有冷却液入口51，外壳另一侧设置有冷却液出口52。采用倒几字形冷却液管道可有效延长液氨在外壳内的热交换时间，提高热交换效率和效果。冷却液入口51和冷却液出口52设置在外壳两侧，提高冷却液在外壳内的热交换时间，提高热交换效率和效果。液氨汽化膨胀后的氨气作用于涡轮叶片，推动涡轮发电，产生的电量通入蓄电池11；
32.所述液氨汽化发电装置10也可采用温差发电装置结构，以液氨汽化吸热过程作为冷源，循环管路p5冷却液作为热源，在冷却液和液氨换热的部位设置半导体温差发电片，在所述冷源和热源的温度差作用下，产生电量通入蓄电池11。
33.所述蓄电池11的蓄电可以为车辆其他部件供电。
34.氨燃料内燃机的尾气用于涡轮发电和加热氨催化裂解器12；
35.排气道30的出口通过尾气管路p4与尾气涡轮发电装置18的进气口相连，尾气涡轮发电装置18的电能输出端口与蓄电池11相连，尾气涡轮发电装置18的出气口与氨催化裂解器12的尾气进气口相连，氨催化裂解器12的尾气经尾气净化器14净化后排入空气中，氨催化裂解器12的电热器与蓄电池11相连；
36.裂解气经净化器16净化后一部分储存在氢气储存罐19备用，一部分直接通入预燃室21燃烧；氨催化裂解器12的出气口与换热器15的进气口相连，换热器15的出气口依次通过净化器16、单向阀17分别与氢气喷射器25进气口、第四十八调节阀48一端相连，第四十八调节阀48另一端与氢气储存罐19的进气口相连，氢气储存罐19的出气口与第五十调节阀50一端相连，第五十调节阀50另一端与氢气喷射器25进气口相连；
37.所述预燃室21设置在缸盖上，其上端设置有氢气喷射器25和火花塞26；所述主燃室22的上端从一侧至另一侧依次设置进气道29、预燃室21、液氨喷射器27、排气道30，进气道29上设置有氨气喷射器23；进气道29与主燃室22连接处设置有可变进气门24，液氨喷射器27下端出口与主燃室22内部连通，排气道30与主燃室22连接处设置有可变排气门28，通过控制可变进排气门开启时面值和扫气程度来改善氨的燃烧；主燃室22内设置有隔热涂层31，隔热涂层31设置在活塞上，一是降低活塞的受热，保证其工作可靠性和延长使用寿命；二是减少缸内热损失，一定程度上满足液氨汽化的热量需求，保障氨的稳定燃烧；三是提高尾气排放温度，有利于尾气的热量回收利用。
38.本发明提出一种预燃室射流点火结合液氨缸内直喷的燃烧策略来实现液氨的扩散燃烧，并通过设置氨气和氢气储罐解决氨燃料内燃机冷启动问题，降低了燃料供给系统的复杂性，保证了整车携带燃料的单一性和充装的方便性，同时实现氨燃料内燃机的稳定运行。
39.所述氨催化裂解器12上设置有温度传感器13。设置温度传感器13，可实时监控氨催化裂解器12内的反应温度。温度传感器13传递催化裂解装置12的温度信号，可设置在催化裂解装置12未达到500℃时，控制蓄电池11为催化裂解装置12的加热器供电，提供氨气在氨催化裂解装置12发生裂解反应所需要的能量，此过程主要工作于氨燃料内燃机启动工况和怠速工况。
40.所述氢气储存罐19上设置有压力检测口，压力检测口与压力传感器20相连；压力传感器20可与第四十八调节阀48的检测信号输入端口和第五十调节阀50的检测信号输入端口相连；压力传感器20可实时监控氢气储存罐内的压力值，以控制第四十八调节阀48和第五十调节阀50的启闭。
41.所述氨气储存罐6上设置有压力检测口，压力检测口与压力传感器7相连；压力传感器7的检测信号输出端口可与第四十五调节阀45的检测信号输入端口和第四十九调节阀49的检测信号输入端口相连；压力传感器7可实时监控氨气储存罐内的压力值，以控制第四十五调节阀45和第四十九调节阀49的启闭，单向阀5防止氨气回流。
42.所述高压液氨泵3上设置有流量传感器57和压力传感器4。压力传感器4的检测信号输出端口可与高压液氨泵3控制器的检测信号输入端口相连，保证液氨达到所需压力。流量传感器57的检测信号输出端口可与第四十二调节阀42控制器的检测信号输入端口和第四十三调节阀43控制器的检测信号输入端口相连，以调节两个管路的流量。
43.内燃机稳定运行时，第四十五调节阀45和第四十八调节阀48开启，第四十九调节阀49和第五十调节阀50关闭，氨气、氢气分别通过调节阀45、48进入氨气储存罐6、氢气储存罐19内，储存罐的压力达到额定值后，第四十五调节阀45和第四十八调节阀48关闭，储存罐储存的氨气、氢气作为内燃机启动工况时的燃料。
44.启动工况时，第五十调节阀50和第四十九调节阀49开启，第四十八调节阀48和第四十五调节阀45关闭，氢气储存罐19和氨气储存罐6分别为预燃室21和主燃室22提供氢气、氨气。
45.所述燃烧控制方法包括如下步骤：
46.启动工况时，在进气冲程，氨气储存罐6的氨气通过氨气喷射器23进入进气道，活塞位于上止点前360
°
至180
°
之间，氨气喷射器(23)喷射氨气，与空气混合后进入主燃室22；增大可变进气门24的开启时面值，增大进气量，使氨/空气混合气充分进入缸内，氢气储存罐19内的含氮氢气通过氢气喷射器25进入预燃室21；在压缩冲程，活塞位于上止点前40
°
至20
°
之间，火花塞26点燃预燃室21的氢混合气，火焰或者射流产物通过通孔进入主燃室22点燃氨混合气；在排气冲程，推迟开启可变排气门28以快速提升缸内温度。
47.中低负荷工况时，在进气冲程，活塞位于上止点前300
°
至180
°
之间，液氨经过高压液氨泵3增压后通过液氨喷射器27直接喷射进入缸内，并增大喷射提前角和提前开启可变进气门24，同时减小可变进气门开启时面值，以提高进气涡流强度，促进缸内形成均质预混合气，氨催化裂解装置12产生的裂解气经净化器16净化后，含氮氢气通过氢气喷射器25进入预燃室；在压缩冲程，活塞位于上止点前40
°
至20
°
之间，火花塞26点燃预燃室21的氢混合气，火焰或者射流产物通过通孔进入主燃室22点燃氨混合气；在排气冲程，增大可变排气门28的扫气程度，防止缸内压力过高。
48.高负荷工况时，在进气冲程，液氨经过高压液氨泵3增压后通过液氨喷射器27直接
喷射进入缸内，活塞位于上止点前260
°
至180
°
之间，液氨喷射器27第一次提前喷射适量液氨，减小可变进气门24开启时面值，在缸内形成氨/空气均质预混合气，氨催化裂解装置12产生的裂解气经净化器16净化后，含氮氢气通过氢气喷射器25进入预燃室21，在压缩冲程，活塞位于上止点前60
°
至40
°
之间，火花塞26点燃预燃室21的氢混合气，火焰或者射流产物通过通孔进入主燃室22点燃氨混合气，活塞位于上止点前30
°
至10
°
之间，液氨喷射器27第二次喷射足量液氨，实现液氨的扩散燃烧，提高氨燃料内燃机功率；在排气冲程，增大可变排气门28的扫气程度，防止缸内压力过高。
49.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施实例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于氨燃料内燃机的动力系统，其特征在于包括：液氨罐(1)，其特征在于液氨罐(1)的输出端口通过第四十一调节阀(41)与液氨滤清器(2)的输入端口相连，液氨滤清器(2)的输出端口分别与第四十三调节阀(43)一端、第四十二调节阀(42)一端相连，第四十三调节阀(43)另一端与液氨汽化发电装置(10)的液氨入口(53)相连，第四十二调节阀(42)另一端与高压液氨泵(3)的输入端相连，高压液氨泵(3)的输出端与液氨喷射器(27)相连；冷却循环管路(p5)，包括循环泵(9)、第四十六调节阀(46)、第四十七调节阀(47)、内燃机冷却系统(32)、换热器(15)、液氨汽化发电装置(10)，其特征在于循环泵(9)的冷却液输出端通过第四十六调节阀(46)与内燃机冷却系统(32)相连，通过第四十七调节阀(47)与换热器(15)的冷却液输入端相连，液氨汽化发电装置(10)的冷却液入口(51)与换热器(15)的冷却液输出端、内燃机冷却系统(32)的冷却液输出端相连，液氨汽化发电装置(10)的冷却液出口(52)与循环泵(9)的冷却液输入端相连；液氨汽化发电装置(10)，其特征在于液氨汽化发电装置(10)的电能输出端口与蓄电池(11)相连，液氨汽化发电装置(10)的氨气输出端口(55)分别与第一氨气管路(p2)一端、第二氨气管路(p3)一端相连，第一氨气管路(p2)另一端依次通过第四十五调节阀(45)、单向阀(5)与氨气储存罐(6)进口相连，氨气储存罐(6)出口依次通过第四十九调节阀(49)、氨气增压泵(8)与氨气喷射器(23)相连，第二氨气管路(p3)另一端与氨催化裂解器(12)的氨气进气口相连，第二氨气管路(p3)上设置有第四十四调节阀(44)；尾气涡轮发电装置(18)，其特征在于尾气涡轮发电装置(18)的进气口通过尾气管路(p4)与排气道(30)的出口相连，尾气涡轮发电装置(18)的出气口与氨催化裂解器(12)的尾气进气口相连，尾气涡轮发电装置(18)的电能输出端口与蓄电池(11)相连。2.根据权利要求1所述一种基于氨燃料内燃机的动力系统，其特征在于氨催化裂解器(12)的电热器与蓄电池(11)相连，氨催化裂解器(12)的裂解气出气口与换热器(15)的进气口相连，换热器(15)的出气口依次通过净化器(16)、单向阀(17)分别与氢气喷射器(25)、第四十八调节阀(48)一端相连，第四十八调节阀(48)另一端与氢气储存罐(19)的进气口相连，氢气储存罐(19)的出气口通过第五十调节阀(50)与氢气喷射器(25)相连。3.根据权利要求1所述一种基于氨燃料内燃机的动力系统，其特征在于所述液氨汽化发电装置(10)包括外壳，外壳内设置有倒几字形冷却液管道，冷却液管道两端穿出外壳，冷却液管道一端为液氨入口(53)，冷却液管道另一端与涡轮发电机(54)的进气口相连，涡轮发电机(54)的出气口为氨气输出端口(55)，外壳一侧设置有冷却液入口(51)，外壳另一侧设置有冷却液出口(52)。4.根据权利要求1所述一种基于氨燃料内燃机的动力系统，其特征在于主燃室(22)的上端从一侧至另一侧依次设置进气道(29)、预燃室(21)、液氨喷射器(27)、排气道(30)，进气道(29)上设置有氨气喷射器(23)，进气道(29)与主燃室(22)连接处设置有可变进气门(24)，液氨喷射器(27)下端出口与主燃室(22)内部连通，排气道(30)与主燃室(22)连接处设置有可变排气门(28)，活塞上设置有隔热涂层(31)；预燃室(21)设置在缸盖上，预燃室(21)的上端设置有氢气喷射器(25)和火花塞(26)，预燃室(21)下端出口与主燃室(22)内部连通。5.根据权利要求2所述一种基于氨燃料内燃机的动力系统，其特征在于所述氢气储存
罐(19)和氨气储存罐(6)上分别设置有压力传感器(20)和压力传感器(7)。6.根据权利要求1所述一种基于氨燃料内燃机的动力系统，其特征在于所述高压液氨泵(3)上设置有流量传感器(57)和压力传感器(4)。7.一种基于氨燃料内燃机的控制方法，其特征在于包括如下步骤：启动工况时，在进气冲程，氨气储存罐(6)的氨气通过氨气喷射器(23)进入进气道，与空气混合后进入主燃室(22)，增大可变进气门(24)的开启时面值，氢气储存罐(19)内的含氮氢气通过氢气喷射器(25)进入预燃室(21)，在压缩冲程，火花塞(26)点燃预燃室(21)的氢混合气，火焰或者射流产物通过通孔进入主燃室(22)点燃氨混合气，在排气冲程，推迟开启可变排气门(28)；中低负荷工况时，在进气冲程，液氨经过高压液氨泵(30增压后通过液氨喷射器(27)直接喷射进入缸内，并增大喷射提前角和提前开启可变进气门(24)，同时减小可变进气门开启时面值，氨催化裂解装置(12)产生的裂解气经净化器(16)净化后，含氮氢气通过氢气喷射器(25)进入预燃室(21)，在压缩冲程，火花塞(26)点燃预燃室(21)的氢混合气，火焰或者射流产物通过通孔进入主燃室(22)点燃氨混合气，在排气冲程，增大可变排气门(28)的扫气程度；高负荷工况时，在进气冲程，液氨经过高压液氨泵(3)增压后通过液氨喷射器(27)直接喷射进入缸内，液氨喷射器(27)第一次提前喷射适量液氨，减小可变进气门(24)开启时面值，氨催化裂解装置(12)产生的裂解气经净化器(16)净化后，含氮氢气通过氢气喷射器(25)进入预燃室(21)，在压缩冲程，火花塞(26)点燃预燃室(21)的氢混合气，火焰或者射流产物通过通孔进入主燃室(22)点燃氨混合气，液氨喷射器(27)第二次喷射足量液氨，在排气冲程，增大可变排气门(28)的扫气程度。8.根据权利要求7所述一种基于氨燃料内燃机的控制方法，其特征在于所述启动工况的进气冲程中，活塞位于上止点前360
°
至180
°
之间，氨气喷射器(23)喷射氨气，压缩冲程中，活塞位于上止点前40
°
至20
°
之间，火花塞(26)点燃预燃室(21)的氢混合气。9.根据权利要求7所述一种基于氨燃料内燃机的控制方法，其特征在于所述中低负荷工况的进气冲程中，活塞位于上止点前300
°
至180
°
之间，液氨喷射器(27)喷射液氨，压缩冲程中，活塞位于上止点前40
°
至20
°
之间，火花塞(26)点燃预燃室(21)的氢混合气。10.根据权利要求7所述一种基于氨燃料内燃机的控制方法，其特征在于所述高负荷工况的进气冲程中，活塞位于上止点前260
°
至180
°
之间，液氨喷射器(27)第一次喷射液氨，压缩冲程中，活塞位于上止点前60
°
至40
°
之间，火花塞(26)点燃预燃室(21)的氢混合气，活塞位于上止点前30
°
至10
°
之间，液氨喷射器(27)第二次喷射液氨。

技术总结
本发明公开一种基于氨燃料内燃机的动力系统及其控制方法，内燃机以氨在线裂解制得的氢气作为点火室燃料，氨作为主燃室燃料实现零碳排放。通过冷却循环管路，将氨燃料内燃机冷却系统和氨催化裂解后裂解气余热用于液氨汽化；分别利用液氨汽化膨胀的特性和内燃机尾气动量催动涡轮发电装置输出电量，并将电量储存在蓄电池中；通过氨催化裂解器利用尾气热量和钌基催化剂进行氨裂解制氢，电加热作为热量补充；在内燃机活塞上设置隔热涂层以减少热损失；对可变进排气门和燃料供给方式采用不同控制方法应对氨燃料内燃机负荷工况变化，提高氨的热效率；本发明实现动力系统余热的高效利用，可依据负荷工况选择燃烧控制方法，使氨燃料内燃机稳定高效运行。料内燃机稳定高效运行。料内燃机稳定高效运行。


技术研发人员：董鹏博 陈士豪 隆武强 田江平 田华 肖鸽 王庆阳 刘坤龙
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/28