一种面向增程器应用的零碳燃料转子机及控制方法

1.本发明设计了一种面向增程器应用的零碳燃料转子机及控制方法，具体涉及一种根据电动汽车电池电量和汽车负荷调节氨氢转子机氨气、氢气进气量占比的控制方法，属于内燃机领域。


背景技术：

2.随着科技的发展与进步，能源和环境的压力越来越大。交通运输行业是全球第三大碳排放领域，汽车行业减碳具有十分重要的意义。在这样的背景下，电动汽车作为新能源汽车的一种类型，由动力电池和电机提供动力，在行驶过程中不产生有害气体，可以做到零污染。但普通电动汽车存在续航里程受限、充电时间长以及环境适应性差的缺点，不能满足高时效、多环境长途驾驶的需求，因此，增程器应运而生。增程器是由发动机和发电机组成增程发电系统，可以在纯电动汽车的电量不能满足驾驶需求时，为电动汽车的电池充电，通过发动机和电池配合工作，可以使发动机长时间工作在高效区，提高发动机的经济性以及降低排放。
3.相比于传统往复式活塞机，转子机具有体积小、重量轻、结构简单紧凑、运行噪音小的优点，在电动汽车中运用转子发动机做增程器，可以极大减少给汽车带来的负担。同时，转子机的功率密度高，在电动汽车电池电量不足时，可以较快的为电池充电，保证电动汽车的续航能力满足使用需求。
4.氢气是一种无色、无味、无毒的可再生燃料，其燃烧产物只有水，具有点火能量低、易点燃、燃烧速度快等优点，但由于氢气易燃、易爆且在常温下难以液化，纯氢内燃机在运行过程中易发生早燃、回火、爆震等不正常燃烧现象，使得氢气目前难以被大规模应用于内燃机中。与此同时，氨气是一种成熟的化工产品，既是一种良好的氢能载体，又能作为燃料直接燃烧，其与氢气相同，不含碳原子，是一种清洁的可再生燃料，在纯氢发动机中掺氨有利于抑制发动机爆震，可以有效控制发动机的异常燃烧。
5.对于应用增程器的电动汽车，对发动机与发电机的实时动态协调控制是其混动控制中的关键部分，控制的合理性对汽车经济性、排放性以及舒适性具有十分重要的意义。本发明提出了一种面向增程器应用的零碳燃料转子机及控制方法，该发明利用氨氢燃料转子机作为电动汽车增程器，可以在零碳排放的同时为电动汽车电池充电，既能提高转子发动机的运行效率，又能增加电动汽车的续航里程。


技术实现要素：

6.为了改善电动汽车增程器对环境带来的负担，本发明提供了一种面向增程器应用的零碳燃料转子机及控制方法，通过应用氨氢双燃料转子发动机工作带动发电机工作，为电动汽车电池充电，保障电动汽车可以在高负荷、多种环境情况下正常工作，增加电动汽车的续航里程。
7.本发明采用如下技术方案：
8.一种面向增程器应用的零碳燃料转子机及控制方法，具体涉及一种根据电动汽车电池电量和汽车负荷率调节氨氢转子机运行的控制方法，包括：周边进气管路(p1)，其上依次串联有：空气滤清器(1)、电子节气门(2)、空气流量传感器(3)；氨气供给管路(p2)，其上依次串联有：氨气瓶(4)、氨气流量传感器(5)、氨气喷嘴(6)；氢气供给管路(p3)，其上依次串联有：氢气瓶(7)、氢气流量传感器(8)、阻燃阀(9)、氢气喷嘴(10)；火花塞(11)；发电机(12)；电池(13)；电池电量传感器(14)；起动电机(15)；ecu(e)；ecu(e)通过导线输出至电子节气门的信号为a、空气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为b、ecu(e)通过导线输出至氨气喷嘴的信号为c、氨气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为d、ecu(e)通过导线输出至氢气喷嘴的信号为e、氨气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为f、电池电量传感器反馈给ecu(e)的信号g、ecu(e)通过导线输出至起动电机的信号h；按钮(b)。
9.新鲜空气在进气管路(p1)中，依次经过空气滤清器(1)、电子节气门(2)、空气流量传感器(3)进入进气管路，氨气瓶(4)中的氨气依次经过氨气流量传感器(5)、氨气喷嘴(6)，氨气喷嘴(6)将新鲜氨气喷入进气管路，氢气瓶(7)中的氢气依次经过氢气流量传感器(8)、阻燃阀(9)、氢气喷嘴(10)，氢气喷嘴(10)将新鲜氢气喷入进气管路，空气、氨气和氢气在进气管路中充分混合后进入转子机气缸，完成一循环后燃烧废气随排气管路排出；转子发动机与发电机(12)连接，发电机(12)将转子发动机提供的机械能转化为电能，为电动汽车电池(13)充电，实现增程器为电动汽车提供额外电能，增加续航里程。
10.增程器用零碳燃料转子发动机包括以下控制过程：
11.转子发动机接收来自电池电量传感器的信号g：
12.当电池(13)电量q＞40％时，转子机处于停机状态。
13.当电池(13)电量q≤40％且汽车处于运行中，转子机采取纯氢起动燃烧策略，ecu(e)输出信号h至起动电机(15)，命令起动电机(15)带动转子发动机旋转，同时ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出e至氢气喷嘴(6)，调整空气和氢气燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，保证燃烧过程当量比同时，ecu(e)不输出信号，氨气喷嘴(6)处于关闭状态。
14.当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率0≤ε＜30％时，采取以氢为主、以氨为辅的燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比70％，氨气占比30％，保证燃烧过程当量比
15.当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率30％≤ε＜80％时，采取以氨为主、以氢为辅的燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比30％，氨气占比70％，保证燃烧过程当量比
16.当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率ε＞80％时，采取浓氨燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比5％，氨气占比95％，保证燃烧过程当量比
17.当汽车处于停止状态或充电状态时，可按按钮(b)，ecu(e)输出信号a、c、e分别至电子节气门(2)、氨气喷嘴(6)和氢气喷嘴(10)，停止空气、氨气和氢气的供给，使转子机停机，停止为电动汽车电池(13)充电。
18.其中，电池电量q＝剩余电量/电池容量，负荷率ε＝平均负荷/最大负荷，当量比＝单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比。
附图说明
19.图1.本发明的结构工作原理图
20.图1中：氢气供给管路(p1)：氢气存储罐(1)、气泵(2)、氢气滤清器(3)、氢气流量调节计(4)、氢气喷嘴(5)；进气管路(p2)：空气滤清器(6)、空气流量传感器(7)；火花塞(8)；发电机(9)；起动电机(10)；电池(11)；电池电量传感器(12)；ecu(e)；ecu(e)输出至氢气喷嘴(5)的信号s1、电池电量传感器(12)输入至ecu(e)的信号s2、cu(e)输出至起动电机(10)的信号s3；按钮(b)。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对于本发明做进一步的说明：
22.包括：周边进气管路(p1)，其上依次串联有：空气滤清器(1)、电子节气门(2)、空气流量传感器(3)；氨气供给管路(p2)，其上依次串联有：氨气瓶(4)、氨气流量传感器(5)、氨气喷嘴(6)；氢气供给管路(p3)，其上依次串联有：氢气瓶(7)、氢气流量传感器(8)、阻燃阀(9)、氢气喷嘴(10)；火花塞(11)；发电机(12)；电池(13)；电池电量传感器(14)；起动电机(15)；ecu(e)；ecu(e)通过导线输出至电子节气门的信号为a、空气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为b、ecu(e)通过导线输出至氨气喷嘴的信号为c、氨气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为d、ecu(e)通过导线输出至氢气喷嘴的信号为e、氨气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为f、电池电量传感器反馈给ecu(e)的信号g、ecu(e)通过导线输出至起动电机的信号h；按钮(b)。
23.2.控制如权利要求1所述的一种面向增程器应用的零碳燃料转子机及控制方法，其特征在于：
24.转子发动机接收来自电池电量传感器的信号g：
25.当电池(13)电量q＞40％时，转子机处于停机状态。
26.当电池(13)电量q≤40％且汽车处于运行中，转子机采取纯氢起动燃烧策略，ecu(e)输出信号h至起动电机(15)，命令起动电机(15)带动转子发动机旋转，同时ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出e至氢气喷嘴(6)，调整空气和氢气燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，保证燃烧过程当量比同时，ecu(e)不输出信号，氨气喷嘴(6)处于关闭状态。
27.当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率0≤ε＜30％时，采取以氢为主、以氨为辅的燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比70％，氨气占比30％，保
证燃烧过程当量比
28.当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率30％≤ε＜80％时，采取以氨为主、以氢为辅的燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比30％，氨气占比70％，保证燃烧过程当量比
29.当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率ε＞80％时，采取浓氨燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比5％，氨气占比95％，保证燃烧过程当量比
30.当汽车处于停止状态或充电状态时，可按按钮(b)，ecu(e)输出信号a、c、e分别至电子节气门(2)、氨气喷嘴(6)和氢气喷嘴(10)，停止空气、氨气和氢气的供给，使转子机停机，停止为电动汽车电池(13)充电。
31.其中，电池电量q＝剩余电量/电池容量，负荷率ε＝平均负荷/最大负荷，当量比＝单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比。

技术特征：
1.一种面向增程器应用的零碳燃料转子机，其特征在于，包括：周边进气管路(p1)，其上依次串联有：空气滤清器(1)、电子节气门(2)、空气流量传感器(3)；氨气供给管路(p2)，其上依次串联有：氨气瓶(4)、氨气流量传感器(5)、氨气喷嘴(6)；氢气供给管路(p3)，其上依次串联有：氢气瓶(7)、氢气流量传感器(8)、阻燃阀(9)、氢气喷嘴(10)；火花塞(11)；发电机(12)；电池(13)；电池电量传感器(14)；起动电机(15)；ecu(e)；ecu(e)通过导线输出至电子节气门的信号为a、空气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为b、ecu(e)通过导线输出至氨气喷嘴的信号为c、氨气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为d、ecu(e)通过导线输出至氢气喷嘴的信号为e、氨气流量传感器反馈给ecu(e)的信号为f、电池电量传感器反馈给ecu(e)的信号g、ecu(e)通过导线输出至起动电机的信号h；按钮(b)。2.控制如权利要求1所述的一种面向增程器应用的零碳燃料转子机的方法，其特征在于：转子发动机接收来自电池电量传感器(14)的信号g：当电池(13)电量q＞40％时，转子机处于停机状态；当电池(13)电量q≤40％且汽车处于运行中，转子机采取纯氢起动燃烧策略，ecu(e)输出信号h至起动电机(15)，命令起动电机(15)带动转子发动机旋转，同时ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出e至氢气喷嘴(6)，调整空气和氢气燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，保证燃烧过程当量比同时，ecu(e)不输出信号，氨气喷嘴(6)处于关闭状态；当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率0≤ε＜30％时，采取以氢为主、以氨为辅的燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比70％，氨气占比30％，保证燃烧过程当量比当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率30％≤ε＜80％时，采取以氨为主、以氢为辅的燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比30％，氨气占比70％，保证燃烧过程当量比当电池(13)电量q≤40％且汽车负荷率ε＞80％时，采取浓氨燃烧策略，ecu(e)输出信号a调整电子节气门(2)开度、输出信号c至氨气喷嘴(6)、输出信号e至氢气喷嘴(10)，调整空气和氨氢燃料的供给量，并根据空气流量传感器(3)、氨气流量传感器(5)和氢气流量传感器(8)的反馈信号进行修正，使得氢气占比5％，氨气占比95％，保证燃烧过程当量比当汽车处于停止状态或充电状态时，按按钮(b)，ecu(e)输出信号a、c、e分别至电子节气门(2)、氨气喷嘴(6)和氢气喷嘴(10)，停止空气、氨气和氢气的供给，使转子机停机，停止为电动汽车电池(13)充电；其中，电池电量q＝剩余电量/电池容量，负荷率ε＝平均负荷/最大负荷，当量比＝单位质量的燃料完全燃烧所需的理论空气质量与实际供给的空气质量之比。

技术总结
本发明设计了一种面向增程器应用的零碳燃料转子机及控制方法。具体涉及一种根据电动汽车电池电量和汽车负荷率调节氨氢转子机运行的控制方法。本发明以电动汽车电池电量传感器输出信号为根据，判断电动汽车的电池电量，来控制增程器用氨氢转子机的运转状况，同时，根据汽车的负荷率输出信号到转子机电子节气门、氨气喷嘴和氢气喷嘴，控制燃料的喷射油量，合理改变氢气和氨气的供给策略，使氨-氢-空混合气在当量比为1的情况下燃烧，保证转子机运行的经济性，实现转子机在零碳排放的前提下为电动汽车电池充电，增加电动汽车的续航里程。增加电动汽车的续航里程。增加电动汽车的续航里程。


技术研发人员：汪硕峰 孙禹 纪常伟 杨金鑫 王怀宇
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/20