一种基于氨氢高压双直喷的预燃室系统及控制方法
本发明公开了一种基于氨氢高压双直喷的预燃室系统，包括预燃室子系统、氨重整制氢子系统和预燃室电控子系统；预燃室子系统包括预燃室设置在和其中的高压双直喷喷射器，预燃室外套筒和预燃室内套筒之间的空间为室外壁冷却水冷却通道，高压双直喷喷射器包括设置在喷射器主体内、且相互独立的重整气管路和液氨管路实现预燃室内双燃料的喷射；采用预燃室外部水冷和预燃室内部液氨汽化吸热的方式来控制预燃室温度，从而解决预燃室内喷射器烧蚀的问题。通过预燃室电控子系统实现喷射策略灵活可变；采用氨重整制氢子系统为预燃室在线提供重整气，不但简化了燃料供给系统，而且安全系数更高，并解决氨发动机冷启动阶段着火困难的问题。
发明专利
CN202311387644.6
2023-10-25
CN117404172A
2024-01-16
F02B19/10(2006.01)
天津大学
潘家营;李金光;卫海桥;舒歌群;梁兴雨;王磊
300072 天津市南开区卫津路92号
天津市北洋有限责任专利代理事务所
李丽萍
天津;12
1.一种基于氨氢高压双直喷的预燃室系统，包括预燃室子系统(2)、氨重整制氢子系统(3)和预燃室电控子系统； 所述预燃室子系统(2)包括预燃室，所述预燃室的室壁包括预燃室外套筒(5)和预燃室内套筒(6)，所述预燃室内设有高压双直喷喷射器(9)、火花塞(10)和温度传感器(11)，所述预燃室外套筒(5)和预燃室内套筒(6)之间的空间内沿周向设有十个冷却水道(13)，按照周向上相邻的五个冷却水道(13)串联，将十个冷却水道(13)分为两组，同一组中的相邻冷却水道(13)的串联口的位置按照上、下间隔交错布置，所有的冷却水道共用一个冷却水进口(7)和一个冷却水出口(8)，所述冷却水进口(7)和冷却水出口(8)均位于预燃室的顶部，所述冷却水进口(7)和冷却水出口(8)与发动机冷却系统相接，在进水管上设有冷却水电动流量调节阀(12)； 所述高压双直喷喷射器(9)位于所述预燃室的中心位置，所述高压双直喷喷射器(9)包括设置在喷射器主体(901)内、且相互独立的重整气管路(902)和液氨管路(903)，所述火花塞(10)侧置装于预燃室内，所述温度传感器(11)垂直装于预燃室内； 所述氨重整制氢子系统(3)包括氨罐(23)、重整气储气罐(19)和重整器(20)，在发动机排气管上安装有排气温度传感器(15)，所述重整器(20)安装在所述发动机排气管的外壁上；所述氨罐(23)通过管路A连接至所述重整器(20)的进气口，在管路A上设有重整器电动流量调节阀(16)；所述重整器(20)的进气口和排气口处均安装一单向阀，所述重整器(20)的出气口通过出气管连接所述重整气储气罐(19)的进气口，所述重整气储气罐(19)的出气口连接至所述高压双直喷喷射器(9)的重整气管路(902)的进口；所述重整气储气罐(10)内装有重整气成分及含量传感器(18)，所述氨罐(23)中的氨经过重整器电动流量调节阀(16)调节流量后流入所述重整器(20)； 所述预燃室电控子系统包括ECU单元和与所述氨罐(23)相连的进气道氨喷射器(21)，所述进气道氨喷射器(21)的喷嘴伸入至发动机的进气道，所述冷却水电动流量调节阀(12)、高压双直喷喷射器(9)、火花塞(10)、设置在所述预燃室内的温度传感器(11)、排气温度传感器(15)、重整气成分及含量传感器(18)、重整器电动流量调节阀(16)均与所述ECU单元相联。 2.根据权利要求1所述的基于氨氢高压双直喷的预燃室系统，其特征在于，同一组冷却水道中的五个冷却水道(13)采用冷却水道连通腔(14)串联。 3.根据权利要求1所述的基于氨氢高压双直喷的预燃室系统，其特征在于，来自发动机的冷却水经过冷却水电动流量调节阀(12)控制流量后流入预燃室的冷却水道(13)，吸收预燃室的热量后流回发动机。 4.根据权利要求1所述的基于氨氢高压双直喷的预燃室系统，其特征在于，所述重整器(20)内装有催化剂，所述重整器(20)利用高温尾气和催化剂将氨气在线催化转化为氢气和氮气，经过单向阀流入重整气储气罐(19)，随后被所述高压双直喷喷射器(9)喷入预燃室内引燃氨。 5.根据权利要求1所述的基于氨氢高压双直喷的预燃室系统，其特征在于，所述高压双直喷喷射器(9)向预燃室内喷射液氨和氨重整气，其中，液氨于预燃室内汽化吸热，在降低预燃室温度的同时还为预燃室供给燃料，氨重整气用于引燃氨。 6.一种基于氨氢高压双直喷的预燃室系统控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一所述的预燃室系统， 所述ECU单元依据油门开度调节进气道氨喷射器(21)的喷射策略； 所述ECU单元依据温度传感器(11)检测到的预燃室温度调整所述冷却水电动流量调节阀(12)的开度和所述高压双直喷喷射器(9)喷入预燃室内液氨的喷射量； 所述ECU单元依据排气温度传感器(15)检测到的排气温度和重整气成分及含量传感器检测到的储气罐内重整气成分及对应的含量，计算目标重整气量，进而调整重整器电动流量调节阀(16)的开度，控制流入所述重整器(20)的氨流量； 所述ECU单元依据预燃室内液氨喷射量调节重整气喷射策略，随后控制火花塞点火。 7.根据权利要求6所述的基于氨氢高压双直喷的预燃室系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，依据油门开度，ECU单元调节进气道氨喷射器喷射策略，为发动机的主燃室供给氨燃料； 步骤2，预燃室温度传感器检测预燃室温度，并将预燃室温度传输至ECU单元；ECU单元依据此温度调节预燃室冷却水电动流量调节阀开度和高压双直喷喷射器液氨喷射量，保证预燃室温度维持在安全范围内； 步骤3，ECU单元依据预燃室液氨喷射量计算预燃室稳定着火所需重整气量；重整气成分及含量传感器将重整气储气罐内气体成分和含量信息输送至ECU单元，同时，排气温度传感器将排气温度输送至ECU单元，ECU单元根据目标重整气量调节重整器电动流量调节阀(16)的开度，控制流入重整器的氨气流量，保证重整气储气罐内气量充足，并额外提供冷启动阶段所需重整气； 步骤4，ECU单元控制高压双直喷喷射器于液氨喷射后喷射重整气，并控制火花塞于最佳点火时刻点火，保证预燃室内混合气稳定着火；随后射流火焰经过预燃室喷孔喷进主燃室，引燃所述主燃室内可燃混合气；至此，一次完整的工作过程已经完成，随后按照此顺序重复以上工作过程。