一种氨燃料内燃机的低压EGR废气组分及温度复合调控系统
本发明适用于内燃机技术领域，提供了一种氨燃料内燃机的低压EGR废气组分及温度复合调控系统，包括ECU、排气系统、低压EGR系统以及进气系统；所述排气系统包括增压器涡轮机端和排气管路；所述低压EGR系统包括低压EGR管路和三个低压EGR分路，各所述低压EGR分路上均安装有通断阀，三个所述低压EGR分路对应安装有EGR中冷器A、EGR中冷器B和EGR加热器，各所述低压EGR分路均与EGR阀连接，且所述EGR阀的管路上还设置有EGR温度传感器；所述进气系统包括进气流量计、空气滤清器、增压器压气机端、进气中冷器、电子节气门以及进气歧管。该系统能够提高氨燃料内燃机燃烧速度及燃烧稳定性，并拓宽工况范围，有利于提高氨燃料动力系统的热效率并减少含氮污染物的排放。
发明专利
CN202311660082.8
2023-12-06
CN117449986A
2024-01-26
F02M26/06(2016.01)
吉林大学
孙万臣;王潇楠;郭亮;张浩;朱格男;曾文鹏;林少典;蒋梦奇;于长友
130012 吉林省长春市前进大街2699号
北京专赢专利代理有限公司
李斌
吉林;22
1.一种氨燃料内燃机的低压EGR废气组分及温度复合调控系统，其特征在于，包括ECU、排气系统、低压EGR系统以及进气系统，其中： 所述排气系统包括增压器涡轮机端，所述增压器涡轮机端设置有两个排气管路； 所述低压EGR系统包括与一个排气管路连接的低压EGR管路，所述低压EGR管路的另一端串联有低压EGR主路A、低压EGR分路B和低压EGR分路C，所述低压EGR主路A、低压EGR分路B和低压EGR分路C上均安装有通断阀，三个所述通断阀分别定义为通断阀A、通断阀B和通断阀C，对应安装于低压EGR主路A、低压EGR分路B和低压EGR分路C上，所述低压EGR主路A上还串联有EGR中冷器A，所述低压EGR分路B上串联有EGR中冷器B，所述低压EGR分路C上串联有EGR加热器，所述低压EGR主路A、低压EGR分路B和低压EGR分路C远离低压EGR管路的一端均与EGR阀连接，且所述EGR阀的一侧还设置有用于检测EGR阀两端的压差的EGR压差传感器，且所述EGR阀的管路上还设置有EGR温度传感器； 所述进气系统由进气流量计、空气滤清器、增压器压气机端、进气中冷器、电子节气门以及进气歧管串联组成，进气歧管最终与缸盖进气道连接，且所述EGR阀通过管道与空气滤清器和增压器压气机端之间的管路连接； 所述ECU同时与各电气部件连接，用于进行信号接收和反馈控制。 2.根据权利要求1所述的氨燃料内燃机的低压EGR废气组分及温度复合调控系统，其特征在于，所述排气管路的外部套设有一层隔热材料。 3.根据权利要求2所述的氨燃料内燃机的低压EGR废气组分及温度复合调控系统，其特征在于，所述低压EGR分路B和低压EGR分路C之间还设置有气体分离膜。 4.一种氨燃料内燃机的低压EGR废气组分及温度复合调控方法，基于上述权利要求3所述的氨燃料内燃机的低压EGR废气组分及温度复合调控系统，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、当氨燃料内燃机燃烧调控需要EGR时，EGR阀受ECU控制后开启，燃烧废气由于压差的作用从排气管路流入低压EGR管路； 步骤2、当低压EGR管路中的EGR阀开启后，ECU通过EGR压差传感器与EGR温度传感器的反馈信号获取当前低压EGR管路中循环废气的温度和压力，并结合当前选用的低压EGR分路中循环废气的组分及EGR阀开度传感器的反馈信号计算流经EGR阀的循环废气流量，通过进气流量计计算当前进气管路内混合气体的EGR率，并根据燃烧室内进气的EGR率与当前工况所需目标EGR率的差值对EGR阀的开度进行调节； 步骤3、当低压EGR管路中的EGR阀开启后，ECU根据当前氨燃料内燃机的工况选择合适的低压EGR分路，通过控制低压EGR系统中通断阀A、通断阀B和通断阀C的开关，对循环废气进行相应的加热或冷却处理，从而调控进气温度并间接影响缸内的燃烧初始温度，并根据EGR温度传感器的反馈信号对低压EGR分路中EGR加热器的功率或EGR中冷器的冷却强度进行调节，实现对氨燃料内燃机缸内进气温度的闭环控制； 步骤4、当氨燃料内燃机工作在小氨替代率工况时，ECU控制低压EGR主路A中的通断阀A开启，循环废气流入低压EGR主路A中，通过低压EGR主路A中的EGR中冷器A对循环废气进行冷却，降低氨燃料内燃机的燃烧初始温度； 步骤5、当氨燃料内燃机处于大负荷工况下时，ECU控制低压EGR主路B中的通断阀B开启，循环废气流入低压EGR分路B中，此时循环废气经过气体分离膜的筛选处理后，氮气的含量下降、水蒸气的比例增加，形成了富水蒸气的低压EGR废气；通过低压EGR分路B中的EGR中冷器B对富水蒸气的循环废气进行冷却，降低重新进入燃烧室内混合气体的温度； 步骤6、当氨燃料内燃机处于小负荷、怠速或冷启动工况时，ECU控制通断阀C开启，循环废气流入低压EGR分路C中；此时循环废气经过气体分离膜的筛选处理后水蒸气的含量下降，且氮气的比例增加，形成了富氮的低压EGR废气，通过低压EGR分路C中的EGR加热器对富氮的循环废气进行加热，提高进入燃烧室内混合气体的温度； 步骤7、当低压EGR管路中的通断阀B或通断阀C开启后，循环气体流经低压EGR分路B和低压EGR分路C之间的气体分离膜时，气体分离膜会对循环废气的组分进行筛选处理，改变循环废气中氮气和水蒸气所占比例，从而对氨燃料内燃机进气组分进行调控； 步骤8、当低压EGR管路中的循环废气流入进气管路后，与进气管路中的新鲜工质混合，形成含废气的混合气体，当混合气体流经增压器压气机端增压后，初步提高进入燃烧室内混合气体的含量； 步骤9、当增压压力高，进气中冷器正常工作时，进气管路中的混合气体流入进气中冷器后，发动机冷却液对混合气体进行冷却，提高氨燃料内燃机的充气效率； 步骤10、当增压器转速不足且增压压力低时，进气中冷器中发动机冷却液的温度高于增压后混合气体的温度，此时通过高温冷却液对混合气体加热，提高氨燃料燃烧所需进气的初始温度； 步骤11、当进气管路中的混合气体流经电子节气门时，ECU根据当前工况所需进气量对电子节气门的开度进行实时调节，精准控制缸内高活性引燃燃料及氨燃烧所需进气量； 步骤12、当ECU收到氨燃料内燃机的低压EGR废气组分及温度复合调控系统停止信号时，控制EGR阀关闭，低压EGR废气组分及温度复合调控系统停止工作。