大缸径船舶低速机及其喷射控制方法
本发明公开一种大缸径船舶低速机，包括双燃料同轴喷射系统和重整系统，通过液氨支路和氢气重整支路向双燃料同轴喷射系统提供液氨和富氢燃料。所述双燃料同轴喷射系统包括安装套、壳体、喷油嘴、同轴设置的输入液氨通道和输入氢气管道，所述输入液氨通道顶端连通液氨进口，末端连通液氨喷油孔，所述输入氢气管道顶端连通氢气进口，末端连通喷氢孔；所述安装套、壳体、喷油嘴内部形成的空腔内还设置有活塞和针阀组件，所述输入液氨通道和输入氢气管道同轴设置在壳体内且分别位于所述空腔的两侧；所述针阀组件用于连通/阻断所述输入液氨通道和输入氢气管道，在所述针阀组件向上移动时，分别连通所述输入液氨通道和输入氢气管道，使液氨和富氢燃料流入对应的喷射孔。
发明专利
CN202311687950.1
2023-12-08
CN117514531A
2024-02-06
F02M21/02(2006.01)
哈尔滨工程大学
王洋;马炳成;张凯;刘龙;李钰宁
150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号
天津市北洋有限责任专利代理事务所
刘同欣
黑龙江;23
1.一种大缸径船舶低速机，其特征在于包括双燃料同轴喷射系统和重整系统，所述双燃料同轴喷射系统设置在气缸盖上；所述重整系统包括液氨支路(2)和氢气重整支路(9)；所述液氨支路(2)包括通过管路依次连接的储氨罐(4)、流量控制器(3)和双燃料同轴喷射系统的液氨进口(10)；氢气重整支路(9)包括通过管路依次连接的储氨罐(4)、重整器(5)、中冷器(6)、加压泵(7)、调节阀(8)和双燃料同轴喷射系统的氢气进口(11)； 所述储氨罐(4)具有两个出口，分别连通流量控制器(3)和重整器(5)； 所述双燃料同轴喷射系统包括从上至下依次设置的安装套(112)、壳体(107)、喷油嘴(103)，还包括同轴设置在壳体(107)内的输入液氨通道(104)和输入氢气管道(105)，所述输入液氨通道(104)顶端连通液氨进口(10)，末端连通液氨喷油孔(101)，用于喷射液氨燃料，所述输入氢气管道105顶端连通氢气进口(11)，末端连通喷氢孔(116)，用于喷射富氢燃料；所述安装套(112)、壳体(107)、喷油嘴(103)内部形成的空腔内还设置有活塞和针阀组件，所述输入液氨通道(104)和输入氢气管道(105)同轴设置在壳体(107)内、不连通、且分别位于所述空腔的两侧，且输入液氨通道(104)和输入氢气管道(105)均与所述空腔的中心轴线轴向平行； 所述针阀组件用于连通/阻断所述输入液氨通道(104)和输入氢气管道(105)，在所述针阀组件外壁开有两个进液口，在所述针阀组件向上移动时，分别连通所述输入液氨通道(104)和输入氢气管道(105)，使液氨和富氢燃料流入对应的喷射孔；且所述针阀组件上部外壁和喷油嘴(103)内壁形成柱面密封，且所述针阀组件下部外壁与喷油嘴内壁之间存在一定空隙； 根据发动机喷油策略所需要的燃料量，ECU调整通过液氨进口(10)进入所述双燃料同轴喷射系统的液氨燃料的流量、压力，以及调整通过氢气进口(11)进入所述双燃料同轴喷射系统的富氢燃料流量和压力；其中重整系统的氨氢燃料能量比中氢占1％-40％，进入所述双燃料同轴喷射系统的富氢燃料的压力为5MPa-30MPa、液氨的喷射压力为5-100Mpa,富氢燃料的质量流量在0.1-0.2kg/s。 2.根据权利要求1所述的大缸径船舶低速机，其特征在于，所述喷油嘴(103)下端设置有所述液氨喷油孔(101)和喷氢孔(116)；在所述安装套(112)、壳体(107)、喷油嘴(103)的内部形成的所述空腔内，从上至下依次设置安装腔(117)、活塞腔(108)、推杆腔(118)和针阀腔(119)；而且所述输入液氨通道和输入氢气管道均与所述安装腔与活塞腔的中心轴线轴向平行； 所述安装腔(117)内包括移动座(111)和弹簧(110)，所述活塞腔(108)与安装腔(117)之间设置有活塞(109)，所述活塞(109)分隔活塞腔(108)与安装腔(117)，且活塞的外壁与活塞腔内壁为密封连接；所述针阀腔(119)内部设置有针阀组件；且所述推杆腔(118)内设置有推杆(106)； 所述移动座(111)内壁顶部固定连接弹簧(110)的一端，所述弹簧(110)另一端固定连接在活塞(109)的顶部，所述活塞的外壁与活塞腔内壁为密封连接，所述活塞(109)与推杆(106)一体连接，从而当所述活塞在活塞腔内进行上下移动时，所述活塞(109)带动推杆(106)上下移动。 3.根据权利要求2所述的大缸径船舶低速机，其特征在于，一预紧力调节组件(113)的工作端固定连接在所述的移动座(111)的顶部，由ECU控制其向下移动，从而推动移动座向下移动，实现调节弹簧的预紧力。 4.根据权利要求2所述的大缸径船舶低速机，其特征在于，所述移动座(111)具有上限位和下限位，所述移动座(111)上限位为所述移动座(111)顶部抵达所述安装套(112)内壁顶壁，所述移动座(111)下限位为所述移动座(111)下端抵达所述壳体(107)上端法兰处。 5.根据权利要求2所述的大缸径船舶低速机，其特征在于，在所述喷油嘴(103)下部还设置有止回阀(102)，用于防止液氨燃料回流到输入液氨管道(104)中。 6.根据权利要求2所述的大缸径船舶低速机，其特征在于，所述液氨喷油孔(101)为5个喷孔，各喷孔直径为1mm。 7.根据权利要求2所述的大缸径船舶低速机的喷射控制方法，包括： 当燃油启动时，ECU控制双燃料同轴喷射系统和重整系统工作，来自储氨罐(4)的液氨燃料经液氨支路(2)进入所述双燃料同轴喷射系统中，同时经氢气重整支路(9)进行入液氨重整制氢的流程，并将制备的富氢燃料进入所述双燃料同轴喷射系统中，为喷射准备； 随后，所述ECU控制预紧力调节组件(113)向下移动，带动移动座(111)、弹簧(110)、活塞(109)、推杆(106)和针阀组件向下移动，直至所述移动座(111)抵达其下限位，位于针阀组件上的进液口连通所述输入液氨通道(104)和输入氢气管道(105)，使液氨和富氨燃料通过位于针阀组件外壁的进液口进入所述输入液氨通道(104)和输入氢气管道(105)的末端，分别通过液氨喷油孔(101)和喷氢孔(116)向缸内喷射燃料； 再根据ECU的控制，调整液氨和富氢燃料喷入缸内的喷射时间，从而实现氨氢分层喷射。 8.根据权利要求7所述的大缸径船舶低速机的喷射控制方法，其特征在于，通过模拟仿真所述双燃料同轴喷射系统，获得双燃料同轴喷射系统的匹配喷油型线、喷油次序和喷油间隔时间，以及获得重整系统的氨氢燃料能量比、流量调整器(3)进入液氨支路(2)的液氨进口(10)的流量、中冷器(6)输出的富氢燃料温度、加压泵(7)输出富氢燃料的压力、调节阀(8)调节流入氢气进口(11)的富氢燃料量。