一种氨袭卷系统及控制方法

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1.本发明涉及双燃料发动机的缸内燃烧技术领域，具体为一种氨袭卷系统及控制方法。

背景技术：

2.经检索，在公开号为cn105697161b的一种lng/柴油双燃料发动机控制系统，其包括电子控制单元及依次与电子控制单元连接的转速传感器、油门位置传感器、水温传感器、排气温度传感器、氧传感器、天然气供给系统及柴油供给系统；与现有技术相比，本发明采用一种开环和闭环相结合的方式实现对lng/柴油双燃料发动机的运行控制，实现对引燃油量、天然气喷射时间和喷射量的实时控制调节，使柴油发动机运行平稳，提升发动机在双燃料运行模式下的性能。
3.如上述以天然气作为替代燃料的船舶低速二冲程发动机较多。天然气作为清洁高效的低碳化石能源，肩负着能源消费结构从化石能源向可再生能源过渡的重要使命，促进了船舶发动机减排控碳的实现。但是船舶天然气/柴油双燃料发动机通常会产生以甲烷为主的未燃烧碳氢排放物。二冲程双燃料发动机的未燃甲烷排放，主要由排气阀底部附近积聚的未燃甲烷、活塞顶部环岸区域残存的未燃甲烷和燃烧室壁附近火焰冷激效应引起的未燃甲烷三部分组成。未燃甲烷的大量排放，不仅是一种能源的浪费，更提高了船舶运行成本，甚至会导致温室效应的加剧。
4.由于氨是一种清洁能源，使用氨气可有效可有效的解决燃烧过程导致的碳排放问题，但氨燃料燃烧点火困难，最小点火延迟时间大，氨燃料火焰传播慢，直接采用柴油引燃，需要引燃柴油比例大，降低了发动机减排效果，为此，我们提出一种氨袭卷系统及控制方法。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种氨袭卷系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，包括柴油供给系统和lng供给系统，以及安装在柴油供给系统和lng供给系统的输出端的双燃料发动机；所述双燃料发动机的内部设置有燃烧室，所述燃烧室的下方设置有活塞，且活塞的外部设置有气缸主体，所述气缸主体的顶部设置有气缸盖，所述气缸盖的内侧设置有氨与天然气双燃料喷射器，且氨与天然气双燃料喷射器的内侧设置有引燃柴油喷油器，所述燃烧室的顶部安装有排放阀，所述氨与天然气双燃料喷射器的内部设置有两组供气通道，其中一组所述供气通道为a通道，另一组所述供气通道为b通道，所述排放阀的顶部设置有排气阀套，所述排放阀的一侧设置有排气管。
7.优选的，所述lng供给系统包括一组天然气储罐和一组氨气燃料储罐。
8.优选的，所述lng供给系统与双燃料发动机之间设置有me-gi-ecs控制系统，所述柴油供给系统与双燃料发动机之间设置有me-ecs控制系统。
9.优选的，所述me-gi-ecs控制系统用于电控天然气喷射、电控氨燃料喷射、燃油运行与双燃料运行切换、燃气燃烧监测、天然气与氨的燃气切断转换、双壁管通风及泄漏报警、密封油控制、惰气吹扫燃气管路和与燃气供气系统交互。
10.优选的，所述me-ecs控制系统用于控制电控引燃柴油喷射、电控排气阀开启、调速器及速度控制、起动换向流程和气缸润滑。
11.优选的，所述燃烧室由排放阀底部、活塞顶部、气缸盖内部和气缸主体内部组成。
12.优选的，所述天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷控制方法包括以下步骤：s1：在活塞运行至上止点附近，引燃柴油通过引燃柴油喷油器先喷入燃烧室进行压燃，提供点火能量；s2：天然气再以20-30mpa的喷射压力通过氨与天然气双燃料喷射器中的a通道喷入燃烧室进行燃烧，在天然气着火后氨燃料通过氨与天然气双燃料喷射器中b通道喷入燃烧室进行燃烧；s3：氨燃料的射流对燃烧室中天然气燃烧火焰进行袭卷作用，避免甲烷与气缸盖和气缸主体壁面的碰撞；s4：氨与天然气火焰传播速度不同，火焰交互作用下燃烧室中流场更容易形成不同流速层，促进氧气在各燃料涡团中运动，使可燃混合气形成贫/富氧区域转换，促进甲烷在中间富氧区进行燃烧，氨燃料在燃烧室气缸盖与气缸主体近壁处的贫氧区燃烧；s5：以氨燃料的低速火焰对气缸盖与气缸主体内壁面附近甲烷进行袭扰，加强燃烧室中流场径向流速，引导甲烷远离气缸盖与气缸主体内壁面，在燃烧室壁面附近形成以氨燃料为主的低速火焰层，阻断甲烷撞击燃烧室壁面路径，降低燃烧室低壁面温度导致甲烷的热化学支链反应中断，天然气火焰无法继续传播现象。
13.上述描述可以看出，通过本技术的上述的技术方案，必然可以解决本技术要解决的技术问题。
14.同时，通过以上技术方案，本发明至少具备以下有益效果：本发明在天然气/柴油双燃料发动机中采用氨袭卷燃烧，氨为零碳燃料，燃烧产物没有二氧化碳，利用微比例柴油引燃天然气，再利用天然气释放的热量点燃氨燃料，保证了着火的稳定性，氨袭卷阻碍了天然气与燃烧壁面碰撞，减少了未燃甲烷排放；本发明通过氨燃料的袭卷，降低了燃烧室冷激效果产生的未燃甲烷现象，减少了未燃甲烷的排放；又解决了氨燃料点火难、着火不稳定的问题，有效保证了氨与天然气协同燃烧的进行，氨燃料为零碳燃料，燃烧产物中没有二氧化碳，有效降低了发动机二氧化碳排放。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明双燃料发动机结构示意图；图3为本发明图2中的a处放大结构示意图。
16.图中：1、排放阀；2、引燃柴油喷油器；3、氨与天然气双燃料喷射器；4、活塞；5、排气
阀套；6、气缸盖；7、气缸主体；8、排气管；9、燃烧室；10、a通道；11、b通道。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.实施案例一如附图1和图3所示，本发明提供一种技术方案：一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，包括柴油供给系统和lng供给系统，以及安装在柴油供给系统和lng供给系统的输出端的双燃料发动机，lng供给系统包括一组天然气储罐和一组氨气燃料储罐，lng供给系统与双燃料发动机之间设置有me-gi-ecs控制系统，柴油供给系统与双燃料发动机之间设置有me-ecs控制系统；me-gi-ecs控制系统用于电控天然气喷射、电控氨燃料喷射、燃油运行与双燃料运行切换、燃气燃烧监测、天然气与氨的燃气切断转换、双壁管通风及泄漏报警、密封油控制、惰气吹扫燃气管路和与燃气供气系统交互；me-ecs控制系统用于控制电控引燃柴油喷射、电控排气阀开启、调速器及速度控制、起动换向流程和气缸润滑；双燃料发动机的内部设置有燃烧室9，燃烧室9由排放阀1底部、活塞4顶部、气缸盖6内部和气缸主体7内部组成，燃烧室9的下方设置有活塞4，且活塞4的外部设置有气缸主体7，气缸主体7的顶部设置有气缸盖6，气缸盖6的内侧设置有氨与天然气双燃料喷射器3，且氨与天然气双燃料喷射器3的内侧设置有引燃柴油喷油器2，燃烧室9的顶部安装有排放阀1，氨与天然气双燃料喷射器3的内部设置有两组供气通道，其中一组供气通道为a通道10，另一组供气通道为b通道11，排放阀1的顶部设置有排气阀套5，所述排放阀1的一侧设置有排气管8。
19.实施例二下面结合具体的工作方式对实施例一中的方案进行进一步的介绍，详见下文描述：如图2和图3所示，作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷控制方法包括以下步骤：s1：在活塞4运行至上止点附近，引燃柴油通过引燃柴油喷油器2先喷入燃烧室9进行压燃，提供点火能量；s2：天然气再以20-30mpa的喷射压力通过氨与天然气双燃料喷射器3中的a通道10喷入燃烧室9进行燃烧，在天然气着火后氨燃料通过氨与天然气双燃料喷射器3中b通道11喷入燃烧室9进行燃烧；s3：氨燃料的射流对燃烧室9中天然气燃烧火焰进行袭卷作用，避免甲烷与气缸盖6和气缸主体7壁面的碰撞；s4：氨与天然气火焰传播速度不同，火焰交互作用下燃烧室9中流场更容易形成不同流速层，促进氧气在各燃料涡团中运动，使可燃混合气形成贫/富氧区域转换，促进甲烷在中间富氧区进行燃烧，氨燃料在燃烧室9气缸盖6与气缸主体7近壁处的贫氧区燃烧；s5：以氨燃料的低速火焰对气缸盖6与气缸主体7内壁面附近甲烷进行袭扰，加强燃烧室9中流场径向流速，引导甲烷远离气缸盖6与气缸主体7内壁面，在燃烧室9壁面附近
形成以氨燃料为主的低速火焰层，阻断甲烷撞击燃烧室9壁面路径，降低燃烧室9低壁面温度导致甲烷的热化学支链反应中断，天然气火焰无法继续传播现象。
20.本发明针对技术问题：现有的一些天然气-柴油双燃料发动机在使用氨燃料时燃烧点火困难，最小点火延迟时间大，氨燃料火焰传播慢，直接采用柴油引燃，需要引燃柴油比例大，降低了发动机减排效果的问题；采用上述各实施例的技术方案。同时，上述技术方案的实现过程是：柴油供给系统和lng供给系统为天然气/柴油双燃料发动机原有布置，无需增设氨燃料储罐，在保证天然气使用量的基础上，将其中一个天然气储罐替换为氨燃料存储，形成氨燃料供给系统；me-gi-ecs燃气控制系统对氨和天然气进行控制。具体由me-gi-ecs进行电控天然气喷射、电控氨燃料喷射、燃油运行与双燃料运行切换、燃气燃烧监测、天然气与氨的燃气切断转换、双壁管通风及泄漏报警、密封油控制、惰气吹扫燃气管路和与燃气供气系统交互等；me-ecs柴油控制系统主要控制：电控引燃柴油喷射、电控排气阀开启、调速器及速度控制、起动换向流程和气缸润滑等发动机常规控制。在天然气/柴油双燃料发动机中采用氨袭卷燃烧，利用微比例柴油引燃天然气，再利用天然气释放的热量点燃氨燃料，保证了着火的稳定性；燃烧室9由排放阀1底部、活塞4顶部、气缸盖6内部和气缸主体7内部组成，在活塞4运行至上止点附近，引燃柴油通过引燃柴油喷油器2先喷入燃烧室9进行压燃，提供点火能量；天然气再以20-30mpa的喷射压力通过氨与天然气双燃料喷射器3中的a通道10喷入燃烧室9进行燃烧，在天然气着火后氨燃料通过氨与天然气双燃料喷射器3中b通道11喷入燃烧室9进行燃烧；氨燃料的射流对燃烧室9中天然气燃烧火焰进行袭卷作用，避免甲烷与气缸盖6和气缸主体7壁面的碰撞；氨与天然气火焰传播速度不同，火焰交互作用下燃烧室9中流场更容易形成不同流速层，促进氧气在各燃料涡团中运动，使可燃混合气形成贫/富氧区域转换，促进甲烷在中间富氧区进行燃烧，氨燃料在燃烧室9气缸盖6与气缸主体7近壁处的贫氧区燃烧；以氨燃料的低速火焰对气缸盖6与气缸主体7内壁面附近甲烷进行袭扰，加强燃烧室9中流场径向流速，引导甲烷远离气缸盖6与气缸主体7内壁面，在燃烧室9壁面附近形成以氨燃料为主的低速火焰层，阻断甲烷撞击燃烧室9壁面路径，降低燃烧室9低壁面温度导致甲烷的热化学支链反应中断，天然气火焰无法继续传播现象；通过上述设置，本技术必然能解决上述技术问题，同时，实现以下技术效果：本发明在天然气/柴油双燃料发动机中采用氨袭卷燃烧，氨为零碳燃料，燃烧产物没有二氧化碳，利用微比例柴油引燃天然气，再利用天然气释放的热量点燃氨燃料，保证了着火的稳定性，氨袭卷阻碍了天然气与燃烧壁面碰撞，减少了未燃甲烷排放；本发明通过氨燃料的袭卷，降低了燃烧室9冷激效果产生的未燃甲烷现象，减少了未燃甲烷的排放；又解决了氨燃料点火难、着火不稳定的问题，有效保证了氨与天然气协同燃烧的进行，氨燃料为零碳燃料，燃烧产物中没有二氧化碳，有效降低了发动机二氧化碳排放。
21.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，其特征在于，包括柴油供给系统和lng供给系统，以及安装在柴油供给系统和lng供给系统的输出端的双燃料发动机；所述双燃料发动机的内部设置有燃烧室（9），所述燃烧室（9）的下方设置有活塞（4），且活塞（4）的外部设置有气缸主体（7），所述气缸主体（7）的顶部设置有气缸盖（6），所述气缸盖（6）的内侧设置有氨与天然气双燃料喷射器（3），且氨与天然气双燃料喷射器（3）的内侧设置有引燃柴油喷油器（2），所述燃烧室（9）的顶部安装有排放阀（1），所述氨与天然气双燃料喷射器（3）的内部设置有两组供气通道，其中一组所述供气通道为a通道（10），另一组所述供气通道为b通道（11），所述排放阀（1）的顶部设置有排气阀套（5），所述排放阀（1）的一侧设置有排气管（8）。2.根据权利要求1所述的一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，其特征在于，所述lng供给系统包括一组天然气储罐和一组氨气燃料储罐。3.根据权利要求1所述的一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，其特征在于，所述lng供给系统与双燃料发动机之间设置有me-gi-ecs控制系统，所述柴油供给系统与双燃料发动机之间设置有me-ecs控制系统。4.根据权利要求3所述的一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，其特征在于，所述me-gi-ecs控制系统用于电控天然气喷射、电控氨燃料喷射、燃油运行与双燃料运行切换、燃气燃烧监测、天然气与氨的燃气切断转换、双壁管通风及泄漏报警、密封油控制、惰气吹扫燃气管路和与燃气供气系统交互。5.根据权利要求3所述的一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，其特征在于，所述me-ecs控制系统用于控制电控引燃柴油喷射、电控排气阀开启、调速器及速度控制、起动换向流程和气缸润滑。6.根据权利要求1所述的一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，其特征在于，所述燃烧室（9）由排放阀（1）底部、活塞（4）顶部、气缸盖（6）内部和气缸主体（7）内部组成。7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷系统，其特征在于：所述天然气-柴油双燃料发动机的氨袭卷控制方法包括以下步骤：s1：在活塞（4）运行至上止点附近，引燃柴油通过引燃柴油喷油器（2）先喷入燃烧室（9）进行压燃，提供点火能量；s2：天然气再以20-30mpa的喷射压力通过氨与天然气双燃料喷射器（3）中的a通道（10）喷入燃烧室（9）进行燃烧，在天然气着火后氨燃料通过氨与天然气双燃料喷射器（3）中b通道（11）喷入燃烧室（9）进行燃烧；s3：氨燃料的射流对燃烧室（9）中天然气燃烧火焰进行袭卷作用，避免甲烷与气缸盖（6）和气缸主体（7）壁面的碰撞；s4：氨与天然气火焰传播速度不同，火焰交互作用下燃烧室（9）中流场更容易形成不同流速层，促进氧气在各燃料涡团中运动，使可燃混合气形成贫/富氧区域转换，促进甲烷在中间富氧区进行燃烧，氨燃料在燃烧室（9）气缸盖（6）与气缸主体（7）近壁处的贫氧区燃烧；s5：以氨燃料的低速火焰对气缸盖（6）与气缸主体（7）内壁面附近甲烷进行袭扰，加强燃烧室（9）中流场径向流速，引导甲烷远离气缸盖（6）与气缸主体（7）内壁面，在燃烧室（9）壁面附近形成以氨燃料为主的低速火焰层，阻断甲烷撞击燃烧室（9）壁面路径，降低燃烧室（9）低壁面温度导致甲烷的热化学支链反应中断，天然气火焰无法继续传播现象。

技术总结

本发明涉及双燃料发动机的缸内燃烧技术领域，具体为一种氨袭卷系统及控制方法，包括柴油供给系统和LNG供给系统，以及安装在柴油供给系统和LNG供给系统的输出端的双燃料发动机；所述双燃料发动机的内部设置有燃烧室，所述燃烧室的下方设置有活塞，且活塞的外部设置有气缸主体，所述气缸主体的顶部设置有气缸盖。本发明通过氨燃料的袭卷，降低了燃烧室冷激效果产生的未燃甲烷现象，减少了未燃甲烷的排放；又解决了氨燃料点火难、着火不稳定的问题，有效保证了氨与天然气协同燃烧的进行，氨燃料为零碳燃料，燃烧产物中没有二氧化碳，有效降低了发动机二氧化碳排放。效降低了发动机二氧化碳排放。效降低了发动机二氧化碳排放。