用于控制氢内燃机中的氢燃烧的方法技术

本发明专利技术涉及用于控制氢内燃机系统(10)中的氢燃烧的方法，该氢内燃机系统(10)包括通过进气门(20)连接到进气口(18)的燃烧室(12)，该氢内燃机系统(10)包括在上止点位置(TDC)和下止点位置(BDC)之间可滑动移动的活塞(14)，其特征在于以下步骤：当活塞在进气门打开(B)之前处于0到40曲轴角度之间时，将液相水(W)注入(A)到进气口中，在进气门打开(B)后并且当活塞在上止点位置后处于曲轴角度0到60度之间时，注入(C)氢气，当活塞在下止点位置之前处于0到100曲轴角度之间时，停止(D)氢气(H)注入。停止(D)氢气(H)注入。停止(D)氢气(H)注入。

【技术实现步骤摘要】
用于控制氢内燃机中的氢燃烧的方法


[0001]本专利技术涉及一种在使用氢作为燃料的内燃机中控制氢气燃烧的方法。
[0002]本专利技术可应用于重型车辆，如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管本专利技术将针对重型车辆进行描述，但本专利技术不限于该特定车辆，还可以用于其它车辆，例如乘用车。

技术介绍

[0003]内燃机通过在燃烧室内部存在氧化剂的情况下燃烧诸如柴油或汽油的燃料来运行。因此，燃料会转化成其它化学物质或燃烧产物，诸如二氧化碳(CO2)、水(H2O)和氮氧化物(NO
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)等副产物。此外，还会产生机械能和热能。排放的化学物质或燃烧产物作为排气释放。为了减少NO
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排放，必须对排气进行后处理。
[0004]内燃机通常以循环方式工作，包括：
[0005]‑
进气阶段，其中将燃料引入燃烧室中，
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压缩阶段，其中燃料由在上止点位置和下止点位置之间可滑动地移动的活塞来压缩，
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燃烧阶段，其中点燃燃料，以及
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排气阶段，其中排出燃烧气体。
[0009]汽车行业正在努力减少二氧化碳和副产物的排放。为此目的，已经开发了柴油和汽油的各种替代品来为车辆提供动力。一种这样的替代方案是使用氢作为燃料。氢与空气反应的化学能可以转化成机械能来推动车辆。
[0010]更准确地说，氢和空气通过进气口分别引入到内燃机的燃烧室中。化学反应在高温高压下主要产生H2O。排气通过排气口释放。
[0011]然而，在内燃机内部使用氢作为燃料存在若干问题。氢在高温下非常容易且非常快速地燃烧。因此，点火能量非常低，并且可能引起异常燃烧，如自燃和爆震，而且还会存在从燃烧室到进气口的回火。
[0012]为了缓解这些主要问题，已知在宽功率范围内以远高于λ＝2的空气比在极贫条件下运行，因此NO
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排放水平可忽略不计。与经过排气后处理之后的基于碳氢化合物过程的排放相比，在这种基于氢气的运行中，即使是粗制排气也具有显著降低的NO
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浓度。只有在需要相对较高的功率输出时，才需要使空燃混合物在1≤λ≤2范围内变得更浓，这会导致NO
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排放量急剧增加，因此需要排气的后处理。然而，这种解决方案成本高昂。
[0013]另一种解决方案是使用所谓的排气再循环(EGR)单元利用排气来稀释氢。但由于冷却时的水冷凝以及驱动内燃机的排气的低焓的风险，不易具有足够量的EGR。此外，EGR需要排气泵送系统，这会降低内燃机的整体效率。
[0014]另一种解决方案是以液相水来稀释氢，以便降低燃烧产物的温度以及过热零件的温度。该解决方案避免在内燃机中实施排气泵送系统。通过点燃氢气，水会立即蒸发成蒸汽。此外，与EGR相比，该解决方案可以通过降低稀释度来减少增压力。
[0015]本专利技术涉及一种通过注入水来控制内燃机中的氢燃烧的方法。

技术实现思路

[0016]本专利技术的一个目的是提供一种用于控制氢内燃机系统中的氢燃烧的方法，其至少解决了现有技术的前述问题。
[0017]该目的通过根据权利要求1所述的方法实现。
[0018]通过提供如权利要求1所述的包括水和氢气的顺序注入的方法，氢内燃机系统不太可能出现回火、自燃和爆震。此外，减少了NO
x
排放和增压工作。
[0019]根据一个实施例，当活塞在上止点位置之前的10曲轴角度和上止点位置之后的40曲轴角度之间时，执行打开进气门的步骤。
[0020]根据一个实施例，该方法进一步包括以下步骤：当活塞在下止点位置之前的20曲轴角度和下止点位置之后的60曲轴角度之间时，关闭进气门。
[0021]根据一个实施例，该方法进一步包括，当活塞在停止氢气注入之前处于0和10曲轴角度之间时，停止注入水的步骤。
[0022]根据一个实施例，注入水的步骤包括多次注入水。
[0023]根据一个实施例，该注入水的步骤比注入氢气的步骤长。
[0024]根据一个实施例，该注入氢气的步骤持续小于100曲轴角度。
[0025]根据一个实施例，将氢气通过进气口间接注入到燃烧室中。
[0026]根据另一个实施例，将氢气直接注入到燃烧室中。
[0027]本专利技术的其它优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。
附图说明
[0028]参考附图，下面对作为示例引用的本专利技术的实施例进行更详细的描述。
[0029]在图中：
[0030]图1是氢内燃机系统的一部分的示意图，图示了氢和水的间接注入，并且
[0031]图2是同时根据本专利技术所述的用于控制图1的氢内燃机系统中的氢燃烧的方法的视图。
具体实施方式
[0032]图1示出了包括燃烧室12和活塞14的氢内燃机系统10的一部分。所述氢内燃机系统10以循环方式工作，包括：
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进气阶段，在所述进气阶段中，氢气H被引入燃烧室12中，
[0034]‑
压缩阶段，在所述压缩阶段中，氢气H被活塞14压缩，
[0035]‑
燃烧阶段，在所述燃烧阶段中，氢气H由设置在所述燃烧室中的火花塞16点燃，以及
[0036]‑
排气阶段，在所述排气阶段中，燃烧气体被排出。
[0037]所述活塞14在上止点位置TDC(图2)和下止点位置BDC(图2)之间可滑动地移动。
[0038]所述氢内燃机系统10进一步包括通过进气门20延伸至燃烧室12的进气口18。此外，所述氢内燃机系统10包括通过排气门24从燃烧室12延伸的排气口22。
[0039]氢气H通过所述进气口18被间接注入到燃烧室12中。或者，氢气H可以直接注入到燃烧室12中。
[0040]为了控制氢气H的燃烧，通过所述进气口18将水W间接注入到燃烧室12中。水W的间接注入能够通过降低燃烧气体的温度来控制氢气H的燃烧，以避免燃烧气体从燃烧室回火到进气口。
[0041]更准确地说，如图2所示，控制氢气燃烧的方法包括如下步骤：在进气门20打开(B)之前或与进气门20打开(B)的同时注入(A)水W。因此，空气和水W的混合物被注入到进气口18中。水W能够通过降低燃烧气体的温度和避免燃烧气体从燃烧室12到进气口18的回火来控制氢气H的燃烧。
[0042]更准确地说，当活塞14在进气门20打开(B)之前处于0到40曲轴角度之间时，可以注入水W。例如，当活塞在进气门20打开(B)之前处于20曲轴角度时，可以注入水。
[0043]水W以液相注入。
[0044]该方法进一步包括以下步骤：在进气门20打开(B)之后并且当活塞14在上止点位置TDC之后位于0和60(例如10曲轴角度)曲轴角度之间时，注入(C)氢气H。因此，氢气H被从进气口18流向燃烧室12的水W和空气驱动，而不会回流到进气口18中。
[0045]该方法进一步包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于控制氢内燃机系统(10)中的氢燃烧的方法，所述氢内燃机系统(10)包括燃烧室(12)，所述燃烧室(12)通过进气门(20)连接到进气口(18)，并且通过排气门(24)连接到排气口(22)，所述氢内燃机系统(10)进一步包括活塞(14)，所述活塞(14)能够在上止点位置(TDC)和下止点位置(BDC)之间滑动移动，其特征在于以下步骤：
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当所述活塞(14)在所述进气门(20)打开(B)之前处于0到40曲轴角度之间时，将液相水(W)注入到所述进气口(18)中，
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在所述进气门(20)打开(B)之后并且当所述活塞(14)在所述上止点位置(TDC)之后位于0到60曲轴角度之间时，注入(C)氢气(H)，
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当所述活塞(14)在所述下止点位置(BDC)之前位于0到100曲轴角度之间时，停止(D)氢气(H)注入。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述活塞(14)在所述上止点位置(TDC)之前处于10到40曲轴角度之间并且在所述上止点位置(TDC)之后处于40曲轴角度时，执行打开(B)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：让马克，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：