本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，特別涉及一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)及其控制方法。
背景技術(shù)：
1、中國環(huán)保部公布的各污染源所占比重數(shù)據(jù)顯示，車輛尾氣排放占到總排放量的22％。基于上述背景，我國政府通過不斷制定愈發(fā)嚴格的汽車尾氣排放標準來進一步控制污染物的排放。機動車排放污染物中，氮氧化物(nox)占相當比重，以公布的全國機動車排放污染物情況來看，總污染物排達到4359.7萬噸其中氮氧化物就占到了574.3萬噸。并且，氮氧化物作為光化學(xué)污染的主要原因之一，對人體健康存在重大危害。在交通領(lǐng)域內(nèi)，為提高發(fā)動機熱效率并降低二氧化碳排放，發(fā)動機采用氨、醇等低碳/零碳燃料為可行性較高的方式之一。氨內(nèi)燃機是目前研究的熱點，氨燃料目前存在點火溫度高、層流火焰速度慢的問題，會導(dǎo)致其點火困難、燃燒效率低。為解決氨氣點火難和燃燒慢的問題，目前氨氣在發(fā)動機上的應(yīng)用研究多采取高活性燃料引燃的方式，甲醇的含氧量高、燃燒性能好，常溫常壓下為液態(tài)，氨分子溶解可以溶解在甲醇中，便于儲存和運輸，甲醇摻混燃燒可以極大程度上改善氨燃料的燃燒性能。同時采用主動預(yù)燃室進行射流點火技術(shù)一定程度上來改善氨燃料點火難、燃燒慢的問題。純氧環(huán)境下燃燒可以提高燃燒溫度、增強燃燒效率，使燃料燃燒更加完全，降低氮氧化物排放，但氨燃料不完全燃燒的尾氣排放、純氧環(huán)境的制備以及加快氨燃料的燃燒依舊是難點。
2、因此，開發(fā)一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)對于能源危機以及環(huán)境污染都有著重大意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
2、為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，包括發(fā)動機組件、后處理模塊和燃料供給模塊。
3、所述發(fā)動機組件包括內(nèi)燃機機體、進氣歧管、排氣歧管、油軌及噴嘴和主動預(yù)燃室。所述內(nèi)燃機機體頂部設(shè)有缸蓋。所述內(nèi)燃機機體內(nèi)部設(shè)有活塞。所述活塞、內(nèi)燃機機體和缸蓋合圍形成主燃室。所述缸蓋兩側(cè)分別設(shè)有進氣歧管和排氣歧管。所述缸蓋頂部還設(shè)有油軌及噴嘴和主動預(yù)燃室。所述主動預(yù)燃室內(nèi)設(shè)有火花塞和預(yù)燃室噴嘴。所述主動預(yù)燃室底部設(shè)有至少兩個射流噴孔。所述射流噴孔設(shè)置在缸蓋上且朝向主燃室。
4、所述后處理模塊包括氨水制備裝置、氨水運輸管道、氨水加熱裝置和選擇性催化還原裝置。所述排氣歧管與選擇性催化還原裝置連通。所述氨水制備裝置與選擇性催化還原裝置通過氨水運輸管道連通。所述氨水運輸管道上設(shè)置有氨水加熱裝置。
5、所述燃料供給模塊包括氨燃料罐、甲醇燃料罐、液氨運輸管道、甲醇運輸管道、氨醇預(yù)混燃料罐和氨醇運輸管道。所述液氨運輸管道具有主管路，以及主管路延伸出的支路。所述液氨運輸管道的主管路連通氨燃料罐和氨水制備裝置連通。所述液氨運輸管道的支路連通氨燃料罐與氨醇預(yù)混燃料罐。所述液氨運輸管道的主管路上設(shè)置有減壓閥。所述甲醇運輸管道具有主管路，以及主管路依次延伸出的第一支路和第二支路。所述甲醇運輸管道的主管路連通甲醇燃料罐與預(yù)燃室噴嘴。所述甲醇運輸管道的主管路上設(shè)置有甲醇控制閥門。所述甲醇控制閥門位于兩條支路之間。所述第二支路上設(shè)置氨醇控制閥門。所述氨醇運輸管道通過油軌及噴嘴將氨醇預(yù)混燃料罐與主燃室連通。
6、當發(fā)動機處于壓縮沖程時，氨醇混合溶液輸送到主燃室內(nèi)，在活塞往復(fù)運動作用下完成與空氣的混合。向主動預(yù)燃室噴射甲醇或氨醇混合溶液中任意一種噴射介質(zhì)進行預(yù)燃完成射流點火。液氨從氨燃料罐運輸?shù)桨彼苽溲b置制備成氨水并進行儲備，氨水經(jīng)氨水運輸管道到達氨水加熱裝置，加熱成氨氣狀態(tài)進入選擇性催化還原系統(tǒng)與通過排氣歧管進入選擇性催化還原系統(tǒng)的廢氣中的氮氧化物反應(yīng)生成氮氣與水排放入大氣。
7、進一步，所述進氣歧管與壓氣機連通?？諝饨?jīng)過壓氣機加壓后通過富氧滲透膜過濾，過濾后富集的純氧經(jīng)過進氣歧管進入主燃室?？梢詫崿F(xiàn)氧氣的富集來為內(nèi)燃機主燃室及主動預(yù)燃室提供純氧環(huán)境。
8、進一步，所述主燃室、主燃室油軌及噴嘴、預(yù)燃室噴嘴、甲醇運輸管道使用耐腐蝕材料制得。
9、進一步，所述內(nèi)燃機機體具有一個或多個氣缸。所述進氣歧管和油軌及噴嘴的數(shù)量與氣缸數(shù)量一一對應(yīng)設(shè)置。
10、進一步，所述甲醇運輸管道的主管路上設(shè)置有油泵。通過油泵調(diào)節(jié)經(jīng)甲醇運輸管道進入氨醇預(yù)混燃料罐中甲醇燃料的量。
11、進一步，通往氨醇預(yù)混燃料罐的液氨運輸管道入口在甲醇運輸管道入口上方。
12、本發(fā)明還公開一種用于運行上述內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的方法，液氨和甲醇進入氨醇預(yù)混燃料罐中實現(xiàn)不同配比的氨醇混合液的制備，混合液可以通過氨醇混合液運輸管道運輸?shù)接蛙壖皣娮鞂崿F(xiàn)向主燃室內(nèi)進行噴射。通過打開氨醇控制閥門向主動預(yù)燃室運輸氨醇混合液進行預(yù)燃完成射流點火。關(guān)閉氨醇控制閥門，打開甲醇控制閥門，實現(xiàn)向主動預(yù)燃室噴射液態(tài)甲醇進行預(yù)燃完成射流點火。
13、本發(fā)明還公開一種車輛系統(tǒng)，包括上述任意一項所述的內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)。
14、本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的：基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)及其控制方法對提高發(fā)動機熱效率、降低氮氧化物排放具有重要的應(yīng)用價值和研究意義
1.一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括發(fā)動機組件、后處理模塊和燃料供給模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述進氣歧管(12)與壓氣機(10)連通；空氣經(jīng)過壓氣機(10)加壓后通過富氧滲透膜(11)過濾，過濾后富集的純氧經(jīng)過進氣歧管(12)進入主燃室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述主燃室、主燃室油軌及噴嘴、預(yù)燃室噴嘴、甲醇運輸管道使用耐腐蝕材料制得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述內(nèi)燃機機體(14)具有一個或多個氣缸；所述進氣歧管(12)和油軌及噴嘴(9)的數(shù)量與氣缸數(shù)量一一對應(yīng)設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述甲醇運輸管道(4)的主管路上設(shè)置有油泵(23)；通過油泵(23)調(diào)節(jié)經(jīng)甲醇運輸管道(23)進入氨醇預(yù)混燃料罐(5)中甲醇燃料的量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于主動預(yù)燃室的氨醇混合預(yù)混純氧燃燒內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)，其特征在于：通往氨醇預(yù)混燃料罐(5)的液氨運輸管道(3)入口在甲醇運輸管道(4)入口上方。
7.一種用于運行根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項所述的內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于：液氨和甲醇進入氨醇預(yù)混燃料罐(5)中實現(xiàn)不同配比的氨醇混合液的制備，混合液可以通過氨醇混合液運輸管道(8)運輸?shù)接蛙壖皣娮?9)實現(xiàn)向主燃室內(nèi)進行噴射；通過打開氨醇控制閥門(7)向主動預(yù)燃室(15)運輸氨醇混合液進行預(yù)燃完成射流點火；關(guān)閉氨醇控制閥門(7)，打開甲醇控制閥門(6)，實現(xiàn)向主動預(yù)燃室噴射液態(tài)甲醇進行預(yù)燃完成射流點火。
8.一種車輛系統(tǒng)，其特征在于：包括根據(jù)權(quán)利要求1～7中的任意一項所述的內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)。