[发明专利]一种净零碳排放点燃式内燃机及其控制方法

说明书

本发明提供一种净零碳排放点燃式内燃机及其控制方法，具体内容涉及一种净零碳排放点燃式内燃机的燃料供给系统、节气门控制系统、燃烧控制系统及其控制。该内燃机分别通过使用氢气喷嘴和二甲醚喷嘴将氢气和二甲醚燃料喷入气缸，并在节气门小幅关闭的条件下，利用火花塞点火的方式引燃氢气‑二甲醚‑空气混合气实现高效的高定容度燃烧过程。结合氢气无碳、二甲醚可通过二氧化碳制取的特点，实现了点燃式内燃机的净零碳排放与高效燃烧。

技术领域

本发明提供一种净零碳排放点燃式内燃机及其控制方法，具体内容涉及一种净零碳排放点燃式内燃机的燃料供给系统、节气门控制系统、燃烧控制系统及其控制。

背景技术

点燃式内燃机是应用广泛的动力装置，但传统点燃式内燃机使用含碳燃料，使其燃烧产生的二氧化碳排放。此外，改善缸内燃烧、提高热效率与燃料利用率及降低污染无排放，始终是点燃式内燃机的研究发展方向。

纯氢内燃机因燃料中不含碳元素可实现点燃式内燃机的零碳排放，但氢气的体积能量密度低，纯氢内燃机的动力性能明显低于含碳燃料内燃机，此外，氢气较高的燃烧温度也带来了较高的NOx排放。

二甲醚是一种可通过二氧化碳加氢法制取的可再生燃料，因此从燃料获取到使用，内燃机燃用二甲醚可实现净零碳排放。但二甲醚自燃温度低，点燃式内燃机仅使用二甲醚燃料易发生爆震、早燃等不正常燃烧现象，无法实现全工况运行。

现有研究表明，氢气和二甲醚均可与汽油、醇类等含碳燃料掺混用于点燃式内燃机，实现提高内燃机热效率与降低污染物排放的目的。氢气具有点火能量低、稀燃界限宽、火焰传播速度快、淬熄距离短等特点，这些特点使掺氢可以改善内燃机的燃烧，提高热效率、降低HC、CO等污染物排放；二甲醚具有高十六烷值、含氧量高、不含C-C键，且具有低温放热反应，这使得掺二甲醚也可改善内燃机燃烧，提高热效率、降低颗粒物等污染物排放。然而，以上研究均基于汽油、醇类等含碳燃料内燃机进行，存在碳排放。

此外，传统点燃式内燃机利用节气门控制负荷，部分工况由于节气门部分关闭造成的泵气损失严重影响内燃机的热效率。

发明内容

针对传统点燃式内燃机存在碳排放、热效率不高、有害污染物排放高，纯氢内燃机动力性能差、NOx排放高，点燃式内燃机无法全工况单独使用二甲醚以及传统点燃式内燃机利用节气门进行负荷控制时存在泵气损失等问题，本发明提供一种净零碳排放点燃式内燃机及其控制方法。

本发明采用了如下技术方案：

该发明中的一种净零碳排放点燃式内燃机包括：安装在内燃机曲轴(7)上的转速传感器(6)，分别安装在内燃机缸盖(9)上的氢气喷嘴(4)、火花塞(5)和缸压传感器(8)，与内燃机缸盖(9)相连接的进气道(10)，分别安装在进气道(10)上的节气门(11)、空气流量传感器(12)、二甲醚喷嘴(13)，氢气罐(2)通过管路依次连接氢气调压器(3)和氢气喷嘴(4)，二甲醚罐(16)通过管路依次连接二甲醚调压器(15)、温度传感器(14)和二甲醚喷嘴(13)；

电子控制单元(1)通过导线与二甲醚调压器(15)相连接，并通过发出二甲醚调压器信号(C1)控制二甲醚调压器(15)，以调节二甲醚喷嘴(13)处的二甲醚压力；

电子控制单元(1)通过导线与节气门(11)相连接，并通过发出节气门控制信号(C2)控制节气门12的开度；

电子控制单元(1)通过导线与二甲醚喷嘴(13)相连接，并通过发出二甲醚喷嘴控制信号(C3)，控制二甲醚喷嘴(13)的开闭；

电子控制单元(1)通过导线与火花塞(5)相连接，并通过发出点火信号(C4)，控制火花塞(5)点火；

电子控制单元(1)通过导线与氢气喷嘴(4)相连接，并通过发出氢气喷嘴控制信号(C5)，控制氢气喷嘴(4)的开闭；