[发明专利]一种柴油与氢气双燃料动力系统

说明书

本发明涉及一种柴油与氢气双燃料动力系统，其特征在于，包括：控制单元、柴油供给系统、氢气供给系统以及发动机；所述柴油供给系统的柴油输出端通过设置在所述发动机的各个气缸处的柴油喷嘴与所述发动机的燃烧室相连通；所述氢气供给系统的氢气输出端通过设置在所述发动机的各个气缸处的氢气喷嘴与所述发动机燃烧室相连通；所述控制单元用于根据预设的标定数据以及发动机的工况判断柴油和氢气燃烧比例，并控制各柴油喷嘴和氢气喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽来控制参与燃烧的柴油量和氢气量。本发明可以广泛应用于动力系统设计领域。

技术领域

本发明涉及一种柴油与氢气双燃料动力系统，属于动力系统设计领域。

背景技术

随着经济发展和人民生活水平的提高,我国汽车保有量也呈现逐年上升的趋势,导致我国对石油资源的需求持续增长,能源紧缺问题也日益突出。世界各政府与汽车生产厂商都致力于如何提高燃油经济性,并制定出台了相关计划与法规用以节约能源。

在大气污染中,内燃机排放的有害气体主要成分有氮氧化物(NOx),一氧化碳(CO),未燃碳氢(HC),碳烟(PM),对人体以及动植物造成极大危害。随着汽车工业的发展,近年来机动车污染排放已经成为城市空气质量的最大威胁。各国和地区逐渐重视汽车排放及对环境影响的研究和控制,并相继制定了日益严格的汽车排放法规。内燃机排放比较突出的问题就是如何降低颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)。

为了降低车用内燃机的能耗及排放,近年来国内外都纷纷开展了电动汽车,混合动力汽车,代用燃料内燃机以及由风能、压缩空气或液压为动力的车辆技术研究。电动汽车具有能量转化率高,运行时无污染的优点。然而,目前燃料电池的寿命较短,价格也较高。电动车如采用电池充电方案,则仍存在充电速度慢,以及废旧电池的污染问题。目前所研制的基于压缩天然气(CNG)以及液化石油气(LPG)等为燃料的代用燃料内燃机,虽然其可以在一定程度上降低传统化石燃料的消耗,但由于CNG和LPG同样属于化石燃料,因此以纯CNG和LPG为燃料的内燃机在运行时依然会产生较高的有害排放。此外,以压缩空气、风能以及液压能为动力的车辆虽然已经在试验中取得一定进展,但这些技术距离实际应用还需要较长的时间。

随着对能源危机、环境恶化等诸多问题的重视,同时考虑到柴油机在短时间内仍不可被大范围替代的社会背景,这迫使人们不断寻求新的途径,以延长传统能源使用时间并减少汽车排放。因此,寻找替代燃料,以实现清洁、高效的燃烧,降低排放成为了当今科研人员主要的研究方向。氢气的自燃温度较高,而且氢气的火焰传播速率高,因而可以使得柴油掺氢火焰可以获得更高的混合气均匀程度,降低柴油机的循环变动,减少燃烧持续期。同时,氢气还有较宽的着火界限,掺氢可以提高其他燃料的着火界限。发动机动力系统燃烧产生的能量只有约三分之一被有效利用，其余能量以热量形式散发到空气中，造成能源浪费，因此如果可以将这部分能量有效利用，提高发动机动力系统综合效率，将可以节约更多能源。

综上，目前的动力系统中主要存在以下缺点：

1)目前国内动力系统基本为汽油、柴油发动机，热效率只能达到20-45％，且尾气余热基本排放到大气中，未被有效利用，造成能量浪费。

2)汽油、柴油发动机燃烧尾气中含有碳氢化合物、硫化物与氮氧化物等有害物质，造成环境污染。

3)汽油燃料着火范围相对较窄，稀薄燃烧条件较难达到，不利于提高发动机排放水平以及降低燃油消耗率。

4)目前燃料电池的寿命较短,价格也较高。电动车如采用电池充电方案,则仍存在充电速度慢,以及废旧电池的污染问题。

5)CNG和LPG同样属于化石燃料,因此以纯CNG和LPG为燃料的内燃机在运行时依然会产生较高的有害排放。

6)以压缩空气、风能以及液压能为动力的车辆虽然已经在试验中取得一定进展,但这些技术距离实际应用还需要较长的时间。

发明内容