CN115585048A - 一种氨燃料发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种氨燃料发动机包括氨气储罐、氨气减压阀、氨气改质器、加热装置、第一进气道喷射器、第二进气道喷射器、主燃室、火花塞、射流室、直喷喷射器、温度传感器和温控装置。氨气储罐的出口通过氨气减压阀分别与第一进气道喷射器和氨气改质器连接，第一进气道喷射器和第二进气道喷射器均设置于进气道内，氨气改质器的出口分别与第二进气道喷射器和直喷喷射器连接；加热装置和温度传感器均固定安装于氨气改质器且均与温控装置电连接，直喷喷射器的喷射口和火花塞的点火电极均设置于射流室内，主燃室分别与进气道和排气道连通，射流室通过至少一个射流喷孔与主燃室连通。应用本发明的方案解决氨气在发动机中燃烧困难的问题。

Description

一种氨燃料发动机
技术领域
本发明涉及发动机燃烧技术领域，具体而言，涉及一种氨燃料发动机。
背景技术
由于氨气具有以下几方面的优势，因此氨气作为燃料被应用于内燃机：
第一，氨气具有较高的汽化潜热，可作为发动机制冷剂进行余热回收，从而提高发动机热效率；第二，氨气具有较高的辛烷值，有利于抑制发动机爆震，使得氨气发动机可以在较高的压缩比下运行，从而提高循环热效率；第三，与传统燃料相比，氨气发动机的润滑油消耗少，功率损失低；第四，氨气的绝热火焰温度较低，可降低传热损失，进而提高发动机的热效率；第五，氨气的化学当量比以及混合气热值与汽油相当，可以满足发动机的动力性要求。
然而，氨气的燃烧速度慢、自燃温度高且层流火焰速度低，是一种低反应活性燃料，这使得氨气在发动机中不易点燃且燃烧速度慢，导致燃烧困难。
发明内容
本发明提供了一种氨燃料发动机，解决了氨气在发动机中燃烧困难的问题。具体的技术方案如下。
第一方面，本发明提供了一种氨燃料发动机，所述氨燃料发动机包括：氨气储罐、氨气减压阀、氨气改质器、加热装置、第一进气道喷射器、第二进气道喷射器、主燃室、火花塞、射流室、直喷喷射器、温度传感器和温控装置；
所述氨气储罐的出口与所述氨气减压阀连接，所述氨气减压阀的出口分别与所述第一进气道喷射器和所述氨气改质器连接，所述第一进气道喷射器设置于所述氨燃料发动机的进气道内，所述氨气改质器的出口分别与所述第二进气道喷射器和所述直喷喷射器连接；
所述第二进气道喷射器设置于所述进气道内，所述加热装置和所述温度传感器均固定安装于所述氨气改质器，所述加热装置和所述温度传感器均与所述温控装置电连接，所述直喷喷射器的喷射口设置于所述射流室内；
所述主燃室分别与进气道和所述氨燃料发动机的排气道连通，所述射流室通过至少一个射流喷孔与所述主燃室连通，所述火花塞的点火电极设置于所述射流室内；
所述温度传感器检测所述氨气改质器的温度，并发送至所述温控装置；
所述温控装置接收所述氨气改质器的温度并检测所述氨气改质器的温度是否达到预设温度，如果否，控制所述加热装置加热至所述预设温度。
可选的，所述预设温度为能够使氨气经过所述氨气改质器的催化生成包含氢气、氮气和未分解的氨气的温度。
可选的，上述氨燃料发动机还包括第一进气管路、第二进气管路、第三进气管路和第四进气管路；
所述氨气减压阀的出口分别通过所述第一进气管路与所述第一进气道喷射器连接以及通过所述第二进气管路与所述氨气改质器连接，所述氨气改质器的出口分别通过所述第三进气管路与所述第二进气道喷射器连接以及通过所述第四进气管路与所述直喷喷射器连接。
可选的，所述射流喷孔的数量为7个。
可选的，所述加热装置为加热带、加热丝或者电热铁。
可选的，所述温控装置为温控仪。
可选的，所述第一进气道喷射器和所述第二进气道喷射器均固定安装于所述进气道靠近所述主燃室的一侧。
可选的，所述第一进气道喷射器的喷射口和所述第二进气道喷射器的喷射口均朝向所述进气道靠近所述主燃室的一侧。
由上述内容可知，本发明实施例提供的氨燃料发动机包括氨气储罐、氨气减压阀、氨气改质器、加热装置、第一进气道喷射器、第二进气道喷射器、主燃室、火花塞、射流室、直喷喷射器、温度传感器和温控装置。氨气储罐的出口与氨气减压阀连接，氨气减压阀的出口分别与第一进气道喷射器和氨气改质器连接，第一进气道喷射器设置于氨燃料发动机的进气道内，氨气改质器的出口分别与第二进气道喷射器和直喷喷射器连接。第二进气道喷射器设置于进气道内，加热装置和温度传感器均固定安装于氨气改质器，加热装置和温度传感器均与温控装置电连接，直喷喷射器的喷射口设置于射流室内，主燃室分别与进气道和氨燃料发动机的排气道连通，射流室通过至少一个射流喷孔与主燃室连通，火花塞的点火电极设置于射流室内；温度传感器检测氨气改质器的温度，并发送至温控装置；温控装置接收氨气改质器的温度并检测氨气改质器的温度是否达到预设温度，如果否，控制加热装置加热至预设温度。本发明实施例中，由于进入到射流室中的气体中包含有氢气，因此氢气可以被火花塞的点火电极快速点燃并迅速引燃射流室内的氨气，形成高温高速的火焰射流通过至少一个射流喷孔进入到主燃室中，从而引燃主燃室中的氨氢混合气，由于进入到主燃室中的气体中包含有氢气，因此，氢气可以作为氨气的辅助燃料，使得火焰射流可以快速点燃主燃室中的氨氢混合气，加速了氨气在主燃室中的燃烧速度，同时，相比于传统用火花塞的点火电极引燃的方式，本发明实施例中通过至少一个火焰射流引燃的方式引燃面积大，使得火焰射流可以快速点燃主燃室中的氨氢混合气，进一步加速了氨气在主燃室中的燃烧速度，避免了氨气在发动机中不易点燃且燃烧速度慢的情况的发生，解决了氨气在发动机中燃烧困难的问题。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
本发明实施例的创新点包括：
1、由于进入到射流室中的气体中包含有氢气，因此氢气可以被火花塞的点火电极快速点燃并迅速引燃射流室内的氨气，形成高温高速的火焰射流通过至少一个射流喷孔进入到主燃室中，从而引燃主燃室中的氨氢混合气，由于进入到主燃室中的气体中包含有氢气，因此，氢气可以作为氨气的辅助燃料，使得火焰射流可以快速点燃主燃室中的氨氢混合气，加速了氨气在主燃室中的燃烧速度，同时，相比于传统用火花塞的点火电极引燃的方式，本发明实施例中通过至少一个火焰射流引燃的方式引燃面积大，使得火焰射流可以快速点燃主燃室中的氨氢混合气，进一步加速了氨气在主燃室中的燃烧速度，避免了氨气在发动机中不易点燃且燃烧速度慢的情况的发生，解决了氨气在发动机中燃烧困难的问题。
2、由于本发明实施例中通过至少一个火焰射流引燃的方式引燃面积大，使得氨气更易被点燃，减小了氨气无法被点燃的概率，实现氨气的稳定点燃。
3、在本发明实施例中，由于氢气是由氨气催化改质而来，因此只采用氨气作为唯一燃料源即可，而氨气储罐布置简单，因此，降低了成本，且本发明实施例中采用主动射流点火的方式，有助于加速氨气在主燃室中的燃烧速度。
4、由于主燃室中的主要燃料为氨气，而氨气燃烧速度慢，具有较高的抗爆性，因此在高压缩比和大负荷条件下也有较好的适用性，可以实现氨燃料发动机在高压缩比和大负荷条件下稳定运转，提高热效率。
5、本发明实施例中，在氨气和氢气的燃烧过程中，无碳排放。
6、通过设置温度传感器和温控装置的方式，使得通过温控装置可以灵活控制加热装置对氨气改质器进行加热，从而灵活调控氨气改质气中的各种气体的掺混比例，达到灵活调节氨气改质气的化学反应活性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的氨燃料发动机的一种结构示意图。
图1中，1氨气储罐、2氨气减压阀、3氨气改质器、4加热装置、5第一进气道喷射器、6第二进气道喷射器、7主燃室、8火花塞、9射流室、10直喷喷射器、11进气道、12排气道、13射流喷孔、14温控装置、15第一进气管路、16第二进气管路、17第三进气管路、18第四进气管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本发明实施例公开了一种氨燃料发动机，能够解决氨气在发动机中燃烧困难的问题。下面对本发明实施例进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的氨燃料发动机的一种结构示意图。参见图1，本发明实施例提供的氨燃料发动机包括：氨气储罐1、氨气减压阀2、氨气改质器3、加热装置4、第一进气道喷射器5、第二进气道喷射器6、主燃室7、火花塞8、射流室9、直喷喷射器10、温度传感器和温控装置14。
氨气储罐1的出口与氨气减压阀2连接，氨气减压阀2的出口分别与第一进气道喷射器5和氨气改质器3连接，第一进气道喷射器5设置于氨燃料发动机的进气道11内，其中，第一进气道喷射器5设置于氨燃料发动机的进气道11内的方式可以为任一可实现固定连接的方式，本发明实施例对此并不做任何限定，例如：第一进气道喷射器5通过螺钉固定安装于氨燃料发动机的进气道11内。氨气改质器3的出口分别与第二进气道喷射器6和直喷喷射器10连接。氨气改质器3为将氨气催化生成氨气改质气的装置，在不同的催化温度下，氨气改质气的气体组成是不同的，但无论是何种组成，氨气改质气中均包含氢气。
第二进气道喷射器6设置于进气道11内，其中，第二进气道喷射器6设置于进气道11内的方式可以为任一可实现固定连接的方式，本发明实施例对此并不做任何限定，例如：第二进气道喷射器6通过螺钉固定安装于进气道 11内。
示例性的，第一进气道喷射器5和第二进气道喷射器6均固定安装于进气道11靠近主燃室7的一侧。
示例性的，第一进气道喷射器5的喷射口和第二进气道喷射器6的喷射口均朝向进气道11靠近主燃室7的一侧。
在一种实现方式中，继续参见图1，本发明实施例提供的氨燃料发动机还包括第一进气管路15、第二进气管路16、第三进气管路17和第四进气管路 18，氨气减压阀2的出口分别通过第一进气管路15与第一进气道喷射器5连接以及通过第二进气管路16与氨气改质器3连接，氨气改质器3的出口分别通过第三进气管路17与第二进气道喷射器6连接以及通过第四进气管路18 与直喷喷射器10连接。示例性的，第一进气管路15、第二进气管路16、第三进气管路17和第四进气管路18均为钢管。
继续参见图1，加热装置4固定安装于氨气改质器3，加热装置4用于对氨气改质器3进行加热，从而帮助氨气改质器3实现对氨气的催化。示例性的，加热装置可以为加热带、加热丝或者电热铁。
其中，加热装置4固定安装于氨气改质器3的方式取决于加热装置4的具体类型，当加热装置4为加热带或者加热丝时，将加热带或者加热丝缠绕于氨气改质器3的外周；当加热装置4为电热铁时，将电热铁通过螺钉固定连接于氨气改质器3。
继续参见图1，温度传感器固定安装于氨气改质器3，加热装置4和温度传感器均与温控装置14电连接。其中，温度传感器固定安装于氨气改质器3 的方式可以为任一可实现固定连接且能检测到氨气改质器3的温度的方式，本发明实施例对此并不做任何限定，例如：温度传感器通过螺钉固定安装于氨气改质器3。示例性的，温控装置14为温控仪。
在实际使用时，温度传感器检测氨气改质器3的温度，并发送至温控装置14，温控装置14接收氨气改质器3的温度并检测氨气改质器3的温度是否达到预设温度，如果否，说明氨气改质器3的温度还未达到需要达到的温度，此时，控制加热装置4加热至预设温度。
由于在不同的催化温度下，氨气改质气的气体组成是不同的，因此，可以通过设置不同的预设温度来达到灵活改变氨气改质气的气体组成的目的。
示例性的，预设温度为能够使氨气经过氨气改质器3的催化生成包含氢气、氮气和未分解的氨气的温度。例如：预设温度为100℃-400℃中的任一温度。
由此，通过设置温度传感器和温控装置14的方式，使得通过温控装置14 可以灵活控制加热装置4对氨气改质器3进行加热，从而灵活调控氨气改质气中的各种气体的掺混比例，达到灵活调节氨气改质气的化学反应活性的目的。
继续参见图1，直喷喷射器10的喷射口设置于射流室9内，本发明实施例提供的氨燃料发动机的燃烧室由射流室9和主燃室7组成。主燃室7分别与进气道11和氨燃料发动机的排气道12连通，射流室9通过至少一个射流喷孔13与主燃室7连通，火花塞8的点火电极设置于射流室9内。示例性的，射流喷孔的数量可以为7个。
在实际使用时，氨气储罐1中的氨气经过氨气减压阀2减压以后分为两路，一路通过第一进气道喷射器5直接向氨燃料发动机的进气道11中喷射氨气，另一路经过氨气改质器3的催化后生成氨气改质气，然后氨气改质气再分为两路，一路经由第二进气道喷射器6喷入进气道11中，另一路经由直喷喷射器10喷入射流室9。虽然在不同的催化温度下，氨气改质气的气体组成是不同的，但无论是何种组成，氨气改质气中均包含氢气，因此，进入到进气道11中的氨气和氨气改质气的混合气至少包含氨气和氢气，即进入到进气道 11中的气体至少包含氨氢混合气。
在氨燃料发动机的进气行程时，进气道11中的氨氢混合气被吸入主燃室 7，然后设置于射流室9中的火花塞8的点火电极点火，由于射流室9中的氨气改质气中含有大量的氢气，氢气具有低点火能量和高燃烧速度的特性，使得氢气可以被点火电极快速点燃并迅速引燃射流室9内的氨气，形成高温高速的火焰射流通过至少一个射流喷孔13进入到主燃室7中，从而引燃主燃室 7中的氨氢混合气。
由上述内容可知，本发明实施例提供的氨燃料发动机包括氨气储罐1、氨气减压阀2、氨气改质器3、加热装置4、第一进气道喷射器5、第二进气道喷射器6、主燃室7、火花塞8、射流室9、直喷喷射器10、温度传感器和温控装置14。氨气储罐1的出口与氨气减压阀2连接，氨气减压阀2的出口分别与第一进气道喷射器5和氨气改质器3连接，第一进气道喷射器5设置于氨燃料发动机的进气道11内，氨气改质器3的出口分别与第二进气道喷射器 6和直喷喷射器10连接。第二进气道喷射器6设置于进气道11内，加热装置4和温度传感器均固定安装于氨气改质器3，加热装置4和温度传感器均与温控装置14电连接，直喷喷射器10的喷射口设置于射流室9内，主燃室 7分别与进气道11和氨燃料发动机的排气道12连通，射流室9通过至少一个射流喷孔13与主燃室7连通，火花塞8的点火电极设置于射流室9内，温度传感器检测氨气改质器3的温度，并发送至温控装置14；温控装置14接收氨气改质器3的温度并检测氨气改质器3的温度是否达到预设温度，如果否，控制加热装置4加热至预设温度。本发明实施例中，由于进入到射流室 9中的气体中包含有氢气，因此氢气可以被火花塞8的点火电极快速点燃并迅速引燃射流室9内的氨气，形成高温高速的火焰射流通过至少一个射流喷孔13进入到主燃室7中，从而引燃主燃室7中的氨氢混合气，由于进入到主燃室7中的气体中包含有氢气，因此，氢气可以作为氨气的辅助燃料，使得火焰射流可以快速点燃主燃室7中的氨氢混合气，加速了氨气在主燃室7中的燃烧速度，同时，相比于传统用火花塞的点火电极引燃的方式，本发明实施例中通过至少一个火焰射流引燃的方式引燃面积大，使得火焰射流可以快速点燃主燃室7中的氨氢混合气，进一步加速了氨气在主燃室7中的燃烧速度，避免了氨气在发动机中不易点燃且燃烧速度慢的情况的发生，解决了氨气在发动机中燃烧困难的问题。
并且，由于本发明实施例中通过至少一个火焰射流引燃的方式引燃面积大，使得氨气更易被点燃，减小了氨气无法被点燃的概率，实现氨气的稳定点燃。
以及，在本发明实施例中，由于氢气是由氨气催化改质而来，因此只采用氨气作为唯一燃料源即可，而氨气储罐1布置简单，因此，降低了成本，且本发明实施例中采用主动射流点火的方式，有助于加速氨气在主燃室7中的燃烧速度。
以及，由于主燃室7中的主要燃料为氨气，而氨气燃烧速度慢，具有较高的抗爆性，因此在高压缩比和大负荷条件下也有较好的适用性，可以实现氨燃料发动机在高压缩比和大负荷条件下稳定运转，提高热效率。
以及，本发明实施例中，在氨气和氢气的燃烧过程中，无碳排放。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种氨燃料发动机，其特征在于，所述氨燃料发动机包括：氨气储罐、氨气减压阀、氨气改质器、加热装置、第一进气道喷射器、第二进气道喷射器、主燃室、火花塞、射流室、直喷喷射器、温度传感器和温控装置；
所述氨气储罐的出口与所述氨气减压阀连接，所述氨气减压阀的出口分别与所述第一进气道喷射器和所述氨气改质器连接，所述第一进气道喷射器设置于所述氨燃料发动机的进气道内，所述氨气改质器的出口分别与所述第二进气道喷射器和所述直喷喷射器连接；
所述第二进气道喷射器设置于所述进气道内，所述加热装置和所述温度传感器均固定安装于所述氨气改质器，所述加热装置和所述温度传感器均与所述温控装置电连接，所述直喷喷射器的喷射口设置于所述射流室内；
所述主燃室分别与进气道和所述氨燃料发动机的排气道连通，所述射流室通过至少一个射流喷孔与所述主燃室连通，所述火花塞的点火电极设置于所述射流室内；
所述温度传感器检测所述氨气改质器的温度，并发送至所述温控装置；
所述温控装置接收所述氨气改质器的温度并检测所述氨气改质器的温度是否达到预设温度，如果否，控制所述加热装置加热至所述预设温度。
2.如权利要求1所述的氨燃料发动机，其特征在于，所述预设温度为能够使氨气经过所述氨气改质器的催化生成包含氢气、氮气和未分解的氨气的温度。
3.如权利要求1或2所述的氨燃料发动机，其特征在于，还包括第一进气管路、第二进气管路、第三进气管路和第四进气管路；
所述氨气减压阀的出口分别通过所述第一进气管路与所述第一进气道喷射器连接以及通过所述第二进气管路与所述氨气改质器连接，所述氨气改质器的出口分别通过所述第三进气管路与所述第二进气道喷射器连接以及通过所述第四进气管路与所述直喷喷射器连接。
4.如权利要求1或2所述的氨燃料发动机，其特征在于，所述射流喷孔的数量为7个。
5.如权利要求1或2所述的氨燃料发动机，其特征在于，所述加热装置为加热带、加热丝或者电热铁。
6.如权利要求1或2所述的氨燃料发动机，其特征在于，所述温控装置为温控仪。
7.如权利要求1或2所述的氨燃料发动机，其特征在于，所述第一进气道喷射器和所述第二进气道喷射器均固定安装于所述进气道靠近所述主燃室的一侧。
8.如权利要求1或2所述的氨燃料发动机，其特征在于，所述第一进气道喷射器的喷射口和所述第二进气道喷射器的喷射口均朝向所述进气道靠近所述主燃室的一侧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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