CN115585049A - 一种氢气射流点火氨燃料发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种氢气射流点火氨燃料发动机包括氨气储罐、氨气减压阀、氨喷射器、第一氢喷射器、主燃室、火花塞、射流室、氢气减压阀、氢气储罐、第一氢气管路、控制器、第二氢喷射器和第二氢气管路；氨气储罐通过氨气减压阀与氨喷射器连接，氨喷射器和第二氢喷射器均设置于进气道内；氢气储罐通过氢气减压阀分别与第一氢喷射器连接以及第二氢喷射器连接，第一氢喷射器的喷射口设置于射流室内；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；控制器控制第一氢喷射器在进气行程时间段内或压缩行程时间段内进行喷射以及控制第二氢喷射器在进气行程时间段内进行喷射。应用本发明方案，解决氨气在发动机中燃烧困难的问题。

Description

一种氢气射流点火氨燃料发动机

技术领域

本发明涉及发动机燃烧技术领域，具体而言，涉及一种氢气射流点火氨燃料发动机。

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

本发明提供了一种氢气射流点火氨燃料发动机，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，本发明提供了一种氢气射流点火氨燃料发动机，所述氢气射流点火氨燃料发动机包括：氨气储罐、氨气减压阀、氨喷射器、第一氢喷射器、主燃室、火花塞、射流室、氢气减压阀、氢气储罐、第一氢气管路、控制器、第二氢喷射器和第二氢气管路；

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与所述氨喷射器连接，所述氨喷射器和所述第二氢喷射器均设置于所述氢气射流点火氨燃料发动机的进气道内，所述氢气储罐的出口与所述氢气减压阀连接，所述氢气减压阀的出口分别通过所述第一氢气管路与所述第一氢喷射器连接以及通过所述第二氢气管路与所述第二氢喷射器连接，所述第一氢喷射器的喷射口设置于所述射流室内，所述第一氢喷射器和所述第二氢喷射器均与所述控制器电连接；

所述主燃室分别与所述进气道和所述氢气射流点火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；

所述控制器控制所述第一氢喷射器在所述氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时间段内或压缩行程时间段内进行喷射，所述控制器控制所述第二氢喷射器在所述氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时间段内进行喷射。

可选的，所述控制器还与所述火花塞电连接；

当所述氢气射流点火氨燃料发动机的活塞与所述氢气射流点火氨燃料发动机的压缩上止点之间的距离小于预设距离时，所述控制器控制所述火花塞的点火电极进行放电。

可选的，所述射流喷孔的数量为7个。

可选的，所述第二氢喷射器和所述氨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，所述第二氢喷射器的喷射口和所述氨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氢气射流点火氨燃料发动机包括氨气储罐、氨气减压阀、氨喷射器、第一氢喷射器、主燃室、火花塞、射流室、氢气减压阀、氢气储罐、第一氢气管路、控制器、第二氢喷射器和第二氢气管路。氨气储罐的出口与氨气减压阀连接，氨气减压阀的出口与氨喷射器连接，氨喷射器和第二氢喷射器均设置于氢气射流点火氨燃料发动机的进气道内，氢气储罐的出口与氢气减压阀连接，氢气减压阀的出口分别通过第一氢气管路与第一氢喷射器连接以及通过第二氢气管路与第二氢喷射器连接，第一氢喷射器的喷射口设置于射流室内，第一氢喷射器和第二氢喷射器均与控制器电连接；主燃室分别与进气道和氢气射流点火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；控制器控制第一氢喷射器在氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时间段内或压缩行程时间段内进行喷射，控制器控制第二氢喷射器在氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时间段内进行喷射。本发明实施例中，通过氨喷射器向进气道中喷射氨气，通过第二氢喷射器向进气道中喷射氢气的方式，使得进入到主燃室中的气体为氨氢混合气，然后通过第一氢喷射器直接向射流室中喷射氢气，因此氢气可以被火花塞的点火电极快速点燃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、通过氨喷射器向进气道中喷射氨气，通过第二氢喷射器向进气道中喷射氢气的方式，使得进入到主燃室中的气体为氨氢混合气，然后通过第一氢喷射器直接向射流室中喷射氢气，因此氢气可以被火花塞的点火电极快速点燃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、本发明实施例提供的氢气射流点火氨燃料发动机结构简单，可以由现有发动机经过简单改造而来，因此，成本较低。

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。

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氢气射流点火氨燃料发动机的结构示意图。

图1中，1氨气储罐、2氨气减压阀、3氨喷射器、4第一氢喷射器、5主燃室、6火花塞、7射流室、8氢气减压阀、9氢气储罐、10进气道、11排气道、12射流喷孔、13第一氢气管路、14第二氢喷射器、15第二氢气管路。

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氢气射流点火氨燃料发动机，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氢气射流点火氨燃料发动机的结构示意图。参见图1，氢气射流点火氨燃料发动机包括：氨气储罐1、氨气减压阀2、氨喷射器3、第一氢喷射器4、主燃室5、火花塞6、射流室7、氢气减压阀8、氢气储罐9、第一氢气管路13、控制器、第二氢喷射器14和第二氢气管路15，图1中的NH3代表氨气，H2代表氢气。

氨气储罐1的出口与氨气减压阀2连接，氨气减压阀2的出口与氨喷射器3连接，氨喷射器3和第二氢喷射器14均设置于氢气射流点火氨燃料发动机的进气道10内。

其中，氨喷射器3设置于进气道10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：氨喷射器3通过螺钉固定安装于氢气射流点火氨燃料发动机的进气道10内。第二氢喷射器14设置于进气道10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：第二氢喷射器14通过螺钉固定安装于进气道10内。

示例性的，第二氢喷射器14和氨喷射器3均固定安装于进气道10靠近主燃室5的一侧。

示例性的，第二氢喷射器14的喷射口和氨喷射器3的喷射口均朝向进气道10靠近主燃室5的一侧。

继续参见图1，氢气储罐9的出口与氢气减压阀8连接，氢气减压阀8的出口分别通过第一氢气管路13与第一氢喷射器4连接以及通过第二氢气管路15与第二氢喷射器14连接。示例性的，第一氢气管路13为钢管，第二氢气管路15为钢管。

本发明实施例提供的氢气射流点火氨燃料发动机的燃烧室由射流室7和主燃室5组成，第一氢喷射器4的喷射口设置于射流室7内，第一氢喷射器 4和第二氢喷射器14均与控制器电连接。主燃室5分别与进气道10和氢气射流点火氨燃料发动机的排气道11连通，射流室7通过至少一个射流喷孔12 与主燃室5连通，火花塞6的点火电极设置于射流室7内。示例性的，射流喷孔12的数量为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减压以后通过氨喷射器3直接向进气道10中喷射氨气，氢气储罐9中的氢气经过氢气减压阀 8减压以后分为两路，一路通过第一氢喷射器4直接向射流室7中喷射氢气，另一路通过第二氢喷射器14直接向进气道10中喷射氢气，具体的，控制器控制第一氢喷射器4在氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时间段内或压缩行程时间段内进行喷射，控制器控制第二氢喷射器14在氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时间段内进行喷射，由此，进入到进气道10中的气体包含氨气和氢气，即进入到进气道10中的气体为氨氢混合气。

在氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时，进气道10中的氨氢混合气被吸入主燃室5，在氢气射流点火氨燃料发动机的压缩行程时，主燃室5中的氨氢混合气通过至少一个射流喷孔12进入到射流室7，然后设置于射流室 7中的火花塞6的点火电极点火，由于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7内的氨氢混合气，形成高温高速的火焰射流通过至少一个射流喷孔12进入到主燃室5中，从而引燃主燃室5中的氨氢混合气。由此，通过采用主动射流点火的方式，加速氨气在主燃室5中的燃烧速度。

在一具体实施例中，氢气射流点火氨燃料发动机的控制器还与火花塞6 电连接，当氢气射流点火氨燃料发动机的活塞与氢气射流点火氨燃料发动机的压缩上止点之间的距离小于预设距离时，控制器控制火花塞6的点火电极进行放电。也就是说，控制器控制火花塞6的点火电极在活塞运动至压缩上止点附近时进行放电，具体的预设距离和放电时间点可以根据实际工况需要进行设定。

由上述内容可知，本发明实施例中，通过氨喷射器3向进气道10中喷射氨气，通过第二氢喷射器14向进气道10中喷射氢气的方式，使得进入到主燃室5中的气体为氨氢混合气，然后通过第一氢喷射器4直接向射流室7中喷射氢气，因此氢气可以被火花塞6的点火电极快速点燃形成高温高速的火焰射流通过至少一个射流喷孔12进入到主燃室5中，从而引燃主燃室5中的氨氢混合气，由于进入到主燃室5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5中的氨氢混合气，加速了氨气在主燃室5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5中的氨氢混合气，进一步加速了氨气在主燃室5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，本发明实施例提供的氢气射流点火氨燃料发动机结构简单，可以由现有发动机经过简单改造而来，因此，成本较低。

以及，由于主燃室5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 (5)

1.一种氢气射流点火氨燃料发动机，其特征在于，所述氢气射流点火氨燃料发动机包括：氨气储罐、氨气减压阀、氨喷射器、第一氢喷射器、主燃室、火花塞、射流室、氢气减压阀、氢气储罐、第一氢气管路、控制器、第二氢喷射器和第二氢气管路；

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与所述氨喷射器连接，所述氨喷射器和所述第二氢喷射器均设置于所述氢气射流点火氨燃料发动机的进气道内，所述氢气储罐的出口与所述氢气减压阀连接，所述氢气减压阀的出口分别通过所述第一氢气管路与所述第一氢喷射器连接以及通过所述第二氢气管路与所述第二氢喷射器连接，所述第一氢喷射器的喷射口设置于所述射流室内，所述第一氢喷射器和所述第二氢喷射器均与所述控制器电连接；

所述主燃室分别与所述进气道和所述氢气射流点火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；

所述控制器控制所述第一氢喷射器在所述氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时间段内或压缩行程时间段内进行喷射，所述控制器控制所述第二氢喷射器在所述氢气射流点火氨燃料发动机的进气行程时间段内进行喷射。

2.如权利要求1所述的氢气射流点火氨燃料发动机，其特征在于，所述控制器还与所述火花塞电连接；

当所述氢气射流点火氨燃料发动机的活塞与所述氢气射流点火氨燃料发动机的压缩上止点之间的距离小于预设距离时，所述控制器控制所述火花塞的点火电极进行放电。

3.如权利要求1所述的氢气射流点火氨燃料发动机，其特征在于，所述射流喷孔的数量为7个。

4.如权利要求1所述的氢气射流点火氨燃料发动机，其特征在于，所述第二氢喷射器和所述氨喷射器均固定安装于所述进气道靠近所述主燃室的一侧。

5.如权利要求1所述的氢气射流点火氨燃料发动机，其特征在于，所述第二氢喷射器的喷射口和所述氨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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