CN117662306A - 一种氨-柴油双燃料系统、发动机、控制方法和船舶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨‑柴油双燃料系统、发动机、控制方法和船舶，该系统包括空气进气系统、氨燃料进气系统和柴油管路。其中，空气进气系统进气端引入新鲜空气，空气进气系统出气端与发动机气缸连通。氨燃料进气系统的进气端引入氨气燃料，氨燃料进气系统的出气端与空气进气系统的出气端管路连通。柴油管路出油端连通发动机。空气进气系统出气端管路与发动机气缸连通处设置有点火装置，柴油管路的出油端设置有柴油主燃油喷射器。本发明提供的双燃料系统可通过点火装置点燃柴油进而引燃氨燃料为发动机提供动力，也可单独点燃柴油燃料为发动机提供动力，解决了氨燃料应用于大功率船用发动机时着火困难、火焰传播速度慢、燃烧控制困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于燃料发动机技术领域，具体涉及一种氨-柴油双燃料系统、发动机、控制方法和船舶。
背景技术
目前船舶主要使用的传统燃料还是以柴油为主，其燃烧产物中的氮氧化物、二氧化碳、碳氢化物等是污染地球的主要来源。随着全球环境问题日益突出，对于船舶行业来说，寻找一种环保高效的燃料已经成为一个迫切的需求。氨燃料作为一种潜在的替代能源，具备高能量密度、零排放的优势，逐渐受到船舶行业的关注。
氨燃料的辛烷值和着火温度与天然气类似，应用于船用四冲程发动机可采用进气道喷射的奥托循环燃烧模式，但氨燃料汽化潜热高、热值低、点火温度高，应用于大功率船用发动机存在着火困难、火焰传播速度慢、燃烧控制困难的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种氨-柴油双燃料系统、发动机和船舶，解决大功率船用发动机存在着火困难、火焰传播速度慢、燃烧控制困难的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种氨-柴油双燃料系统，包括空气进气系统、氨燃料进气系统和柴油管路。
其中，空气进气系统进气端引入新鲜空气，空气进气系统出气端与发动机气缸连通。
空气进气系统的管路中依次设置有升温装置和冷凝装置。
氨燃料进气系统的进气端引入氨气燃料，氨燃料进气系统的出气端与空气进气系统的出气端管路连通。氨燃料进气系统的管路中依次连通换热装置、加热装置和混合燃气压力调整单元。
柴油管路进油端与柴油存储装置连通，柴油管路出油端连通发动机。
空气进气系统出气端管路与发动机气缸连通处设置有点火装置，柴油管路的出油端设置有柴油主燃油喷射器。
优选的，空气进气系统设置的升温装置和冷凝装置分别为增压器和空冷器，其中，增压器进气口与空气进气系统的进气端连通，增压器出气口与空冷器进气口连通，空冷器出气口与空气进气系统的出气端连通。
优选的，空气进气系统的出气端通过低压混合燃气喷射阀与发动机气缸连通。
优选的，氨燃料进气系统的管路中依次连通的所述换热装置、加热装置和混合燃气压力调整单元分别为烟气换热器、加热器和稳压控制装置，其中，烟气换热器进气口与氨燃料进气系统的进气端连通，混合燃气压力调整单元的出气口与空气进气系统的出气端管路连通
优选的，氨燃料进气系统还包括催化裂解装置，催化裂解装置进气口与加热器的出气口连通，催化裂解装置出气口与混合燃气压力调整单元的进气口连通。
优选的，氨燃料进气系统管路中设置有流量调节阀。
优选的，空气进气系统还包括冷却水箱和变频水泵，冷却水箱的进出口与空冷器管路连通，变频水泵设置在冷却水箱进口管路上。
本发明除了提供一种氨-柴油双燃料系统外，还进一步提供一种使用上述氨-柴油双燃料系统的双燃料发动机。
本发明还提供一种上述氨-柴油双燃料发动机的控制方法，包括氨燃料模式和柴油模式，氨燃料模式下，氨燃料与柴油共同作为燃料控制发动机运行；柴油模式下，氨燃料进气系统关闭，通过柴油管路供给柴油作为燃料控制发动机运行。
本发明还进一步提供一种船舶，该船舶配备有上述氨-柴油双燃料系统的双燃料发动机。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
本发明提供的一种氨-柴油双燃料系统、发动机、控制方法和船舶，该系统包括空气进气系统、氨燃料进气系统和柴油管路，其中空气进气系统和氨燃料进气系统为发动机气缸提供氨燃料和空气，柴油管路为发动机气缸提供柴油燃料，通过点火装置点燃柴油进而引燃氨燃料为发动机提供动力。此外，本发明提供的双燃料系统也可通过关闭氨燃料进气系统单独点燃柴油燃料为发动机提供动力，解决了氨燃料应用于大功率船用发动机时着火困难、火焰传播速度慢、燃烧控制困难的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中一种氨-柴油双燃料发动机管路结构图。
图中，1为烟气换热器；2为加热器；3为高压氨催化裂解装置；4为混合燃气压力调整单元；5为低压混合燃气喷射阀；6为点火装置；7为柴油主燃油喷射器；8为增压器；9为空冷器；10为冷却水箱；11为变频水泵；12为柴油管路；13为发动机；14为新鲜空气；15为排气；16为氨气。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明的技术方案中提供一种氨-柴油双燃料系统，包括空气进气系统、氨燃料进气系统和柴油管路12。
其中，空气进气系统进气端引入新鲜空气，空气进气系统出气端与发动机13气缸连通；空气进气系统的管路中依次设置有升温装置和冷凝装置。
氨燃料进气系统的进气端引入氨气燃料，氨燃料进气系统的出气端与空气进气系统的出气端管路连通；氨燃料进气系统的管路中依次连通换热装置、加热装置和混合燃气压力调整单元4。
柴油管路12进油端与柴油存储装置连通，柴油管路12出油端连通发动机13；
空气进气系统出气端管路与发动机13气缸连通处设置有点火装置6，柴油管路12的出油端设置有柴油主燃油喷射器7。
如图1所示，在本发明的一些实施例中，空气进气系统设置的升温装置和冷凝装置分别为增压器8和空冷器9，其中，增压器8进气口与空气进气系统的进气端连通，增压器8出气口与空冷器9进气口连通，空冷器9出气口与空气进气系统的出气端连通。空气进气系统的出气端通过低压混合燃气喷射阀5与发动机13气缸连通。
作为上述实施例的进一步优化，空气进气系统还包括冷却水箱10和变频水泵11，冷却水箱10的进出口与空冷器9管路连通，变频水泵11设置在冷却水箱10进口管路上。
在本发明的一些实施例中，氨燃料进气系统的管路中依次连通的换热装置、加热装置和混合燃气压力调整单元4分别为烟气换热器1、加热器2和稳压控制装置，其中，烟气换热器1进气口与氨燃料进气系统的进气端连通，混合燃气压力调整单元4的出气口与空气进气系统的出气端管路连通。
作为上述实施例的进一步优化，氨燃料进气系统还包括催化裂解装置3，催化裂解装置3进气口与加热器2的出气口连通，催化裂解装置3出气口与混合燃气压力调整单元4的进气口连通。氨燃料进气系统管路中设置有流量调节阀。
本发明的技术方案中除了提供一种氨-柴油双燃料系统外，还进一步提供一种使用上述氨-柴油双燃料系统的双燃料发动机。
本发明的技术方案中还提供一种上述氨-柴油双燃料发动机的控制方法，包括氨燃料模式和柴油模式，氨燃料模式下，氨燃料与柴油共同作为燃料控制发动机运行；柴油模式下，氨燃料进气系统关闭，通过柴油管路供给柴油作为燃料控制发动机运行。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，氨-柴油双燃料发动机包括烟气换热器1、加热器2、高压氨催化裂解装置3、混合燃气压力调整单元4、低压混合燃气喷射阀5、点火装置6、柴油主燃油喷射器7、增压器8、空冷器9、冷却水箱10、变频水泵11、柴油管路12和发动机13，其中氨燃料进气系统包括烟气换热器1、加热器2、高压氨催化裂解装置3、混合燃气压力调整单元4、低压混合燃气喷射阀5，按照上述顺序依次连接，氨气16从加热器2进气口进入，从低压混合燃气喷射阀5进入空气进气系统的出气端。
空气进气系统包括增压器8、空冷器9、冷却水箱10和变频水泵11，新鲜空气从14从增压器8进入，与氨气16在空气进气系统的出气端汇合进入发动机13气缸。
上述系统在氨燃料模式下控制发动机运行的方法如下：
新鲜空气14经过增压器8增压后温度上升，通过空冷器9后进行冷却进入发动机13气缸，空冷器9的冷却水经过高温冷却水箱10和变频水泵11进行循环冷却，通过调节变频水泵11的频率减少冷却水的流量降低空冷器9的换热量使得进入气缸的新鲜空气温度升高。
氨燃料以气态形式经过烟气换热器1高温排气换热后进入加热器2，排气15从烟气换热器1排出，达到一定温度后进入高压氨催化裂解装置3进行催化裂解，完成燃料重整改质，NH3中的一小部分被裂解成H2和N2，随后NH3、H2和N2的混合气进入混合燃气调整单元4，稳定压力后，通过低压混合燃气喷射阀5喷射到空气进气系统的出气端，与空气进气系统加热后的新鲜空气14混合进入发动机13气缸，在压缩上止点通过安装在缸盖上的柴油微引燃喷射器6(或火花塞)引燃燃烧。因混合气中含有一定比例H2，具有较高的活化能，同时结合进气温度升高，可以实现发动机在氨燃料模式下正常着火运行。
上述系统在柴油模式下控制发动机运行的方法如下：
变频水泵11按照定频运行，进气温度与传统柴油机保持相同；控制流量调节阀关闭氨燃料喷射系统的相关管路，柴油主燃油喷射器7按照传统柴油机模式正常运行。
本发明的技术方案中还进一步提供一种船舶，该船舶配备有上述氨-柴油双燃料系统的双燃料发动机。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氨-柴油双燃料系统，其特征在于：所述系统包括空气进气系统、氨燃料进气系统和柴油管路(12)；
其中，所述空气进气系统进气端引入新鲜空气，所述空气进气系统出气端与发动机(13)气缸连通；所述空气进气系统的管路中依次设置有升温装置和冷凝装置；
所述氨燃料进气系统的进气端引入氨气燃料，所述氨燃料进气系统的出气端与所述空气进气系统的出气端管路连通；所述氨燃料进气系统的管路中依次连通换热装置、加热装置和混合燃气压力调整单元(4)；
所述柴油管路(12)进油端与柴油存储装置连通，所述柴油管路(12)出油端连通所述发动机(13)；
所述空气进气系统出气端管路与所述发动机(13)气缸连通处设置有点火装置(6)，所述柴油管路(12)的出油端设置有柴油主燃油喷射器(7)。
2.如权利要求1所述的一种氨-柴油双燃料系统，其特征在于：所述空气进气系统设置的升温装置和冷凝装置分别为增压器(8)和空冷器(9)，其中，所述增压器(8)进气口与所述空气进气系统的进气端连通，所述增压器(8)出气口与所述空冷器(9)进气口连通，所述空冷器(9)出气口与所述空气进气系统的出气端连通。
3.如权利要求2所述的一种氨-柴油双燃料系统，其特征在于：所述空气进气系统的出气端通过低压混合燃气喷射阀(5)与所述发动机(13)气缸连通。
4.如权利要求3所述的一种氨-柴油双燃料系统，其特征在于：所述氨燃料进气系统的管路中依次连通的所述换热装置、加热装置和混合燃气压力调整单元(4)分别为烟气换热器(1)、加热器(2)和稳压控制装置，其中，所述烟气换热器(1)进气口与所述氨燃料进气系统的进气端连通，所述混合燃气压力调整单元(4)的出气口与所述空气进气系统的出气端管路连通。
5.如权利要求4所述的一种氨-柴油双燃料系统，其特征在于：所述氨燃料进气系统还包括催化裂解装置(3)，所述催化裂解装置(3)进气口与所述加热器(2)的出气口连通，所述催化裂解装置(3)出气口与所述混合燃气压力调整单元(4)的进气口连通。
6.如权利要求5所述的一种氨-柴油双燃料系统，其特征在于：所述氨燃料进气系统管路中设置有流量调节阀。
7.如权利要求6所述的一种氨-柴油双燃料系统，其特征在于：所述空气进气系统还包括冷却水箱(10)和变频水泵(11)，所述冷却水箱(10)的进出口与所述空冷器(9)管路连通，所述变频水泵(11)设置在所述冷却水箱(10)进口管路上。
8.一种氨-柴油双燃料系统发动机，其特征在于：所述发动机采用权利要求1-7任一项所述的氨-柴油双燃料系统。
9.一种上述氨-柴油双燃料发动机的控制方法，其特征在于：所述方法用于控制权利要求8所述的氨-柴油双燃料发动机，所述控制方法包括氨燃料模式和柴油模式，所述氨燃料模式下，氨燃料与柴油共同作为燃料控制发动机运行；所述柴油模式下，氨燃料进气系统关闭，通过所述柴油管路(13)供给柴油作为燃料控制发动机运行。
10.一种船舶，其特征在于：所述船舶配备有权利要求8所述的发动机。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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