RU2778415C1 - System for feeding ammonia-based hydrogen fuel to an internal combustion engine - Google Patents
System for feeding ammonia-based hydrogen fuel to an internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778415C1 RU2778415C1 RU2021117587A RU2021117587A RU2778415C1 RU 2778415 C1 RU2778415 C1 RU 2778415C1 RU 2021117587 A RU2021117587 A RU 2021117587A RU 2021117587 A RU2021117587 A RU 2021117587A RU 2778415 C1 RU2778415 C1 RU 2778415C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- internal combustion
- hydrogen
- combustion engine
- fuel
- pipeline
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 27
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- SHHIADHOJKLUIZ-UHFFFAOYSA-N azane;molecular hydrogen Chemical compound N.[H][H] SHHIADHOJKLUIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием газообразным топливом.The invention relates to engine building, in particular to power systems for internal combustion engines with spark ignition of gaseous fuel.
В результате анализа уровня техники изобретения выявлены следующие аналоги и прототип.As a result of the analysis of the prior art of the invention, the following analogues and a prototype were identified.
Известна система питания водородом двигателя внутреннего сгорания, описанная в патенте (Патент RU ПМ №92913 Система питания водородным топливом двигателя внутреннего сгорания комбинированной энергоустановки опубл.: 10.04.2010 г., МПК F02B 43/10) и содержащая топливный бак со спиртом, первый топливный контур, содержащий форсунки для подачи спирта топливным насосом в патрубки впускного трубопровода двигателя, второй топливный контур, содержащий другой топливный насос, теплообменник для нагрева спирта до газообразного состояния, соединенный с обратным клапаном, подключенным в термохимический реактор, расположенный в выпускном трубопроводе для получения из газообразного спирта синтез-газа, состоящего из водорода и оксида углерода, теплообменник для охлаждения синтез-газа, регулятор подачи охлажденного синтез-газа, электромагнитные клапаны, топливные трубки, расположенные во впускных каналах в головке цилиндров двигателя для подачи синтез-газа при открытии впускных клапанов в щели между ними и их седлами. A known system for supplying hydrogen to an internal combustion engine described in a patent (Patent RU PM No. 92913 System for supplying hydrogen fuel to an internal combustion engine of a combined power plant publ.: 10.04.2010, IPC F02B 43/10) and containing a fuel tank with alcohol, the first fuel a circuit containing nozzles for supplying alcohol by a fuel pump to the engine inlet pipes, a second fuel circuit containing another fuel pump, a heat exchanger for heating alcohol to a gaseous state, connected to a check valve connected to a thermochemical reactor located in the exhaust pipeline for obtaining from a gaseous synthesis gas alcohol, consisting of hydrogen and carbon monoxide, a synthesis gas cooling heat exchanger, a cooled synthesis gas supply regulator, solenoid valves, fuel pipes located in the inlet channels in the engine cylinder head for supplying synthesis gas when the intake valves are opened in gaps between it and their saddles.
Также известна система питания водородом двигателя внутреннего сгорания, описанная в патенте (Патент RU ПМ №179096 Система питания двигателя внутреннего сгорания водородсодержащим топливом Опубл.: 26.04.2018 г., МПК F02B 43/08, F02M 25/10, F02M 25/12) содержащая топливный бак, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления, топливные форсунки, впускной коллектор, теплообменник, клапан-дозатор, впускной клапан, каталитический конвертор, испаритель, воздушный компрессор, блок управления подачей конвертированного топлива, датчик положения рейки топливного насоса высокого давления, датчик положения органа управления подачей топлива, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя и датчик температуры каталитического элемента.Also known is the system for supplying hydrogen to an internal combustion engine, described in the patent (Patent RU PM No. 179096 System for supplying an internal combustion engine with hydrogen-containing fuel Published: 04/26/2018, IPC F02B 43/08, F02M 25/10, F02M 25/12) containing fuel tank, fuel priming pump, high pressure fuel pump, fuel injectors, intake manifold, heat exchanger, metering valve, intake valve, catalytic converter, evaporator, air compressor, converted fuel supply control unit, high pressure fuel pump rail position sensor, sensor fuel control position, engine speed sensor, and catalytic element temperature sensor.
Недостатком приведенных аналогов является низкая экологичность процесса преобразования исходного топлива в водородное, так как получаемый в результате синтез-газ содержит значительные количества оксида углерода.The disadvantage of these analogs is the low environmental friendliness of the process of converting the original fuel into hydrogen, since the resulting synthesis gas contains significant amounts of carbon monoxide.
Наиболее близкой по технической сущности является выбранная в качестве прототипа система питания, использующая аммиак в качестве исходного материала для генерации водорода (Патент US №8,561,578 В2, Hydrogengenerator and internal combuston engine provided with hydrogen generator (Генератор водорода и двигатель внутреннего сгорания с генератором водорода) опубл. 22.10.2013 г., МПК F02B 43/08, G05D 7/00) содержащая бак с аммиаком, соединенный с испарителем, соединенный с крекинг-установкой, включающей катализатор, крекинг-установка соединена с охладителем, подключенным в патрубок подвода воздуха, соединенный с электромагнитной форсункой.The closest in technical essence is the power system chosen as a prototype, using ammonia as a starting material for generating hydrogen (US Patent No. 8,561,578 B2, Hydrogengenerator and internal combuston engine provided with hydrogen generator) publ. 10/22/2013, IPC F02B 43/08, G05D 7/00) containing an ammonia tank connected to an evaporator connected to a cracking unit including a catalyst, the cracking unit is connected to a cooler connected to an air supply pipe connected to with electromagnetic nozzle.
В такой системе питания жидкий аммиак хранящийся в резервуаре подается через испаритель в теплообменник и нагревается до требуемых для процесса крекинга температур за счет тепла отработавших газов или вспомогательного электрического нагревателя в зависимости от режима работы двигателя. В результате газообразный аммиак, подаваемый в теплообменник частично расщепляется на водород и азот в процессе эндотермической реакции. Полученная газовая смесь аммиака азота и водорода подается через охладитель и электромагнитную форсунку во впускной трубопровод двигателя.In such a power system, liquid ammonia stored in the tank is fed through the evaporator to the heat exchanger and heated to the temperatures required for the cracking process due to the heat of the exhaust gases or an auxiliary electric heater, depending on the engine operating mode. As a result, the gaseous ammonia supplied to the heat exchanger is partially split into hydrogen and nitrogen during an endothermic reaction. The resulting gas mixture of ammonia, nitrogen and hydrogen is fed through a cooler and an electromagnetic injector into the engine inlet pipeline.
Недостатком данной системы является то, что в получаемой газовой смеси часть объема занимает неразложившийся аммиак, имеющий низкую теплотворную способность и негорючий компонент - азот. В следствии чего в камеру сгорания заведомо поступает меньшее количество водорода, чем теоретически возможное, что приводит к снижению энергоэффективности, уменьшению диапазона регулировки мощности.The disadvantage of this system is that in the resulting gas mixture, part of the volume is occupied by undecomposed ammonia, which has a low calorific value and a non-combustible component - nitrogen. As a result, a smaller amount of hydrogen is obviously supplied to the combustion chamber than theoretically possible, which leads to a decrease in energy efficiency, a decrease in the power adjustment range.
Задача изобретения - повышение энергоэффективности двигателя и обеспечение высоких экологических показателей его работы.The objective of the invention is to increase the energy efficiency of the engine and ensure high environmental performance of its operation.
Техническим результатом является увеличение доли горючего компонента в составе топливовоздушной смеси, подаваемой в цилиндры двигателя.The technical result is to increase the proportion of the combustible component in the air-fuel mixture supplied to the engine cylinders.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система питания двигателя внутреннего сгорания, включает систему питания ДВС воздухом, содержащую воздушный фильтр, соединенный с впускным трубопроводом, в который вмонтированы датчик массового расхода воздуха, дроссельная заслонка и управляемый привод заслонки, а также систему питания ДВС водородом содержащую топливный бак с жидким аммиаком, соединенный с испарителем обеспечивающим подачу газообразного аммиака в устройство каталитического разложения, установленное в выпускной трубопровод ДВС, состоящее из датчиков температуры, установленных в секцию с подводом тепла от отработавших газов ДВС и секцию с подводом тепла от встроенного электронагревателя, последовательно соединенных с охладителем азотно-водородной смеси и электромагнитной форсункой, установленной во впускной трубопровод системы питания ДВС воздухом и соединенной с блоком управления, обеспечивающим контроль параметров и управление работой ДВС, причем, между испарителем и устройством каталитического разложения первичный управляемый редуктор, между охладителем азотно-водородной смеси и электромагнитной форсункой вторичный управляемый редуктор, соединенный трубопроводом с устройством повышения концентрации водорода в топливе, содержащим мембранный фильтр разделяющий исходное топливо на горючие и негорючие компоненты и сбросной клапан обеспечивающий отведение негорючих компонентов.The specified technical result is achieved due to the fact that the internal combustion engine power supply system includes an internal combustion engine air supply system containing an air filter connected to the inlet pipeline, in which a mass air flow sensor, a throttle valve and a controlled damper drive are mounted, as well as an internal combustion engine power supply system hydrogen containing a fuel tank with liquid ammonia connected to an evaporator providing gaseous ammonia supply to the catalytic decomposition device installed in the exhaust pipeline of the internal combustion engine, consisting of temperature sensors installed in the section with heat input from the exhaust gases of the internal combustion engine and the section with heat input from the built-in electric heater, connected in series with a nitrogen-hydrogen mixture cooler and an electromagnetic injector installed in the inlet pipeline of the internal combustion engine air supply system and connected to the control unit, which provides control of parameters and control of the operation of the internal combustion engine, moreover, between the primary controlled reducer, between the nitrogen-hydrogen mixture cooler and the electromagnetic injector secondary controlled reducer connected by a pipeline to a device for increasing the hydrogen concentration in the fuel, containing a membrane filter separating the original fuel into combustible and non-combustible components and a relief valve ensuring the removal of non-combustible components .
На фигуре показана система питания двигателя внутреннего сгорания синтезирующая водородное топливо из аммиака.The figure shows the power supply system of an internal combustion engine synthesizing hydrogen fuel from ammonia.
Система питания двигателя внутреннего сгорания, включает систему питания ДВС воздухом, содержащую воздушный фильтр 1, соединенный с впускным трубопроводом 2, в который вмонтированы датчик массового расхода воздуха 3, дроссельная заслонка 4 и управляемый привод заслонки 5, а также систему питания ДВС водородом содержащую топливный бак 6 с жидким аммиаком, соединенный с испарителем 7 обеспечивающим подачу газообразного аммиака через первичный управляемый редуктор 8 в устройство каталитического разложения 9, установленное в выпускной трубопровод ДВС 10, состоящее из датчиков температуры 11, установленных в секцию 12 с подводом тепла от отработавших газов ДВС и секцию 13 с подводом тепла от встроенного электронагревателя 14, последовательно соединенных с охладителем азотно-водородной смеси 15, после которого установлен вторичный управляемый редуктор 16, соединенный трубопроводом с устройством повышения концентрации водорода в топливе 17, содержащим мембранный фильтр 18 разделяющий исходное топливо на горючие и негорючие компоненты и сбросной клапан 19 обеспечивающий отведение негорючих компонентов, в то время как горючие подаются трубопроводом к электромагнитной форсунке 20, установленной во впускной трубопровод системы питания ДВС воздухом. Управляемые элементы соединены с блоком управления 21, обеспечивающим контроль параметров и управление работой двигателя внутреннего сгорания 22.The internal combustion engine power supply system includes an internal combustion engine air supply system containing an air filter 1 connected to an inlet pipeline 2, in which a mass
Порядок работы системы питания следующий: жидкий аммиак из топливного бака 6 поступает в испаритель 7. Там он переходит в газообразное состояние. Подвод теплоты к испарителю может быть реализован как от электронагревателя, так и от системы охлаждения двигателя (в прогретом состоянии). Испарившийся аммиак попадает в управляемый редуктор 8, обеспечивающий оптимальное давление в устройстве каталитического разложения 9, а именно в секцию 12 с подводом тепла от отработавших газов и секцию 13 с подводом тепла от встроенного электронагревателя 14. Используя тепло отработавших газов двигателя или подогрев от электрического нагревателя 14, в присутствии катализатора, в устройстве каталитического разложения 9 происходит разложение аммиака на водород Н2 и азот N2. Для снижения температуры газовой смеси H2+N2 служит охладитель азотно-водородной смеси 15. После него газовая смесь поступает в управляемый редуктор 16, который обеспечивает оптимальное давление в устройстве повышения концентрации водорода в топливе 17, содержащее мембранный фильтр 18 на котором происходит отделение азота N2 от водорода Н2 и сбросной клапан 19, обеспечивающий отвод азота N2 в атмосферу. Очищенный водород Н2 направляется по трубопроводу к форсунке 20, впрыскивающей его во впускной трубопровод 2, что обеспечивает увеличение доли горючего компонента в составе топливно-воздушной смеси, подаваемой в цилиндры двигателя, приводящее к повышению энергоэффективности двигателя и обеспечение высоких экологических показателей его работы. Управление подачей водорода через форсунки и управление составом смеси на различных режимах работы осуществляется электронным блоком управления 21 двигателем внутреннего сгорания 22.The order of operation of the power supply system is as follows: liquid ammonia from the fuel tank 6 enters the
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2778415C1 true RU2778415C1 (en) | 2022-08-18 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU218897U1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-06-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы" (РУДН) | hybrid vehicle |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU53410A1 (en) * | Акц. о-во Аммониа Казале | Device for feeding internal combustion engines with ammonia-nitrogen-hydrogen mixture | ||
| KR20180124365A (en) * | 2017-05-11 | 2018-11-21 | 삼성중공업 주식회사 | Power generating apparatus |
| JP2020159211A (en) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | 株式会社豊田自動織機 | Ammonia engine |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU53410A1 (en) * | Акц. о-во Аммониа Казале | Device for feeding internal combustion engines with ammonia-nitrogen-hydrogen mixture | ||
| KR20180124365A (en) * | 2017-05-11 | 2018-11-21 | 삼성중공업 주식회사 | Power generating apparatus |
| JP2020159211A (en) * | 2019-03-25 | 2020-10-01 | 株式会社豊田自動織機 | Ammonia engine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2803548C1 (en) * | 2023-03-24 | 2023-09-15 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы" (РУДН) | Power plant |
| RU218897U1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-06-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы" (РУДН) | hybrid vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4086877A (en) | Method of operating an internal combustion engine fed with a reformed gas | |
| US4059076A (en) | Method and apparatus for generating reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide from hydrocarbon fuel | |
| US20110220040A1 (en) | Coupled thermochemical reactors and engines, and associated systems and methods | |
| US20130055985A1 (en) | Method for operating an internal combustion engine | |
| EP2216537A4 (en) | Internal combustion engine | |
| US4429534A (en) | Methanol fueled spark ignition engine | |
| JPS6210464A (en) | Method of operating internal combustion engine | |
| US10538712B2 (en) | Micro-gasifier array networking | |
| CN101016870A (en) | Methanol-hydrogen compounded fuel engine | |
| US4651703A (en) | Method and apparatus for achieving hypergolic combustion by partial catalytic combustion | |
| RU2778415C1 (en) | System for feeding ammonia-based hydrogen fuel to an internal combustion engine | |
| US4715347A (en) | Method and apparatus for pretreatment of fuel by partial combustion with a composite catalyst | |
| RU2488013C2 (en) | Method of operating internal combustion engine | |
| RU2465484C2 (en) | Piston engine feed method, and feed system of that engine | |
| CN114575996A (en) | Ammonia gas internal combustion engine and control method thereof | |
| RU2772450C1 (en) | Method for supplying combustible gas and diesel fuel to the working cylinders of the gas diesel | |
| WO2019059014A1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2051289C1 (en) | Method and device for obtaining fuel-air mixture for internal combustion engine | |
| RU2440509C2 (en) | Method of cold start-up and warm-up of piston internal combustion engine and system for its implementation | |
| RU92913U1 (en) | FUEL SYSTEM FOR HYDROGEN FUEL OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF THE COMBINED POWER PLANT | |
| EP4155515A1 (en) | Integrated automotive reformer and catalytic converter and method for reforming fuel | |
| RU2065987C1 (en) | Method of operation of internal combustion engine | |
| CN201025173Y (en) | Carbinol-hydrogen combined fuel engine | |
| EP4116568A1 (en) | A system for controlling hydrogen combustion in a hydrogen internal combustion engine | |
| RU96612U1 (en) | VEHICLE POWER INSTALLATION |