一种氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统

本发明属于内燃机，涉及一种氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统。

背景技术：

1、气候变化已成为目前国际社会广泛关注的热点问题。为了减缓和适应气候变化，国际社会建立了一系列与气候治理相关的机制，例如《巴黎协定》和《京都协定书》。

2、氨(nh3)作为一种无碳燃料，在理想状态下完全燃烧生成氮气和水，且可在1.03mpa和常温条件下液化，便于大规模储存和运输。然而，氨的燃烧速度较慢、自燃温度较高且燃烧过程中会伴随着氮氧化物的产生，导致应用于发动机时热效率较低。

3、甲醇(ch3oh)是一种良好的氢载体，可通过利用发动机的废气余热催化裂解产生以氢气(h2)和一氧化碳(co)为主的裂解气。使用部分甲醇裂解气可以提高氨燃料的燃烧性能，实现稀燃条件下更高的燃烧速度，并有效拓宽稀燃极限。

4、如何改进氨燃料在发动机中的热效率和排放问题，是实现其商业化的关键问题。而氨掺混其它高活性燃料有潜力改进氨燃烧过程，提高发动机效率。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种利用废气余热催化裂解甲醇与氨掺烧的发动机系统，将甲醇作为氢载体便于使用和运输，并采用发动机尾气的废气余热催化裂解甲醇实现氢气供给；此外，根据发动机的具体工况调节氨和裂解气的喷射量，改善不同工况下燃料的高效低排燃烧，提供一种内燃机低碳能源替代方案。

2、本发明的技术方案：

3、一种氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统，包括甲醇储罐、甲醇泵、甲醇控制阀、甲醇流量计、甲醇加热器、甲醇喷油器、温度传感器、甲醇裂解器、尾气加热管、甲醇裂解气泵、甲醇裂解气阀、甲醇裂解气输送管、发动机总进气管、甲醇裂解气喷油器、点火装置、氨喷油器、发动机总排气管、尾气控制阀、氨-甲醇裂解气掺烧发动机、氨储罐、氨泵、氨控制阀、氨高压共轨、压力传感器、氨高压共轨阀、氨直喷进气管、电控单元ecu和尾气排空管。

4、所述甲醇储罐依次通过与甲醇泵、甲醇流量计、甲醇加热器和甲醇裂解器的入口相连；所述甲醇裂解器的出口依次通过甲醇裂解气泵和甲醇裂解气喷油管连通，经加压后直喷到发动机进气道内；所述氨储罐依次通过氨泵和高压共轨加压，将液氨经氨喷油管喷入发动机缸内，并通过高压共轨上的压力表与电控单元ecu相连实时记录氨的进液压力；所述发动机排气总管依次通过与甲醇裂解器的废气入口、废气出口、加热器入口和驱动气体出口相连接；所述发动机排气管将尾气分为两部分，一部分通过尾气控制阀与外部相连，另一部分尾气以热回收的方式加热甲醇裂解器和甲醇加热器。

5、所述电控单元ecu与氨控制阀和氨压力传感器相连，通过压力传感器的反馈来调整氨的进口流量；此外，电控单元ecu与甲醇控制阀、甲醇流量计、温度传感器相连，通过温度传感器的反馈来调整甲醇的进口流量，进而根据发动机的具体工况来灵活控调节甲醇和氨的喷油量，实现发动机在各个工况下的高效低排燃烧。

6、含有甲醇蒸汽、氢气、一氧化碳、甲烷及二氧化碳的裂解气直接喷入发动机的进气道内，形成裂解气和空气的预混合气；氨燃料通过缸内直喷喷射与裂解气混合燃烧。

7、根据发动机负荷需求、不同排气温度下甲醇催化裂解率、裂解量来调节氨和裂解气的喷射量，实现发动机在各个工况下的高效低排燃烧。

8、本发明的有益效果：

9、1、本发明有效地结合了氨和甲醇裂解气的掺烧技术，并回收余余热，以燃料能量的形式实现循环利用。

10、2、甲醇作为氢气的载体，相较于直接运输氢气，更为安全与方便。此外，能够根据发动机对氢气的需求，实现在线制氢。

11、3、甲醇裂解气中的氢含量比例较高，利用氢气燃烧速度快的优势与氨混合改善氨的燃烧效率，这有利于扩展稀燃极限，并降低nox排放。

12、4、根据不同发动机的负荷需求，可灵活调节氨和甲醇裂解气的配比。在低负荷时，采用较高的甲醇裂解气比例，有利于提高热效率；在高负荷时，采用较低的裂解气比例，控制燃烧速度，降低nox排放。

技术特征：

1.一种氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统，其特征在于，该氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统包括甲醇储罐(1)、甲醇泵(2)、甲醇控制阀(3)、甲醇流量计(4)、甲醇加热器(5)、甲醇喷油器(6)、温度传感器(7)、甲醇裂解器(8)、尾气加热管(9)、甲醇裂解气泵(10)、甲醇裂解气阀(11)、甲醇裂解气输送管(12)、发动机总进气管(13)、甲醇裂解气喷油器(14)、点火装置(15)、氨喷油器(16)、发动机总排气管(17)、尾气控制阀(18)、氨-甲醇裂解气掺烧发动机(19)、氨储罐(20)、氨泵(21)、氨控制阀(22)、氨高压共轨(23)、压力传感器(24)、氨高压共轨阀(25)、氨直喷进气管(26)、电控单元ecu(27)和尾气排空管(28)；

2.根据权利要求1所述的氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统，其特征在于，含有甲醇蒸汽、氢气、一氧化碳、甲烷及二氧化碳的裂解气直接喷入发动机的进气道内，形成裂解气和空气的预混合气；氨燃料通过缸内直喷喷射与裂解气混合燃烧。

3.根据权利要求1所述的氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统，其特征在于，根据发动机负荷需求、不同排气温度下甲醇催化裂解率、裂解量来调节氨和裂解气的喷射量，实现发动机在各个工况下的高效低排燃烧。

技术总结
本发明属于内燃机技术领域，公开一种氨与甲醇裂解气掺烧的发动机系统，包括甲醇储罐、甲醇加热器、甲醇喷油器、甲醇裂解器、尾气加热管、甲醇裂解气泵、甲醇裂解气喷油器、点火装置、氨喷油器、发动机、氨储罐、氨高压共轨、电控单元ECU和尾气排空管。本发明利用废气余热催化裂解甲醇，不仅回收废气的余热能量，还能制备含氢气裂解气，优化氨燃料的燃烧过程。具体是将含有甲醇蒸汽、氢气、一氧化碳和其他组分的裂解气直接喷入发动机的进气道内，形成裂解气/空气的预混合气；氨燃料通过缸内直喷喷射与裂解气混合燃烧；根据发动机负荷需求和不同排气温度下甲醇催化裂解率等条件来调节氨和裂解气的喷射量，实现发动机在各个工况下的高效低排燃烧。

技术研发人员：孟相宇,祝文超,秦美超,刘丽子,张轩睿,苗梦澜,毕明树,隆武强
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12