一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构

本发明涉及内燃机燃烧及有害排放物抑制，具体涉及一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构。

背景技术：

1、使用氢作为燃料是减少发动机温室气体排放的最有潜力的解决方案之一。虽然使用氢气的发动机已得到了技术验证，但氢气储存依旧存在困难。氨作为一种良好的氢载体，具有存储容器成本较低且体积小的的有点但其燃烧速率、层流火焰速度、稳定燃烧极限范围均低于h2。这表明，与h2相比，氨的燃烧效率和排气温度较低。目前基于奥托循环的氨发动机中多采用氨热解重整制氢技术，但氨重整器要求较高的反应温度以保证催化反应效率。

2、现有解决方案常在发动机排气道加装氨重整器，利用发动机排气余热实现氨热解重整，受限于氨燃烧排气温度低的问题，该方法可能无法使重整器达到最高效率。另外对于氨氢双燃料零碳发动机，未燃氨逃逸与高氮氧化物排放是急需解决的问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的氨氢双燃料零碳发动机，未燃氨逃逸与高氮氧化物排放的问题，从而提供一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，包括：第一进气管道，与氨供气管道和第二进气管道连接，氨供气管道与氨罐连接，空气进入第一进气管道，氨罐内的氨气经氨供气管道进入第一进气管道内与空气混合，形成空气/氨混合气，空气/氨混合气进入第二进气管道内；重整气罐，与第一重整气供气管道和第二重整气供气管道连接，重整气罐内的重整气通过第一重整气供气管道与第二进气管道内的空气/氨混合气混合，形成空气/氨/氢混合气，空气/氨/氢混合气经过第二进气管道进入至气缸内，气缸与第一排气管道连接，重整气罐内的氨重整气通过预燃室燃料供给管道喷入气缸的预燃室内；氢气分离器，设于燃室燃料供给管道上，氢气分离器用于分离部分第一重整气供气管道内的重整气，并形成氢气，预燃室内设有火花塞，火花塞引燃空气/氨/氢混合气，燃烧产生的尾气通过第一排气管道进入至第二排气管道，第二排气管道上设有电热塞和催化装置，第二重整气供气管道与第二排气管道连接，电热塞用于点燃尾气；催化重整器供氨管道，与氨罐连接，催化重整器供氨管道上设有换热器和氨气重整催化器，催化重整器供氨管道内的氨气经过换热器，通过第二排气管道内的尾气加热，进入至氨气重整催化器内并产生重整气，最终回流至重整气罐内。

3、进一步地，第一重整气供气管道上设有压缩机。

4、进一步地，第二重整气供气管道上设有重整气喷射阀。

5、进一步地，氨供气管道上设有第一加热器，催化重整器供氨管道上设有第二加热器。

6、进一步地，催化装置包括选择性催化还原器和氨气氧化催化器，选择性催化还原器和氨气氧化催化器用于对第二排气管道中的尾气进行催化后处理。

7、进一步地，预燃室还包括氢气喷射阀，氢气喷射阀与预燃室燃料供给管道连接，预燃室燃料供给管道内的氢气通过氢气喷射阀喷入预燃室内，火花塞用于点燃气缸内的空气/氨/氢混合气。

8、进一步地，第一进气管道上设有空气过滤器和节流阀。

9、进一步地，第一进气管道和第二进气管道的连接处、第一排气管道和第二排气管道的连接处设有涡轮增压器。

10、进一步地，第二进气管道上设有第一冷却器，催化重整器供氨管道上设有第二冷却器。

11、进一步地，第二排气管道上设有温度传感器。

12、本发明技术方案，具有如下优点：

13、本发明提供的基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的原理结构设计，包括：第一进气管道，与氨供气管道和第二进气管道连接，氨供气管道与氨罐连接，空气进入第一进气管道，氨罐内的氨气经氨供气管道进入第一进气管道内与空气混合，形成空气/氨混合气，空气/氨混合气进入第二进气管道内；重整气罐，与第一重整气供气管道和第二重整气供气管道连接，重整气罐内的重整气通过第一重整气供气管道与第二进气管道内的空气/氨混合气混合，形成空气/氨/氢混合气，空气/氨/氢混合气经过第二进气管道进入至气缸内，气缸与第一排气管道连接，重整气罐内的氨重整气通过预燃室燃料供给管道喷入气缸的预燃室内；氢气分离器，设于燃室燃料供给管道上，氢气分离器用于分离部分第一重整气供气管道内的重整气，并形成氢气，预燃室内设有火花塞，火花塞引燃空气/氨/氢混合气，燃烧产生的尾气通过第一排气管道进入至第二排气管道，第二排气管道上设有电热塞和催化装置，第二重整气供气管道与第二排气管道连接，电热塞用于点燃尾气；催化重整器供氨管道，与氨罐连接，催化重整器供氨管道上设有换热器和氨气重整催化器，催化重整器供氨管道内的氨气经过换热器，通过第二排气管道内的尾气加热，进入至氨气重整催化器内并产生重整气，最终回流至重整气罐内。

14、该基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的原理结构设计，利用预燃室内的火花塞点燃少量喷射的氢气，加速预燃室内的火焰传播，从而快速引燃主燃室的氨氢混合燃料，提高发动机效率，减少爆震并抑制nox生成。另外通过在第二排气管道内加装电热塞，将少量氨重整气注入排气道并点燃，以此提高排气温度，从而提高氨重整器的工作效率，为发动机提供充足的氨重整气燃料。

15、提供
技术实现要素：
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

技术特征：

1.一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，第一重整气供气管道(15)上设有压缩机(19)。

3.根据权利要求2所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，第二重整气供气管道(22)上设有重整气喷射阀(25)。

4.根据权利要求3所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，氨供气管道(4)上设有第一加热器(7)，催化重整器供氨管道(16)上设有第二加热器(9)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，催化装置包括选择性催化还原器(31)和氨气氧化催化器(32)，选择性催化还原器(31)和氨气氧化催化器(32)用于对第二排气管道(40)中的尾气进行催化后处理。

6.根据权利要求5所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，预燃室(38)还包括氢气喷射阀(41)，氢气喷射阀(41)与预燃室燃料供给管道(37)连接，预燃室燃料供给管道(37)内的氢气通过氢气喷射阀(41)喷入预燃室(38)内，火花塞(42)用于点燃气缸(17)内的空气/氨/氢混合气。

7.根据权利要求6所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，第一进气管道(33)上设有空气过滤器(1)和节流阀(2)。

8.根据权利要求7所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，第一进气管道(33)和第二进气管道(36)的连接处、第一排气管道(20)和第二排气管道(40)的连接处设有涡轮增压器(39)。

9.根据权利要求7所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，第二进气管道(36)上设有第一冷却器(5)，催化重整器供氨管道(16)上设有第二冷却器(24)。

10.根据权利要求9所述的一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，其特征在于，第二排气管道(40)上设有温度传感器(26)。

技术总结
本发明涉及内燃机燃烧及有害排放物抑制技术领域，具体涉及一种基于氢气加浓助燃的预燃室式氨氢发动机的排气结构，包括：氢气分离器，设于燃室燃料供给管道上，氢气分离器用于分离部分第一重整气供气管道内的重整气，并形成氢气，预燃室内设有火花塞，主燃室内燃料燃烧产生的尾气通过第一排气管道进入至第二排气管道，第二排气管道上设有电热塞和催化装置，第二重整气供气管道与第二排气管道连接，电热塞用于点燃尾气；催化重整器供氨管道。利用预燃室内的火花塞点燃少量喷射的氢气，从而引燃主燃室的氨氢混合燃料，并通过在排气道内加装电热塞与氨重整气喷射阀，将少量氨重整气注入排气道并点燃，以此提高排气温度。

技术研发人员：熊仟,邓楠楠,王新阳,杜佳逸,聂骁健,熊一帆,刘文卓,赵科礼,赵保琳,刘文浩,潘聪懿,曹广淼,段裕龙,韩凯,钟一博
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14