运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统

本发明涉及发动机，具体涉及一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统。

背景技术：

1、近年来，全球经济高速发展，能源枯竭问题愈发严重，新能源产业的高速发展显得越来越迫切，其对支持全球能源需求的增长，推动经济可持续发展起支撑作用。

2、目前，我国船舶动力系统多采用相较于传统的规则型能量管理策略，混合动力的推进和能源供应结构呈现多样性，使得船舶的能量管理更加复杂。其中绝大多数仍然沿用传统柴油机，对于环境造成极大的破坏。因而，约束处理方式模糊、污染能力强、效率低、离散程度大成为了现今船舶动力系统的缺点。

3、为了解决上述存在的问题，如公开号cn202310442863.3的中国专利公开了一种氨气发动机燃料供给与控制系统，其特征在于：包括依次连接的液态氨气储气罐、氨气加热器、氨气截止阀、氨气裂解器、散热器、氨气混合器、燃料喷射阀和氨气发动机；系统中还包括发动机电控单元和氨气裂解器控制器。系统工作时，利用氨气裂解产生的氢气作为引燃气体，在气缸内引燃氨气燃烧，相对于柴油或天然气进行引燃方式，该装置燃料供给与控制系统结构简单可靠，可通过氧传感器和氢浓度传感器进行闭环调节，实现氨气和氢气的精确控制，但船舶空间小，氨气储量有限。所以，本发明提出的氨气-柴油双燃料发动机供给系统为船舶动力的稳定提供了双重保障。

4、目前，国内外尚无对约束处理方式明确、采用滚动优化策略可对航行过程中的扰动进行实时补偿、具备良好的动态控制性能、适用于混合动力系统中存在的非线性等复杂问题的船舶动力系统，为此，设计了一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统。本发明选择的新型船舶动力形式为混合动力形式，该系统可充分发挥两种及以上动力型式的综合优势，通过降低主机的配置功率，实施能量管理，能够实现船舶多能源的高效利用。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统。

2、本发明的目的是这样实现的：包括具有缸体和活塞的气缸；与主燃烧室相连通的进气结构及排气结构的氨气喷射组件；具有电控喷油嘴的柴油喷射组件；用于引燃所述主燃烧室内的燃料的点火装置；拥有室内燃烧进行主喷和后喷燃料的电子控制装置；设于缸体之外的螺旋桨；用于调节油路压力、控制油量的油压控制阀；用于处理气体的出气管、进气管和尾气管；用于储存柴油的油箱；用于储存大量氨气的氨气储存罐；插设在所述缸筒内的活塞；用于处理气缸内氮氧化合物nox的废气处理器。

3、可选地，气缸包括缸体和活塞的气缸，活塞沿所述缸体的轴线方向活动安装于所述缸体内，且与所述缸体的第一端之间界定出主燃烧室。

4、可选地，氨气喷射组件设于缸体外，其输气装置包括与主燃烧室相连通的进气结构与排气结构。

5、可选地，设置了电控喷油嘴及其柴油喷射组件，其中电控喷油嘴连通于燃烧室；当氨气替换率和氮氧化合物的含量在活塞到达上止点的前后时，由柴油喷射组件向燃烧室喷燃料，在双燃料燃烧模式下，通过采用柴油喷雾引燃氨气，为氨柴发动机提供动力输出。

6、可选地，设于气缸上的点火装置，其包括与所述主燃烧室相连通且用于喷射火焰的喷射孔，以引燃所述主燃烧室内的燃料。

7、可选地，当氨柴发动机的活塞到达压缩上止点前后时，电子控制装置以及控制燃料喷射装置在燃烧室内进行主喷和后喷燃料操作。

8、可选地，油箱通过输油管路连通于所述油压控制阀，以储存柴油。

9、本发明还包括这样一些结构特征：

10、1.废气处理器设有检测后处理器内氮氧化合物含量的氮氧化物传感器，氮氧化物传感器与电子控制装置连接，电子控制装置采集氨气-柴油发动机转速信号，并通过信号自动判断运行模式。

11、2.电子控制装置控制柴油喷射组件将油箱中的柴油通过发动机供油管路喷入燃烧室内；控制氨气喷射组件将氨气通过直喷的方式喷入燃烧室内，并随排气进入废气处理器或通过后喷的方式直接将氨气送入废气处理器中。

12、3.点火装置、燃料喷射器、燃料喷管与燃烧室相连通，使燃料直通燃料室。

13、4.在中低负荷工况下，复杂氮氧化合物排放量增多，此时采用氨气喷射组件氨气直喷的方式向燃烧室内喷射氨气进行氨气喷施，实现复杂氮氧化合物排放的催化还原，对复杂氮氧化合物进行还原，降低了发动机的氮氧化物排放。

技术特征：

1.一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于,包括具有缸体和活塞的气缸(1)；与主燃烧室相连通的氨气喷射组件(2)，其氨气喷射组件(2)包括输气装置；具有电控喷油嘴的柴油喷射组件(4)；用于引燃所述主燃烧室内的燃料的点火装置(3)；拥有室内燃烧进行主喷和后喷燃料的电子控制装置(11)；设于缸体之外的螺旋桨(9)；用于调节油路压力、控制油量的油压控制阀(5)；用于处理气体的出气管(6)、进气管(7)和尾气管(14)；用于储存柴油的油箱(10)；用于储存大量氨气的氨气储存罐(12)；插设在所述缸筒内的活塞(8)；用于处理气缸内复杂氮氧化合物nox的废气处理器(13)。

2.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：气缸(1)包括缸体和活塞，活塞沿所述缸体的轴线方向活动安装于所述缸体内，且与所述缸体的第一端之间界定出主燃烧室。

3.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：氨气喷射组件(2)设于缸体外，其输气装置包括与主燃烧室相连通的进气结构与排气结构。

4.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：设置了电控喷油嘴及其柴油喷射组件(4)，其中电控喷油嘴连通于燃烧室；当氨气替换率和氮氧化合物的含量在活塞到达上止点的前后时，由柴油喷射组件(4)向燃烧室喷燃料，在双燃料燃烧模式下，通过采用柴油喷雾引燃氨气，为氨柴发动机提供动力输出。

5.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：设于气缸上的点火装置(3)，其包括与所述主燃烧室相连通且用于喷射火焰的喷射孔，以引燃所述主燃烧室内的燃料。

6.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：当氨柴发动机的活塞到达压缩上止点前后时，电子控制装置(11)以及控制燃料喷射装置在燃烧室内进行主喷和后喷燃料操作。

7.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：油箱(10)通过输油管路连通于所述油压控制阀，以储存柴油。

8.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：氨气储存罐(12)与氨气喷射组件连接，以储存氨气。

9.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：活动活塞插设在所述缸筒内，端盖、缸筒以及活塞之间形成燃烧室，同时进气管和排气管连通于燃烧室。

10.根据权利要求1所述的一种运用于船舶的氨气-柴油双燃料发动机供给系统，其特征在于：废气处理器(13)与出气管相连，用于处理气缸内产生的氮氧化物，并与余量的氨气发生氨氮化学反应。

技术总结本系统涉及运用于船舶的氨气‑柴油双燃料发动机供给系统，其包括活塞、缸筒、进气管、排气管、电子控制装置、氨气喷射组件、柴油喷射组件等。活塞在缸筒内部活动，缸筒上端分别设有进气管、排气管。本系统实现氨气和柴油的缸内直喷，当发动机处于低功率状态时，仅通过柴油喷嘴喷入柴油，当发动机将处于高功率状态时，电子控制组件在发动机的活塞到达一定功率之后通过控制喷射组件向燃烧室内喷入氨气，根据氨气的燃烧状况，控制通入氨气的次数和时间，可以使发动机趋于稳定，最大程度地节省燃料和提高效率，用余量的氨气可以转化为尿素溶液，减少氨气和氮氧化合物的排放，防止对发动机的腐蚀固化，最终将混合动力系统推广至内河船舶中。技术研发人员：杨浩然,吕修颐,刘永欢,鞠臻诚受保护的技术使用者：重庆交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18