液氨加压氢气的混合喷射系统

本发明涉及氨-氢燃料内燃机，特别是涉及一种液氨加压氢气的混合喷射系统。

背景技术：

1、随着“双碳”计划的大力实施，打造低碳、环保型内燃机正日益成为汽车动力领域的新目标。虽然传统内燃机技术已经很成熟，但应用低碳或无碳燃料的新型内燃机仍具有很大的发展空间。

2、氢气具有较宽的可燃极限，最小点火能量小，火焰传播速度快，但氢发动机很容易发生爆震等异常燃烧现象。液氨为氮氢化合物，具有便于贮运、廉价易得的特点，完全燃烧只产生氮气和水，是一种具有高辛烷值和优异抗爆性能的燃料。液氨的燃点为651℃，所以需要较高压缩比才能确保液氨被成功点燃，其火焰传播速度较慢。因此，在作为燃料使用时，通常需要与其他燃料进行混合燃烧以提高燃烧效率。氢气或液氨单独作为发动机的燃料都存在一定的缺点和不足，但氨-氢混合燃料有望成为一种重要的发动机燃料。氨-氢混合燃料的优势在于：(1)零碳排放，液氨和氢气都不包含碳元素；(2)氨是氢的良好载体，液氨中含氢质量百分比为17.6％，液氨在线制氢可以有效解决氢气存储和运输的问题；(3)氨-氢混合燃料的可燃性得到提高，燃烧火焰稳定且容易控制；(4)氨-氢混合燃料的辛烷值高，可以应用于更高压缩比的发动机，不易产生爆震。

3、然而，在使用氨-氢混合燃料时，存在着目前难以克服的氢气存储及运输困难、液氨滞燃期长、氨-氢混合不充分、冷机时氨-氢发动机难以启动、加速时氨-氢发动机动力不足的问题或技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服现有技术的不足和缺陷，而提供一种液氨加压氢气的混合喷射系统，能够克服氢气存储及运输困难、液氨滞燃期长、氨-氢混合不充分、冷机时氨-氢发动机难以启动、加速时氨-氢发动机动力不足的缺点中的一项或几项。

2、一种液氨加压氢气的混合喷射系统，包括:

3、液氨供给系统，包括通过供氨管路依次连接在一起的液氨存储装置、液氨减压阀、液氨泵、第一氨流量计、混合喷嘴供氨阀；

4、氢气供给系统，包括通过管路依次连接在一起的第二氨流量计、用于将引入氨气热解为含氢气的混合气的氨热裂解器、从混合气中分离出氢气的氢分离器、氢气存储装置储氢阀、氢气存储装置、氢气离心泵、混合喷嘴供氢阀，所述氨流量计的输入侧通过旁侧管与所述液氨减压阀输出侧的供氨管连接；

5、混合喷嘴，安装在进气歧管/缸盖上，所述混合喷嘴供氢阀以及混合喷嘴供氨阀与所述混合喷嘴的氢气以及氨气入口对应连接。

6、其中，所述混合喷嘴的喷射方式为进气道喷射/缸内直喷。

7、其中，所述混合喷嘴包括混合腔以及位置所述混合腔底部的氨-氢混合燃料喷射器，所述混合腔上方分别设置混合喷嘴液氨喷射器和混合喷嘴氢气喷射器。

8、其中，所述混合喷嘴氢气喷射器至少一个，倾斜安装。

9、其中，所述混合喷嘴氢气喷射器的倾斜角度为30°～45°。

10、其中，所述混合喷嘴氢气喷射器和混合喷嘴液氨喷射器被配置为按顺序先后导通，以使氢气以及液氨按顺序先后进入混合喷嘴混合腔内，以利用后进入的高压液氨对已存的低压氢气进行加压，促使氢气均匀分布在液氨中，并且部分氢气溶解在液氨中形成含氢氨，最后经打开的氨-氢混合燃料喷射器被喷入燃烧室中。

11、其中，所述氢气的喷射压力为0.3～0.5mpa，所述液氨的喷射压力为1～10mpa，所述氨-氢混合燃料的最低能量比大于0.06：1。

12、其中，所述第一氨流量计与发动机ecu连接，所述发动机ecu根据预设参数，计算高压液氨与低压氢气燃料完全燃烧所需要的氢气流量，并反馈给混合喷嘴供氢阀，控制所述混合喷嘴供氢阀调整阀门开度，实现对氢气的流量和喷雾特性的调控。

13、其中，所述氨热裂解器包括外侧的隔热层，由隔热层包裹的前端的混合器以及与混合器连接的后端的反应器，所述反应器上包设有电阻丝，所述混合器具有混合气入口，所述混合气入口与氨气入口、空气入口连接，所述反应器的末端有反应后混合气出口。

14、其中，所述氢气存储装置竖直放置，为渐缩形结构，能使氢气供给系统生成的氢气从氢气存储装置的下部流入、上部流出。

15、本发明的混合喷嘴的应用，提高了氨-氢燃料内燃机的燃烧效率，提出的高压液氨和低压氢气的喷射时序的控制使氨-氢燃料充分融合并促进了含氢氨的产生，有效改善了燃烧效率，能有效避免了氨-氢燃料单独喷射时燃烧不均匀的现象和氨-氢燃料在预混合存储装置内混合时的分层现象的发生。

16、相比现有技术的利用发动机尾气余热来促进氨分解制氢，存在的问题是尾气温度难以控制，氨的吸热分解反应不够稳定的问题，本发明利用氨和空气的氧化反应来制取氢气，基于氨是氢的良好载体，达到克服运输和储存困难的特点，且氨及空气的流量可控，反应放热可以通过调整氨及空气的比例来调整，从而利用氨制氢可以有效提升氨-氢燃料内燃机的安全性，且绝大部分热量被直接吸收。

技术特征：

1.液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述混合喷嘴的喷射方式为进气道喷射/缸内直喷。

3.根据权利要求1所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述混合喷嘴包括混合腔以及位置所述混合腔底部的氨-氢混合燃料喷射器，所述混合腔上方分别设置混合喷嘴液氨喷射器和混合喷嘴氢气喷射器。

4.根据权利要求3所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述混合喷嘴氢气喷射器至少一个，倾斜安装。

5.根据权利要求4所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述混合喷嘴氢气喷射器的倾斜角度为30°～45°。

6.根据权利要求3所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述混合喷嘴氢气喷射器和混合喷嘴液氨喷射器被配置为按顺序先后导通，以使氢气以及液氨按顺序先后进入混合喷嘴混合腔内，以利用后进入的高压液氨对已存的低压氢气进行加压，促使氢气均匀分布在液氨中，并且部分氢气溶解在液氨中形成含氢氨，最后经打开的氨-氢混合燃料喷射器被喷入燃烧室中。

7.根据权利要求1所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述氢气的喷射压力为0.3～0.5mpa，所述液氨的喷射压力为1～10mpa，所述氨-氢混合燃料的最低能量比大于0.06：1。

8.根据权利要求1所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述第一氨流量计与发动机ecu连接，所述发动机ecu根据预设参数，计算高压液氨与低压氢气燃料完全燃烧所需要的氢气流量，并反馈给混合喷嘴供氢阀，控制所述混合喷嘴供氢阀调整阀门开度，实现对氢气的流量和喷雾特性的调控。

9.根据权利要求1所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述氨热裂解器包括外侧的隔热层，由隔热层包裹的前端的混合器以及与混合器连接的后端的反应器，所述反应器上包设有电阻丝，所述混合器具有混合气入口，所述混合气入口与氨气入口、空气入口连接，所述反应器的末端有反应后混合气出口。

10.根据权利要求1所述液氨加压氢气的混合喷射系统，其特征在于，所述氢气存储装置竖直放置，为渐缩形结构，能使氢气供给系统生成的氢气从氢气存储装置的下部流入、上部流出。

技术总结本发明公开液氨加压氢气的混合喷射系统，包括：液氨供给系统，包括经供氨管路依次连接的液氨存储装置、液氨减压阀、液氨泵、第一氨流量计、混合喷嘴供氨阀；氢气供给系统，包括经管路依次连接的第二氨流量计、将引入氨气热解为含氢气的混合气的氨热裂解器、从混合气中分离出氢气的氢分离器、氢气存储装置储氢阀、氢气存储装置、氢气离心泵、混合喷嘴供氢阀，第二氨流量计的输入侧通过旁侧管与所述液氨减压阀输出侧的供氨管连接；混合喷嘴，安装在进气歧管/缸盖上，混合喷嘴供氢阀及混合喷嘴供氨阀与混合喷嘴的氢气、氨气入口连接。本发明避免了氨‑氢燃料单独喷射时燃烧不均匀的现象和氨‑氢燃料在预混合存储装置内混合时的分层现象的发生。技术研发人员：陈韬,李硕,冯译方受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14