[发明专利]一种氨燃料内燃机燃烧装置

说明书

本发明公开了一种氨燃料内燃机燃烧装置，属于内燃机燃烧技术领域。它包括氢气辅助氨燃料喷射器、氨催化裂解装置、氨氢燃烧系统、氨燃料压力罐、氢气增压泵；氢气辅助氨燃料喷射器的上部设有氨燃料喷射器，中部设有氨氢混合腔，下部设有氢气喷射器；氨燃料压力罐的一侧壁下端与氨催化裂解装置的入口通过管道相连通，用于将氨输送至氨催化裂解装置中，经催化裂解制氢气。本发明只用一种氨燃料在内燃机上实现燃烧，系统简单，使用方便；缸内低压直喷，成本低、可靠性高、热效率高；与现有碳氢燃料相比，氨是无碳燃料，没有CO2温室气体排放问题，部分氨催化裂解成氢后一起参与燃烧，有利于实现快速燃烧，解决氨燃烧速度慢的问题，提高热效率。

技术领域

本发明涉及一种氨燃料内燃机燃烧装置，属于内燃机燃烧技术领域。

背景技术

内燃机是交通运输领域主要的动力源，传统内燃机以化石能源为燃料经过燃烧产生热，再经过热功转换对外做功。化石能源属于碳氢燃料，在内燃机上应用不可避免地产生NOx、PM、HC、CO、CO2等排放污染物，而CO2是温室气体，是全球变暖的元凶，为了控制全球变暖，2015年12月12日在巴黎气候变化大会上通过了《巴黎协定》。《巴黎协定》长期目标是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以内，并且提出在本世纪下半叶实现温室气体人为排放与清除之间的平衡。

各领域都转向低碳或无碳新能源应用技术研发，作为内燃机也兴起了氢/氨无碳燃料燃烧技术研发。特别是氢燃料在内燃机上燃烧非常清洁，除了NOx排放外没有碳氢燃料燃烧所产生的CO₂、CO、HC、PM等有害排放物。但是由于氢燃料能量密度低、储存及运输难、安全性差，目前在内燃机上商业化应用氢燃料还不太现实。而作为氢能载体的同样是无碳的氨燃料，在能量密度、制备、储存及运输、安全性等方面与现有的汽油、柴油相当，因此有可能成为内燃机较好的无碳替代燃料。然而，由于氨的自燃温度高、燃烧速度慢、点火能量高，在内燃机上应用面临着需要攻克的技术难点。

现有氨燃料在内燃机上实现正常燃烧的技术是借助助燃剂，如柴油、汽油、等与氨一同参与燃烧，例如如图1所示，由图可知，为了实现氨燃料在现有内燃机上正常燃烧，图1所示的装置需要碳氢燃料如柴油作助燃剂，也就是将氨燃料喷入进气道303，与空气混合后在进气行程进入发动机燃烧室9，形成氨-空气混合气(具体结构为，氨燃料压力罐4通过导管与氨燃料压力轨道7相连通，氨燃料压力轨道7的另一端通过管道与氨燃料喷射器101的顶端相连通，进气道303安装在发动机汽缸盖301上，并伸入燃烧室9中，且氨燃料喷射器101的底部与进气道303相连通)。作为碳氢燃料的助燃剂，从碳氢燃料罐11吸入碳氢燃料增压泵12经增压后，送入碳氢燃料轨道13，最后送入碳氢燃料喷射器10由触发信号启动后，在压缩上止点附近将碳氢燃料喷入燃烧室9(具体结构为：碳氢燃料罐11的一端通过导管与碳氢燃料增压泵12相连通，碳氢燃料增压泵12的出口端通过导管与碳氢燃料轨道13相连通，所述碳氢燃料轨道13的另一端通过导管与碳氢燃料喷射器10的顶部相连通，碳氢燃料喷射器10安装在发动机气缸盖301上，并伸入燃烧室9，发动机汽缸盖301上还设有排气道304)，碳氢燃料如柴油首先压燃后，引起发动机气缸内氨-空气混合气的温度、压力加剧升高，促成氨燃料着火，实现氨燃料的正常燃烧。由此可见，现有技术需要两种燃料喷射系统，即氨燃料喷射系统和碳氢燃料喷射系统，系统复杂，燃料加注麻烦；而且主要燃料氨是在发动机气缸外喷射的，与缸内直喷相比热效率低；再有碳氢燃料助燃剂的参与不可避免温室气体CO₂的产生。

为此，针对上述缺陷，设计一种只用氨燃料的内燃机燃烧装置来解决上述缺陷很有必要。

发明内容

本发明针对上述背景技术所提及的技术问题，而采用以下技术方案来实现：

一种氨燃料内燃机燃烧装置，包括氢气辅助氨燃料喷射器、氨催化裂解装置、氨氢燃烧系统、氨燃料压力罐、氢气增压泵；所述氢气辅助氨燃料喷射器的上部设有氨燃料喷射器，中部设有氨氢混合腔，下部设有氢气喷射器；