本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)零碳燃燒污染物排放抑制，具體為一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在碳減排背景下，開發(fā)零碳燃料高效燃燒技術(shù)對于促進(jìn)節(jié)能減排具有重要意義。氫作為清潔零碳燃料，其燃燒產(chǎn)物只有水，但氫內(nèi)燃機(jī)的廣泛應(yīng)用受到基礎(chǔ)設(shè)置限制、運(yùn)輸存儲挑戰(zhàn)和安全問題的阻礙，氨作為一種新興零碳燃料的優(yōu)勢日益凸顯，氨的氫含量為17.8％，是氫能的有效載體，此外氨作為一種重要化工原料，其生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲存等技術(shù)已經(jīng)成熟。然而氨燃料的著火極限窄、層流火焰速度低、最小點(diǎn)燃能量高，采用柴油等高活性碳?xì)淙剂弦及钡姆绞诫m然可以實(shí)現(xiàn)氨燃料發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定工作，但也額外產(chǎn)生了碳排放，氫具有點(diǎn)火能量低、可燃極限寬、燃燒溫度高、火焰?zhèn)鞑タ斓忍攸c(diǎn)，具有很高的燃燒活性，可以彌補(bǔ)氨燃料活性低、燃燒速度慢的不足，此外可以通過氨熱分解產(chǎn)生氫氣。但氨重整器要求較高的反應(yīng)溫度以保證催化反應(yīng)效率，現(xiàn)有解決方案常在發(fā)動機(jī)排氣道加裝氨重整器，利用發(fā)動機(jī)余熱實(shí)現(xiàn)氨熱解重整，受限于氨燃燒排放尾氣溫度低的問題，該方法可能無法使重整器達(dá)到最高效率。另外對于氨氫雙燃料零碳發(fā)動機(jī)，未燃氨逃逸與高氮氧化物排放是仍需解決的問題，目前主要的解決辦法是在排氣道中加裝選擇性催化還原器(scr)、氨氣氧化催化器(asc)和廢氣再循環(huán)裝置(egr)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述提到的氨發(fā)動機(jī)氨著火困難、未燃氨逃逸與氮氧化物排放量高的問題，特此提出了一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)。本發(fā)明將氨重整催化器設(shè)置在排氣管中，并向排氣管中提供氨重整氣，通過點(diǎn)燃氨重整氣提高排氣溫度，從而提高氨重整催化器的工作效率，為發(fā)動機(jī)系統(tǒng)提供充足的氨重整氣燃料；同時結(jié)合選擇性催化還原器(scr)和氨氣氧化催化器(asc)裝置，解決氨逃逸量和nox排放量高的問題。

2、本發(fā)明提出了一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其具體包括氨燃料系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和氨熱解制氫重整系統(tǒng)，氨燃料系統(tǒng)分別和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)以及氨熱解制氫重整系統(tǒng)連通，氨熱解制氫重整系統(tǒng)分別和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣管以及排氣管連通；發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣管通過廢氣再循環(huán)管道和進(jìn)氣管連通；排氣管末端依次設(shè)置有選擇性催化還原器和氨氣氧化催化器；氨熱解制氫重整系統(tǒng)包括第一重整氣供氣管道、重整氣罐、第二重整氣供氣管道、重整氣噴射閥、氨氣重整催化器和換熱器，氨氣重整催化器和換熱器設(shè)置在排氣管中，氨燃料系統(tǒng)通過管道和換熱器連通；換熱器、氨氣重整催化器和重整氣罐依次連通；重整氣罐通過第一重整氣供氣管道和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣管連通；重整氣罐通過第二重整氣供氣管道和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣管連通，第二重整氣供氣管道和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣管連通位置設(shè)置有重整氣噴射閥；排氣管內(nèi)設(shè)置有電熱塞，通過電熱塞點(diǎn)燃氨重整氣。

3、更進(jìn)一步地，所述氨熱解制氫重整系統(tǒng)還包括第二冷卻器，第二冷卻器設(shè)置于排氣管外部；第二冷卻器一端和氨氣重整催化器連通，另一端和重整氣罐連通。

4、更進(jìn)一步地，所述第一重整氣供氣管道上設(shè)置有壓縮機(jī)和流量調(diào)節(jié)閥；第二重整氣供氣管道上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥。

5、更進(jìn)一步地，所述廢氣再循環(huán)管道上設(shè)置有冷卻器和流量調(diào)節(jié)閥。

6、更進(jìn)一步地，所述發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、若干氣缸、發(fā)動機(jī)體、排氣管和渦輪增壓器，發(fā)動機(jī)體內(nèi)設(shè)置有若干氣缸；氣缸一端和進(jìn)氣管連通，另一端和排氣管連通；氣缸內(nèi)設(shè)置有火花塞；進(jìn)氣管和排氣管均和渦輪增壓器連通，通過渦輪增壓器對進(jìn)氣管和排氣管內(nèi)氣體增壓；氣缸入口處設(shè)置有氣體成分傳感器。

7、更進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣管包括第一進(jìn)氣管道和第二進(jìn)氣管道，第一進(jìn)氣管道、渦輪增壓器和第二進(jìn)氣管道依次連通，第二進(jìn)氣管道分別和若干氣缸連通；第一進(jìn)氣管道進(jìn)氣口處設(shè)置有空氣過濾器和節(jié)流閥；第二進(jìn)氣管道和第一重整氣供氣管道連通。

8、更進(jìn)一步地，所述第二進(jìn)氣管道上設(shè)置有冷卻器。

9、更進(jìn)一步地，所述排氣管包括第一排氣管和第二排氣管，第一排氣管、渦輪增壓器和第二排氣管依次連通，第一排氣管分別和若干氣缸連通；第二排氣管通過重整氣噴射閥和第二重整氣供氣管道連通；第二排氣管內(nèi)設(shè)置有氨氣重整催化器和換熱器；第二排氣管末端依次設(shè)置有選擇性催化還原器和氨氣氧化催化器。

10、更進(jìn)一步地，所述第二排氣管內(nèi)部設(shè)置有溫度傳感器和氧濃度傳感器。

11、更進(jìn)一步地，所述氨燃料系統(tǒng)包括氨氣噴射閥、氨供氣管道、氨罐和催化重整器供氨管道，氨罐一側(cè)通過氨供氣管道和第一進(jìn)氣管道連通，氨供氣管道和第一進(jìn)氣管道連通位置設(shè)置有氨氣噴射閥；氨罐另一側(cè)通過催化重整器供氨管道和換熱器連通；氨供氣管道和催化重整器供氨管道上均設(shè)置有加熱器和流量調(diào)節(jié)閥。

12、本發(fā)明所述的一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的有益效果為：

13、(1)本發(fā)明所述的一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)氨發(fā)動機(jī)氨著火困難的問題，通過將氨重整催化器設(shè)置在發(fā)動機(jī)排氣管道內(nèi)，并通過將部分氨重整氣通入排氣管內(nèi)點(diǎn)燃的方式提高尾氣溫度，來提高氨重整催化器的工作效率，為發(fā)動機(jī)系統(tǒng)提供充足的氨重整氣燃料；

14、(2)本發(fā)明所述的一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)氨發(fā)動機(jī)未燃氨逃逸與氮氧化物排放量高的問題，通過在發(fā)動機(jī)排氣管的末端設(shè)置選擇性催化還原器和氨氣氧化催化器對未燃氨和氮氧化物進(jìn)行處理；

15、(3)本發(fā)明所述的一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，通過廢氣再循環(huán)管道將部分尾氣送入到第一進(jìn)氣管道中，通過降低進(jìn)氣氧含量的方式氮氧化物的產(chǎn)生和排放。

技術(shù)特征：

1.一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：包括氨燃料系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和氨熱解制氫重整系統(tǒng)，氨燃料系統(tǒng)分別和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)以及氨熱解制氫重整系統(tǒng)連通，氨熱解制氫重整系統(tǒng)分別和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣管以及排氣管連通；發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣管通過廢氣再循環(huán)管道(32)和進(jìn)氣管連通；排氣管末端依次設(shè)置有選擇性催化還原器(29)和氨氣氧化催化器(30)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述氨熱解制氫重整系統(tǒng)還包括第二冷卻器(22)，第二冷卻器(22)設(shè)置于排氣管外部；第二冷卻器(22)一端和氨氣重整催化器(25)連通，另一端和重整氣罐(19)連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述第一重整氣供氣管道(13)上設(shè)置有壓縮機(jī)(17)和流量調(diào)節(jié)閥；第二重整氣供氣管道(20)上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥。

4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述廢氣再循環(huán)管道(32)上設(shè)置有冷卻器和流量調(diào)節(jié)閥。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)動機(jī)系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、若干氣缸(15)、發(fā)動機(jī)體(16)、排氣管和渦輪增壓器(36)，發(fā)動機(jī)體(16)內(nèi)設(shè)置有若干氣缸(15)；氣缸(15)一端和進(jìn)氣管連通，另一端和排氣管連通；氣缸(15)內(nèi)設(shè)置有火花塞(35)；進(jìn)氣管和排氣管均和渦輪增壓器(36)連通，通過渦輪增壓器(36)對進(jìn)氣管和排氣管內(nèi)氣體增壓；氣缸(15)入口處設(shè)置有氣體成分傳感器(12)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述進(jìn)氣管包括第一進(jìn)氣管道(31)和第二進(jìn)氣管道(34)，第一進(jìn)氣管道(31)、渦輪增壓器(36)和第二進(jìn)氣管道(34)依次連通，第二進(jìn)氣管道(34)分別和若干氣缸(15)連通；第一進(jìn)氣管道(31)進(jìn)氣口處設(shè)置有空氣過濾器(1)和節(jié)流閥(2)；第二進(jìn)氣管道(34)和第一重整氣供氣管道(13)連通。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述第二進(jìn)氣管道(34)上設(shè)置有冷卻器。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述排氣管包括第一排氣管(18)和第二排氣管(37)，第一排氣管(18)、渦輪增壓器(36)和第二排氣管(37)依次連通，第一排氣管(18)分別和若干氣缸(15)連通；第二排氣管(37)通過重整氣噴射閥(23)和第二重整氣供氣管道(20)連通；第二排氣管(37)內(nèi)設(shè)置有氨氣重整催化器(25)和換熱器(26)；第二排氣管(37)末端依次設(shè)置有選擇性催化還原器(29)和氨氣氧化催化器(30)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述第二排氣管(37)內(nèi)部設(shè)置有溫度傳感器(24)和氧濃度傳感器(28)。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，其特征在于：所述氨燃料系統(tǒng)包括氨氣噴射閥(3)、氨供氣管道(4)、氨罐(8)和催化重整器供氨管道(14)，氨罐(8)一側(cè)通過氨供氣管道(4)和第一進(jìn)氣管道(31)連通，氨供氣管道(4)和第一進(jìn)氣管道(31)連通位置設(shè)置有氨氣噴射閥(3)；氨罐(8)另一側(cè)通過催化重整器供氨管道(14)和換熱器(26)連通；氨供氣管道(4)和催化重整器供氨管道(14)上均設(shè)置有加熱器和流量調(diào)節(jié)閥。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種采用排氣低溫燃燒策略火花塞點(diǎn)燃式氨氫發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)，涉及內(nèi)燃機(jī)零碳燃燒污染物排放抑制領(lǐng)域，解決了氨發(fā)動機(jī)氨著火困難、未燃氨逃逸與氮氧化物排放量高的問題。本發(fā)明包括氨燃料系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和氨熱解制氫重整系統(tǒng)，氨燃料系統(tǒng)分別和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)以及氨熱解制氫重整系統(tǒng)連通，氨熱解制氫重整系統(tǒng)分別和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣管以及排氣管連通；發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的排氣管通過廢氣再循環(huán)管道和進(jìn)氣管連通；排氣管末端依次設(shè)置有選擇性催化還原器和氨氣氧化催化器。本發(fā)明將氨重整催化器設(shè)置在排氣管中，向排氣管中提供氨重整氣并點(diǎn)燃提高排氣溫度，來提高氨重整催化器工作效率；通過選擇性催化還原器和氨氣氧化催化器處理未燃氨和NOx。

技術(shù)研發(fā)人員：熊仟,鄧楠楠,聶驍健,王新陽,劉文卓,杜佳逸,熊一帆,趙科禮,趙保琳,劉文浩,潘聰懿,曹廣淼,段裕龍,韓凱,鐘一博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9