[發明專利]一種天然氣發動機及其燃燒方法

有效

• 申請號: 201310129930.2
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN103184941A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 何鑫;王志;帥石金;王建昕
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F02D19/02
• 分類號: F02D19/02;F01N3/20;F01N11/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國勝

1.一種天然氣發動機，其特征在于，所述發動機包括：燃燒室、空氣進氣管、排氣管、控制器、空氣控制閥、傳感器單元和尾氣凈化單元；

所述空氣進氣管與所述燃燒室的進氣口連通；

所述空氣控制閥設置在所述空氣進氣管上，用于通過改變空氣進氣量以實現所述發動機的燃燒模式在富燃模式和稀燃模式間的切換；

所述尾氣凈化單元和所述傳感器單元均設置在所述排氣管上，且所述尾氣凈化單元靠近所述排氣管的尾氣輸入口；

所述尾氣凈化單元，用于在富燃模式下，將尾氣中的氮氧化物和碳氫化物轉化成氨氣，并儲存預定量的氨氣，以及，

在稀燃模式下，將尾氣中的氮氧化物與所述儲存的氨氣反應生成氮氣；

所述傳感器單元用于分別檢測所述排氣管排出的氨氣和氮氧化物的含量，并將檢測結果發送給所述控制器；

所述控制器，用于當所述排氣管排出的氨氣的含量超過第一預設值時，控制所述空氣控制閥將所述發動機的燃燒模式由富燃模式切換至稀燃模式，以及，

當所述排氣管排出的氮氧化物的含量超過第二預設值時，控制所述空氣控制閥，將所述發動機的燃燒模式由稀燃模式切換至富燃模式。

2.根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于，所述尾氣凈化單元包括：三元催化器、選擇性還原催化器；

所述三元催化器和所述選擇性還原催化器均設置在所述排氣管上，且所述三元催化器靠近所述排氣管的尾氣輸入口；

所述三元催化器，用于在富燃模式下，將尾氣中的一部分氮氧化物轉化為氮氣，另一部分氮氧化物和尾氣中的碳氫化物轉化為氨氣，以及，

在稀燃模式下，將尾氣中的一氧化碳和碳氫化物轉化為水和二氧化碳；

所述選擇性還原催化器，用于儲存富燃模式下三元催化器中生成的氨氣，并用于稀然模式下，將尾氣中的氮氧化物與所述儲存的氨氣轉化為氮氣。

3.根據權利要求1或2所述的天然氣發動機，其特征在于，所述傳感器單元包括：氨氣傳感器和氮氧化物傳感器；

所述氨氣傳感器用于檢測所述排氣管排出的氨氣的含量，并將檢測結果發送給所述控制器；

所述氮氧化物傳感器用于檢測所述排氣管排出的氮氧化物的含量，并將檢測結果發送給所述控制器。

4.根據權利要求1所述的所述天然氣發動機，其特征在于，所述發動機還包括：天然氣改質單元；

所述天然氣改質單元包括：尾氣再循環管路、催化改質器和第二天然氣氣路；

所述尾氣再循環管路一端與所述排氣管連通，另一端與所述燃燒室的進氣口連通；

所述催化改質器設置在所述尾氣再循環管路上；

所述第二天然氣氣路一端與天然氣供應端連通，另一端與所述尾氣再循環管路連通，且所述第二天然氣氣路與所述尾氣再循環管路連通處位于所述催化改質器靠近所述排氣管的一側。

5.根據權利要求4所述的天然氣發動機，其特征在于，所述發動機還包括冷卻器，所述冷卻器設置在所述尾氣再循環管路上，且位于所述催化改質器靠近所述燃燒室進氣口的一側。

6.根據權利要求4所述的天然氣發動機，其特征在于，所述發動機還包括尾氣換熱器，所述尾氣換熱器設置在所述排氣管上，且位于所述尾氣凈化單元與所述傳感器單元之間，所述第二天然氣氣路先與天然氣供應端連通，再與所述尾氣換熱器連通，最后與所述尾氣再循環管路連通。

7.根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于，所述發動機還包括渦輪增壓器；

所述渦輪增壓器包括增壓器、渦輪和轉軸，所述增壓器通過所述轉軸與所述渦輪相連；

所述增壓器與所述空氣進氣管連通，所述渦輪與所述排氣管連通，且所述渦輪位于所述尾氣凈化單元與所述排氣管的尾氣輸入口之間。

8.根據權利要求7所述的天然氣發動機，其特征在于，所述發動機還包括中冷器；

所述中冷器設置在所述空氣進氣管上，且位于所述增壓器靠近所述燃燒室進氣口的一側。

9.根據權利要求1所述的天然氣發動機，其特征在于，所述天然氣發動機的壓縮比大于12。

10.一種權利要求1-9中任意一項所述的天然氣發動機的燃燒方法，其特征在于，所述燃燒方法包括：

S1：在富燃模式下，尾氣凈化單元將尾氣中的氮氧化物和碳氫化物轉化成氨氣，并儲存預定量的氨氣；

S2：傳感器單元檢測排氣管排出的氨氣的含量，并將第一檢測結果發送到控制器；

S3：所述控制器根據所述第一檢測結果判斷所述排氣管排出的氨氣的含量是否超過第一預設值，如果是，所述控制器控制空氣控制閥將所述發動機的燃燒模式由富燃模式切換至稀燃模式，執行S4，否則，返回S1；

S4：在稀燃模式下，所述尾氣凈化單元將尾氣中的氮氧化物與所述儲存的氨氣轉化為氮氣；

S5：所述傳感器單元檢測所述排氣管排出的氮氧化物的含量，并將第二檢測結果發送到所述控制器；

S6：所述控制器根據所述第二檢測結果判斷所述排氣管排出的氮氧化物的含量是否超過第二預設值，如果是，所述控制器控制空氣控制閥將所述發動機的燃燒模式由稀燃模式切換至富燃模式，返回所述步驟S1，否則，返回S4。