[發明專利]一種耦合熱電-氫轉換的缸內直噴天然氣發動機進氣系統

有效

• 申請號: 202110705296.7
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113309644B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 錢葉劍;位曉飛;陶常法;羅吉吉;孟順;張郁;王朝元
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F02M35/10
• 分類號: F02M35/10;F02M35/024;F02M21/02;F02M25/12;F01N5/02
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 金惠貞

本發明涉及一種耦合熱電氫轉換的缸內直噴天然氣發動機進氣系統，屬于發動機進氣系統技術領域。包括發動機機體、天然氣罐、空氣濾清器和進氣機構；進氣機構包括氫氣罐、氮氣瓶、水箱和水噴射器；水箱的外部連通設有水電解機構，氮氣瓶的出口連通著水箱頂部，氫氣罐的出口連通著進氣機構，氫氣罐的進口連通著水電解機構的氫氣出口；發動機的排氣管上設有熱電轉換機構；工作時，根據發動機實時工況，協同控制天然氣、氫氣和水的噴射量，實現全負荷范圍內高效低污染燃燒，減少有害排放；本發明利用排氣余熱制氫，提高了發動機節能水平，還能在線生產氫氣，有利于實現氫氣生產和消耗自我平衡。

技術領域

本發明屬于發動機進氣系統技術領域，具體涉及一種耦合熱電氫轉換的缸內直噴天然氣發動機進氣系統。

背景技術

天然氣是目前應用最為廣泛的發動機清潔替代燃料。天然氣發動機采用缸內直噴技術不僅可以精確控制空燃比，還能有效提高容積效率，彌補動力性下降問題。不過，缸內直噴天然氣發動機還存在大負荷工況下缸內熱負荷大、排氣溫度高以及爆震傾向加劇等問題，對發動機的功率密度提升和零部件可靠性造成不利影響。

水的蒸發潛熱大，發動機采用噴水技術可以有效降低缸內燃燒溫度、抑制爆震，有利于減少缸內熱負荷，進一步提高發動機的熱效率和功率密度。在中負荷工況下，適量噴水會促進缸內燃燒過程，提升發動機熱效率。但是，在大負荷工況下，為有效降低缸內溫度，噴水量較大，過多的噴水量會惡化燃燒過程，導致熱效率降低。氫氣的稀燃極限寬，燃燒速度快。摻氫燃燒不僅可以有效緩解大負荷工況下噴水過多引起的燃燒速度過慢，熱效率降低的問題，還能改善小負荷工況下天然氣發動機的燃燒質量，提高熱效率和動力性。

發明內容

為了充分發揮天然氣、氫氣和水等工質在燃燒方面的互補性，實現缸內直噴天然氣發動機在全負荷范圍內的高效低污染燃燒，進一步提高發動機的功率密度和熱效率，本發明提供一種耦合熱電氫轉換的缸內直噴天然氣發動機進氣系統。

一種耦合熱電氫轉換的缸內直噴天然氣發動機進氣系統包括發動機機體14、天然氣罐2、空氣濾清器12和進氣機構；發動機機體14上部一側設有進氣管16，發動機機體14上部另一側設有排氣管13；進氣管16的進氣端上依次設有文丘里閥3和空氣濾清器12；天然氣罐2通過減壓閥4、天然氣管連通著噴射器5，噴射器5的噴嘴位于發動機機體14的燃燒室內；

所述進氣機構包括氫氣罐1、氮氣瓶6、水箱7和水噴射器8；所述水箱7的外部連通設有水電解機構15，水箱7底部通過水管連接著水噴射器8，水噴射器8的噴嘴位于文丘里閥3出口外的進氣管16上；所述氮氣瓶6的出口通過出氣管和減壓閥11連通著水箱7頂部；所述氫氣罐1的出口連通著文丘里閥3的支管，氫氣罐1的進口連通著水電解機構15頂部的氫氣出口；

所述排氣管13上設有熱電轉換機構9，水電解機構15通過導線和熱電轉換開關10連接著熱電轉換機構9，水電解機構15接車載電源；

工作時，根據發動機實時工況，通過減壓閥4、噴射器5和文丘里閥3的協同作用，實現控制天然氣、氫氣和水的噴射量；另一方面，當排氣余熱所轉換的電壓達到水電解機構15所需的電壓，熱電轉換開關10接通；當轉換的電能不滿足時，熱電轉換開關10斷開。

進一步地具體技術方案如下：

所述水電解機構15包括水電解腔，水電解腔環繞在水箱7外側下部；水箱7的頂部設有氮氣進口71，水箱7的底部設有出水口72，與水電解腔相連的水箱7壁上開設有一個以上的水口73，每個水口73上均設有電磁閥17；水電解腔內底部均布設有二根以上的電解棒18，一側電解棒18a為陰極端，另一側電解棒18b為陽極端，水電解腔的頂部分別設有氫氣出口19和氧氣出口20。