阅读说明：本技术 一种稳定喷射压力的气态氨燃料供应系统 (Gaseous ammonia fuel supply system with stable injection pressure ) 是由 董全 杨建强 卢昌浩 杨晰宇 倪佐 于 2021-06-16 设计创作，主要内容包括：一种稳定喷射压力的气态氨燃料供应系统,属于新型氨燃料发动机技术领域。本发明解决了现有的氨燃料以气态进入发动机时,高度汽化状态下存在喷射压力不稳定的问题。氨气瓶与加热汽化腔之间的连接管路上依次设置有开关阀及第一减压阀,加热汽化腔与压力喘振腔之间的连接管路上设置有电磁阀,压力喘振腔与氨气气轨之间的连接管路上设置有第二减压阀,加热汽化腔外部布置有加热电阻,压力喘振腔内设置有第一压力传感器,且电磁阀、第一压力传感器及氨气喷射阀分别与ECU控制器电连接。通过对高度汽化氨气压力的自动控制,能够实现气态氨燃料供应中喷射压力的稳定可控且可调,有效的解决氨气供应中存在的喷射压力不稳定和难以控制的现象。(A gaseous ammonia fuel supply system with stable injection pressure belongs to the technical field of novel ammonia fuel engines. The invention solves the problem that the injection pressure is unstable in a highly vaporized state when the existing ammonia fuel enters the engine in a gaseous state. A switching valve and a first pressure reducing valve are sequentially arranged on a connecting pipeline between the ammonia bottle and the heating vaporization cavity, an electromagnetic valve is arranged on the connecting pipeline between the heating vaporization cavity and the pressure surge cavity, a second pressure reducing valve is arranged on the connecting pipeline between the pressure surge cavity and the ammonia rail, a heating resistor is arranged outside the heating vaporization cavity, a first pressure sensor is arranged in the pressure surge cavity, and the electromagnetic valve, the first pressure sensor and the ammonia injection valve are respectively and electrically connected with an ECU controller. Through the automatic control to highly vaporized ammonia pressure, can realize gaseous ammonia fuel supply in injection pressure stable controllable and adjustable, the effectual injection pressure that exists that solves in the ammonia supply is unstable and the phenomenon of being difficult to control.)

一种稳定喷射压力的气态氨燃料供应系统

技术领域

本发明涉及一种稳定喷射压力的气态氨燃料供应系统，属于新型氨燃料发动机

技术领域

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背景技术

随着化石能源储量的减少，温室效应的日益严重，以及排放法规越来越严格，人们对清洁无碳的可持续的替代能源越来越关注,全球能源结构正在向更加清洁，更加低碳的燃料转型。氨燃料作为氢的良好载体越来越受到人们的关注，其完全燃烧不产生温室气体二氧化碳和颗粒物，且含氢量高，是一种很有前景的绿色能源载体。其能量密度与甲醇与二甲醚相当，体积能量密度比液化氢高33％。目前，氨被广泛用于化肥或者作为合成化肥的原料，在生产，处理，储存，配送方面有很好的基础措施，被认为是很大商业可能性的商业能源。除此之外，氨燃料具有高辛烷值的特点，其辛烷值大于111，可以有效的抑制内燃机中爆震现象，因此氨燃料发动机可以具有更高的压缩比。而且氨是一种可持续能源，可利用风能或太阳能等可再生能源，采用氢与氮合成氨燃料。但同样氨燃料发动机面临着许多挑战。

首先，其汽化潜热高，与目前的应用燃料相比，氨的汽化潜热最高，若氨以液态喷入气缸，氨在汽化过程中吸收热量，会导致缸内温度明显下降，会降低燃烧温度，所以氨燃料气态进入到气缸中是可行的解决方案。其次是最低点火能量高，其点火能量是所有燃料中最高的，所以氨成功点火需要火花塞或者微引燃的方式。除此之外氨燃料还面对火焰传播速度低，自然温度高，窄可燃极限，还有潜在高氮氧化物排放等挑战。氨燃料有着较强的腐蚀性以及毒性，研究表明，氨对铜、镍及其合金以及橡胶基制品有腐蚀作用，而且氨燃料在以气态进入发动机时，在高度汽化状态下存在喷射压力不稳定，较难控制的现象，不稳定的氨气喷射压力会造成氨燃料发动机的燃烧不完全，造成氨泄漏，除此之外会对氨燃料发动机的研究工作带来许多不便，这是我们不愿意看到的。因此需要发明一种能够稳定喷射压力的气态氨燃料供应系统。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中氨燃料以气态进入发动机时，高度汽化状态下存在喷射压力不稳定问题，进而提供了一种稳定喷射压力的气态氨燃料供应系统。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种稳定喷射压力的气态氨燃料供应系统，它包括ECU控制器、通过管路依次连接的氨气瓶、加热汽化腔、压力喘振腔、氨气气轨及氨气喷射阀，其中氨气瓶与加热汽化腔之间的连接管路上依次设置有开关阀及第一减压阀，加热汽化腔与压力喘振腔之间的连接管路上设置有电磁阀，压力喘振腔与氨气气轨之间的连接管路上设置有第二减压阀，加热汽化腔外部布置有加热电阻，所述压力喘振腔内设置有第一压力传感器，且所述电磁阀、所述第一压力传感器及所述氨气喷射阀分别与ECU控制器电连接。

进一步地，压力喘振腔外部布置有保温电阻。

进一步地，加热汽化腔上安装有泄压阀。

进一步地，氨气气轨上安装有温度传感器及第二压力传感器。

进一步地，所述温度传感器及第二压力传感器均与ECU控制器电连接。

进一步地，氨气气轨外部布置有加热带。

进一步地，第二减压阀后的压力不得低于氨气在氨气气轨对应温度下的饱和蒸汽压力。

进一步地，所述管路均为无缝钢管。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本申请通过对高度汽化氨气压力的自动控制，能够实现气态氨燃料供应中喷射压力的稳定可控且可调，有效的解决氨气供应中存在的喷射压力不稳定和难以控制的现象，整个系统具有布置简单，控制精确，反应灵敏，供气稳定，实时监测等优点。

在加热汽化腔后增加压力喘振腔，以充分缓和高度汽化氨的压力不稳定的现象。

压力喘振腔内氨处于高度汽化状态，且压力处于较高状态，腔内温度压力与二级减压后相匹配，以确保减压后氨不会出现液化现象。

附图说明

图1为本申请的系统组成示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，一种稳定喷射压力的气态氨燃料供应系统，它包括ECU控制器16、通过管路依次连接的氨气瓶1、加热汽化腔4、压力喘振腔8、氨气气轨12及氨气喷射阀15，其中氨气瓶1与加热汽化腔4之间的连接管路上依次设置有开关阀2及第一减压阀3，加热汽化腔4与压力喘振腔8之间的连接管路上设置有电磁阀7，压力喘振腔8与氨气气轨12之间的连接管路上设置有第二减压阀11，加热汽化腔4外部布置有加热电阻6，所述压力喘振腔8内设置有第一压力传感器9，且所述电磁阀7、所述第一压力传感器9及所述氨气喷射阀15分别与ECU控制器16电连接。

电磁阀7为单向阀。

压力喘振腔8即为一个腔体结构，主要实现稳定压力的作用。

本申请中所涉及到的阀门均采用氨专用阀门。

氨气在常温下是以低压液化气的状态(25摄氏度，1.03bar)保存的，设置加热汽化腔4增加压力，使其达到较高的压力状态，以得到汽化氨以及较高的喷射压力。

氨气具有高汽化潜热(1370kJ/kg)，设置加热汽化腔4对液态氨进行汽化，防止现有技术中存在的因汽化过程吸收大量的热造成的管道结冰堵塞问题，进而防止对内燃机的燃烧过程产生影响。

本申请通过对高度汽化氨气压力的自动控制，能够实现气态氨燃料供应中喷射压力的稳定可控且可调，有效的解决氨气供应中存在的喷射压力不稳定和难以控制的现象，整个系统具有布置简单，控制精确，反应灵敏，供气稳定，实时监测等优点。

在加热汽化腔4后增加压力喘振腔8，以充分缓和高度汽化氨的压力不稳定的现象。

压力喘振腔8内氨处于高度汽化状态，且压力处于较高状态，腔内温度压力与一级减压后相匹配，以确保减压后氨不会出现液化现象。

通过设置第二减压阀11，以进一步调节氨气压力实现供压稳定。

由压力喘振腔8内的第一压力传感器9所反馈的信号，控制电磁阀7的开闭，从而达到自动调节压力的目的。

工作原理：

首先，打开开关阀2，氨气瓶1中的较高压力液态氨经过氨气专用减压阀后进入到加热汽化腔4中进行加热汽化，使氨达到一种高压力的高度汽化的状态，此时氨气温度和压力均处于整个供压周期的最高状态；

高度汽化的氨气经电磁阀7进入到压力喘振腔8中，在ECU控制器16中设置压力喘振腔8需要的压力范围，压力喘振腔8中的第一压力传感器9采集其中的压力并传输给ECU控制器16，当压力喘振腔8中的压力低于设置的压力范围下限时，ECU控制器16控制电磁阀7打开，由加热汽化腔4进行压力补充；当压力高于压力范围上限时，ECU控制器16控制电磁阀7关闭，压力补充结束，此为一个压力喘振循环，在整个供气过程中不断循环从而保持喘振腔压力范围处于稳定状态；

之后，氨气经第二减压阀11减压后进入氨气气轨12，此时第二减压阀11后的压力是完全可控的，经过第二减压阀11的调整，可得到所需要的气态氨所具有的压力。最后由ECU控制器16控制氨气喷射阀15进行氨气的喷射，第二减压阀11后的压力不得低于氨气在氨气气轨12对应温度下的饱和蒸汽压力，从而防止氨气在氨气气轨12中因压力过高而液化，自此一个供气过程结束。

压力喘振腔8外部布置有保温电阻10。用以保证压力喘振腔8内的温度维持稳定。

加热汽化腔4上安装有泄压阀5。如此设计，当加热汽化腔4内的压力过高时可对腔内进行压力调整。

氨气气轨12上安装有温度传感器13及第二压力传感器14。用以实时监测氨气喷射前的实际温度及压力状态。

所述温度传感器13及第二压力传感器14均与ECU控制器16电连接。

氨气气轨12外部布置有加热带。主要起对减压后氨气保温作用，以保证氨气气轨12内的温度稳定，进而保证压力稳定。

第二减压阀11后的压力不得低于氨气在氨气气轨12对应温度下的饱和蒸汽压力。如此设计，防止氨气在氨气气轨12中因压力过高而液化。

所述管路均为无缝钢管。本申请中各部分结构均采用氨兼容材料，有效避免出现氨腐蚀的问题。

整个系统分为四个组成部分，其中：

氨气瓶1、开关阀2、第一减压阀3组成液态氨供应部分；

加热汽化腔4、泄压阀5、加热电阻6组成液氨汽化部分；

电磁阀7、压力喘振腔8、保温电阻10、第二减压阀11、第一压力传感器9及ECU控制器16组成压力自动控制部分，实现氨气压力的自动控制及调整；

氨气气轨12、保温加热带及氨气喷射阀15组成氨气稳定喷射部分。