[发明专利]一种无焰燃烧类氢内燃机

权利要求书

1.一种无焰燃烧类氢内燃机，包括本机，其特征在于，本机的原位燃料是一种多元乳化柴油，它是蒸汽转化重整反应物烃油类和水预先配制合成的产品，本机的燃烧室采用分段多床结构的催化剂反应床，在催化剂反应床上经过无焰燃烧蒸汽重整一系列热化学反应，形成以H₂为主体的包括CO、C0₂、CH₄等组分的合成气燃料，由此把水引入燃料系统，在本机的膨胀冲程内把乳化柴油的燃烧、膨胀做功与合成气燃料的形成、燃烧膨胀做功相互融合，合二为一，把蒸汽重整生产富氢合成气工艺与卡诺循环耦合，由此把高碳高污染的传统内燃机转化成富氢低碳的类氢内燃机。

2.根据权利要求1所述的无焰燃烧类氢内燃机，其特征在于，所述燃烧室的第一段设置有第一组催化剂涂层，按照内燃机正常工作规律，喷入的所述乳化柴油中的烃类在催化剂涂层毫秒级地停留就能在催化剂涂层和氧双重电子引发下发生无焰冷燃烧着火放热，使机内具备蒸汽转化重整反应的条件，蒸汽重整转化产生的氢是合成气中氢的主要来源，即乳化柴油中的水成为燃料的主体之一。

3.根据权利要求1所述的无焰燃烧类氢内燃机，其特征在于，选用的催化剂具有无焰燃烧氧化、脱氢贮氧、重整功能的第一组催化剂，为Fe系列和Ti系列过渡金属高价氧化物以及经过原子调控的钨金属氧化物复合稀土超细粉均匀混合后形成的复合金属涂层，所述燃烧室内还设置有第二组催化剂涂层，所述第二组催化剂涂层包括有为三氧化钨和Al₂O₃的混合物、镧系稀土元素和过度金属复合氧化物掺混纳米级TiO₂稀土粉复合涂层；根据反应床参与热化学转化反应的需要从所述第一组催化剂涂层和所述第二组催化剂涂层中有选择性确定几个品味的催化剂，原子结构均做适当调控，按比例分别合成形成多元金属协同催化配制各催化剂反应床的涂层。

4.根据权利要求1所述的无焰燃烧类氢内燃机，其特征在于，所述本机的燃烧室包括汽缸盖的副燃烧室、活塞顶部的主燃烧室和气缸套内设的活塞在气缸套的孔道内往复运动时上止点到下止点位置均匀刮出三条互成120°的浅槽，所述浅槽的面积为所述气缸套圆柱形孔道内表面面积的70％，呈均匀分布在三个区间内，所述浅槽深度由催化剂涂层的高度决定，气缸套的孔道内壁除三条所述浅槽，其余部分互成120°，均布三条圆弧形与活塞匹配的平壁表面为活塞往复运动的导向面，所述导向面与所述浅槽内催化剂涂层表面的间距为3-7μm，以保证活塞运动时不会损伤催化剂涂层表面；除三条互为120°的导向面外，其余表面均采用分段多床结构涂覆催化剂，其中主、副燃烧室、汽缸盖至活塞运动上止点位置之间的气缸套环形表面、汽缸盖内侧表面、活塞顶表面为第一段，浅槽由活塞上止点到下止点位置均分上、中上、中下、下四段，上为第二段、中上为第三段、中下为第四段以及下为第五段；

依据各段催化剂反应床所处位置及相对应的燃烧阶段的热化学反应特征，设计预期目标，对各阶段正向放热燃烧和逆向吸热重整反应的热力平衡的控制要求，达到排放更清洁目标，两组催化剂有选择性的确定几个品味，对其原子结构适当调控，按比例匹配均匀混合，形成多元金属协同催化，同时还要确定多床结构协同催化的影响，根据多床结构协同催化效果来决定每个反应床的涂层成分。

5.根据权利要求1所述的无焰燃烧类氢内燃机，其特征在于，活塞顶部主燃烧室内壁周边表面呈螺旋形状，自顶面螺旋线到相对应的底螺旋线渐进式平滑过渡，与垂向面呈30°夹角，在燃烧膨胀冲程内爆炸燃烧的燃气气流在此螺旋壁面的挤压迫使下燃气形成螺旋式运动扫过气缸套表面，螺旋方向与进气螺旋方向相同，使燃气混合气与催化剂反应床有良好的吻合，并造成与多床接触形势，提高多床结构协同催化效果，与每个反应床的多元金属协同催化相互配合，改善催化效果，提高综合反应速率。

6.根据权利要求1所述的无焰燃烧类氢内燃机，其特征在于，本机所使用的石化原油或其制品油和水纳米乳化配制合成的一种多元多品味乳化柴油，其中水的质量比达到50％左右，石油烃类的质量比低于35％，其余助料的质量比份15％左右。