[发明专利]将氨燃料喷射到往复式发动机中的方法

说明书

将液态或气态氨燃料喷射到往复式发动机中的方法，往复式发动机包括至少两个气缸，每个气缸包括在气缸内往复运动的活塞，每个气缸在与活塞的压缩端相对的一端具有盖位置且在其间限定燃烧室，气缸包括至少一个进气阀和至少一个排气阀，燃烧气体通过进气阀供给到燃烧室中，燃烧废气通过排气阀排出燃烧室，活塞使气缸在活塞最靠近盖位置的上死点与活塞离盖位置最远的下死点之间以循环方式运动，且气缸包括位于盖位置处或盖位置中的至少一个燃料喷射器，并且其中该方法包括：以如下定时将氨燃料作为至少一个燃料射流喷射到每个气缸的燃烧室中：在相应气缸的至少一个排气阀基本关闭之后；并且在相应活塞运动到上死点前至多35度，优选至多45度之前。

优先交叉引用

本申请要求于2019年6月19日提交的澳大利亚临时专利申请第2019902137号的优先权，其内容应理解为通过引用结合到本说明书中。

技术领域

本发明总体上涉及一种将氨燃料喷射到往复式发动机中的方法。本发明特别适用于具有2冲程循环和4冲程循环的筒状活塞式发动机和十字头状发动机(trunk piston andcrosshead engines)，并且在下文中结合该示例性应用公开本发明将是方便的。然而，应理解的是，本发明不限于该应用，而是可以用于各种类型的往复式发动机/内燃发动机。

发明背景

本发明的以下背景讨论意图促进对本发明的理解。然而，应理解，该讨论不是认可或承认提到的任何材料在本申请的优先权日被公布、已知或是公知常识的一部分。

目前，全世界都在关注用可再生能源生产的氨基燃料为往复式发动机，特别是压燃式(柴油)发动机提供燃料。氨(也称为无水氨，以区别于氨浓度相对低的氨水溶液)有可能提供一种经济有效、环境友好的零碳燃料。

在压燃式(柴油)发动机中有效地使用氨的一个问题是如何将燃料引入或喷射到发动机中。在先前使用4冲程发动机的技术中已经使用了几种方案，包括：

A.通过在涡轮增压器之前或之后(如果配备了涡轮增压器)向发动机的空气入口系统中闪蒸液氨来进行熏蒸，其中经由柴油燃料的引燃喷射启动点火。这是最简单的提供燃料的方法。然而，在大多数发动机中，排气-进气阀重叠，从而导致含氨的燃烧空气旁通至排气，从而在排放气体中产生不希望的高水平的未燃烧氨。这个问题对于单流式2冲程发动机来说尤其成问题，该发动机在气缸扫气期间需要更多的燃烧空气旁通至排气。对于单流式2冲程发动机，这种方法也增加了危险的扫气箱着火的可能性，并且氨蒸发的强冷却作用导致扫气带(scavenge belt)变形。

B.在涡轮增压器之前或之后(如果配备了涡轮增压器)将蒸发的氨熏蒸到发动机空气入口系统中，其中经由柴油燃料的引燃喷射启动点火。这与液氨熏蒸有类似的问题，而且由于使用气态氨，这种方法也降低了气缸增压冷却减少压缩功的可能性。

C.以类似于传统柴油燃料发动机的方式将液氨直接喷射到气缸中，其中经由柴油燃料的引燃喷射来启动点火。这种方法最难实现氨的有效燃烧，因为：

由于相对于柴油燃料的高蒸发热，氨喷雾的蒸发速率相对低(冷的未蒸发的氨撞击到热的发动机部件上，特别是活塞上，由于氨蒸发的潜热较大，因此有可能出现热应力问题)；

由于燃烧空间中氨-空气混合不均匀，因此燃烧变慢；

在压缩冲程后期添加氨，从而导致这种方法降低了增压冷却减小压缩功的效果，从而降低了整体热效率；以及

由于局部温度较高，因此NOx较高。

因此，希望减轻和/或避免这些问题，并且提供具有改善的氨燃烧和/或提高的热效率的往复式发动机。

发明概述

本发明提供了一种用于改善往复式发动机中氨点火和燃烧的方法。