本發(fā)明屬于動(dòng)力機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高效低排放氫混合燃料動(dòng)力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

進(jìn)入二十一世紀(jì)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)得到了迅速地發(fā)展，然而目前汽油機(jī)和柴油機(jī)依然是車用發(fā)動(dòng)機(jī)的主要機(jī)種。汽油和柴油都是不可再生資源，為了減緩石油資源的匱乏所帶來的一系列負(fù)面影響以及減少大氣污染和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放，需要尋找發(fā)動(dòng)機(jī)的代用燃料，而氫能源是目前最理想的清潔燃料。氫能源是眾多替代能源中的一種可再生資源，熱值高，并且燃燒后大部分生成物是水蒸氣，是一種理想的綠色燃料。作為代用燃料的氫能源可以解決二大難題：一是石油燃料儲(chǔ)量有限，二是使用石油燃料帶來的環(huán)境污染。

環(huán)境污染和能源短缺已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的兩大突出問題，為尋求人類社會(huì)與汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，燃料電池汽車是公認(rèn)的可同時(shí)解決能源和環(huán)境問題的綠色環(huán)保車，也被認(rèn)為是電動(dòng)汽車的最終選擇，是今后汽車發(fā)展的主要方向之一。然而受儲(chǔ)氫系統(tǒng)技術(shù)、成本、壽命和可靠性諸多因素的制約，使得純?nèi)剂想姵仄嚭茈y真正市場化運(yùn)行，針對(duì)汽車的起動(dòng)需要輸出較大的功率、瞬態(tài)響應(yīng)特性、燃料電池系統(tǒng)的成本等問題，世界各國汽車制造商開始把注意力轉(zhuǎn)到混合動(dòng)力汽車，提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性。

氫能源的缺點(diǎn)是，目前氫能的儲(chǔ)運(yùn)安全性為業(yè)內(nèi)擔(dān)憂，氫能源的燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生NOx，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高效低排放氫混合燃料動(dòng)力系統(tǒng)，充分利用高壓氫混合燃料壓力能進(jìn)行做功，提高汽車動(dòng)力系統(tǒng)熱效率，降低氮氧化物排放。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：高效低排放氫混合燃料動(dòng)力系統(tǒng)，包括氫氣存儲(chǔ)單元、氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、控制單元、空氣入口和廢氣排放口。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有進(jìn)氣口、燃料噴嘴、火花塞和排氣口。動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)有高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐、混合罐、穩(wěn)壓軌、中冷器、EGR閥、余氫吸收單元、三元催化裝置和空氣濾清器。氫氣存儲(chǔ)單元和高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐分別連接到混合罐，混合罐通過穩(wěn)壓軌連接到燃料噴嘴?？諝馊肟谕ㄟ^空氣濾清器連接到進(jìn)氣口。排氣口分為兩路，一路通過余氫吸收單元和三元催化裝置連接到廢氣排放口，另一路通過中冷器和EGR閥連接到進(jìn)氣口。

本發(fā)明另一種選擇為，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)有渦輪增壓單元、高壓穩(wěn)壓泵和脫水干燥器，渦輪增壓單元包括尾氣膨脹機(jī)、高壓燃料膨脹機(jī)和增壓機(jī)，尾氣膨脹機(jī)、高壓燃料膨脹機(jī)和增壓機(jī)同軸連接。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)還設(shè)有高壓進(jìn)氣口?；旌瞎尥ㄟ^高壓燃料膨脹機(jī)連接到穩(wěn)壓軌，穩(wěn)壓軌出口連接到燃料噴嘴，空氣入口通過空氣濾清器和增壓機(jī)連接到高壓進(jìn)氣口。排氣口的一路通過尾氣膨脹機(jī)連接到余氫吸收單元。高壓穩(wěn)壓泵連接到高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐，高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐通過脫水干燥器連接到混合罐。

本發(fā)明再一種選擇為，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)有低濃度混合罐、低濃度穩(wěn)壓軌和渦輪增壓單元，渦輪增壓單元包括尾氣膨脹機(jī)和增壓機(jī)，尾氣膨脹機(jī)和增壓機(jī)同軸連接，氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)還設(shè)有低濃度燃料噴嘴。氫氣存儲(chǔ)單元和高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐分別連接到低濃度混合罐和混合罐，低濃度混合罐通過低濃度穩(wěn)壓軌連接到低濃度燃料噴嘴，混合罐通過穩(wěn)壓軌連接到燃料噴嘴。空氣入口通過空氣濾清器和增壓機(jī)連接到進(jìn)氣口。排氣口的一路通過尾氣膨脹機(jī)連接到余氫吸收單元。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)包括缸體和曲軸，缸體的內(nèi)部為燃燒室，燃燒室內(nèi)設(shè)有活塞，活塞通過連桿機(jī)構(gòu)與曲軸連接。進(jìn)氣口、燃料噴嘴、火花塞、低濃度燃料噴嘴和排氣口位于氣缸蓋上，進(jìn)氣口和排氣口設(shè)有氣門?？刂茊卧O(shè)有檢測(cè)信號(hào)輸入端和控制信號(hào)輸出端。

來自氫氣及高壓氮?dú)鈨?chǔ)存單元的氫氣和高壓氮?dú)獍匆欢ū壤群筮M(jìn)入氫氣與高壓氮?dú)饣旌蠁卧?，在完成混合的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高壓氮?dú)鈱?duì)氫混合燃料的增壓。然后通過自適應(yīng)式燃料供給單元送入氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，在氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒做功。燃燒做功后的尾氣一部分通過排氣再循環(huán)單元送回到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口。其余部分送入尾氣后處理單元實(shí)現(xiàn)氫的回收以及低污染排放。動(dòng)力系統(tǒng)還設(shè)有安全及通風(fēng)單元以避免在氫氣泄露時(shí)發(fā)生事故。整個(gè)系統(tǒng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定有序的工作。氫氣與高壓氮?dú)夥珠_單獨(dú)儲(chǔ)存。高壓氮?dú)鈨?chǔ)存在高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐中，高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐的儲(chǔ)存壓力為0～100MPa。氫氣儲(chǔ)存方式包括高壓壓縮儲(chǔ)氫、液化儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫、新型碳材料儲(chǔ)氫、有機(jī)液體儲(chǔ)氫、無機(jī)物儲(chǔ)氫或者其他儲(chǔ)氫方式中的任一種或其組合。當(dāng)采用儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫時(shí)，放出氫氣所需要的熱量可由動(dòng)力系統(tǒng)的余熱和電力來提供。

設(shè)有一組高壓混合罐，每組高壓混合罐設(shè)置有兩個(gè)或多個(gè)高壓混合罐交替進(jìn)行充氣和工作。氫混合燃料的氫氣濃度為6～100%，氫混合燃料的混合壓力為0～50MPa。高壓混合罐充氣過程中先打開氫氣單向閥從儲(chǔ)氫單元充入氫氣，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的氫分壓后關(guān)閉氫氣單向閥，然后打開充氮單向閥從高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐充入氮?dú)?，按設(shè)定的氫濃度充入一定量的氮?dú)獠⒃黾又烈欢▔毫箨P(guān)閉充氮單向閥，充氣過程結(jié)束，高壓混合罐標(biāo)定為“待工作”狀態(tài)，可投入工作使用。高壓混合罐還可設(shè)置兩組或多組，分別對(duì)應(yīng)不同濃度和壓力的氫混合燃料。

高壓氮?dú)饪梢员欢趸蓟蚱渌栊詺怏w的一種或多種混合物全部或部分代替，高壓氮?dú)庵幸苍试S加入部分氫氣。氫氣允許加入一定比例的其他氣體、液體或固體燃料的一種或多種，如甲烷、甲醇、乙醇、氨等。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）采集氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油門踏板位置和氫混合燃料穩(wěn)壓軌壓力信號(hào)，判斷氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)前工況，并控制電控調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)氫混合燃料軌道的壓力，即噴嘴前端至目標(biāo)的實(shí)際噴射壓力。同時(shí)根據(jù)MAP中與當(dāng)前工況對(duì)應(yīng)的噴氫時(shí)刻和噴氫持續(xù)期控制其噴射過程。解決了固定壓力燃料供給方式面臨的在怠速、小負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)下燃料噴射不穩(wěn)定和高速、大負(fù)荷時(shí)功率、扭矩輸出不足的難題。燃料噴入策略為保證點(diǎn)火時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)空燃比小于1.05，大大降低了NOx的產(chǎn)生，解決了目前氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中含有NOx的問題。該策略也可以應(yīng)用于現(xiàn)有的汽油機(jī)或柴油機(jī)上，例如噴油時(shí)加入少量氫氣實(shí)現(xiàn)燃燒時(shí)汽缸內(nèi)為還原性氣氛，以降低NOx的生成，并設(shè)置余氫吸收單元將多余的氫氣回收，避免了燃料消耗。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)包括缸體和曲軸，缸體的內(nèi)部為燃燒室，燃燒室內(nèi)設(shè)有活塞，活塞通過連桿機(jī)構(gòu)與曲軸連接，缸蓋上設(shè)有進(jìn)氣口、排氣口、氫混合燃料噴嘴、火花塞、高壓空氣噴嘴。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)采用缸內(nèi)直噴的方式從氫混合燃料噴嘴噴入汽缸。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)采用四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，氫混合燃料噴嘴在吸氣行程中先噴入少量燃料，與吸入的空氣混合在缸內(nèi)形成均質(zhì)稀薄混合氣，在壓縮行程中點(diǎn)火提前角前氫混合燃料噴嘴再加入足量燃料，在火花塞附近形成混合氣相對(duì)較濃的區(qū)域，點(diǎn)火后則在缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)了分層燃燒，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，減少了燃料消耗。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)也可以采用進(jìn)氣道噴射的方式加入全部或部分氫混合燃料。

整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中還可增設(shè)渦輪增壓單元以增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量和強(qiáng)化燃燒，渦輪增壓單元為一級(jí)或兩級(jí)。采用一級(jí)渦輪增壓時(shí)，只利用尾氣來增壓空氣，燃燒做功后從發(fā)動(dòng)機(jī)出來的尾氣一部分通過排氣再循環(huán)單元送回到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口，其余部分先經(jīng)過渦輪增壓單元的膨脹機(jī)做功壓縮空氣后，再送到尾氣后處理單元實(shí)現(xiàn)氫的回收以及低污染排放。采用兩級(jí)渦輪增壓時(shí)，同時(shí)利用尾氣和高壓氫混合燃料來增壓空氣，從氫氣與氮?dú)飧邏夯旌蠁卧獊淼母邏簹浠旌先剂舷冗M(jìn)入兩級(jí)渦輪增壓單元的高壓燃料膨脹機(jī)做功，然后通過自適應(yīng)式燃料供給單元送入氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，尾氣則按上述流程進(jìn)入兩級(jí)渦輪增壓單元的尾氣膨脹機(jī)做功，兩級(jí)膨脹機(jī)同時(shí)帶動(dòng)增壓機(jī)壓縮空氣，將空氣壓縮至高壓。

當(dāng)動(dòng)力系統(tǒng)中增設(shè)渦輪增壓單元時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的作業(yè)制度可改變?yōu)槎_程，二沖程時(shí)活塞運(yùn)行過程中沒有吸氣、壓縮行程，只有燃燒做功和排氣行程。高壓氫混合燃料和高壓空氣在燃燒做功行程前段直噴入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，推動(dòng)活塞下行，活塞下行至一定位置后氫混合燃料燒嘴和高壓空氣噴嘴關(guān)閉，火花塞在合適的點(diǎn)火時(shí)刻點(diǎn)火，氫混合燃料燃燒做功繼續(xù)推動(dòng)活塞下行至下止點(diǎn)，燃燒做功行程結(jié)束。之后活塞上行，汽缸排氣口打開，開始排氣行程，活塞上行至上止點(diǎn)時(shí)，排氣口關(guān)閉，排氣行程結(jié)束，發(fā)動(dòng)機(jī)重新開始燃燒做功行程，如此往復(fù)。發(fā)動(dòng)機(jī)改為二沖程后，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣、壓縮行程的空轉(zhuǎn)能耗，有效地強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的做功能力。

尾氣后處理單元包括余氫吸收單元和三元催化裝置。尾氣先經(jīng)過余氫吸收單元將尾氣中殘余的氫氣回收利用，回收率達(dá)到90%以上。然后送入三元催化裝置還原NOx，進(jìn)一步降低NOx含量后排放。也可調(diào)整余氫吸收單元和三元催化裝置這兩者的順序?yàn)橄冉?jīng)過三元催化裝置再經(jīng)過余氫吸收單元。余氫吸收單元采用儲(chǔ)氫材料吸收、膜分離、分子篩吸附或其他氫氣分離工藝的任一種或其組合，余氫吸收單元設(shè)置兩組交替工作和再生。為保證車內(nèi)氫系統(tǒng)有泄露的情況下不會(huì)發(fā)生爆炸事故，預(yù)警等級(jí)及應(yīng)對(duì)機(jī)制分為兩級(jí)，第一級(jí)為0.35%濃度，當(dāng)車內(nèi)氫氣濃度達(dá)到此值探測(cè)器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)傳輸電信號(hào)將汽車天窗自動(dòng)打開排出氫氣，這時(shí)供氫系統(tǒng)只是微滲漏，不會(huì)造成事故，車輛操作人員應(yīng)及時(shí)至車輛檢修處檢查處理漏點(diǎn)。第二級(jí)為2.25%濃度，當(dāng)車內(nèi)氫氣濃度到達(dá)此值探測(cè)器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)關(guān)閉電磁閥，切斷供氣系統(tǒng)。此時(shí)為保證車輛及人身安全，車輛操作人員應(yīng)立即離開不能再繼續(xù)駕駛車輛，并通知專業(yè)人員采取措施。

本發(fā)明高效低排放氫混合燃料動(dòng)力系統(tǒng)，利用氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)做功后的廢氣的壓力能為渦輪增壓單元壓縮助燃空氣，也利用高壓氫混合燃料氣的壓力能驅(qū)動(dòng)渦輪增壓單元壓縮助燃空氣，并且將高壓氫混合燃料直接噴入氣缸，充分利用了高壓氫混合燃料壓力能和化學(xué)能進(jìn)行做功，提高汽車動(dòng)力系統(tǒng)熱效率。渦輪增壓單元做完功后的尾氣經(jīng)余氫吸收單元回收未燃燒的氫氣進(jìn)行利用，回收率達(dá)到90%以上。回收氫氣后廢氣進(jìn)入三元催化裝置，降低了排放尾氣中NOx的含量，有利于保護(hù)大氣環(huán)境。

附圖說明

圖1為本發(fā)明高效低排放氫混合燃料動(dòng)力系統(tǒng)的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明另一種方案的流程示意圖；

圖3 為氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的做功行程和排氣行程示意圖；

圖5為本發(fā)明第三種實(shí)施方案的流程示意圖。

其中：1—?dú)錃獯鎯?chǔ)單元、2—低濃度混合罐、3—混合罐、4—穩(wěn)壓軌、5—低濃度穩(wěn)壓軌、6—檢測(cè)信號(hào)輸入端、7—控制單元、8—控制信號(hào)輸出端、9—余氫吸收單元、10—三元催化裝置、11—廢氣排放口、12—渦輪增壓單元、13—空氣濾清器、14—空氣入口、15—高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐、16—尾氣膨脹機(jī)、17—進(jìn)氣口、18—燃料噴嘴、19—火花塞、20—低濃度燃料噴嘴、21—排氣口、22—?dú)忾T、23—缸體、24—活塞、25—連桿機(jī)構(gòu)、26—曲軸、27—增壓機(jī)、28—?dú)浠旌先剂习l(fā)動(dòng)機(jī)、29—中冷器、30—EGR閥、31—高壓進(jìn)氣口、32—高壓燃料膨脹機(jī)、33—燃燒室、34—高壓穩(wěn)壓泵、35—脫水干燥器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明保護(hù)范圍不限于實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)做出任何改動(dòng)也屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

本發(fā)明高效低排放氫混合燃料動(dòng)力系統(tǒng)如圖1所示，包括氫氣存儲(chǔ)單元1、氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)28、高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐15、混合罐3、穩(wěn)壓軌4、中冷器29、EGR閥30、余氫吸收單元9、三元催化裝置10和空氣濾清器13、控制單元7、空氣入口14和廢氣排放口11。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)28設(shè)有進(jìn)氣口17、燃料噴嘴18、火花塞19和排氣口21。氫氣存儲(chǔ)單元和高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐分別連接到混合罐，混合罐通過穩(wěn)壓軌連接到燃料噴嘴?？諝馊肟谕ㄟ^空氣濾清器連接到進(jìn)氣口。排氣口分為兩路，一路通過余氫吸收單元和三元催化裝置連接到廢氣排放口，另一路通過中冷器和EGR閥連接到進(jìn)氣口。控制單元7設(shè)有檢測(cè)信號(hào)輸入端6和控制信號(hào)輸出端8。余氫吸收單元連接到氣缸進(jìn)氣道。

氫氣存儲(chǔ)單元采用鎂系合金儲(chǔ)氫材料存儲(chǔ)氫氣，儲(chǔ)氫材料利用尾氣和電力進(jìn)行加熱，受熱至150℃時(shí)放出氫氣。氮?dú)鈨?chǔ)存在高壓氮?dú)夤迌?nèi)，高壓氮?dú)夤薜膲毫?0MPa?；旌瞎?設(shè)置有兩個(gè)混合罐交替充氣和工作，充氣時(shí)先打開氫氣單向閥充入氫氣，氫氣壓力到達(dá)2MPa關(guān)閉氫氣單向閥，打開氮?dú)鈫蜗蜷y充入氮?dú)猓瑢浠旌先剂蠚獾膲毫υ鰤褐?MPa后氮?dú)鈫蜗蜷y關(guān)閉，此時(shí)該混合罐可投入工作，氫混合燃料的氫氣濃度為70%。氫混合燃料送入穩(wěn)壓軌中，然后通過噴嘴直接噴入氣缸中，或送入進(jìn)氣道與空氣預(yù)混合后從進(jìn)氣口吸入氣缸內(nèi)，氫混合燃料在氣缸中燃燒做功推動(dòng)汽車運(yùn)行，氣缸內(nèi)當(dāng)量空燃比為0.85以減少NOx的產(chǎn)生。20%的尾氣通過排氣再循環(huán)單元送回到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口。剩余80%的尾氣先通過余氫吸收單元回收尾氣中90%剩余的氫氣，余氫吸收單元的吸收劑為鋯系金屬儲(chǔ)氫材料，余氫吸收單元設(shè)置兩組交替工作和再生，再生的氫氣送入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中。然后尾氣再經(jīng)過三元催化裝置后排放，降低尾氣的NOx排放為0.005g/km，CO排放為0.09g/km，HC排放為0.03g/km。

實(shí)施例2

本發(fā)明另一種實(shí)施方式如圖2所示，包括氫氣存儲(chǔ)單元1、氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)28、高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐15、混合罐3、穩(wěn)壓軌4、中冷器29、EGR閥30、余氫吸收單元9、三元催化裝置10和空氣濾清器13、控制單元7、高壓穩(wěn)壓泵34、脫水干燥器35、空氣入口14、渦輪增壓單元12和廢氣排放口11。渦輪增壓單元包括尾氣膨脹機(jī)16、高壓燃料膨脹機(jī)32和增壓機(jī)27，尾氣膨脹機(jī)、高壓燃料膨脹機(jī)和增壓機(jī)同軸連接，氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有進(jìn)氣口17、燃料噴嘴18、火花塞19、高壓進(jìn)氣口31和排氣口21。氫氣存儲(chǔ)單元和高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐分別連接到混合罐，混合罐連接到穩(wěn)壓軌，穩(wěn)壓軌出口分為兩路，一路連接到燃料噴嘴，另一路連接到進(jìn)氣口，連接管路設(shè)有閥門?？諝馊肟?4通過空氣濾清器13和增壓機(jī)連接到高壓進(jìn)氣口。排氣口分為兩路，一路通過中冷器和EGR閥連接到進(jìn)氣口，另一路通過尾氣膨脹機(jī)、余氫吸收單元和三元催化裝置連接到廢氣排放口?？刂茊卧?設(shè)有檢測(cè)信號(hào)輸入端6和控制信號(hào)輸出端8。余氫吸收單元連接到氫氣存儲(chǔ)單元的入口。高壓穩(wěn)壓泵連接到高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐15，高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐通過脫水干燥器連接到混合罐。

本實(shí)施例中氫氣存儲(chǔ)單元采用釩系合金儲(chǔ)氫材料存儲(chǔ)氫氣，儲(chǔ)氫材料利用尾氣和電力進(jìn)行加熱，受熱至200℃時(shí)放出氫氣。高壓氮?dú)夤迌?nèi)儲(chǔ)存的為氮?dú)馀c氫氣的混合氣，其濃度為50%，高壓氮?dú)夤薜膲毫?0MPa?；旌瞎?設(shè)置有兩個(gè)混合罐交替充氣和工作，充氣時(shí)先打開氫氣單向閥充入氫氣，氫氣壓力達(dá)到15MPa后關(guān)閉氫氣單向閥，打開氮?dú)鈫蜗蜷y充入氮?dú)?，將氫混合燃料氣的壓力增壓?0MPa后氮?dú)鈫蜗蜷y關(guān)閉，此時(shí)該混合罐可投入工作，氫混合燃料的氫氣濃度為75%。

本實(shí)施例中動(dòng)力系統(tǒng)增設(shè)渦輪增壓單元以增加發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量和強(qiáng)化燃燒。渦輪增壓單元為兩級(jí)，同時(shí)利用尾氣和高壓氫混合燃料來增壓空氣。首先從氫氣與氮?dú)飧邏夯旌蠁卧獊淼?0MPa高壓氫混合燃料進(jìn)入兩級(jí)渦輪增壓單元的高壓燃料膨脹機(jī)32做功，膨脹至3MPa后通過自適應(yīng)式燃料供給單元送入氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)90%的尾氣先進(jìn)入兩級(jí)渦輪增壓單元的尾氣膨脹機(jī)16做功，再送到尾氣后處理單元實(shí)現(xiàn)氫的回收以及低污染排放。剩余10%的尾氣通過排氣再循環(huán)單元送回到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口。兩級(jí)膨脹機(jī)同時(shí)帶動(dòng)增壓機(jī)27壓縮空氣，將空氣壓縮至3MPa。

發(fā)動(dòng)機(jī)的作業(yè)制度可改變?yōu)槎_程。作業(yè)制度為二沖程時(shí)活塞運(yùn)行過程中沒有吸氣、壓縮行程，只有燃燒做功和排氣行程。高壓氫混合燃料和高壓空氣在燃燒做功行程前段直噴入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，推動(dòng)活塞下行，活塞下行至一定位置后氫混合燃料燒嘴和高壓空氣噴嘴關(guān)閉，火花塞在合適的點(diǎn)火時(shí)刻點(diǎn)火，氫混合燃料燃燒做功繼續(xù)推動(dòng)活塞下行至下止點(diǎn)，燃燒做功行程結(jié)束。之后活塞上行，汽缸排氣口打開，開始排氣行程，活塞上行至上止點(diǎn)時(shí)，排氣口關(guān)閉，排氣行程結(jié)束，發(fā)動(dòng)機(jī)重新開始燃燒做功行程，如此往復(fù)。發(fā)動(dòng)機(jī)改為二沖程后，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣、壓縮行程的空轉(zhuǎn)能耗，有效地強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的做功能力。4缸的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于普通8缸發(fā)動(dòng)機(jī)的做功能力。氫混合燃料在氣缸中燃燒做功推動(dòng)汽車運(yùn)行，氣缸內(nèi)當(dāng)量空燃比為0.95。20%的尾氣通過排氣再循環(huán)單元送回到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口。剩余80%的尾氣先通過余氫吸收單元回收尾氣中90%剩余的氫氣，余氫吸收單元的吸收劑為鋯系金屬儲(chǔ)氫材料，余氫吸收單元設(shè)置兩組交替工作和再生，再生后的氫氣加入到氣缸進(jìn)氣道。然后尾氣再經(jīng)過三元催化裝置后排放，降低尾氣中NOx排放為0.01g/km，CO排放為0.07g/km，HC排放為0.023g/km。

實(shí)例3

本發(fā)明第三種實(shí)施方式如圖5所示，包括氫氣存儲(chǔ)單元1、高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐15、低濃度混合罐2、混合罐3、穩(wěn)壓軌4、低濃度穩(wěn)壓軌5、氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)28、渦輪增壓單元12、控制單元7、空氣入口14、余氫吸收單元9、三元催化裝置10、空氣濾清器13和廢氣排放口11。渦輪增壓單元包括尾氣膨脹機(jī)16和增壓機(jī)27，尾氣膨脹機(jī)和增壓機(jī)同軸連接。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)包括缸體23和曲軸26，缸體的內(nèi)部為燃燒室33，燃燒室內(nèi)設(shè)有活塞24，活塞通過連桿機(jī)構(gòu)25與曲軸連接。缸體的缸蓋上設(shè)有進(jìn)氣口17、燃料噴嘴18、火花塞19、低濃度燃料噴嘴20和排氣口21，進(jìn)氣口和排氣口設(shè)有氣門22?？諝馊肟谕ㄟ^空氣濾清器連接到增壓機(jī)入口，增壓機(jī)出口連接到進(jìn)氣口。氫氣存儲(chǔ)單元和高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐分別連接到低濃度混合罐和混合罐，低濃度混合罐和混合罐分別設(shè)置兩臺(tái)交替使用。低濃度混合罐通過低濃度穩(wěn)壓軌連接到低濃度燃料噴嘴，混合罐通過穩(wěn)壓軌連接到燃料噴嘴。排氣口的一路通過尾氣膨脹機(jī)連接余氫吸收單元，余氫吸收單元通過三元催化裝置連接到廢氣排放口11。排氣口的另一路通過排氣再循環(huán)單元連接到進(jìn)氣口?？刂茊卧?設(shè)有檢測(cè)信號(hào)輸入端6和控制信號(hào)輸出端8。低濃度穩(wěn)壓軌和穩(wěn)壓軌分別有4條支路，分別連接到各個(gè)缸體的低濃度燃料噴嘴和燃料噴嘴。余氫吸收單元連接到氣缸進(jìn)氣道。

氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)28為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，由于燃料氣和助燃空氣均有一定的高壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)的作業(yè)制度為四沖程或改為二沖程，如圖4所示活塞運(yùn)行過程中沒有吸氣、壓縮行程，只有燃燒做功和排氣行程，a做功行程噴入段，b為做功行程做功段，c為排氣行程。發(fā)動(dòng)機(jī)改為二沖程后，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣、壓縮行程的空轉(zhuǎn)能耗，有效地強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的做功能力。

氫氣存儲(chǔ)單元采用高壓氫氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)氫氣，高壓氫氣儲(chǔ)罐壓力為30MPa。氮?dú)鈨?chǔ)存在高壓氮?dú)夤迌?nèi)，高壓氮?dú)夤薜膲毫?0MPa。低濃度混合罐2和混合罐3均設(shè)置有兩個(gè)混合罐交替充氣和工作，低濃度混合罐2中氫氣濃度為30%，混合罐3中氫氣濃度為70%。分別送入低濃度穩(wěn)壓軌5和穩(wěn)壓軌4中。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)采用缸內(nèi)直噴的方式分別從低濃度氫燃料噴嘴、燃料噴嘴噴入燃料。氫混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)采用四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，低濃度氫混合燃料在吸氣行程中加入30%當(dāng)量的氫混合燃料，與吸入的空氣混合在缸內(nèi)形成均質(zhì)稀薄混合氣，高濃度氫混合燃料在壓縮行程中點(diǎn)火提前角前加入70%當(dāng)量的氫混合燃料，在火花塞附近形成混合氣相對(duì)較濃的區(qū)域，點(diǎn)火后則在缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)了分層燃燒，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，減少了燃料消耗。氫混合燃料在氣缸中燃燒做功推動(dòng)汽車運(yùn)行，氣缸內(nèi)當(dāng)量空燃比為0.9以減少NOx的產(chǎn)生。10%的尾氣通過排氣再循環(huán)單元送回到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口。剩余90%的尾氣先通過余氫吸收單元回收尾氣中90%剩余的氫氣，余氫吸收單元的吸收劑為鈣系金屬儲(chǔ)氫材料，余氫吸收單元設(shè)置兩組交替工作和再生，再生后的氫氣送到氣缸進(jìn)氣道。然后尾氣再經(jīng)過三元催化裝置后排放，降低尾氣中NOx排放為0.008g/km，CO排放為0.08g/km，HC排放為0.027g/km。