專利名稱：醇氫發(fā)動機燃料系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以單一醇燃料機載隨行催化裂解或重整為氫氣后，并以氫氣和醇作為發(fā)動機燃料的醇氫發(fā)動機的燃料系統(tǒng)，屬發(fā)動機和能源技術領域。
背景技術：
隨著石油資源的不斷枯竭和日夜增加的排放壓力，尋找環(huán)保的替代能源早已受到世界各國的關注。氫氣和生物源低碳醇(如乙醇等)已成公認的比較理想的清潔替代能源。
氫燃料作為發(fā)動機的直接能源具有能量轉換效率高、動力性能好和污染非常小的突出優(yōu)點。氫能將成為理想的清潔能源之一，已經成為全球性的共識。以純氫或氫和其它能源共同使用的各種混合動力的機車已成為世界各國研究的熱點。
以間接太陽能為代表的生物源乙醇，由于其燃燒不排放二氧化碳、直接燃燒的理化性質與汽油接近，生物源乙醇也是生產氫氣的理想的重要原料。所以，生物源乙醇也受到了世界各國的極大重視。乙醇汽油逐漸在一些國家推廣使用、將乙醇機載隨行裂解為氫氣的醇氫汽車及其混合動力汽車也在不同程度的研發(fā)及推廣中。
但氫能廣泛利用的最大障礙在于其儲存與配給的困難，地面充氫的氫燃料機車(如CN1800617A公開的氫氣車、寶馬汽車公司已經上市的氫氣-汽油混合動力汽車等)無法避免這一困難。同時，因氫氣的特性所決定，系統(tǒng)及其控制方法復雜、制造成本高,。
雖然乙醇的辛烷值比汽油高，但因其熱值不到汽油熱值的60％，加之其氣化熱潛高、燃燒不完全，直接燃燒乙醇汽油的醇汽油替代比仍然高達1.3以上，是不科學的耗能燃燒方式。
將乙醇利用發(fā)動機排氣廢熱，隨車裂解或重整為氫氣，并以此裂解氫氣為發(fā)動機燃料的技術，較好地解決了地面充氫機車的儲藏、配給和制造成本問題，同時也提高了乙醇的燃燒熱效率，是節(jié)能降耗的有效途徑。代表性的公開技術如CN1401890A(醇氫混燃發(fā)動機裝置)、CN1951718A(一種氫電混合動力汽車)等。但二者技術上共同的不足在于1、醇隨行裂解制氫系統(tǒng)中裂解制氫裝置需要用于調控溫度的排氣旁路管道，系統(tǒng)繁復、控制方法相對復雜，系統(tǒng)中減少或簡化設備裝置、管道對于移動機車有限的空間和減少自重十分重要；2、隨行裂解制氫裝置只能裝載顆粒催化劑不能裝填整體催化劑，顆粒催化劑在行車的過程中會因劇烈的振動相互摩擦而粉末化；3、裂解器傳熱不均，催化劑易于老化。CN1401890A更有突出的不足還在于系統(tǒng)中需要兩個不同形式的醇泵，結構更加繁復。
尤其要強調的是，一、無論需要地面充氫的純氫汽車(如CN1800617A等)還是氫氣混合動力汽車(如寶馬公司的氫氣-汽油混合動力汽車等)，為了保證與相同排量汽車的動力，必須使用35～90MP以上的高壓或零下273℃超低溫液氫裝灌，即使隨車醇裂解制氫的混合動力汽車(如CN1951718A)也使用了8～12MP的高壓技術，高壓儲氫必然加大機車的制造成本。二、混合動力技術和使用的復雜性，與其它能源的混合使用，無論是出于從汽油到純氫氣過渡的考慮，還是用以其它能源來補充氫氣的動力不足(每次燃燒時，因噴入發(fā)動機氣缸內的氣態(tài)氫氣質量不足而引起的動力下降)，都是一種無奈的選擇，這種技術使得制造成本加大，同時給機車用戶帶來極大的不便。
發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有公知技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種適用于機車的只需地充單一醇燃料、并帶氫氣分離純化旁路的系統(tǒng)結構簡單合理的醇氫發(fā)動機燃料系統(tǒng)。本發(fā)明，利用發(fā)動機排氣廢熱將醇燃料在隨行制氫裝置中裂解或重整為以氫氣為主，并含二氧化碳等氣體的富氫混合氣體，以該富氫混合氣體為發(fā)動機的主要燃料。這種燃燒方式，因充分的利用了發(fā)動機排氣的廢熱，，氫氣中含有部分二氧化碳和少量的其它氣體，可以有效的防止純氫燃料的早燃和爆燃；同時，因設置了氫氣純化旁路，可以部分分離純化混合氫氣，適當提高氫氣的濃度，可以在同等壓力下改善發(fā)動機動力，以達到適當降低系統(tǒng)壓力的目的。
本發(fā)明的核心技術在于廢熱機載隨行制氫裝置(如本發(fā)明人申請?zhí)枮?00710100588.8和200710078679.6的隨行制氫裝置等，不需要任何外援性手段和排氣的旁路管道即能自動調控溫度)和帶有氫氣分離器的分離氫氣純化的旁路系統(tǒng)。
本發(fā)明所采用技術方案是，包括由醇燃料箱和醇泵之間連接低壓醇燃料管，醇泵出口和隨行制氫裝置的燃料系統(tǒng)入口間連接高壓醇燃料管，隨行制氫裝置的燃料系統(tǒng)出口和儲氫罐的入口間連接混合氫氣管，在混合氫氣管上順序串接有混合氫氣泵，電控比例三通閥和電控進氫閥，儲氫罐出口和恒壓分配軌間連接氫燃料管，在氫燃料管上串接有電控恒壓閥，恒壓分配軌和電控氫氣噴射閥間連接氫氣支管，電控氫氣噴射閥安裝在發(fā)動機上；在電控比例三通閥和電控進氫閥對應的混合氫氣管上并聯(lián)有由氫氣分離旁路管，氫氣分離器，雜質氣體排除管和電控純化氫氣閥串連組成的氫氣分離純化旁路；隨行制氫裝置的熱源進口端與發(fā)動機的排氣管連接，出口端安裝尾氣管；儲氫罐底部和醇燃料箱之間連接回流管，回流管上安裝有疏液閥；醇泵、混合氫氣泵、電控進氫閥、電控恒壓閥、電控氫氣噴射閥、電控比例三通閥、電控純化氫氣閥與電控單元之間通過導線連接。
本發(fā)明，電控氫氣噴射閥直接安裝于發(fā)動機的氣缸蓋上，或安裝于發(fā)動機的空氣進氣歧管上。
本發(fā)明，在儲氫罐上安裝有手動閥，用于放空或必要時地充氫氣。
使用本發(fā)明時，當發(fā)動機在停止狀態(tài)時，電控純氫閥、電控進氫閥、電控恒壓閥和電控氫氣噴射閥均截止關閉，電控比例三通閥出處于原工作態(tài)，醇泵和混合氫氣泵處于非工作狀態(tài)。啟動發(fā)動機時，電控單元指令電控恒壓閥打開，恒壓分配軌和氫氣支管充滿恒壓氫氣，電控氫氣噴射閥中的按照電控單元的指令工作，并點燃發(fā)動機。隨著發(fā)動機的工作，發(fā)動機的排氣管排出的廢熱氣體將隨行制氫裝置加熱，當隨行制氫裝置中的催化劑溫度達到正常工作溫度時，醇泵和混合氫氣泵開始工作，隨行制氫裝置中的催化劑不斷將醇轉化為混合氫氣，并打開電控進氫閥，混合氫氣在混合氫氣泵的加壓作用下，將混合氫氣泵入儲氫罐。發(fā)動機運行中，電控單元根據(jù)混合氫氣的壓力、含量及機車行駛中的負荷工況，通過調整電控比例三通閥改變流經氫氣分離旁路的混合氫氣的流量比例來改變儲氫罐中氫氣的濃度，以保證每次噴入發(fā)動機氣缸內的氫氣量與機車運行負荷匹配。，經氫氣分離器分離處的雜質氣體，經雜質氣體排除管排除本發(fā)明中，手動閥只有在需要將儲氫罐內的氣體排空或者地充氫氣的場合才人工打開。
本發(fā)明中，經過隨行制氫裝置后，未被催化轉化的醇燃料在儲氫罐中冷凝或精餾出的液體通過疏液閥分離后經回流管返回醇燃料箱。
本發(fā)明適用于各種低碳醇及多種烴類燃料。
使用本發(fā)明有益結果是完全地避免了氫燃料汽車的氫氣儲藏與配給問題；克服了直接燃燒醇汽油因醇燃燒不完全和未有效的利用發(fā)動機排氣廢熱而引起的高能耗問題，極大的提高了醇燃料的熱效率；克服了純氫氣燃燒中的早燃和爆燃問題；解決了較低壓力下氫燃料機車動力下降問題；系統(tǒng)結構相對現(xiàn)有技術更加簡單。
下面結合附圖進一步說明本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明實施例系統(tǒng)示意圖。
圖2、圖3是本發(fā)明電控氫氣噴射閥與發(fā)動機的連接位置示意圖。
圖中1-醇燃料箱2-高壓醇燃料管 3-發(fā)動機排氣管 4-隨行制裝置5-尾氣管6-混合氫氣管 7-混合氫氣泵8-疏液閥9-電控比例三通閥10-氫氣分離旁路管11-氫氣分離器12-雜質氣體排除管13-純氫管14-電控純氫閥15-電控進氫閥16-儲氫罐17-手動閥18-氫燃料管19-電控恒壓閥20-氫氣支管21-電控氫氣噴射閥22-發(fā)動機23-恒壓分配軌24-空氣進氣歧管25-電控單元26-醇泵27-低壓醇燃料管 28-回流管 29-氣缸蓋_具體實施例1如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括由醇燃料箱1和醇泵26之間連接低壓-醇燃料管27，醇泵26出口和隨行制氫裝置4的燃料系統(tǒng)入口間連接高壓醇燃料管2，隨行制氫裝置4的燃料系統(tǒng)出口和儲氫罐16的入口間連接混合氫氣管6，在混合氫氣管6上順序串接有混合氫氣泵7，電控比例三通閥9和電控進氫閥15，儲氫罐16出口和恒壓分配軌23間連接氫燃料管18，在氫燃料管18上串接有電控恒壓閥19，恒壓分配軌23和電控氫氣噴射閥21間連接氫氣支管20，電控氫氣噴射閥21安裝在發(fā)動機22上；在電控比例三通閥9和電控進氫閥15對應的混合氫氣管6上并聯(lián)有由氫氣分離旁路管10，氫氣分離器11，雜質氣體排除管12和電控純化氫氣閥14串連組成的氫氣分離純化旁路；隨行制氫裝置4的熱源進口端與發(fā)動機22的排氣管3連接，出口端安裝尾氣管5；儲氫罐16底部和醇燃料箱1之間連接回流管28，回流管28上安裝有疏液閥8；醇泵26、混合氫氣泵7、電控進氫閥15、電控恒壓閥19、電控氫氣噴射閥21、電控比例三通閥9、電控純化氫氣閥14與電控單元25之間通過導線連接。
本發(fā)明，電控氫氣噴射閥21直接安裝于發(fā)動機22的氣缸蓋29上。
本發(fā)明，在儲氫罐上安裝有手動閥，用于放空或必要時地充氫氣。
具體實施例1如圖1和圖3所示，本發(fā)明包括由醇燃料箱1和醇泵26之間連接低壓醇燃料管27，醇泵26出口和隨行制氫裝置4的燃料系統(tǒng)入口間連接高壓醇燃料管2，隨行制氫裝置4的燃料系統(tǒng)出口和儲氫罐16的入口間連接混合氫氣管6，在混合氫氣管6上順序串接有混合氫氣泵7，電控比例三通閥9和電控進氫閥15，儲氫罐16出口和恒壓分配軌23間連接氫燃料管18，在氫燃料管18上串接有電控恒壓閥19，恒壓分配軌23和電控氫氣噴射閥21間連接氫氣支管20，電控氫氣噴射閥21安裝在發(fā)動機22上；在電控比例三通閥9和電控進氫閥15對應的混合氫氣管6上并聯(lián)有由氫氣分離旁路管10，氫氣分離器11，雜質氣體排除管12和電控純化氫氣閥14串連組成的氫氣分離純化旁路；隨行制氫裝置4的熱源進口端與發(fā)動機22的排氣管3連接，出口端安裝尾氣管5；儲氫罐16底部和醇燃料箱1之間連接回流管28，回流管28上安裝有疏液閥8；醇泵26、混合氫氣泵7、電控進氫閥15、電控恒壓閥19、電控氫氣噴射閥21、電控比例三通閥9、電控純化氫氣閥14與電控單元25之間通過導線連接。
本發(fā)明，電控氫氣噴射閥21安裝于發(fā)動機22的空氣進氣歧管24上。
本發(fā)明，在儲氫罐上安裝有手動閥，用于放空或必要時地充氫氣。
權利要求
1.本發(fā)明為以醇燃料箱，隨車裂解制氫裝置，儲氫罐，恒壓分配軌，發(fā)動機、氫氣分離器為主要設備的醇氫發(fā)動機燃料系統(tǒng)，其特征在于醇燃料箱(1)和醇泵(26)之間連接低壓醇燃料管(27)，醇泵(26)出口和隨行制氫裝置(4)的燃料系統(tǒng)入口間連接高壓醇燃料管(2)，隨行制氫裝置(4)的燃料系統(tǒng)出口和儲氫罐(16)的入口間連接混合氫氣管(6)，在混合氫氣管(6)上順序串接有混合氫氣泵(7)，電控比例三通閥(9)和電控進氫閥(15)，儲氫罐(16)出口和恒壓分配軌(23)間連接氫燃料管(18)，在氫燃料管(18)上串接有電控恒壓閥(19)，恒壓分配軌(23)和電控氫氣噴射閥(21)間連接氫氣支管(20)，電控氫氣噴射閥(21)安裝在發(fā)動機(22)上，在電控比例三通閥(9)和電控進氫閥(15)對應的混合氫氣管(6)上并聯(lián)有由氫氣分離旁路管(10)，氫氣分離器(11)，雜質氣體排除管(13)和電控純化氫氣閥(14)串連組成的氫氣分離純化旁路，隨行制氫裝置(4)的熱源進口端與發(fā)動機(22)的排氣管(3)連接，出口端安裝尾氣管(5)，儲氫罐(16)底部和醇燃料箱(1)之間連接回流管(28)，回流管(28)上安裝有疏液閥(8)，醇泵(1)，混合氫氣泵(7)，電控進氫閥(15)、電控恒壓閥(19)，氫氣電控噴射閥(21)，電控比例三通閥(9)，電控純化氫氣閥(14)與電控單元(25)之間通過導線連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的醇氫發(fā)動機燃料系統(tǒng)，電控氫氣噴射閥(21)安裝于發(fā)動機(22)的氣缸蓋(29)上。
3.根據(jù)權利要求1所述的醇氫發(fā)動機燃料系統(tǒng)，電控氫氣噴射閥(21)安裝于發(fā)動機(22)的空氣進氣歧管(24)上。
4.通過氫氣分離純化旁路的混合氫氣流量的控制比例，其特征在于電控比例三通閥(9)按照電控單元(25)的指令在0～100％的比例范圍進行調節(jié)。
全文摘要
一種以醇燃料機載隨行催化裂解或重整為以氫氣為主的混合氫氣后，并以混合氫氣作為發(fā)動機燃料的醇氫發(fā)動機燃料系統(tǒng)，本發(fā)明的核心在于隨行制氫裝置帶有氫氣分離器的分離氫氣純化的旁路系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點在于完全避免了氫燃料汽車的氫氣儲藏與配給問題；克服了直接燃燒醇汽油因醇燃燒不完全和未有效的利用發(fā)動機排氣廢熱而引起的高能耗問題，極大的提高了醇燃料的熱效率；克服了氫氣燃燒中的早燃和爆燃問題；解決了較低壓力下氫燃料機車動力下降問題；系統(tǒng)結構相對現(xiàn)有技術更加簡單。本發(fā)明適用于各種機載發(fā)動機使用。
文檔編號F02B43/10GK101092918SQ20071009241
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權日2007年7月12日
發(fā)明者李鋼坤 申請人:李鋼坤