本發(fā)明屬于發(fā)動機余熱利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

甲醇分子中含氧50％，燃燒速度快，自身含氧助燃，燃燒充分，既能提高熱效率，又可實現(xiàn)機內(nèi)凈化和降低CO、HC和NOx等常規(guī)氣體排放，與汽油相比,甲醇的H/C和辛烷值高，稀燃范圍寬泛，允許發(fā)動機使用較高的壓縮比，是一種富氧、環(huán)保、高能、高效燃料。此外，甲醇的生產(chǎn)原料豐富(如劣質(zhì)煤、焦?fàn)t氣、生活生產(chǎn)廢棄物等),有利于甲醇燃料的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

中國對甲醇燃料替代汽油的研究試驗已有將近四十年的歷史,目前已經(jīng)在部分地區(qū)有了規(guī)?；瘧?yīng)用,并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。然而，將甲醇直接作為汽車代用燃料,仍然存在一些嚴(yán)重的問題,如熱值較低、容易腐蝕發(fā)動機、潤滑性不良及尾氣中含有各種有毒污染物等,這都阻礙著甲醇燃料的進(jìn)一步應(yīng)用。

研究發(fā)現(xiàn)將甲醇裂解成為氫氣和一氧化碳后進(jìn)入發(fā)動機氣缸燃燒可以有效克服上述缺陷。甲醇裂解氣中含有豐富的氫氣,具備氫氣燃燒的特點,可實現(xiàn)稀薄快速燃燒,從而提高發(fā)動機熱效率,大幅降低有害排放物,提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟(jì)性。研究表明汽油機摻氫燃燒后的燃油經(jīng)濟(jì)性可提高30％，汽油機在部分負(fù)荷工況下，使用汽油/氫氣混合氣可以提高混合氣燃燒速率,；柴油機摻氫后著火滯燃期縮短,燃燒可在上止點附近完成，著火滯燃期受混合氣中氧含量影響不大,從而為采用廢氣再循環(huán)降低氮氧化物排放創(chuàng)造了條件。甲醇裂解氣可以為汽車提供氫能源這種最為潔凈和環(huán)保的燃料，同時,在氫能利用方面,甲醇裂解解決了氫氣存儲不便、安全系數(shù)低等困難，應(yīng)用前景較好。此外,甲醇低溫裂解催化劑有了突破性的進(jìn)展,甲醇在較低的溫度下使用特殊的催化劑就可以完全裂解。

發(fā)動機余熱回收利用是未來汽車技術(shù)的發(fā)展方向之一。例如中國發(fā)明專利CN201610198654，公開了一種醇-氫-電混合動力系統(tǒng)，其在發(fā)動機尾氣管內(nèi)安裝熱裂解裝置，在原料箱中裝入醇的水溶液并通過輸送泵輸入到熱裂解裝置中，通過裂解裝置裂解生成氫氣并進(jìn)入發(fā)動機燃燒推動氣缸工作。該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好、動力性能好，而且減少了目前汽油的廢氣污染，但該系統(tǒng)也存在一些不足，如甲醇量沒有得到精確控制，當(dāng)發(fā)動機處于某一工況時，過大的甲醇量會因為反應(yīng)熱量不夠和反應(yīng)時間不充裕導(dǎo)致甲醇裂解效率低下，從而影響發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能；過小的甲醇量又會因為沒有充分地利用發(fā)動機尾氣廢熱而導(dǎo)致發(fā)動機動力性能和經(jīng)濟(jì)性能下降，同時發(fā)應(yīng)器裂解效能沒有被完全利用。此外，該系統(tǒng)中通過溫度傳感器來控制反應(yīng)溫度，難以將裂解室的溫度控制在醇裂解反應(yīng)最佳的溫度范圍內(nèi)，影響甲醇裂解反應(yīng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)，其利用發(fā)動機排放的尾氣余熱，精確控制所述甲醇泵噴入的甲醇量，使得其在反應(yīng)管中可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與燃油摻混以獲得匹配發(fā)動機工況的發(fā)動機燃料，一方面提高了甲醇裂解效率，從而提高了發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能，根據(jù)發(fā)動機的工況精確控制甲醇量，充分利用了發(fā)動機的尾氣熱量，同時大大減小了甲醇的用量，降低了成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括甲醇供給單元、甲醇裂解單元及電子控制單元；

其中，所述甲醇供給單元具有甲醇泵和與該甲醇泵連接的甲醇噴嘴，用于利用該甲醇泵輸送甲醇并通過該甲醇噴嘴向所述甲醇裂解單元噴射甲醇；

所述甲醇裂解單元包括反應(yīng)管，噴入的所述甲醇在催化劑的作用下在該反應(yīng)管中發(fā)生裂解反應(yīng)，從而生成氫氣和一氧化碳裂解氣，以與燃油摻混作為發(fā)動機燃料；

所述電子控制單元包括信號線、發(fā)動機工況傳感器和控制器，所述控制器通過信號線分別與發(fā)動機工況傳感器、甲醇供給單元和甲醇裂解單元連接，所述發(fā)動機工況傳感器用于實時監(jiān)測發(fā)動機工況并傳輸至所述控制器，所述控制器用于通過所述發(fā)動機工況精確控制所述甲醇泵噴入的甲醇量，使得其在反應(yīng)管中可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與燃油摻混以獲得匹配發(fā)動機工況的發(fā)動機燃料。

通過上述技術(shù)方案，電子控制單元根據(jù)所述發(fā)動機傳感器實時監(jiān)測的工況精確控制所述甲醇泵噴入的甲醇量，使得其在反應(yīng)管中可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與燃油摻混以獲得匹配發(fā)動機工況的發(fā)動機燃料，一方面提高了甲醇裂解效率，從而提高了發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能；另一方面，根據(jù)發(fā)動機的工況精確控制甲醇量，充分利用了發(fā)動機的尾氣熱量，同時大大減小了甲醇的用量，降低了成本。

進(jìn)一步地，所述發(fā)動機工況包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩，在發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為1500～2000r/min，發(fā)動機的扭矩為50～100Nm時，對應(yīng)噴入的甲醇量控制在甲醇與燃油量比例為6.3％～20％。

進(jìn)一步地，所述甲醇供給單元還包括與甲醇噴嘴(15)連接的壓力傳感器(14),該壓力傳感器(14)用于監(jiān)測甲醇噴嘴(15)處的壓力，并將信號反饋給電子控制單元，所述電子控制單元根據(jù)該壓力值控制甲醇泵(13)的轉(zhuǎn)速，從而保持甲醇噴嘴處的壓力為恒定，進(jìn)而可通過控制甲醇噴嘴的開閉時間實現(xiàn)對所述噴入的甲醇量的精確控制。

優(yōu)選地，所述甲醇供給單元還包括甲醇儲存箱和液位傳感器，液位傳感器插入甲醇儲存箱中，用于監(jiān)測甲醇儲存箱中的甲醇量，當(dāng)甲醇量不足時，自動報警。

進(jìn)一步地，所述甲醇裂解單元還包括溫度控制模塊，溫度控制模塊位于所述甲醇裂解單元的殼體一端，用于控制殼體內(nèi)溫度，從而使所述反應(yīng)管中的甲醇裂解處于最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述溫度控制模塊包括位于殼體后端面的測溫口和熱電偶，以及排氣電子閥門，其中，熱電偶的一端由測溫口插入殼體內(nèi)腔并與反應(yīng)管外壁面接觸，另一端用信號線與控制器相連，控制器根據(jù)熱電偶測得的溫度與電子控制單元預(yù)設(shè)的溫度值之間的差異控制排氣電子閥門的通斷，從而實現(xiàn)所述殼體內(nèi)容溫度控制。

本方案中通過熱電偶測得的溫度與電子控制單元預(yù)設(shè)的溫度值之間的差異控制排氣電子閥門的通斷，從而維持殼體內(nèi)溫度控制在最佳反應(yīng)溫度，進(jìn)一步提高了甲醇裂解效率，同時由于溫度控制穩(wěn)定，從而提高了甲醇裂解反應(yīng)的穩(wěn)定性，減少發(fā)動機余熱的能量浪費，可有效提高發(fā)動機的燃燒效率，減少發(fā)動機的污染物排放。

優(yōu)選地，所述最佳反應(yīng)溫度為320～380℃。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明中，電子控制單元根據(jù)所述發(fā)動機傳感器實時監(jiān)測的工況精確控制所述甲醇泵噴入的甲醇量，使得其在反應(yīng)管中可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與燃油摻混以獲得匹配發(fā)動機工況的發(fā)動機燃料，一方面提高了甲醇裂解效率，從而提高了發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能；另一方面，根據(jù)發(fā)動機的工況精確控制甲醇量，充分利用了發(fā)動機的尾氣熱量，同時大大減小了甲醇的用量，降低了成本。

(2)本發(fā)明中，通過熱電偶測得的溫度與電子控制單元預(yù)設(shè)的溫度值之間的差異控制排氣電子閥門的通斷，從而維持殼體內(nèi)溫度控制在最佳反應(yīng)溫度，進(jìn)一步提高了甲醇裂解效率，同時由于溫度控制穩(wěn)定，從而提高了甲醇裂解反應(yīng)的穩(wěn)定性，減少發(fā)動機余熱的能量浪費，可有效提高發(fā)動機的燃燒效率，減少發(fā)動機的污染物排放。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)中涉及的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)中涉及的甲醇裂解單元縱向剖視圖；

圖3為本發(fā)明實施例的一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)中涉及的甲醇裂解單元立體結(jié)構(gòu)視圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

圖中：1-甲醇儲存箱，2-液位傳感器，3-信號線，4-控制器，5-燃油儲存箱，6-燃料供應(yīng)管路，7-發(fā)動機，8-排氣電子閥門，9-旁通管，10-排氣主管，11-甲醇裂解單元，12-熱電偶，13-甲醇泵，14-壓力傳感器，15-甲醇噴嘴，16-廢氣出口法蘭，17-廢氣出氣管，18-甲醇進(jìn)口，19-殼體，20-廢氣進(jìn)氣管，21-廢氣進(jìn)口法蘭，22-熱電偶測溫口，23-反應(yīng)管，24-裂解氣出口，25-12V供電電源，26-液晶顯示屏。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1為本發(fā)明實施例的一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)中涉及的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括甲醇供給單元、甲醇裂解單元及電子控制單元，

其中，所述甲醇供給單元具有甲醇泵13和與該甲醇泵13連接的甲醇噴嘴15，用于利用該甲醇泵13輸送甲醇并通過該甲醇噴嘴15向所述甲醇裂解單元噴射甲醇；

所述甲醇裂解單元包括反應(yīng)管23，噴入的所述甲醇在催化劑的作用下在該反應(yīng)管中發(fā)生裂解反應(yīng)，從而生成氫氣和一氧化碳裂解氣，以與燃油摻混作為發(fā)動機燃料；

所述電子控制單元包括信號線3、發(fā)動機工況傳感器和控制器4，所述控制器通過信號線3分別與發(fā)動機工況傳感器、甲醇供給單元和甲醇裂解單元連接，所述發(fā)動機工況傳感器用于實時監(jiān)測發(fā)動機工況并傳輸至所述控制器4，所述控制器4用于通過所述發(fā)動機工況精確控制所述甲醇泵13噴入的甲醇量，使得其在反應(yīng)管中可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與燃油摻混以獲得匹配發(fā)動機工況的發(fā)動機燃料。

當(dāng)發(fā)動機處于某一工況時，過大的甲醇量會因為反應(yīng)熱量不夠和反應(yīng)時間不充裕導(dǎo)致甲醇裂解效率低下，從而影響發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能；過小的甲醇量又會因為沒有充分地利用發(fā)動機尾氣廢熱而導(dǎo)致發(fā)動機動力性能和經(jīng)濟(jì)性能下降，同時發(fā)應(yīng)器裂解效能沒有被完全利用。因此，上述技術(shù)方案中，電子控制單元根據(jù)所述發(fā)動機傳感器實時監(jiān)測的工況精確控制所述甲醇泵噴入的甲醇量，使得其在反應(yīng)管中可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與燃油摻混以獲得匹配發(fā)動機工況的發(fā)動機燃料，一方面提高了甲醇裂解效率，從而提高了發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能；另一方面，根據(jù)發(fā)動機的工況精確控制甲醇量，充分利用了發(fā)動機的尾氣熱量，同時大大減小了甲醇的用量，降低了成本。

如圖1，甲醇供給單元還包括與甲醇噴嘴15連接的壓力傳感器14,壓力傳感器14用于監(jiān)測甲醇噴嘴15前的壓力，并將信號反饋給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)甲醇噴嘴15前的壓力值控制甲醇泵13的轉(zhuǎn)速，從而維持甲醇噴嘴處的壓力恒定，由于甲醇噴嘴的開度也是恒定的，因此甲醇的流量是恒定，因此，通過控制甲醇噴嘴的開閉時間即可實現(xiàn)對所述甲醇量的精確噴入。

優(yōu)選地，所述甲醇供給單元還包括與甲醇儲存箱1連接的液位傳感器2，用于監(jiān)測甲醇儲存箱1中的甲醇量，當(dāng)甲醇量不足時，自動報警。

圖2為本發(fā)明實施例的一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)中涉及的甲醇裂解單元縱向剖視圖，圖3為本發(fā)明實施例的一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)中涉及的甲醇裂解單元立體結(jié)構(gòu)視圖。如圖2和圖3所示，所述甲醇裂解單元還包括及溫度控制模塊，溫度控制模塊位于所述甲醇裂解單元的殼體一端，用于控制殼體內(nèi)溫度，從而使所述反應(yīng)管中的甲醇裂解處于最佳反應(yīng)溫度范圍內(nèi)。

如圖2和圖3所示，所述溫度控制模塊包括位于殼體19后端面的測溫口22和熱電偶12，以及排氣電子閥門8，其中，熱電偶12的一端由測溫口22插入殼體19內(nèi)腔并與反應(yīng)管23外壁面接觸，另一端用信號線3與控制器4相連，控制器4根據(jù)熱電偶12測得的溫度與電子控制單元預(yù)設(shè)的溫度值之間的差異控制排氣電子閥門8的通斷，從而實現(xiàn)所述殼體內(nèi)容溫度控制。

通過熱電偶測得的溫度與電子控制單元預(yù)設(shè)的溫度值之間的差異控制排氣電子閥門(8)的通斷，從而維持殼體內(nèi)溫度控制在最佳反應(yīng)溫度，進(jìn)一步提高了甲醇裂解效率，同時由于溫度控制穩(wěn)定，從而提高了甲醇裂解反應(yīng)的穩(wěn)定性，減少發(fā)動機余熱的能量浪費，可有效提高發(fā)動機的燃燒效率，減少發(fā)動機的污染物排放。

選優(yōu)地，實施例一種利用發(fā)動機余熱的醇-氫動力系統(tǒng)還包括液晶顯示屏，其與電子控制單元相連接，對各傳感器測得的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實時檢測，當(dāng)發(fā)生故障時，將相應(yīng)傳感器的錯誤代碼顯示在屏幕上，駕駛員可以通過故障代碼來查詢當(dāng)前故障。

本發(fā)明技術(shù)方案的原理如下：

發(fā)動機采用燃油啟動，此時反應(yīng)溫度較低，甲醇供給系統(tǒng)不工作。反應(yīng)器內(nèi)設(shè)熱電偶，其一端由信號線連接溫控儀，另一端插入反應(yīng)器殼體內(nèi)部，實時監(jiān)測反應(yīng)溫度。為了達(dá)到最佳的裂解效率，溫度控制須保證甲醇裂解反應(yīng)器反應(yīng)管內(nèi)溫度控制在最佳反應(yīng)溫度320～380℃左右。當(dāng)反應(yīng)溫度低于最佳反應(yīng)溫度時，排氣支管排氣電子閥門(8)處于關(guān)閉狀態(tài)，發(fā)動機的尾氣全部通過排氣主管進(jìn)入反應(yīng)器對其進(jìn)行加熱；當(dāng)反應(yīng)溫度高于最佳反應(yīng)溫度時，控制單元控制排氣支管排氣電子閥門(8)自動打開，大部分尾氣經(jīng)排氣支管排出，反應(yīng)器溫度不再升高，從而維持殼體內(nèi)溫度控制在最佳反應(yīng)溫度。

同時，發(fā)動機工況傳感器實時監(jiān)測發(fā)動機工況并傳輸至所述控制器，所述控制器通過所述發(fā)動機工況和壓力傳感器監(jiān)測甲醇噴嘴前的壓力值，控制甲醇泵的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)甲醇量的精確控制。

甲醇裂解單元的殼體內(nèi)溫度控制在最佳反應(yīng)溫度，同時精確控制甲醇量，使得其在反應(yīng)管中可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與燃油摻混以獲得匹配發(fā)動機工況的發(fā)動機燃料。

本發(fā)明的一個實施例中，以汽油發(fā)動機為例，發(fā)動機工況、甲醇量與燃油量的比例如下：

通過試驗測試，在發(fā)動機工況為1500r/min,50Nm時，甲醇量與燃油量的比例為8.5％，對應(yīng)的當(dāng)量燃油消耗率為262.9g/kWh。對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)量油耗率較原機下降9.7％，熱效率為31.2％,熱效率較原機提高7.8％。

本發(fā)明的一個實施例中，以汽油發(fā)動機為例，發(fā)動機工況、甲醇量與燃油量的比例如下：

通過試驗測試，在發(fā)動機工況為1500r/min,60Nm時，甲醇量與燃油量的比例為7.4％，相應(yīng)的當(dāng)量燃油消耗率為252.9g/kWh。對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)量油耗率較原機下降11.9％，熱效率為32.4％,熱效率較原機提高13.7％。

本發(fā)明的另一個實施例中，以汽油發(fā)動機為例，發(fā)動機工況、甲醇量與燃油量的比例如下：

在發(fā)動機工況為1500r/min,70Nm時，甲醇量與燃油量的比例為6.3％，相應(yīng)的當(dāng)量燃油消耗率為252.4g/kWh。對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)量油耗率較原機下降7.4％，熱效率為32.5％,熱效率較原機提高8.3％。

本發(fā)明的又一個實施例中，以汽油發(fā)動機為例，發(fā)動機工況、甲醇量與燃油量的比例如下：

通過試驗測試，在發(fā)動機工況2000r/min,60Nm時，甲醇量與燃油量的比例為20％，相應(yīng)的當(dāng)量燃油消耗率為253.7g/kWh。對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)量油耗率較原機下降6.0％，熱效率為32.5％,熱效率較原機提高6.7％。

本發(fā)明的又一個實施例中，以汽油發(fā)動機為例，發(fā)動機工況、甲醇量與燃油量的比例如下：

通過試驗測試，在發(fā)動機工況2000r/min,80Nm時，甲醇量與燃油量的比例為20％，對應(yīng)的當(dāng)量燃油消耗率為243.6g/kWh。對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)量油耗率較原機下降7.3％，熱效率為34.2％,熱效率較原機提高7.1％。

本發(fā)明的另一個實施例中，以汽油發(fā)動機為例，發(fā)動機工況、甲醇量與燃油量的比例如下：

通過試驗測試，在發(fā)動機工況2000r/min,100Nm時，甲醇量與燃油量的比例為20％，相應(yīng)的當(dāng)量燃油消耗率為232.9g/kWh。對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)量油耗率較原機下降8.8％，熱效率為35.2％,熱效率較原機提高7.3％。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，實施例中給出了發(fā)動機的工況及甲醇與燃油比例效果較優(yōu)的值，但本發(fā)明中并不限于上述實施例中的值，其中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為1500～2000r/min，可以取實施例中的1500r/min或2000r/min，還可以取1600r/min、1700r/min、1800r/min或1900r/min等；發(fā)動機的扭矩為50～100Nm，實施例中取50Nm、60Nm、70Nm、80Nm或100Nm，還可以取55Nm、65Nm、75Nm、85Nm、90Nm、95Nm等；對應(yīng)甲醇和燃油比例為6.3％～20％，可以取實施例中的6.3％、7.4％、8.5％、或20％，還可以取9.5％、10.3％、11.5％、12.5％、13.5％、14.5％、15.5％、16.5％、17.5％、18.5％或19.5％等，而且，發(fā)動機工況及的甲醇與燃油比例的配比也可以在上述范圍內(nèi)進(jìn)行任意搭配，并不限于上述實施例中給出的值，具體發(fā)動機工況及的甲醇與燃油比例可以根據(jù)具體情況進(jìn)行確定。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。