CN101270708A - 车用甲醇裂解气装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于车辆动力系统的技术领域，涉及内燃机燃料供应技术。本发明公开了一种车用甲醇裂解气装置，设在发动机的排气管路上，即所述的裂解气装置外壳是排气管路的一部分，在裂解气装置外壳的两端设前排气管和后排气管，发动机气缸排出的高温气体，通过前排气管进入裂解气装置外壳，从后排气管排出。采用上述技术方案，反应后热值更高，动力性保持在较高水平，提高汽车排放性能和燃油经济性，满足整车行驶动力要求。该结构简单，使用方便，解决了用可再生能源替代石油燃料的问题，更有利于缓解石油能源紧张局面；更为清洁和环保。其控制方法合理，工作状态的转换灵活。
Description
技术领域
本发明属于车辆动力系统的技术领域，涉及内燃机燃料供应技术，更具体地说，本发明涉及一种车用甲醇裂解气装置。另外，本发明还涉及该装置所采用的控制方法。
背景技术
甲醇作为一种替代燃料具有很好的发展前景，因为其具有可再生性、清洁环保等特点。纯甲醇的燃烧特点已为人们所熟悉。但是将其直接用于整车发动机上，目前还存在冷启动困难等问题。而甲醇经裂解后，生成一氧化碳和氢气，可以在发动机内实现快速燃烧，在中低负荷条件下热效率有相当大的改善；并且回收排气废热，使能量得到充分运用。用于整车上的甲醇裂解装置，使其裂解成为一氧化碳和氢气，动力性能够满足，经济性和排放更佳。但是，这需要一套复杂的加热和裂解装置，如何在整车上设置该装置、如何对甲醇燃料进行裂解等问题尚没有很好的解决方案，因此这类装置在整车上仍然没有得到成功实施。
中国专利号为CN88221260.5的专利技术文献公开了一种“甲醇裂解燃烧装置”的专利技术，其主要发明构思与技术方案是：
该装置是将甲醇裂解为一氧化碳和氢气的甲醇裂解燃烧装置，利用发动机排气管的余热使甲醇汽化，汽化后的甲醇在排气歧管灼热废气和催化剂的作用下使甲醇气体裂解为CO和H2气体，排出的CO和H2受进气歧管内负压的作用，不断从气体发生器内排出，使裂解反应能继续不断进行，从而形成甲醇燃烧系统，供发动机使用。这种燃烧装置可提高压缩比，扩大稀薄界线，提高了经济性，同时环境污染的状况也得到了改善。
但是，上述技术方案所提出的排气管路对甲醇进行加热的技术方案，其结构为“缠绕在排气管上的加热管”，只是在排气管的管外对甲醇进行加热，不能充分和有效地利用废气热量。并且该专利没有解决好汽油燃料与甲醇燃料的切换问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个问题是：提供一种车用甲醇裂解气装置，其目的是更充分和有效地利用发动机排气热量，对甲醇及催化剂同时加热，更好地对甲醇进行裂解，实现甲醇燃料替代传统燃料。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种车用甲醇裂解气装置，包括裂解气装置外壳、传热结构、催化装置，用于将甲醇裂解为一氧化碳和氢气，所述的甲醇裂解气装置设在发动机的排气管路上，即所述的裂解气装置外壳是排气管路的一部分，在裂解气装置外壳的两端设前排气管和后排气管，发动机气缸排出的高温气体，通过前排气管进入裂解气装置外壳，从后排气管排出。
为使本发明更加完善，还进一步提出了以下更为详尽和具体的技术方案，以获得最佳的实用效果，更好地实现发明目的，并提高本发明的新颖性和创造性：
所述的甲醇裂解气装置的甲醇流动的管路设在所述的裂解气装置外壳内，其结构为：在裂解气装置外壳上设后排气管的一端，设甲醇喷嘴，通过裂解气装置外壳内的预热管，与催化器外筒连通，在催化器外筒上设裂解气出气管，所述的裂解气出气管从裂解气装置外壳上设前排气管的一端，通到裂解气装置外壳，并连接到发动机的燃料喷射系统。
所述的预热管的外表面上，设有多片具有良好导热性能的传热片。
在所述的裂解气装置外壳上设前排气管的一端，设温度传感器接头，在所述的温度传感器接头上设温度传感器，并与发动机电子控制单元通过信号线路连接。
所述的甲醇喷嘴上，还设有中间管并通过冷却喷嘴回油管与甲醇燃料箱相通。
本发明所要解决的第二个问题是：提供以上所述的车用甲醇裂解气装置所采用的控制方法，其发明目的与上述技术方案是相同的。
该方法的技术方案如下：
在发动机启动时，首先进入汽油燃料工作状态，利用汽油进入发动机气缸燃烧，使发动机排气管温度升高；
当发动机排气管温度上升到设定温度，发动机电子控制单元通过温度传感器检测到发动机排气管达到该设定温度的信号，并发出燃料切换指令，进入甲醇燃料工作状态；
甲醇油泵开始供应甲醇，甲醇通过甲醇喷嘴喷入预热管；
甲醇在预热管内温度升高、汽化，进入催化器外筒的内部；
在催化器外筒内部的催化剂的作用下，甲醇发生裂解，转变为一氧化碳和氢气；
一氧化碳和氢气通过裂解气出气管导向发动机的燃料喷射系统。
本发明采用上述技术方案，用甲醇作为替代燃料，并利用发动机排气的热量与催化剂共同作用使其裂解为一氧化碳和氢气，反应后热值更高，动力性保持在较高水平，提高燃油经济性，满足整车行驶动力要求。该结构简单，使用方便，解决了用可再生的甲醇燃料替代石油燃料的问题，有利于缓解石油能源紧张局面；同时降低了排放，减少了对环境的污染。其控制方法合理，工作状态的转换灵活。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明所涉及的裂解气装置的内部结构示意图；
图2为图1所表达的裂解气装置的外形结构示意图；
图3为本发明所涉及的控制方法的过程框图。
图中标记为：1、后排气管，2、裂解气装置外壳，3、前排气管，4、温度传感器接头，5、裂解气出气管，6、催化器外筒，7、催化器内挡板，8、密封垫，9、催化器堵盖，10、催化器盖板，11、预热管，12、甲醇喷嘴支座，13、中间管，14、螺母，15、螺栓，16、压板，17、支架，18、醇轨，19、甲醇喷嘴，20、冷却喷嘴回油管，21、传热片。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1、图2所表达的本发明的结构，为一种车用甲醇裂解气装置，包括裂解气装置外壳2、传热结构、催化装置，用于将甲醇裂解为一氧化碳和氢气，所述的甲醇裂解气装置设在发动机的排气管路上。发动机的排气管路内、由发动机气缸排出的高温废气的热量，通过传热结构传递给甲醇，使其温度升高并汽化，进而在催化剂的作用下发生裂解。
发动机的控制系统为发动机电子控制单元(ECU)，通过多个传感器，获取发动机运行及车辆状态的技术参数，对这些参数进行分析、判断，并对发动机发出调整、修正运行参数的指令。
为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现更充分和有效地利用发动机排气热量对甲醇及催化剂同时加热、进而更好地对甲醇进行裂解，使甲醇燃料替代传统燃料的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1和图2所示，本发明所提供的这种车用甲醇裂解气装置，其裂解气装置外壳2是排气管路的一部分，在裂解气装置外壳2的两端设前排气管3和后排气管1，发动机气缸排出的高温气体，通过前排气管3进入裂解气装置外壳2，从后排气管1排出。
上述技术方案利用发动机排气废热，把裂解装置设置在排气管道内，有效提高了传热效率，使甲醇的温高迅速上升，在催化剂的作用下，将甲醇裂解为一氧化碳和氢气，用输气管把裂解气导入发动机进气管，实现整车燃用一氧化碳和氢气。反应后热值更高，动力性保持在较高水平，提高汽车排放性能和燃油经济性，满足整车行驶动力要求。
上述技术方案的另一个重要特点是：甲醇在裂解气装置内流动的方向与发动机废气在排气管内流动的方向相反，这就有一个很大的好处，即甲醇在预热管11的温度逐步升高，到达催化器时温度达到最高，更易于甲醇的裂解反应。
为使更清楚和详细地介绍本发明的实施方式，下面通过所推荐的若干实施例，对本发明进行具体的描述：
实施例一：
通过本实施例，确定了甲醇在排气管内的流动方向，使甲醇与发动机废气排放的方向相反，其裂解的效果最佳。
如图1和图2所示，所述的甲醇裂解气装置的甲醇流动的管路设在所述的裂解气装置外壳2内，其结构为：在裂解气装置外壳2上设后排气管1的一端，设甲醇喷嘴19，通过裂解气装置外壳2内的预热管11，与催化器外筒6连通，在催化器外筒6上设裂解气出气管5，所述的裂解气出气管5从裂解气装置外壳2上设前排气管3的一端，通到裂解气装置外壳2，并连接到发动机的燃料喷射系统。
甲醇喷嘴19通过甲醇喷嘴支座12固定在裂解气装置外壳2上。甲醇通过醇轨18进入甲醇喷嘴19。而醇轨18又与甲醇油泵相连接，甲醇油泵从甲醇油箱中将甲醇泵出。醇轨18通过支架17固定在排气管上。用压板16将醇轨18压在支架17上，压板16是通过螺栓15和螺母14固定在支架17上的。
甲醇喷嘴19喷出的甲醇进入预热管11，在甲醇向前流动的过程中，预热管11的温度越来越高。
甲醇喷嘴19和预热管11可以设为两组，以增加甲醇的供给量。
催化器外筒6是在靠近前排气管3的位置，其温度更高。催化器外筒6内设置催化器内挡板7，上面设有许多密布的细小的孔，催化剂置于此处，阻止其从裂解气出气管5流出。
催化器外筒6与排气管外部相通，便于放置或更换催化剂。催化器外筒6露出排气管的部分，设置催化器盖板10。设置催化器盖板10的目的是用来安装催化器堵盖9，催化器堵盖9是可以拆卸的，用于更换催化剂。它与催化器盖板10之间用密封垫8进行密封。
实施例二：
所述的预热管11的外表面上，设有多片具有良好导热性能的传热片21。
通过本实施例，提高预热管的传热效果。传热片21采用焊接或其它工艺与预热管11连接成为一体。
实施例三：
在所述的裂解气装置外壳2上设前排气管3的一端，设温度传感器接头4，在所述的温度传感器接头4上设温度传感器，并与发动机电子控制单元通过信号线路连接。
通过温度传感器传送信号及发动机ECU的控制指令，系统可以方便、灵活地切换工作状态的模式，按设定的条件，使发动机从汽油工作状态转换为甲醇燃料工作状态。
实施例四：
所述的甲醇喷嘴19上，还设有中间管13并通过冷却喷嘴回油管20与甲醇燃料箱相通。
甲醇喷油器由于处在高温状态，采用中间管13，利用甲醇回流冷却。喷油器高温状态采用甲醇回流冷却，结构简单合理。
本发明所要解决的第二个问题是，提供以上所述的车用甲醇裂解气装置所采用的控制方法，其目的与上述技术方案是相同的。
如图3所示，该方法的技术方案如下：
在发动机启动时，首先进入汽油燃料工作状态，利用汽油进入发动机气缸燃烧，使发动机排气管温度升高；
当发动机排气管温度上升到设定温度，发动机电子控制单元通过温度传感器4检测到发动机排气管达到该设定温度的信号，并发出燃料切换指令，进入甲醇燃料工作状态；
甲醇油泵开始供应甲醇，甲醇通过甲醇喷嘴19喷入预热管11；
甲醇在预热管11内温度升高、汽化，进入催化器外筒6的内部；
在催化器外筒6内部的催化剂的作用下，甲醇发生裂解，转变为一氧化碳和氢气；
一氧化碳和氢气通过裂解气出气管5导向发动机的燃料喷射系统。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1、一种车用甲醇裂解气装置，包括裂解气装置外壳(2)、传热结构、催化装置，将甲醇裂解为一氧化碳和氢气，所述的甲醇裂解气装置设在发动机的排气管路上，其特征在于：所述的裂解气装置外壳(2)是排气管路的一部分，在裂解气装置外壳(2)的两端设前排气管(3)和后排气管(1)，发动机气缸排出的高温气体，通过前排气管(3)进入裂解气装置外壳(2)，从后排气管(1)排出。
2、按照权利要求1所述的车用甲醇裂解气装置，其特征在于：所述的甲醇裂解气装置的甲醇流动的管路设在所述的裂解气装置外壳(2)内，其结构为：在裂解气装置外壳(2)上设后排气管(1)的一端，设甲醇喷嘴(19)，通过裂解气装置外壳(2)内的预热管(11)，与催化器外筒(6)连通，在催化器外筒(6)上设裂解气出气管(5)，所述的裂解气出气管(5)从裂解气装置外壳(2)上设前排气管(3)的一端，通到裂解气装置外壳(2)，并连接到发动机的燃料喷射系统。
3、按照权利要求2所述的车用甲醇裂解气装置，其特征在于：所述的预热管(11)的外表面上，设有多片具有良好导热性能的传热片(21)。
4、按照权利要求2或3所述的车用甲醇裂解气装置，其特征在于：在所述的裂解气装置外壳(2)上设前排气管(3)的一端，设温度传感器接头(4)，在所述的温度传感器接头(4)上设温度传感器，并与发动机电子控制单元通过信号线路连接。
5、按照权利要求3所述的车用甲醇裂解气装置，其特征在于：所述的甲醇喷嘴(19)上，还设有中间管(13)并通过冷却喷嘴回油管(20)与甲醇燃料箱相通。
6、按照权利要求4所述的车用甲醇裂解气装置所采用的控制方法，其特征在于：
在发动机启动时，首先进入汽油燃料工作状态，利用汽油进入发动机气缸燃烧，使发动机排气管温度升高；
当发动机排气管温度上升到设定温度，发动机电子控制单元通过温度传感器(4)检测到发动机排气管达到该设定温度的信号，并发出燃料切换指令，进入甲醇燃料工作状态；
甲醇油泵开始供应甲醇，甲醇通过甲醇喷嘴(19)喷入预热管(11)；
甲醇在预热管(11)内温度升高、汽化，进入催化器外筒(6)的内部；
在催化器外筒(6)内部的催化剂的作用下，甲醇发生裂解，转变为一氧化碳和氢气；
一氧化碳和氢气通过裂解气出气管(5)导向发动机的燃料喷射系统。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
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Open date: 20080924 |