CN101387247A - 发动机用醇化燃料发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多种类型发动机的醇化燃料发生器。可以安装在所有类型发动机的油路中，为发动机提供现场混合的醇化燃料。通过该设备解决了醇化燃料易吸水分层、低温冷启动困难，混兑比例小的限制，减少了变性剂的使用量，从而可以降低燃料乙醇的价格。为醇化燃料的全面推广提供了设备和技术保证。更可喜的是醇化燃料可以降低尾气中的一氧化碳，NOx、未燃HC等污染物的排放量，同时降低了烟气温度，减少了对大气的污染。另外乙醇是国际上公认的零碳排放燃料，大量使用可以大大降低总碳排放量，为节能减排提供技术和产品支持。

Description

发动机用醇化燃料发生器

一、技术领域：(清洁能源、可替代燃料)

本发明公开了一种醇化燃料发生器在发动机上的使用技术，特别是公开了一种醇化燃料现场混合设备的原理和使用效果，以及该混合设备在发动机上的使用技术。既发动机用现场混合型醇化燃料发生器，以下简称为醇化燃料发生器或醇化发生器。

二、技术背景：

中国的石油储藏量占世界石油储藏量的1.8％，而中国的石油消费量已达3亿吨，超过世界的石油消费量7.0％，而二氧化碳的排放量却达到17％，中国的石油依赖度已达到40％。提供可替代能源代替石油，建立可持续发展的能源系统，研究和推广可替代能源的使用技术，对于中国乃至世界都具有重大意义。

在各种可替代汽油的物质中，甲醇(Methanol)和乙醇(Ethanol)是最有希望的替代燃料，他们辛烷值高，调和辛烷值更高。经醇化后的醇类燃料的动力性能更接近于一般汽油。而汽车尾气中的一氧化碳排放量大幅减少，NOx、未燃HC等污染物明显低于汽油机，可以降低对大气的污染。

变性燃料乙醇和车用乙醇汽油是我国正在逐步推广的汽车用燃料。变性燃料乙醇是以玉米、小麦、薯类、甘蔗、甜菜等为原料，经发酵、蒸馏制得乙醇，脱水后加入变性剂变性后成为变性燃料乙醇。再将10％的变性燃料乙醇加入汽油中，从而成为车用乙醇汽油(E10)，也就是通常所说的醇化汽油，国际上通常称为汽油醇(Gasohol)。国家还为这两种产品专门制定了两项强制性标准，并开始推广执行。

但是目前醇化汽油的使用技术，是在不改变车辆供油系统和发动机控制系统的前提下，仅靠加入10％的变性乙醇料，和一定量添加剂实现醇化汽油的。由于加油站的醇化汽油是预先混合好再销售的所以称之为预先混合技术，由于是预先醇化好的，因此容易受到环境、车型、发动机的运行状态的影响而出问题。

另外，使用醇类燃料后，国家用于购买原油的外汇减少了，国家用这部分钱，补贴醇化燃料的生产企业，以及醇化燃料的销售价格。在这个环节中，国家和企业是受益了，而消费者的受益情况表现甚微，这就是目前形成的只有国家强制推广试行的市场格局，消费者没有太大的消费积极性。

还有，目前的醇化燃料基本上都是采用预先混合技术，改用醇化燃料后都会出现低温冷启动困难；供油管容易产生气阻；橡胶溶胶现象；醇化燃料易分层，严重时甚至损坏发动机。为了解决这些问题，通常需要加入大量的添加剂，但只能缓解不能彻底解决，而且也提高了醇化汽油的价格。目前国家是采用补贴的方式才能保证价格与汽油相当。另外，醇化燃料从生产到使用，中间质量控制的点比较多，稍有不甚就会出现质量问题。

三、发明内容：

1、解决技术问题：

本发明就是为了解决上述问题而专门设计的一种成套的技术设备----发动机用醇化燃料发生器。利用该设备可以解决醇化燃料预先混合技术的问题；同时也解决油箱沉积物被洗下来的问题；利用自控设备还解决了冷启动问题；解决了变性燃料甲醇或乙醇与汽油或柴油的分储问题，由于分储还解决了吸收水分和分层问题。该设备还可以调整变性甲醇、乙醇与汽油、柴油的混兑比例，更大限度的增加醇类原料的使用量，从而提高醇化燃料的经济性和可推广性。另外利用该设备在变性剂和润滑油所允许的前提下，可以极大限度的提高醇化燃料与汽柴油的混兑比例，甚至可以提供100％醇化原料供发动机使用。由于利用设备进行现场混合醇化，放宽了原料中水含量的限制，使水在醇化燃料中的影响成为次要因素。

2、技术方案：

一种专业化成套设备发动机用醇化燃料发生器，其特征在于该设备是一种在工业化醇化设备的基础上，研制和发明的可以直接应用于发动机的醇化燃料发生器。其设备主要有变性醇化燃料储存箱①、混合醇化单元②、静置缓冲单元③、过滤分离单元④、调压输出单元⑤、电路控制单元⑥、循环再生单元⑦等结构单元构成。如图-1所示虚线部分为醇化燃料发生器原理示意图。

其中变性醇化燃料储存箱①是用以存放变性醇化燃料甲醇或乙醇的容器，变性醇化燃料通过加注口加入容器中；容器可以是箱、罐、桶等等，器皿可以是任何几何形状的，金属、塑料、玻璃等材料，最好是坚固、耐用、抗腐蚀材料制成。如汽油油箱，变性醇化燃料可以是变性燃料乙醇等等。

其中混合醇化单元②为变性醇化燃料与汽柴燃料进行混合醇化的场所和设施。其设备表现可以是强制搅拌混合、电磁搅拌混合、超声波强制混合、静态混合器混合、高速剪切混合等等。其最小混合粒径小于0.5微米。

其中静置缓冲单元③为混合后的醇化燃料进行静置分层及颗粒物沉淀的设备，是混合时产生气体的溢出分离场所，也是各回路压力平衡的场所和设备。其设备表现可以是箱、罐、桶等坚固、耐用、抗腐蚀材料。

其中过滤分离单元④为静置处理后的醇化燃料大小颗粒分离单元，分离后大颗粒液体返回静置缓冲单元③；小颗粒的物质可以穿过滤网进入发动机燃烧。通过控制滤芯的孔径可以控制输出液体的粒径，如控制液体粒径小于0.5微米，对于0.5微米以下的水就有利于保证它的汽化或微爆燃，从而达到增大汽化减少燃烧积碳的目的。其设备表现可以是过滤器、滤过器、分离过滤器等等。其材料表现可以是纸质滤芯、布制滤芯、化纤滤芯等等。

其中调压输出单元⑤为保证醇化燃料正常供应的设施。有些发动机尤其是大功率发动机，发动机的输出功率随油压变化而同等变化，通过该压力调节器和油泵功率同步调节，同时调节输出油压的高低，从而满足油压变化发动机的要求。其设备表现可以是压力调节器、压力调节阀、分压调节设备等等。其材料表现可以是钢质电控、塑料电控、铝制压控等等。

其中电路控制单元⑥是保证系统正常运转的自控设施。可以实现对温度、液位、开关信号的处理；并能实现对油路进行电控切换的功能；对油泵进行启停控制的功能；对相关状态信息进行显示的功能。其设备表现可以是电力控制箱、电路控制器、自动控制仪器等等。电路控制方式可以是模拟电路控制、数字化电路控制、单片机控制、计算机控制或PLC控制。

其中循环再生单元⑦是将静置缓冲单元③的大颗粒物体由底层抽出并回送至混合醇化单元②，进行再生混合醇化。可独立进行强制再生混合醇化，也可与新的醇化原料一起进行强制再生混合醇化。其作用可以将底层液体或分层后的水份或均相差异较大的液体进行再生处理，以解决燃料分层或水份混入等储运和储存过程中出现的问题。

如前所述的发动机用醇化燃料发生器，连同变性醇化燃料储存箱一起，改造安装在原来的油路中。油料和醇料可以通过加油口和加醇口，分别加入到油料箱和醇料箱中。油箱出油管安装到醇化发生器的进油管(1)上，醇箱出醇管安装到醇化发生器的进醇管(2)上，醇化燃料输出管(3)与发动机的进油管连接，醇化燃料回油管(4)与发动机的回油管连接如图-2。在此同时对原来的油路控制器和呼吸线路进行相应的改动，从而完成发动机油路的醇化燃料适应性改造工作。

如前所述的醇化发生器以原理方式进行模拟使用情况描述如下：转动启动按钮汽油箱的油泵A开始工作，同时变性醇料储存箱①的醇泵B也开始工作，油料和醇料按一定比例进入混合醇化单元②进行高强度的混合醇化，以保证混合后液体的最小粒径在0.5微米以下。醇化后的燃料进入静置缓冲单元③进行动态静置分层，大颗粒液体沉降后，经再生泵C和再生混合线路返回混合醇化单元②进行再生混合。小颗粒液体经醇化燃料供出泵C输送至过滤分离单元④，粒径大于过滤器网目数的液体被分离并返回静置缓冲单元③，小于滤网目数的液体通过过滤器，经过调压输出单元⑤压力协调之后，进到共轨喷油器入口，在持续压力的作用下经喷油嘴喷入汽缸内进行燃烧作功。多余的醇化汽油燃料经过回油管回送至缓冲罐。详见示意图-3。

过滤单元④的过滤网，在发动机维修保养时进行更换。静置缓冲单元③罐中长期存留的液体肯定是不能醇化的液体，在发动机进行维修保养时由排空阀(6)手动排除。为保持各通道之间的压力平衡，在静置缓冲单元③的顶部安装有压力平衡呼吸管(5)与外部连通，从而保持静置缓冲单元③与大气压力保持一致。各油泵分别由电路控制单元⑥控制启停。电路控制单元⑥还通过控制各回路的限流阀来控制汽柴燃料和醇料的混合比例，因此混合比例可以根据需要自由调节，从而满足不同机器、不同燃料、不同经济性、不同使用条件的要求。

3、技术效果：

将本发明中的醇化燃料发生器安装至汽油或柴油机车辆、汽油或柴油机发电机、汽油或柴油机船舶以及其它汽油或柴油机动力设备中使用后，可以达到如下效果：

①由于使用醇化汽油或柴油，可以大大降低动力设备尾气中的一氧化碳，NOx、未燃HC等污染物的排量，大幅降低尾气排放温度，降低动力设备对大气的污染。柴油发动机尤为明显。

②由于醇化发生器的引入可以实现燃料和醇料是分开加注存储，这样就为醇料和燃料的独立储运和独立销售创造了技术和设备条件，尤其为变性醇化燃料的长期储存创造了条件。

③自控系统根据发动机的温度状态控制燃料供给，低温时使用未醇化的汽油或柴油，待温度上来之后切换到醇化汽油或柴油，这样就避免了醇化汽柴油低温冷启动时存在的问题。

④由于静置缓冲单元设计了底层液体再生循环管路，解决了醇化燃料长时间放置分层，外来游离的水滴进入等问题。外来的水滴在经过多次的循环再生以后，可以完全溶解在醇化燃料中。

⑤由于增加了调压输出设备，对于发动机的输出功率随油压变化这类的发动机来说，当发动机功率变化时，通过该压力调节器和油泵电功率同步输出器，可同时调节输出油压的高低，从而满足油压变化类发动机的要求。

⑥在冷启动的时候发动机以汽柴油进行暖机待温，此时再生循环系统高效运作，即使静置缓冲罐里存在水和分层问题，循环再生系统也会将其均匀打散，最终形成均相液体，这就保证了温度回升后发动机使用醇化燃料前，燃料是均匀的一种相态。

⑦由于采用了过滤分离技术，保证了醇化燃料的输出粒径可以一直减少到极限0.1微米，为醇化燃料的高效汽化，减少积碳提供了有效的质量保证。对于柴油来说水一多就很容易出现大颗粒，增加了分离过滤设备后大颗粒只能循环再生，保证了供出燃料的稳定性和可用性。

⑧该醇化发生器还可以提高变性燃料甲醇或乙醇与汽柴油的混兑比例，大大增加变性醇料的使用量，一般建议汽油从25％～85％；而柴油考虑其润滑性能问题建议从15％～50％，极限状态下都可以完全100％使用变性醇料。

⑨由于采用了再生循环技术，可以将醇化燃料的水含量提高，从目前的试验情况来看，可以直接使用95％的工业乙醇原料；甚至最高含水可到20％，完全不用使用无水乙醇，这样就为乙醇的生产降低了成本和能耗。

⑩由于是现场混合可以大大减少变性剂的使用量，从而降低燃料乙醇的价格。因此使用变性醇化燃料，尤其是大量使用可以给消费者和国家带来巨大的经济效益。

该设备使用以后，还将改变液体燃料的使用结构，进而推动醇化燃料的生产和配送结构，为消费者提供更多的选择机会。能源问题不仅仅是中国的问题，也是全世界的问题，绿色环保清洁能源的生产将很好解决能源、农业、环境、就业等一系列问题。

四、附图说明：

图-1醇化燃料发生器原理示意图。

图-2醇化燃料发生器原则构成图。

图-3醇化燃料发生器可实施结构示意图

五、具体实施例：

下面结合附图对本发明实施例做进一步的说明。

一种发动机用醇化燃料发生器，其特征在于该发生器设备连同变性燃料储存箱(变性醇料箱)，可以安装到发动机供油系统的油路中，并对油路和控制部分进行适当的改动以后，可以为各类发动机提供醇化燃料。以变性燃料乙醇和汽油发动机为实施例做如下说明。

如前所述的醇化发生器连同变性燃料储存箱①(另外一个油箱用以装载变性燃料乙醇)，固定到汽车的后备箱内，并将油路系统及其控制系统进行适当的改装，使其符合醇化燃料供油。如燃料汽油箱的出油管连接到燃料入口(1)上；醇化燃料箱①的出油管连接到醇料入口(2)上。醇化汽油输出管(3)与发动机的进油管连接，醇化汽油回油管(4)与原发动机的回油管连接。此时的电力供应和控制线路也做了相应的改造，各油泵分别由电路控制单元⑥控制启停。电路控制单元⑥还通过限流阀来控制汽油和醇料的混合比例。待一切调试测试检验完成后，就完成了醇化汽油发生器的车辆改造，此种车可以称之为醇化汽油发动机汽车。此改装工作可以在专业改装厂内完成。

醇化燃料车的使用与普通车辆并无不同，转动启动按钮汽油箱的油泵开始工作，同时变性燃料乙醇箱①的醇泵A也开始工作，油料和醇料按固定比例进入混合器②进行高强度的混合醇化。醇化后的燃料进入缓冲罐③进行动态静置分层，大颗粒液体沉降后，经再生泵C与再生混合线路返回混合器②进行再生混合。小颗粒液体经醇化燃料供出泵D输送至过滤分离单元④，粒径大于过滤器网目数的被送回缓冲罐③，小于滤网目数的液体通过过滤器，经过调压输出单元⑤压力协调之后，进到共轨喷油器入口，在持续压力的作用下经喷油嘴喷入汽缸内进行燃烧作功。多余的醇化汽油燃料经过回油管回送至缓冲罐。详见示意图-3。此过程由控制器自动完成，车辆使用者并无感觉。

当发动机功率增大时，燃料供出泵D的供电功率增大，油泵输出油压增高，此时压力调节器对输出的燃料进行均变稳压输出，从而保证了发动机的输出功率随油压变化而同等稳定变化。当发动机功率下降时，燃料供出泵D的供电功率减小，油泵输出油压减小，此时压力调节器对输出的燃料再进行均变稳压输出，从而保证了发动机的输出功率随油压变化而同等稳定变化。由于可以稳定调节输出油压的高低，从而满足油压变化类发动机的要求。

醇化汽油车的加油与普通车辆有所不同，两个油箱两个加油口会有不同颜色和形状识别，用以方便一般人进行识别。首先选择将汽油加入汽油箱中，然后再将变性燃料乙醇加入醇箱。两者不能加错，也不能混加。加油站的加注人员必须经过专门的培训，并获得上岗证，燃料加注时注意严格区分标识分别加入对应的燃料。付款时的票据上也严格标明汽油和乙醇的价格、加入量、燃油税等便于让使用者了解燃料使用情况。

其他说明，本发明专利由于采用了部分汽车改装技术；因此必须对产品生产、汽车改装、产品测试和质量验收等工作进行技术性和专业性的认证和许可，以保证最终的车辆安全。

理解说明，本实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围；实施例中未注明具体条件的方法或设备，通常应按照常规条件或通用设备进行理解；如汽车行业技术手册、燃料工业技术要求等公开出版物所记载的或提供的条件，或按照设备具体制造厂商所提供的条件要求。

Claims (15)

1.一种专业化成套设备发动机用醇化燃料发生器，其特征在于该设备是根据工业化醇化燃料生产设备的原理和基础，经过对发动机类的设施研究后发明的，可以直接安装和应用于发动机的醇化燃料发生器。

2.其特征在于安装了醇化燃料发生器的发动机，可以分别加入石油燃料和变性醇化原料，并通过醇化发生器将石油燃料和醇化原料，按一定的比例混合醇化后形成醇化石油燃料，醇化石油燃料经过油管、喷油嘴进入发动机燃烧做功。

3.其名称取向在于安装了醇化发生器的发动机称之为醇化燃料发动机，可简称为醇化发动机；安装了醇化发生器的汽油机车辆称之为醇化燃料汽油机车或简称醇化汽油车、醇化汽车；安装了醇化发生器的柴油机车辆称之为醇化燃料柴油机车或简称为醇化柴油车；依次类推有醇化摩托、醇化船舶、醇化飞机等等。

4.其理论设备如图-1主要有变性醇化燃料储存箱①、混合醇化单元②、静置缓冲单元③、过滤分离单元④、调压输出单元⑤、电路控制单元⑥、再生循环单元⑦等基本结构单元构成。

5.权利要求书4.中的基本结构单元，是按照可实施方案优化设计的结果。对于这些结构单元，如果减少任何一个单元结构，可以认为是该发生器的简化版；如果增加一个或若干个辅助设备或增加几个用处不关键的单元结构，都可以被认为是该设备的扩展版，但并不一定具有优化性能。其各单元的名称是按主体设备可实施类设施的名称来进行称谓的。如混合醇化单元②是按混合器的类别名称以及工艺在此醇化的特性进行称谓的。

6.序号4.中变性醇化燃料储存箱①是用以存放变性醇化燃料甲醇或乙醇的容器，变性醇化燃料通过加注口加入容器中；容器可以是箱、罐、桶等器皿可以是任何几何形状的，金属、塑料、玻璃等材料，最好是坚固、耐用、抗腐蚀材料制成。如汽油油箱等等。

7.序号4.中混合醇化单元②是将醇类燃料与石油燃料进行强制混合器的设备，混合后液体的最小粒径可以到0.5微米以下；具体的设备表现可以是机械强制搅拌混合、电磁搅拌混合、超声波强制混合、静态混合器混合、高速剪切混合等等。

8.序号4.中静置缓冲单元③为混合后的醇化燃料进行静置分层及颗粒物沉淀的设备，也是各回路压力平衡的场所和设备。其设备表现可以是箱、罐、桶等坚固、耐用、抗腐蚀材料。

9.序号4.中过滤分离单元④为控制醇化燃料输出液体颗粒大小的分离单元，分离后大颗粒液体返回静置缓冲单元③；小颗粒的物质可以穿过滤网进入发动机燃烧。控制滤芯的孔径可以控制输出液体的粒径，如控制液体粒径小于0.5微米，对于0.5微米以下的微粒水，有利于形成微爆燃，从而达到增大汽化减少燃烧积碳的目的。其设备表现可以是过滤器、滤过器、分离过滤器等等。其材料表现可以是纸质滤芯、布制滤芯、化纤滤芯等等。

10.序号4.中调压输出单元⑤为保证醇化燃料正常供应的设施。有些发动机尤其是大功率发动机，发动机的输出功率随油压变化而同等变化，通过该压力调节器和油泵功率同步调节，同时调节输出油压的高低，从而满足油压变化发动机的要求。其设备表现可以是压力调节器、压力调节阀、分压调节设备等等。其材料表现可以是钢质电控、塑料电控、铝制压控等等。

11.序号4.中电路控制单元⑥是保证系统正常运转的自控设施。可以实现对温度、液位、开关信号的处理；并能实现对油路进行电控切换的功能；对油泵进行启停控制的功能；对相关状态信息进行显示的功能。其设备表现可以是电力控制箱、电路控制器、自动控制仪器等等。电路控制方式可以是模拟电路控制、数字化电路控制、单片机控制、计算机控制或PLC控制。

12.序号4.中再生循环单元⑦是将静置缓冲单元③底层的液体抽出并回送至混合醇化单元②，进行再生混合醇化。其作用可以将底层的大颗粒液体或分层后的水份或均相差异较大的液体进行再生处理，以解决燃料分层或水份混入等储运和储存过程中出现的问题。

13.由于采用了再生循环技术，该醇化发生器还可以提高变性燃料甲醇或乙醇与汽柴油的混兑比例，大大增加变性醇料的使用量，一般建议汽油从25％～85％；而柴油兼顾润滑问题建议从15％～50％，但极限状态下都可以100％使用变性醇料。

14.该醇化燃料发生器不仅仅可以应用于汽油发动机和柴油发动机，还可以应用于几乎所有类型的发动机，如火车内燃机、轮船发动机、坦克车甚至飞机发动机等等。发动机的类型还包括四冲程、两冲程、球型、旋转、涡轮、涡扇、冲压等等。

15.该醇化燃料发生器同样可以适用于多种液体燃料，如液体化石类燃料汽油、柴油、航煤、燃料油等等。还可以选用其他液体燃料形式，如生物汽油、生物柴油、杂合油等等。

说明，本权利要求书中的条款仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围；在以上条款中未注明具体条件的方法或设备，通常应按照常规条件或通用设备进行理解；如汽车行业技术手册、燃料工业技术要求、单片机自动控制技术要求等公开出版物所记载的或提供的条件，或按照设备具体制造厂商所提供的条件要求来选择参数或安装、检测和使用。

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