CN111219245A - 一种甲醇燃料发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于新能源汽车技术领域的甲醇燃料发动机，所述的甲醇燃料发动机的发动机本体(1)的氢气喷嘴(3)与储氢罐(4)连通，甲醇水溶液箱(7)与甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)连通，发动机本体(1)的排气管与余热回收装置(5)连通，余热回收装置(5)与甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)连通，储氢罐(4)与甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)连通，本发明的甲醇燃料发动机，结构简单，利用发动机工作时的发动机尾气，实现甲醇水溶液在线制氢，将制备的氢气作为燃料供应发动机工作，发动机启动时，不再存在发动机冷启动困难问题，同时提高发动机热效率，实现清洁燃烧。

Description

一种甲醇燃料发动机
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，更具体地说，是涉及一种甲醇燃料发动机。
背景技术
当前，甲醇发动机是系能源汽车领域的研发热点。汽车制造企业纷纷推出甲醇汽车。甲醇汽车具有节能减排的优点，并且在经济性方面也具有优势。甲醇为可再生的资源，使汽车的能源不再单纯的依赖化石燃料。但是，甲醇汽车有一个缺点：冷启动困难。究其原因为以下几点：甲醇的热值比汽油低，燃烧时需要更多的甲醇蒸汽；甲醇的汽化潜热高，蒸发时需要更多的热量；甲醇的燃点要比汽油高；甲醇燃烧的空燃比要比汽油的空燃比高，所以完全燃烧时需要更高蒸汽压；甲醇是一种单组分燃料，沸点是固定的。不像汽油一样包含易挥发性成分，故与汽油相比冷启动更加困难；在甲醇液体没有完全挥发的情况下，由于其导电性，可能导致火花塞短路，不利于点火。
目前，为了解决冷启动的问题，甲醇发动机采用两套燃料供给系统：汽油与甲醇系统。发动机工作时，汽油供油系统只在低温冷启动条件下工作，等发动机温度上升后，甲醇燃料供给系统工作。目前的技术方案的缺点：此技术方案拥有两套燃料供给系统，造成发动机成本显著增加；因为甲醇的辛烷值要远高于汽油的辛烷值，所以甲醇发动机应该有比汽油发动机更高的压缩比。但是考虑到此发动机需要汽油做冷启动，所以在使用甲醇燃料的过程中，发动机压缩比并不高，不利于进一步提高发动机的热效率；并没有完全利用甲醇可以重整的优势进一步提高燃料的热值，并且同时解决甲醇燃料冷启动的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，能够利用发动机工作时的发动机尾气，实现甲醇水溶液在线制氢，将制备的氢气作为燃料供应发动机工作，发动机启动时，不再存在发动机冷启动困难问题，同时提高发动机热效率，实现清洁燃烧，燃烧产物为水，无排放污染，满足环保要求的甲醇燃料发动机。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明为一种甲醇燃料发动机，所述的甲醇燃料发动机包括发动机本体、制氢部件，所述的发动机本体的进气管位置设置氢气喷嘴，氢气喷嘴与储氢罐连通，制氢部件包括余热回收装置、甲醇水蒸气重整制氢反应器，甲醇水溶液箱与甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体连通，所述的发动机本体的排气管与余热回收装置连通，余热回收装置与甲醇水蒸气重整制氢反应器的加热腔体连通，储氢罐与甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体连通，甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体内设置制氧催化剂。
所述的甲醇燃料发动机的制氢部件的甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体与压缩机连通，压缩机与储氢罐连通。
所述的甲醇燃料发动机的储氢罐与减压器连通，减压器与过滤器连通，过滤器与氢气喷嘴连通。
所述的制氢部件的甲醇水蒸气重整制氢反应器的加热腔体设置进气口和排气口，加热腔体的进气口与余热回收装置连通。
所述的甲醇燃料发动机的制氢部件还包括重整辅助装置，重整辅助装置内设置甲醇泵，甲醇水溶液箱与重整辅助装置内的甲醇泵连通，甲醇泵同时与制氢部件的甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体连通。
所述的余热回收装置输送到制氢部件的甲醇水蒸气重整制氢反应器的加热腔体内的尾气的温度控制在250℃-800℃范围之间。
所述的储氢罐内存储的氢气的压力在1000Kp-70000Kp范围之间。
所述的氢气喷嘴喷射氢气进入发动机进气管时，氢气喷嘴喷射的氢气的压力控制在300Kp-800Kp范围之间。
所述的过滤器设置为能够过滤混合气体中的二氧化碳的结构。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明所述的甲醇燃料发动机，对发动机工作时的燃料配备方案进行改进。发动机工作时，将发动机排出的部分尾气引入制氢部件的余热回收装置，余热回收装置对尾气温度进行调整，使得此后通过甲醇水蒸气重整制氢反应器的加热腔体的尾气的温度满足甲醇与制氢催化剂的反应温度条件。与此同时，甲醇水溶液箱输送甲醇水溶液到甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体内，甲醇水溶液在余热回收装置的高温作用下被汽化，形成CH30H与H2O的混合气体，而后，上述混合气体与甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体内的制氢催化剂发生反应，在制氢催化剂的作用下，吸收热量转化为CO2与H2的混合气体(具体化学反应方程式如下：CH3OH+H2O＝CO2+3H2)。制备的CO2与H2的混合气体被输送到储氢罐中存储。这样，可靠完成氢气的在线制备。储氢罐中储存的氢气，一方面，在发动机启动时，储气罐通过氢气喷嘴喷射氢气，以氢气作为发动机启动的燃料，因为氢气在低温下很容易点燃，容易启动，所以发动机启动时不会存在冷启动困难问题。另一方面，发动起启动后，发动机正常工作，以氢气作为燃料，供应到发动机，实现清洁燃烧，燃烧产物为水，无排放污染。本发明所述的甲醇燃料发动机，结构简单，能够利用发动机工作时的发动机尾气，实现甲醇水溶液在线制氢，将制备的氢气作为燃料供应发动机工作，发动机启动时，不再存在发动机冷启动困难问题，同时提高发动机热效率，实现清洁燃烧，燃烧产物为水，无排放污染，满足环保要求。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明所述的甲醇燃料发动机的结构示意图；
附图标记：1、发动机本体；2、制氢部件；3、氢气喷嘴；4、储氢罐；5、余热回收装置；6、甲醇水蒸气重整制氢反应器；7、甲醇水溶液箱；8、压缩机；9、减压器；10、过滤器；11、重整辅助装置；12、甲醇泵。
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通关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1所示，本发明为一种甲醇燃料发动机，所述的甲醇燃料发动机包括发动机本体1、制氢部件2，所述的发动机本体1的进气管位置设置氢气喷嘴3，氢气喷嘴3与储氢罐4连通，制氢部件2包括余热回收装置5、甲醇水蒸气重整制氢反应器6，甲醇水溶液箱7与甲醇水蒸气重整制氢反应器6的制氢腔体连通，所述的发动机本体1的排气管与余热回收装置5连通，余热回收装置5与甲醇水蒸气重整制氢反应器6的加热腔体连通，储氢罐4与甲醇水蒸气重整制氢反应器6的制氢腔体连通，甲醇水蒸气重整制氢反应器6的制氢腔体内设置制氧催化剂。上述结构，对发动机工作时的燃料配备方案进行改进。发动机工作时，将发动机排出的部分尾气引入制氢部件的余热回收装置，余热回收装置对尾气温度进行调整，使得此后通过甲醇水蒸气重整制氢反应器的加热腔体的尾气的温度满足甲醇与制氢催化剂的反应温度条件。与此同时，甲醇水溶液箱输送甲醇水溶液到甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体内，甲醇水溶液在余热回收装置的高温作用下被汽化，形成CH30H与H2O的混合气体，而后，上述混合气体与甲醇水蒸气重整制氢反应器6的制氢腔体内的制氢催化剂发生反应，在制氢催化剂的作用下，吸收热量转化为CO2与H2的混合气体(具体化学反应方程式如下：CH3OH+H2O＝CO2+3H2)。制备的CO2与H2的混合气体被输送到储氢罐中存储。这样，可靠完成氢气的在线制备。储氢罐中储存的氢气，一方面，在发动机启动时，储气罐通过氢气喷嘴3喷射氢气，以氢气作为发动机启动的燃料，因为氢气在低温下很容易点燃，容易启动，所以发动机启动时不会存在冷启动困难问题。另一方面，发动起启动后，发动机正常工作，以氢气作为燃料，供应到发动机，实现清洁燃烧，燃烧产物为水，无排放污染。本发明所述的甲醇燃料发动机，结构简单，能够利用发动机工作时的发动机尾气，实现甲醇水溶液在线制氢，将制备的氢气作为燃料供应发动机工作，发动机启动时，不再存在发动机冷启动困难问题，同时提高发动机热效率，实现清洁燃烧，燃烧产物为水，无排放污染，满足环保要求。
所述的甲醇燃料发动机的制氢部件2的甲醇水蒸气重整制氢反应器6的制氢腔体与压缩机8连通，压缩机8与储氢罐4连通。上述结构，甲醇水蒸气重整制氢反应器6制备的氢气，先通过压缩机压缩处理，而后进入储氢罐进行储存，使得氢气能够以符合储氢罐要求的压力进入储氢罐。这样，储氢罐储存的氢气，一方面，供应发动机工作时的燃料供应，另一方面，氢气储备，用作发动机冷启动燃料。
所述的甲醇燃料发动机的储氢罐4与减压器9连通，减压器9与过滤器10连通，过滤器10与氢气喷嘴3连通。上述结构，储氢罐中的重整气体(实际上是二氧化碳和氢气的混合气体)通过减压器9减压，以满足氢气喷嘴3的喷射压力需求，再通过过滤器过滤掉二氧化碳，然后氢气通过氢气喷嘴喷射进入进气气管的进气道中。经过氢气喷嘴喷射进入进气歧管中，随着进气冲程进入燃烧室中，参与工作。
所述的制氢部件2的甲醇水蒸气重整制氢反应器6的加热腔体设置进气口和排气口，加热腔体的进气口与余热回收装置5连通。上述结构，余热回收装置输送经过甲醇水蒸气重整制氢反应器6的加热腔体的尾气，在加热腔体释放热量后，尾气从加热腔体的排气口排出。
所述的甲醇燃料发动机的制氢部件2还包括重整辅助装置11，重整辅助装置11内设置甲醇泵12，甲醇水溶液箱7与重整辅助装置11内的甲醇泵12连通，甲醇泵12同时与制氢部件2的甲醇水蒸气重整制氢反应器6的制氢腔体连通。上述结构，通过重整辅助装置，甲醇泵泵送甲醇水溶液进入甲醇水蒸气重整制氢反应器6的制氢腔体，参与制氢。甲醇水蒸气重整制氢反应器6制备的氢气供应发动机。
所述的余热回收装置5输送到制氢部件2的甲醇水蒸气重整制氢反应器6的加热腔体内的尾气的温度控制在300℃-800℃范围之间。上述结构，使得进行氢气制备时，满足甲醇水溶液与制氢催化剂反应的温度条件，提高制氢效率。重整辅助装置11内设置甲醇泵12，则使得进入甲醇水蒸气重整制氢反应器6的制氢腔体的甲醇水溶液的压力满足甲醇水溶液与制氢催化剂反应的压力条件，提高制氢效率。
所述的储氢罐4内存储的氢气的压力在1000Kp-70000Kp范围之间。上述结构，储氢罐4用于存储氢气，而在氢气从充满到使用过程中，压力处于变化状态。所述的氢气喷嘴3喷射氢气进入发动机进气管时，氢气喷嘴3喷射的氢气的压力控制在300Kp-800Kp范围之间。上述结构，通过氢气喷嘴3喷射的氢气的压力的控制，提高制氢效率。
所述的过滤器10设置为能够过滤混合气体中的二氧化碳的结构。上述结构，使得氢气喷嘴3喷射到缸体的氢气满足工作要求。
本发明所述的甲醇燃料发动机，对发动机工作时的燃料配备方案进行改进。发动机工作时，将发动机排出的部分尾气引入制氢部件的余热回收装置，余热回收装置对尾气温度进行调整，使得此后通过甲醇水蒸气重整制氢反应器的加热腔体的尾气的温度满足甲醇与制氢催化剂的反应温度条件。与此同时，甲醇水溶液箱输送甲醇水溶液到甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体内，甲醇水溶液在余热回收装置的高温作用下被汽化，形成CH30H与H2O的混合气体，而后，上述混合气体与甲醇水蒸气重整制氢反应器的制氢腔体内的制氢催化剂发生反应，在制氢催化剂的作用下，吸收热量转化为CO2与H2的混合气体(具体化学反应方程式如下：CH3OH+H2O＝CO2+3H2)。制备的CO2与H2的混合气体被输送到储氢罐中存储。这样，可靠完成氢气的在线制备。储氢罐中储存的氢气，一方面，在发动机启动时，储气罐通过氢气喷嘴喷射氢气，以氢气作为发动机启动的燃料，因为氢气在低温下很容易点燃，容易启动，所以发动机启动时不会存在冷启动困难问题。另一方面，发动起启动后，发动机正常工作，以氢气作为燃料，供应到发动机，实现清洁燃烧，燃烧产物为水，无排放污染。本发明所述的甲醇燃料发动机，结构简单，能够利用发动机工作时的发动机尾气，实现甲醇水溶液在线制氢，将制备的氢气作为燃料供应发动机工作，发动机启动时，不再存在发动机冷启动困难问题，同时提高发动机热效率，实现清洁燃烧，燃烧产物为水，无排放污染，满足环保要求。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的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他场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的甲醇燃料发动机包括发动机本体(1)、制氢部件(2)，所述的发动机本体(1)的进气管位置设置氢气喷嘴(3)，氢气喷嘴(3)与储氢罐(4)连通，制氢部件(2)包括余热回收装置(5)、甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)，甲醇水溶液箱(7)与甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)的制氢腔体连通，所述的发动机本体(1)的排气管与余热回收装置(5)连通，余热回收装置(5)与甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)的加热腔体连通，储氢罐(4)与甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)的制氢腔体连通，甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)的制氢腔体内设置制氧催化剂。
2.根据权利要求1所述的甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的甲醇燃料发动机的制氢部件(2)的甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)的制氢腔体与压缩机(8)连通，压缩机(8)与储氢罐(4)连通。
3.根据权利要求1或2所述的甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的甲醇燃料发动机的储氢罐(4)与减压器(9)连通，减压器(9)与过滤器(10)连通，过滤器(10)与氢气喷嘴(3)连通。
4.根据权利要求1或2所述的甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的制氢部件(2)的甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)的加热腔体设置进气口和排气口，加热腔体的进气口与余热回收装置(5)连通。
5.根据权利要求1或2所述的甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的甲醇燃料发动机的制氢部件(2)还包括重整辅助装置(11)，重整辅助装置(11)内设置甲醇泵(12)，甲醇水溶液箱(7)与重整辅助装置(11)内的甲醇泵(12)连通，甲醇泵(12)同时与制氢部件(2)的甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)的制氢腔体连通。
6.根据权利要求1或2所述的甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的余热回收装置(5)输送到制氢部件(2)的甲醇水蒸气重整制氢反应器(6)的加热腔体内的尾气的温度控制在150℃-350℃范围之间。
7.根据权利要求1或2所述的甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的储氢罐(4)内存储的氢气的压力在1000Kp-70000Kp范围之间。
8.根据权利要求1或2所述的甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的氢气喷嘴(3)喷射氢气进入发动机进气管时，氢气喷嘴(3)喷射的氢气的压力控制在300Kp-800Kp范围之间。
9.根据权利要求3所述的甲醇燃料发动机，其特征在于：所述的过滤器(10)设置为能够过滤混合气体中的二氧化碳的结构。
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