CN115306603B - 燃料低温重整装置及其重整气控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种燃料低温重整装置及其重整气控制方法，所述装置包括供油子系统、发动机、外置重整器、传感子系统及控制子系统；所述外置重整器设置在发动机外部，所述外置重整器具有两个进气口和一个排气口，所述排气口连接重整器排气道的一端，所述重整器排气道的另一端连通发动机进气管；两个进气口分别用于喷入初始燃料和发动机废气，利用废气余热使发动机废气中氧气与初始燃料重整后形成重整气；进入所述外置重整器内部的所述发动机废气的流量由废气控制阀控制；所述控制子系统根据获得的发动机温度和压力值，调控所述废气控制阀，调节进入外置重整器的废气，从而调节重整气活性。
Description
技术领域
本发明属于内燃机燃烧优化领域，具体涉及一种燃料低温重整装置及其重整气控制方法。
背景技术
目前内燃机依旧在交通运输中占有绝对主导地位，然而随着近些年环境保护意识增强，传统内燃机的燃烧模式显然已经满足不了能源以及环境的要求。近些年，燃料重整这一新型燃烧方式逐渐应用在内燃机上，并且提高了发动机的热效率，降低了排放。本发明利用发动机废气的热量与过量空气，并与燃料重整相结合，采用外置重整器对燃料进行无催化剂的低温热重整，并根据发动机实时燃烧情况调整重整器废气进气比例，旨在进一步提高发动机热效率及降低排放。
发明内容
本发明的目的在于综合利用发动机的废气，提出一种基于外置重整器的燃料低温重整装置及其重整气控制方法。所述燃料低温重整装置采用发动机废气直接与燃料进行混合，通过控制发动机废气进入外置重整器的进气量，达到控制重整器活性的目的。
一种燃料低温重整装置，包括供油子系统、发动机、外置重整器、传感子系统及控制子系统；
所述供油子系统包括依次连接的油箱、燃料泵和喷嘴；所述外置重整器设置在发动机外部，所述外置重整器具有两个进气口和一个排气口，
所述排气口连接重整器排气道的一端，所述重整器排气道的另一端连通发动机进气管，用于将重整气与发动机进气管内空气预混后进入主燃烧室内；
两个进气口分别用于喷入初始燃料和发动机废气，利用废气余热使发动机废气中氧气与初始燃料重整后形成重整气，且废气中的水蒸汽加速重整反应；
进入所述外置重整器内部的所述发动机废气的流量由废气控制阀控制；
所述传感子系统包括设置在发动机缸盖上的温度传感器和压力传感器，用于测量发动机缸盖的温度和压力并发送至控制子系统；
所述控制子系统用于根据传感子系统获得的发动机温度和压力值，调控所述废气控制阀，调节进入外置重整器的废气，从而调节重整气活性。
进一步的，所述外置重整器的第一进气口连通所述喷嘴，用于向所述外置重整器喷入燃料，第二进气口连接发动机排气道，用于将发动机排出的至少部分废气喷入所述外置重整器；所述废气控制阀设置在所述发动机排气道上，所述废气控制阀为三通控制阀，两个端部分别连接所述发动机排气道，另一端部连接废气支管；
所述燃料低温重整装置的重整回路走向：
所述燃料泵将燃料从油箱中吸出，通过喷嘴喷入外置重整器中；同时，发动机废气经发动机排气道排出后经过废气控制阀调控，一部分进入外置重整器，另一部分经废气支管排放；在所述外置重整器中，燃料吸收废气余热，与废气中的剩余空气发生反应，进行重整。重整气经所述重整器排气道后进入发动机进气道，随空气进入发动机主燃烧室，与发动机喷油器喷出的燃油进行混合燃烧。
利用所述燃料低温重整装置的重整气控制方法包括：
设置在发动机缸盖上的温度传感器压力传感器分别检测发动机温度和压力；
设置2个重整室温度限度，温度限度从低向高排序分别是第一温度限度和第二温度限度；
当发动机温度低于预设的重整室第二温度限度，且发动机压力小于预设的8MPa时，此时发动机缸内燃烧不充分，所述控制子系统控制所述废气控制阀将5％的废气送入所述外置重整器3，其余通过废气支管排放；
当发动机温度高于预设的重整室第一温度限度，低于第二温度限度时，且发动机压力大于8MPa，小于20MPa时，此时发动机缸内正常工作，所述控制子系统控制所述废气控制阀将6-14％的废气送入所述外置重整器，其余通过废气支管排放；
当发动机温度高于预设的重整室第二温度限度，且发动机压力高于预设的20MPa时，此时发动机缸内燃烧剧烈；所述控制子系统控制所述废气控制阀将15％的废气送入所述外置重整器，其余通过废气支管排放。
进一步的，所述重整室第一温度限度为500K，所述重整室第二温度限度为1800K。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明基于外置重整器，直接利用废气中的热量进行重整，减少了换热器的使用，优化了换热；
2.本发明对发动机的废气利用更加充分，利用废气中的氧气对燃料进行重整，提高了废气的利用率；
3.本发明对于重整过程采用反馈调节，通过接收发动机的温度和压力值，控制发动机燃烧情况，控制进入重整器的废气量，以此调整重整气的活性，对发动机缸内燃烧的调控更加灵活；
4.本发明不涉及昂贵设备，所用材料皆较为便宜，总体造价低，适用性较广。
附图说明
图1是本发明所述的燃料低温重整装置的结构剖视图；
图2为燃料低温重整装置的根据缸温和缸压的废气控制示意图。其中，
1：燃料泵 2：喷嘴 3：重整器
41：重整器排气道 42：发动机排气道 5：发动机进气道
6：发动机 7：废气控制阀 8：废气支管
9：喷油器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述，所描述的具体的实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，一种燃料低温重整装置，包括供油子系统、发动机6、耦合废气的外置重整器3、传感子系统及控制子系统。
所述供油子系统包括依次连接的油箱、燃料泵1和喷嘴2；所述外置重整器3设置在发动机6外部，所述外置重整器3具有两个进气口和一个排气口，所述排气口连接重整器排气道41的一端，所述重整器排气道41的另一端连通发动机进气管5，用于将重整气与发动机进气管内空气预混后进入主燃烧室内；第一进气口连通所述喷嘴2，用于向所述外置重整器3喷入燃料，第二进气口连接发动机排气道42，用于将发动机排出的至少部分废气喷入所述外置重整器3中与所述喷嘴2喷入的燃料在其中掺混并重整，其中燃料主要与废气中空气中的氧气进行重整，废气中的水蒸气含有较大的热量，主要用于加速重整反应。重整后的混合物经过重整器排气道41进入到发动机进气管中。且所述发动机排气道42上还设置有废气控制阀7，所述废气控制阀7为三通控制阀，两个端部分别连接所述发动机排气道42，另一端部连接废气支管8，用于根据需要调控发动机排气道42中的废气流向所述外置重整器3的流量。
所述传感子系统包括设置在发动机缸盖上的温度传感器和压力传感器，用于测量发动机缸盖的温度和压力并发送至控制子系统。
所述控制子系统用于根据传感子系统获得的发动机温度和压力值，调控所述废气控制阀7，调节进入外置重整器3的废气，从而调节重整气活性。
所述燃料低温重整装置的重整回路走向(阀门全开)：
所述燃料泵1将燃料从油箱中吸出，通过喷嘴2喷入外置重整器3中；同时，发动机废气经发动机排气道42排出后经过废气控制阀7调控，一部分进入外置重整器3，另一部分经废气支管8排放。在所述外置重整器3中，燃料吸收废气余热，与废气中的剩余空气发生反应，进行重整。重整气经所述重整器排气道41后进入发动机进气道5，随空气进入发动机主燃烧室，与发动机喷油器9喷出的燃油进行混合燃烧。
如图2所示，具体的重整气控制方法如下：
设置在发动机缸盖上的温度传感器和压力传感器分别检测发动机温度和压力；
设置2个重整室温度限度，温度限度从低向高排序分别是第一温度限度500K和第二温度限度1800K；
在发动机启动阶段，所述外置重整器中没有废气，燃料经过所述外置重整器3中直接流入发动机进气道5中；
当发动机温度低于预设的重整室第一温度限度500K，且发动机压力小于预设的8MPa时，此时发动机缸内燃烧不充分，所述控制子系统控制所述废气控制阀7将5％的废气送入所述外置重整器3，其余通过废气支管8排放。此时所述外置重整器3内废气含量较小，氧气较少，燃料重整程度低，活性高，促进缸内燃烧更加充分，优化燃烧。
当发动机温度高于预设的重整室第一温度限度500K，低于第二温度限度1800K时，且发动机压力大于8MPa，小于20MPa时，此时发动机缸内正常工作，所述控制子系统控制所述废气控制阀7将6-14％的废气送入所述外置重整器3，其余通过废气支管8排放。
当发动机温度高于预设的重整室第二温度限度1800K，且发动机压力高于预设的20MPa时，此时发动机缸内燃烧剧烈；所述控制子系统控制所述废气控制阀7将15％的废气送入所述外置重整器3，其余通过废气支管8排放。此时所述外置重整器3内废气含量大，温度高，燃料重整程度高，重整活性低，抑制燃烧，控制燃烧产物。
所述废气进气策略通过监测发动机温度和压力传感器的信号判断，一般情况下喷油量与传感器的信号是相通的，低负荷时喷油量较少，即对应温度小于500K，压力小于8MPa，减少进入重整器的废气量，减少其重整程度，提高重整气活性，使发动机内燃烧更加充分；中负荷时喷油量适中，根据传感器灵活调整重整器废气的进气量，以满足燃烧需求；高负荷时喷油量较大，此时增大进入重整器的废气量，使燃料在重整器中氧化较多部分，减少活性，进入发动机内控制缸内燃烧。
本发明根据发动机温度和压力，控制发动机废气直接进入重整器中利用废气中余热和空气以及水分对燃料参与重整，省去现有的外置重整器的换热器，在控制方法中相应的省去换热过程，本发明适用于柴油机和汽油机。
综上，本发明提出的是利用外置重整器的重整系统根据发动机实际工况条件产生不同氧化阶段的低温重整产物，并且该重整系统不外加催化剂。本发明与其他相应燃料重整技术方案的不同点在于1.外置重整器直接链接发动机废气，充分利用余热与剩余空气；2.通过控制进入重整器的废气量，得到多种重整产物，从而仅采用单一燃料实现活性与浓度分层控制的高效清洁燃烧模式，实现了燃烧反应路径的可调控制。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种燃料低温重整装置的重整气控制方法，所述重整气控制方法利用的燃料低温重整装置，包括供油子系统、发动机（6）、外置重整器（3）、传感子系统及控制子系统；
所述供油子系统包括依次连接的油箱、燃料泵（1）和喷嘴（2）；所述外置重整器（3）设置在发动机（6）外部，所述外置重整器（3）具有两个进气口和一个排气口，
所述排气口连接重整器排气道（41）的一端，所述重整器排气道（41）的另一端连通发动机进气管（5），用于将重整气与发动机进气管内空气预混后进入主燃烧室内；
两个进气口分别用于喷入初始燃料和发动机废气，利用废气余热使发动机废气中氧气与初始燃料重整后形成重整气，且废气中的水蒸汽加速重整反应；
进入所述外置重整器（3）内部的所述发动机废气的流量由废气控制阀（7）控制；
所述传感子系统包括设置在发动机缸盖上的温度传感器和压力传感器，用于测量发动机缸盖的温度和压力并发送至控制子系统；
所述控制子系统用于根据传感子系统获得的发动机温度和压力值，调控所述废气控制阀7，调节进入外置重整器（3）的废气，从而调节重整气活性；
其中，所述外置重整器（3）的第一进气口连通所述喷嘴（2），用于向所述外置重整器（3）喷入燃料，第二进气口连接发动机排气道（42），用于将发动机排出的至少部分废气喷入所述外置重整器（3）；所述废气控制阀（7）设置在所述发动机排气道（42）上，所述废气控制阀（7）为三通控制阀，两个端部分别连接所述发动机排气道（42），另一端部连接废气支管（8）；
所述燃料低温重整装置的重整回路走向：
所述燃料泵（1）将燃料从油箱中吸出，通过喷嘴（2）喷入外置重整器（3）中；同时，发动机废气经发动机排气道（42）排出后经过废气控制阀（7）调控，一部分进入外置重整器（3），另一部分经废气支管（8）排放；在所述外置重整器（3）中，燃料吸收废气余热，与废气中的剩余空气发生反应，进行重整；重整气经所述重整器排气道（41）后进入发动机进气管（5），随空气进入发动机主燃烧室，与发动机喷油器（9）喷出的燃油进行混合燃烧；
所述重整气控制方法包括：
设置在发动机缸盖上的温度传感器压力传感器分别检测发动机温度和压力；
设置2个重整室温度限度，温度限度从低向高排序分别是第一温度限度和第二温度限度；
当发动机温度低于预设的重整室第二温度限度，且发动机压力小于预设的8MPa时，此时发动机缸内燃烧不充分，所述控制子系统控制所述废气控制阀（7）将5%的废气送入所述外置重整器（3），其余通过废气支管（8）排放；
当发动机温度高于预设的重整室第一温度限度，低于第二温度限度时，且发动机压力大于8MPa，小于20MPa时，此时发动机缸内正常工作，所述控制子系统控制所述废气控制阀（7）将6-14%的废气送入所述外置重整器3，其余通过废气支管（8）排放；
当发动机温度高于预设的重整室第二温度限度，且发动机压力高于预设的20MPa时，此时发动机缸内燃烧剧烈；所述控制子系统控制所述废气控制阀（7）将15%的废气送入所述外置重整器（3），其余通过废气支管（8）排放。
2.根据权利要求1所述的重整气控制方法，其特征在于，所述重整室第一温度限度为500K，所述重整室第二温度限度为1800K。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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