CN206617249U - 燃料改质天然气发动机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种燃料改质天然气发动机，包括气缸、曲轴箱、空气进气系统、燃料供给系统和发动机后处理系统；增压器的废气出口与空气进口之间连接有EGR管路，EGR管路上设有EGR阀和燃料改质器，燃料改质器的进气口还通过管道分别与喷射阀、曲轴箱的排气口相连接，连接燃料改质器与曲轴箱的管道上设有油气分离器。在燃料改质器内，甲烷与水发生化学反应生成的氢气，利用氢气燃烧速度快的特点，提高天然气的燃烧速度，提高天然气发动机的热效率，大幅度提高天然气发动机的经济性和降低天然气发动机的热负荷。

Description

燃料改质天然气发动机
技术领域
本实用新型涉及天然气发动机技术领域，具体的说，涉及一种燃料改质天然气发动机。
背景技术
目前，现有的天然气发动机存在以下缺点：
1、气缸内的天然气燃烧速度慢，导致天然气发动机热效率低，只能达到35％左右。
2、天然气燃烧产生的火焰前锋传播速度慢，导致天然气燃烧时间长，向天然气发动机的缸壁、缸盖等零部件传热量多，提高了天然气发动机的热负荷。
3、为使天然气发动机达到欧六或更高的排放标准，天然气发动机需采用当量燃烧+三元催化器的技术路线，但是这进一步提高了天然气发动机的热负荷，降低了燃料经济性。
4、为降低天然气发动机的热负荷，采用当量燃烧路线的天然气发动机多采用废气再循环技术，但是由于废气中含有一定量的水分，为降低水蒸气对增压器涡轮的损害，需要采用高压EGR方案(涡轮前取气送至压气机后)，高压EGR方案中空气、天然气和再循环废气在混合器中混合，混合不均匀，混合效果差。
为解决天然气燃烧速度慢的问题，有的厂家往天然气中掺氢，利用氢气燃烧速度快的特点，来提高天然气的燃烧速度，提高天然气发动机的热效率，但是由于氢气制取成本高，存储不易，限制了天然气发动机的推广使用。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种燃料改质天然气发动机，该天然气发动机利用排气热量，在催化剂作用下，使部分甲烷与水蒸气反应生成氢气，氢气进入气缸中，利用氢气燃烧速度快的特点，提高天然气发动机热效率。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
燃料改质天然气发动机包括：气缸、曲轴箱、空气进气系统、燃料供给系统和发动机后处理系统；所述空气进气系统包括通过管道顺次连接的空滤器、增压器、中冷器、节气门和混合器，所述混合器的出气口与所述气缸的进气门相连接；所述燃料供给系统包括通过管道顺次连接的气瓶、切断阀、滤清器、调压阀和喷射阀，所述喷射阀与所述混合器的燃气进口相连接；所述发动机后处理系统包括顺次设置在增压器的废气排放管道上的前氧传感器、三元催化器和后氧传感器，所述前氧传感器位于所述三元催化器与所述增压器之间；所述中冷器的出气口与所述增压器的废气排放管道之间设有废气控制阀；所述增压器的废气出口与空气进口之间连接有EGR管路，所述EGR管路上设有EGR阀和燃料改质器，所述燃料改质器的进气口还通过管道分别与所述喷射阀、所述曲轴箱的排气口相连接，连接所述燃料改质器与所述曲轴箱的管道上设有油气分离器。
采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：
由于增压器的废气出口与空气进口之间连接有EGR管路，EGR管路上设有EGR阀和燃料改质器，燃料改质器的进气口还通过管道分别与喷射阀、曲轴箱的排气口相连接，连接燃料改质器与曲轴箱的管道上设有油气分离器；来自喷射阀的天然气、曲轴箱废气和再循环废气在燃料改质器中，在高温环境中和催化剂作用下，甲烷与水反应生成二氧化碳和氢气，氢气进入气缸中燃烧，能够提高天然气的燃烧速度，降低天然气的燃烧时间，提高天然气发动机的热效率，大幅度提高天然气发动机的经济性。
附图说明
图1是本实用新型燃料改质天然气发动机的结构示意图；
图中：1-空滤器；2-增压器；3-中冷器；4-节气门；5-混合器；6-点火装置；7-EGR阀；8-燃料改质器；9-前氧传感器；10-三元催化器；11-后氧传感器；12-油气分离器；13-废气控制阀；14-气瓶；15-切断阀；16-滤清器；17-调压阀；18-喷射阀；19-曲轴箱；20-气缸。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，且不用于限定本实用新型。
如图1所示，一种燃料改质天然气发动机，包括：气缸20、点火装置6、曲轴箱19、空气进气系统、燃料供给系统和发动机后处理系统；
空气进气系统包括通过管道顺次连接的空滤器1、增压器2、中冷器3、节气门4和混合器5，混合器5的出气口与气缸20的进气门相连接；
燃料供给系统包括通过管道顺次连接的气瓶14、切断阀15、滤清器16、调压阀17和喷射阀18，喷射阀18与混合器5的燃气进口相连接；
发动机后处理系统包括顺次设置在增压器2的废气排放管道上的前氧传感器9、三元催化器10和后氧传感器11，前氧传感器9设于三元催化器10和增压器2之间；
增压器2的废气出口与空气进口之间连接有EGR管路，EGR管路上顺次连接有EGR阀7和燃料改质器8，燃料改质器8的进气口还通过管道与喷射阀18、曲轴箱19的排气口相连接，连接燃料改质器8的进气口与曲轴箱19的管道上设有油气分离器12。
天然气发动机工作时，空气依次通过空滤器1、增压器2、中冷器3和节气门4，由混合器5的空气进口进入混合器5中，气瓶14中的天然气依次通过切断阀15、滤清器16、调压阀17和喷射阀18，由混合器5的燃气进口进入混合器5中，天然气发动机排放的尾气依次通过增压器2的涡轮端、EGR阀7、燃料改质器8、增压器2的压气端、中冷器3和节气门4，由混合器5的空气进口进入混合器5中，在混合器5中，空气、天然气、曲轴箱废气和再循环废气混合均匀，生成的混合气进入到气缸20中燃烧做功。燃烧产生的废气除一部分再循环进入气缸20中，其余废气由三元催化器10处理后排入大气中。
其中，在燃料改质器8内，再循环废气、曲轴箱废气和天然气在再循环废气产生的高温环境中，在催化剂作用下产生如下化学反应：
CH4+2H2O＝CO2+4H2
生成的氢气随再循环废气进入混合器5中，故混合器5生成的混合气中也包含氢气，氢气也进入到气缸20中燃烧做功。由于氢气燃烧速度快，从而提高了天然气的燃烧速度，降低了天然气的燃烧时间，降低了天然气发动机的热负荷，提高了天然气发动机的热效率，大幅度提高天然气发动机的经济性。
制氢反应过程中消耗掉废气中的水蒸气，解决天然气发动机燃烧产物中水分过多的问题，也减少了水蒸气对增压器叶轮的损害，因此可以采用低压EGR系统，即EGR阀7和与增压器2的废气排放管道相连接，燃料改质器8的出气口和与增压器2的空气进口相连接的管道连接，空气、天然气、曲轴箱废气、氢气和再循环废气进入增压器2之前已经混合，使得从混合器5的出气口流出的混合气混合更加均匀；当天然气发动机转速恒定时，可将喷射阀18喷射的天然气全部喷入燃料改质器8中，以获得混合度更佳的混合气。
制氢反应过程中吸收了废气中的热量，不仅能够降低再循环废气的温度，而且有效利用了天然气发动机的排气热量。
其中，喷入燃料改质器8中的燃气量由喷射阀18控制，喷射阀18喷射的总燃气量由前氧传感器9闭合控制，发动机ECU根据工况需要调节喷射阀18喷向燃料改质器8和混合器5的燃气量，EGR阀7控制天然气发动机的EGR率。
中冷器3的出气口与增压器2的废气出口之间设有废气控制阀13，废气控制阀13用于控制增压器2中的涡轮的增压力，进而调节天然气发动机的空气进气量。
以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.燃料改质天然气发动机，包括：气缸、曲轴箱、空气进气系统、燃料供给系统和发动机后处理系统；
所述空气进气系统包括通过管道顺次连接的空滤器、增压器、中冷器、节气门和混合器，所述混合器的出气口与所述气缸的进气门相连接；
所述燃料供给系统包括通过管道顺次连接的气瓶、切断阀、滤清器、调压阀和喷射阀，所述喷射阀与所述混合器的燃气进口相连接；
所述发动机后处理系统包括顺次设置在增压器的废气排放管道上的前氧传感器、三元催化器和后氧传感器，所述前氧传感器位于所述三元催化器与所述增压器之间；
所述中冷器的出气口与所述增压器的废气排放管道之间设有废气控制阀；
其特征在于：
所述增压器的废气出口与空气进口之间连接有EGR管路，所述EGR管路上设有EGR阀和燃料改质器，所述燃料改质器的进气口还通过管道分别与所述喷射阀、所述曲轴箱的排气口相连接，连接所述燃料改质器与所述曲轴箱的管道上设有油气分离器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109028070A (zh) * 2018-05-24 2018-12-18 陕西志清宇泰环保设备有限公司 一种垃圾燃烧炉烟气无害化处理方法

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