乙醇与氢气混合燃料动力系统及制备方法

摘要

乙醇与氢气混合燃料动力系统及制备方法。目前动力系统为汽油、柴油发动机，热效率只能达到20‑45%，且尾气余热排放到大气中，未被有效利用，造成能量浪费。本发明其组成包括：甲醇制氢装置（14），所述的甲醇制氢装置连接在发动机（4）的排气管（8）上，所述的甲醇制氢装置的壳体内分别安装有热电偶（12）、电加热器（13），所述的排气管具有排气支管（7），所述的排气支管内安装有高温电磁阀（9），所述的发动机上方分别安装有乙醇喷嘴总成（5）、氢气喷嘴总成（6），所述的乙醇喷嘴总成分别与乙醇泵（2）、控制系统（3）连接，所述的氢气喷嘴总成分别与所述的甲醇制氢装置、所述的控制系统连接。本发明用于乙醇与氢气混合燃料动力系统。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种乙醇与氢气混合燃料动力系统及制备方法。

背景技术：

随着社会经济的发展，汽车保有量逐年增加，汽车能源消耗在世界能源消耗中占比也越来越高，能源供需矛盾日益突出，并造成了严重的环境污染问题，节能减排成为各个国家关注的主题。因此，发展新型能源清洁燃料动力系统，对缓解世界能源危机、减轻环境污染具有重要意义。乙醇与氢气燃料来源广泛，并且具有可再生性，燃烧产物清洁无污染，排放水平高，且两种燃料辛烷值高，抗爆性强，发动机设计可采用更高的压缩比，提高发动机功率扭矩和热效率；

发动机动力系统燃烧产生的能量只有约三分之一被有效利用，其余能量以热量形式散发到空气中，造成能源浪费，因此如果可以将这部分能量有效利用，将可以节约更多能源；

现有技术具有如下缺点：

目前国内动力系统基本为汽油、柴油发动机，热效率只能达到20-45%，且尾气余热基本排放到大气中，未被有效利用，造成能量浪费；汽油、柴油发动机燃烧尾气中含有碳氢化合物、硫化物与氮氧化物等有害物质，造成环境污染；汽油发动机燃料辛烷值较低，抗爆性差，压缩比基本在8-10左右，燃料特性限制了发动机功率扭矩和热效率的提升；汽油燃料着火范围相对较窄，稀薄燃烧条件较难达到，不利于提高发动机排放水平以及降低燃油消耗率；乙醇燃料汽化潜热值比较高，所以乙醇单燃料发动机冷起动困难，冬季寒冷地区应用受限。

发明内容：

本发明的目的是提供一种乙醇与氢气混合燃料动力系统及制备方法，该结构利用发动机尾气余热采用甲醇制氢装置产生氢气，氢气和乙醇与空气的混合气一同在发动机气缸内燃烧，燃烧效果好，有效利用余热，极大地提高了动力系统的热效率。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种乙醇与氢气混合燃料动力系统，其组成包括：甲醇制氢装置，所述的甲醇制氢装置连接在发动机的排气管上，所述的甲醇制氢装置的壳体内分别安装有热电偶、电加热器，所述的排气管具有排气支管，所述的排气支管内安装有高温电磁阀，所述的发动机上方分别安装有乙醇喷嘴总成、氢气喷嘴总成，所述的乙醇喷嘴总成分别与乙醇泵、控制系统连接，所述的氢气喷嘴总成分别与所述的甲醇制氢装置、所述的控制系统连接。

所述的乙醇与氢气混合燃料动力系统，所述的控制系统分别与所述的电加热器、所述的热电偶、甲醇变量泵、氢气压力传感器连接，所述的甲醇变量泵与甲醇箱连接，所述的乙醇泵与乙醇箱连接。

一种乙醇与氢气混合燃料动力系统及制备方法，该方法包括如下步骤：

首先发动机是一款乙醇和氢气双燃料点燃式电喷发动机，其中乙醇储存在乙醇箱中，通过乙醇泵，控制系统通过控制各个乙醇喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽来精准控制参与燃烧的乙醇量；

氢气通过甲醇制氢装置制取，所述的控制系统通过控制各个氢气喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽来精准控制参与燃烧的氢气量；

所述的甲醇制氢装置工作温度在100-600℃范围内，甲醇在甲醇制氢装置内催化剂的作用下发生化学反应，主要产物为氢气，热电偶实时监测装置温度，反馈到控制系统中，如果温度过高，控制系统通过控制高温电磁阀开启，部分发动机尾气从排气支管排出，降低重整制氢装置温度并保持装置最佳工作温度范围；如果温度未达到工作范围，控制系统控制高温电磁阀关闭，同时启动电加热器，提高重整制氢装置温度并保持最佳工作温度范围；

甲醇储存在甲醇箱内，控制系统根据发动机工况判断乙醇和氢气燃料比例，控制甲醇变量泵，所述的甲醇变量泵调节甲醇供给流量来控制产生氢气量，再通过控制氢气喷嘴精准控制喷射到发动机内的氢气量，氢气供给管路中氢气压力传感器监测管路压力，反馈到控制系统，调整供给甲醇和氢气量；

所述的控制系统内包含一套乙醇和氢气混烧的标定数据，通过发动机各工况数据反馈到控制系统，控制系统输出信号调节乙醇供给量，氢气供给量，制氢原料甲醇供给量，控制辅助元件保持制氢装置温度。

本发明的有益效果：

1.本发明是一种乙醇与氢气混合燃料动力系统，主要是利用发动机尾气余热采用甲醇制氢装置制备氢气，氢气和乙醇与空气的混合气一同在发动机气缸燃烧，燃烧效果好，有效的利用了发动机尾气余热，极大地提高了动力系统的热效率。

2.本发明采用的乙醇与氢气燃料辛烷值相对汽油较高，抗爆性好，比较适合应用于点燃式发动机，可以提高发动机设计压缩比，进而提高发动机功率扭矩，提高发动机热效率。

3.本发明的乙醇燃料中混入氢气燃烧，氢气点火能量低、火焰传播速度快的特点可改善乙醇低温燃烧特性。

4.本发明的乙醇与氢气可燃范围很广，相对于汽油机，乙醇与氢气双燃料发动机可以在更稀薄的混合气工况下运行，有利于提高发动机排放水平以及降低燃料消耗率。

5.本发明的乙醇和氢气燃料燃烧产物基本为二氧化碳和水，发动机排放水平高，该动力系统的氢气来源于甲醇制氢装置，该装置利用发动机尾气热量使甲醇在催化剂作用下反应产生氢气，参与发动机燃烧，有效利用发动机余热，提高了能量利用率，制氢原料甲醇来源广泛，成本低，属于清洁新型能源，反应产物无污染。

6.本发明的甲醇制氢装置利用发动机尾气的热量，提供甲醇制氢反应能量，提高了能量利用率，乙醇和氢气双燃料动力系统的整体热效率极大地提高。

7.本发明的乙醇加氢气双燃料动力系统，乙醇燃料中加入氢气不但解决了乙醇单燃料发动机冷起动问题，还可以实现缸内稀薄燃烧，改善发动机缸内燃烧质量，提高发动机的排放水平，同时甲醇制氢装置有效地利用了发动机余热，提高了该动力系统的能量利用率。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

其中：1.乙醇箱，2.乙醇泵， 3.控制系统，4.发动机，5.乙醇喷嘴总成，6.氢气喷嘴总成，7.排气支管，8.排气管，9.高温电磁阀，10.甲醇箱，11.甲醇变量泵，12.热电偶，13.电加热器，14.甲醇制氢装置，15.氢气压力传感器。

具体实施方式：

实施例1：

一种乙醇与氢气混合燃料动力系统，其组成包括：甲醇制氢装置14，所述的甲醇制氢装置连接在发动机4的排气管8上，所述的甲醇制氢装置的壳体内分别安装有热电偶12、电加热器13，所述的排气管具有排气支管7，所述的排气支管内安装有高温电磁阀9，所述的发动机上方分别安装有乙醇喷嘴总成5、氢气喷嘴总成6，所述的乙醇喷嘴总成分别与乙醇泵2、控制系统3连接，所述的氢气喷嘴总成分别与所述的甲醇制氢装置、所述的控制系统连接。

实施例2：

根据实施例1所述的乙醇与氢气混合燃料动力系统，所述的控制系统分别与所述的电加热器、所述的热电偶、甲醇变量泵11、氢气压力传感器15连接，所述的甲醇变量泵与甲醇箱10连接，所述的乙醇泵与乙醇箱1连接。

实施例3：

根据实施例1-2所述的乙醇与氢气混合燃料动力系统的制备方法，该方法包括如下步骤：

首先发动机是一款乙醇和氢气双燃料点燃式电喷发动机，其中乙醇储存在乙醇箱中，通过乙醇泵，控制系统通过控制各个乙醇喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽来精准控制参与燃烧的乙醇量；

氢气通过甲醇制氢装置制取，所述的控制系统通过控制各个氢气喷嘴的喷射时刻和喷射脉宽来精准控制参与燃烧的氢气量；

所述的甲醇制氢装置工作温度在1000-600℃范围内，甲醇在甲醇制氢装置内催化剂的作用下发生化学反应，主要产物为氢气，热电偶实时监测装置温度，反馈到控制系统中，如果温度过高，控制系统通过控制高温电磁阀开启，部分发动机尾气从排气支管排出，降低制氢装置温度并保持装置最佳工作温度范围；如果温度未达到工作范围，控制系统控制高温电磁阀关闭，同时启动电加热器，提高制氢装置温度并保持最佳工作温度范围；

甲醇储存在甲醇箱内，控制系统根据发动机工况判断乙醇和氢气燃料比例，控制甲醇变量泵，所述的甲醇变量泵保证供制氢原料甲醇压力恒定，调节甲醇供给流量来控制产生氢气量，再通过控制氢气喷嘴精准控制喷射到发动机内的氢气量，氢气供给管路中氢气压力传感器监测管路压力，反馈到控制系统，调整供给甲醇和氢气量；

所述的控制系统内包含一套乙醇和氢气混烧的标定数据，通过发动机各工况数据反馈到控制系统，控制系统输出信号调节乙醇供给量，氢气供给量，制氢原料甲醇供给量，控制辅助元件保持制氢装置温度。