[发明专利]氢醇混燃发动机燃料系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种以单一醇燃料机载随行催化裂解或重整为氢气后，并以氢气和醇作为发动机燃料的醇氢发动机的燃料系统，属发动机和能源技术领域。

背景技术

随着石油资源的不断枯竭和日夜增加的排放压力，寻找环保的替代能源早已受到世界各国的关注。氢气和生物源低碳醇(如乙醇等)已成公认的比较理想的清洁替代能源。

氢燃料作为发动机的直接能源具有能量转换效率高、动力性能好和污染非常小的突出优点。氢能将成为理想的清洁能源之一，已经成为全球性的共识。以纯氢或氢和其它能源共同使用的各种混合动力的机车已成为世界各国研究的热点。

以间接太阳能为代表的生物源乙醇，由于其燃烧不排放二氧化碳、直接燃烧的理化性质与汽油接近，生物源乙醇也是生产氢气的理想的重要原料。所以，生物源乙醇也受到了世界各国的极大重视。乙醇汽油逐渐在一些国家推广使用、将乙醇机载随行裂解为氢气的醇氢汽车及其混合动力汽车也在不同程度的研发及推广中。

但氢能广泛利用的最大障碍在于其储存与配给的困难，地面充氢的氢燃料机车(如CN1800617A公开的氢气车、宝马汽车公司已经上市的氢气-汽油混合动力汽车等)无法避免这一困难。同时，因氢气的特性所决定，系统及其控制方法复杂、制造成本高昂。

虽然乙醇的辛烷值比汽油高，但因其热值不到汽油热值的60％，加之其气化热潜高、燃烧不完全，直接燃烧乙醇汽油的醇：汽油替代比仍然高达1.3以上，是不科学的耗能燃烧方式。

将乙醇利用发动机排气废热，随车裂解或重整为氢气，并以此裂解氢气为发动机燃料的技术，较好地解决了地面充氢机车的储藏、配给和制造成本问题，同时也提高了乙醇的燃烧热效率，是节能降耗的有效途径。代表性的公开技术如CN1401890A(醇氢混燃发动机装置)、CN1951718A(一种氢电混合动力汽车)等。但二者技术上共同的不足在于1、醇随行裂解制氢系统中裂解制氢装置需要用于调控温度的排气旁路管道，系统繁复、控制方法相对复杂，系统中减少或简化设备装置、管道对于移动机车有限的空间和减少自重十分重要；2、随行裂解制氢装置只能装载颗粒催化剂不能装填整体催化剂，颗粒催化剂在行车的过程中会因剧烈的振动相互摩擦而粉末化；3、裂解器传热不均，催化剂易于老化。CN1401890A更有突出的不足还在于系统中需要两个不同形式的醇泵，结构更加繁复。

尤其要强调的是，一、无论需要地面充氢的纯氢汽车(如CN1800617A等)还是氢气混合动力汽车(如宝马公司的氢气-汽油混合动力汽车等)，为了保证与相同排量汽油或柴油汽车的动力，必须使用35～90MP以上的高压或零下273℃超低温液氢装灌，即使随车醇裂解制氢的混合动力汽车(如CN1951718A)也使用了8～12MP的高压技术，高压储氢必然加大机车的制造成本。二、混合动力技术和使用的复杂性，与其它能源的混合使用，无论是出于从汽油到纯氢气过渡的考虑，还是用以其它能源来补充氢气的动力不足(每次燃烧时，因喷入发动机气缸内的气态氢气质量不足而引起的动力下降)，都是一种无奈的选择，这种技术使得制造成本加大，同时给机车用户带来极大的不便。

发明内容

为了克服现有公知技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于机车的只需地充单一醇燃料的氢醇混燃发动机燃料系统。本发明，利用发动机排气废热将醇燃料在随行制氢装置中裂解或重整为以氢气为主，并含二氧化碳等气体的富氢混合气体，以该富氢混合气体为发动机的主要燃料，同时辅以直接燃烧适量醇燃料。氢气和醇燃料可以采用多种组合方式(尤其是氢醇同体喷射器)喷入发动机气缸内。这种燃烧方式，因氢气中含有部分二氧化碳和同时喷入了醇燃料，可以有效的防止纯氢燃料的早燃和爆燃；由于同时喷入了醇燃料，可以在较低的氢气压力下补充因氢气喷入量不足引起的发动机动力下降；因发动机气缸内的燃烧是以氢气为主醇为辅的混燃方式，氢气的低能量着火性、极快的扩散性和极高的燃烧速度，有助于醇燃料的完全燃烧。本发明的核心技术在于废热机载随行制氢装置(如本发明人申请号为200710100588.8和200710078679.6的随行制氢装置等，不需要任何外援性手段和排气的旁路管道即能自动调控温度)和实现氢醇混燃方式的多种氢醇喷入组合方式。