一种混合燃料动力系统

技术领域

本发明涉及一种混合燃料动力系统，属于动力系统设计领域。

背景技术

目前汽油或柴油资源日益短缺，环境污染严重。电动汽车续驶里程有限、蓄电池使用寿命短、蓄电池尺寸和质量制约、价格昂贵、间接污染严重。

随着对能源危机、环境恶化等诸多问题的重视,同时考虑到汽油机在短时间内仍不可被大范围替代的社会背景,这迫使人们不断寻求新的途径,以延长传统能源使用时间并减少汽车排放。因此,寻找替代燃料,以实现清洁、高效的燃烧,降低排放成为了当今科研人员主要的研究方向。

氢气是可以取代石油的燃料，其密度低、放热效率高，完全燃烧产物是水，对空气污染少，制取方法多，可再生，因此为清洁高效的燃烧动力系统提供了一种可能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种混合燃料动力系统，通过将汽油与富氢气体、空气的混合气一同进入发动机气缸燃烧，燃烧效果更好，同时有效利用余热，极大地提高了动力系统的热效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种混合燃料动力系统，其包括：控制系统、第一燃料供给系统、第二燃料供给系统、点火系统以及燃烧系统；所述燃烧系统包括发动机以及设置在所述发动机上并与所述发动机的燃烧室连通的第一燃料喷嘴和第二燃料喷嘴；所述第一燃料喷嘴和第二燃料喷嘴分别通过管路与所述第一燃料供给系统的输出端和第二燃料供给系统的输出端相连；所述点火系统与所述发动机的燃烧室连通，用于对所述发动机内的混合燃料进行点燃；所述第二燃料供给系统、点火系统、第一燃料喷嘴和第二燃料喷嘴均与控制系统相连，由控制系统控制。

进一步，所述第二燃料供给系统包括氢气制备装置、温度监测装置、第一温度控制装置、第二温度控制装置和压力监测装置；所述氢气制备装置的氢气输出端通过氢气供给管路与所述第二燃料喷嘴相连；所述温度监测装置用于对所述氢气制备装置内的温度进行监测；所述第一温度控制装置和第二温度控制装置分别用于对所述氢气制备装置内的温度进行升温和降温，使得所述氢气制备装置内的温度保持在最佳工作温度范围；所述压力监测装置设置在所述氢气供给管路上，用于对所述氢气供给管路内的氢气压力进行实时监测；所述氢气制备装置、温度监测装置、压力监测装置、第一温度控制装置和第二温度控制装置均与控制系统相连，由所述控制系统控制。

进一步，所述氢气制备装置包括甲醇制氢装置、甲醇箱和甲醇变量泵；所述甲醇制氢装置设置在所述发动机的排气管上，且所述甲醇制氢装置的输出端通过所述氢气供给管路与所述第二燃料喷嘴相连，所述甲醇制氢装置的输入端与所述甲醇变量泵的输出端相连，所述甲醇变量泵的输入端与所述甲醇箱相连；所述甲醇变量泵的控制端与所述控制系统相连，用于根据所述控制系统发送的控制信号保证供制氢原料甲醇的压力恒定，调节甲醇供给流量进而控制产生氢气量。

进一步，所述温度监测装置为热电偶，所述热电偶插设在所述甲醇制氢装置的壳体内，用于对所述甲醇制氢装置内的实时工作温度进行监测，并发送到所述控制系统。

进一步，所述第一温度控制装置为电加热器，所述电加热器插设在所述甲醇制氢装置的壳体内，与所述控制系统相连；所述控制系统将接收到的实时工作温度与预设最佳工作温度范围进行比较，当实时工作温度低于预设最佳工作温度范围时，控制所述第二温度控制装置关闭，同时控制所述电加热器启动，对所述甲醇制氢装置进行加热。

进一步，所述第二温度控制装置包括设置在排气支管上的高温电磁阀，所述排气支管与所述甲醇制氢装置并排设置，并与所述排气管相连通；所述高温电磁阀与所述控制系统相连，用于当实时工作温度高于预设最佳工作温度范围时，控制所述高温电磁阀打开，同时控制所述第一温度控制装置关闭。

进一步，所述甲醇制氢装置的最佳工作温度范围为250-285℃。

进一步，所述发动机采用汽油和氢气双燃料压燃式电喷发动机。

进一步，所述第一燃料供给系统包括汽油箱和汽油泵，所述汽油箱用于储存汽油，所述汽油泵用于将所述汽油箱内储存的汽油泵入汽油供给管路，所述汽油供给管路的末端与所述第一燃料喷嘴相连。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明通过设置第一燃料供给系统和第二燃料供给系统，在汽油燃料中混入氢气燃烧，利用氢气点火能量低、火焰传播速度快的特点可改善汽油低温燃烧特性，同时，汽油与氢气可燃范围很广，相对于汽油机，汽油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。

2、本发明由于在汽油燃料中掺烧氢气，减少汽油燃烧产物，发动机排放水平提高。

3、本发明由于氢气来源于甲醇裂解制氢装置，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富氢气体，有效利用了发动机余热，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。

因此，本发明可以广泛应用于动力系统设计领域。

附图说明

图1是本发明提供的混合双燃料动力系统的结构示意图；

图中各标号如下：

图中各部件标号如下：1、汽油箱；2、汽油泵；3、控制系统；4、发动机；5、第一燃料喷嘴；6、第二燃料喷嘴；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；16、点火系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

氢气的自燃温度较高,说明氢气比较适合应用于点燃式内燃机,而且氢气的火焰传播速率约是汽油的五倍,因而可以使得汽油掺氢火焰可以获得更高的混合气均匀程度,降低汽油机的循环变动,减少燃烧持续期。同时,氢气还有较宽的着火界限,掺氢可以提高其他燃料的着火界限。另外，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，提高发动机动力系统综合效率，将可以节约更多能源。

基于上述分析，本发明提出了一种混合燃料动力系统，该动力系统中的发动机是一款汽油与氢气双燃料压燃式电喷发动机。该动力系统利用发动机尾气余热，采用甲醇裂解制氢装置产生富氢气体，该富氢气体主要成分为氢气和二氧化碳，汽油与富氢气体、空气的混合气一同进入发动机气缸燃烧，燃烧效果好。同时有效利用余热，极大地提高了动力系统的热效率。

具体的，本发明提供的一种混合燃料动力系统，其包括：控制系统3、第一燃料供给系统、第二燃料供给系统、点火系统以及燃烧系统。其中，燃烧系统包括发动机4以及设置在发动机4上并与发动机4的燃烧室连通的第一燃料喷嘴5和第二燃料喷嘴6，第一燃料喷嘴5和第二燃料喷嘴6分别通过管路与第一燃料供给系统的输出端和第二燃料供给系统的输出端相连；点火系统与发动机4的燃烧室连通，用于对发动机4内的混合燃料进行点燃；第二燃料供给系统、点火系统、第一燃料喷嘴5和第二燃料喷嘴6均与控制系统3相连，由控制系统3控制。

进一步，发动机4采用汽油和氢气双燃料压燃式电喷发动机。

进一步，第一燃料供给系统包括汽油箱1和汽油泵2，其中，汽油箱1用于储存汽油，汽油泵2用于将汽油箱1内储存的汽油泵入汽油供给管路，汽油供给管路的末端与第一燃料喷嘴5相连。

进一步，第二燃料供给系统包括氢气制备装置、温度监测装置、第一温度控制装置、第二温度控制装置和压力监测装置。其中，氢气制备装置的氢气输出端通过氢气供给管路与第二燃料喷嘴6相连；温度监测装置用于对氢气制备装置内的温度进行监测；第一温度控制装置和第二温度控制装置分别用于对氢气制备装置内的温度进行升温和降温，使得氢气制备装置内的温度保持在最佳工作温度范围；压力监测装置设置在氢气供给管路上，用于对氢气供给管路内的氢气压力进行实时监测；氢气制备装置、温度监测装置、压力监测装置、第一温度控制装置和第二温度控制装置均与控制系统3相连，由控制系统3控制。

进一步，氢气制备装置包括甲醇制氢装置14、甲醇箱10和甲醇变量泵11。其中，甲醇制氢装置14设置在发动机4的排气管8上，且甲醇制氢装置14的输出端通过氢气供给管路与第二燃料喷嘴6相连，甲醇制氢装置14的输入端与甲醇变量泵11的输出端相连，甲醇变量泵11的输入端与甲醇箱10相连。甲醇变量泵11的控制端与控制系统3相连，用于根据控制系统3发送的控制信号保证供制氢原料甲醇的压力恒定，调节甲醇供给流量进而控制产生氢气量。

进一步，温度监测装置为热电偶12，热电偶12插设在甲醇制氢装置14的壳体内，用于对甲醇制氢装置14内的实时工作温度进行监测，并发送到控制系统3。

进一步，第一温度控制装置为电加热器13，电加热器13插设在甲醇制氢装置14的壳体内，与控制系统3相连；控制系统3将接收到的实时工作温度与预设最佳工作温度范围进行比较，当实时工作温度低于预设最佳工作温度范围时，控制第二温度控制装置关闭，同时控制电加热器13启动，对甲醇制氢装置14进行加热。

进一步，第二温度控制装置包括设置在排气支管7上的高温电磁阀9，其中，排气支管7与甲醇制氢装置14并排设置，并与排气管8相连通；高温电磁阀9与控制系统3相连，用于当实时工作温度高于预设最佳工作温度范围时，控制高温电磁阀9打开，同时控制电加热器14关闭，使得发动机4的部分尾气从排气支管7排出，降低甲醇制氢装置14温度并保持甲醇制氢装置14处于最佳工作温度范围。

进一步，甲醇制氢装置14的最佳工作温度范围为250-285℃。

进一步，甲醇制氢装置14内还设置有催化剂，使得甲醇在甲醇制氢装置内催化剂的作用下发生重整反应，主要产物为氢气和二氧化碳。

进一步，控制系统3内预存有一套汽油和氢气混烧的标定数据，通过发动机4各工况数据反馈到控制系统3，控制系统3输出信号调节汽油供给量，氢气供给量以及制氢原料甲醇供给量，控制第一温度控制装置和第二温度控制装置保持甲醇制氢装置14处于最佳工作温度范围。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。