[发明专利]一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机

说明书

本发明的目的在于提供一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，包括工作气缸、重整气缸、天然气储存罐、乙醇存储罐、混合器，工作气缸的进口连通进气总管，工作气缸的出口连通排气总管，进气总管连通混合器，排气总管分别连通换热器和涡轮增压器的涡轮进口，涡轮增压器的压气机出口连通混合器，天然气储存罐的出口连通换热器，换热器的两个出口分别连通混合器和大气，重整气缸的进口连通乙醇储存罐，重整气缸的出口连通具备收集和储存富氢重整气功能的缓冲气罐，缓冲气罐连通混合器。本发明可避免单独制取、存储、运输氢气的麻烦，掺氢燃烧可有效发挥稀薄燃烧的优势，抑制爆震并防止失火现象，保证点火式天然气发动机高效清洁的燃烧。

技术领域

本发明涉及的是一种内燃机，具体地说是天然气发动机。

背景技术

天然气因为发热量高、排放清洁及储量丰富等特点被广泛应用于发动机行业。对于点燃式天然气发动机，若以接近当量比的模式运行，远端混合气容易在火焰到达之前自燃，进而引发爆震。一般采用稀薄燃烧的方式(Φa1)来抑制这种现象发生。但当混合气较稀时，燃烧速度慢，导致天然气发动机的热效率低，碳氢化合物(HC)排放急剧增加。在极端情况下，甚至可能发生火焰淬熄或部分工作循环不发火的现象。

为了解决上述问题，有研究者提出在天然气中掺入适量氢气，利用氢气燃烧速度快的特点加速稀燃模式下混合气的燃烧过程，在抑制爆震的同时实现高效清洁的燃烧。但自然界中的纯氢含量极低，需要通过一定的方法消耗其它能源制取得到。

生物乙醇作为一种可再生能源，可通过谷物发酵、生物质降解等方式得到。且本身组成的碳水化合物是通过固定大气中的游离碳生成，燃烧或者重整不会给大气环境带来额外负担。经过一定的催化反应，可将乙醇重整形成富含氢气、一氧化碳等的混合气，用于辅助天然气发动机燃烧。但是单独的乙醇重整制氢装置系统结构和控制过程复杂，且氢气的存储、运输困难，增加了整体成本。

发明内容

本发明的目的在于提供能加速稀薄混合天然气的燃烧过程，同时避免爆震和失火现象，实现高效清洁燃烧的一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机。

本发明的目的是这样实现的：

一种乙醇在线重整辅助燃烧的天然气发动机，其特征是：包括工作气缸、重整气缸、天然气储存罐、乙醇存储罐、涡轮增压器、混合器，工作气缸的进口连通进气总管，工作气缸的出口连通排气总管，进气总管连通混合器，排气总管分别连通换热器和涡轮增压器的涡轮进口，涡轮增压器的压气机出口连通混合器，天然气储存罐的出口连通换热器，换热器的两个出口分别连通混合器和大气，重整气缸的进口连通乙醇存储罐，重整气缸的出口连通具备收集和储存富氢重整气功能的缓冲气罐，缓冲气罐连通混合器。

本发明还可以包括：

1、重整气缸的缸盖顶部设置乙醇喷射阀，重整气缸的活塞上设置海绵负载结构的CuO/ZnO/Al2O3催化模块。

2、涡轮增压器的压气机入口设置节气门，换热器与混合器之间设置天然气流量阀，缓冲气罐与混合器之间设置重整气流量阀，乙醇存储罐与重整气缸的进口之间设置乙醇流量阀。

3、节气门和天然气流量阀的联合作用，使得工作气缸内的空燃当量比大于1；冷启动或低负荷下，缓冲气罐内存储的富氢混合气通过重整气流量阀通入混合器。

本发明的优势在于：

1、使用天然气作为主要燃料，乙醇重整产生富氢混合气加速燃烧，可有效抑制点燃式天然气发动机的爆震及失火现象，实现高效清洁的燃烧；

2、乙醇在重整气缸内反应，高温环境使得转化效率更高，可有效提高混合气中的氢气含量；

3、采用CuO/ZnO/Al2O3催化剂而非贵金属催化剂，降低成本；

4、设置有缓冲气罐储存重整气，使得天然气在冷启动或低负荷工况下同样能高效燃烧，保证发动机正常运转。