[发明专利]一种甲醇制氢作为引燃剂的甲醇发动机系统及其操作方法

说明书

本发明属于发动机技术领域，特别涉及一种甲醇制氢作为引燃剂的甲醇发动机系统及其操作方法。一种采用二级加热甲醇制氢方式的甲醇发动机系统，其包括：甲醇发动机，供气系统，排气系统，其中供气系统包含甲醇加热器和甲醇制氢装置。本发明还公开了上述甲醇发动机系统的操作方法。本发明依靠甲醇基燃料反应产生氢气，用做引燃剂，实现了引燃剂的制备和稳定、连续、精确向发动机供给，在不需要对发动机进行结构改动的情况下实现了甲醇基燃料对柴油燃料的完全替代。

技术领域

本发明属于发动机技术领域，特别涉及一种甲醇制氢作为引燃剂的甲醇发动机系统及其操作方法。

背景技术

甲醇由于其低价格和在发动机上燃烧产生的低排污特性，特别是中国具有广泛的甲醇供应链，受到了人们的普遍关注。目前，甲醇作为燃料在汽油机上应用已经取得了成功，但是甲醇在柴油机上应用一直没有取得突破。由于甲醇十六烷值非常低，只有3左右，将其应用于柴油机上无法压燃，应用到压燃式柴油机上的技术难度很大。因此，为了将甲醇应用于柴油机上，研究人员的主要研究方向是双燃料燃烧，即甲醇基燃料在柴油机上的应用。

目前在柴油机上使用甲醇基燃料的技术路线有三大类：一是用柴油启动压燃，然后从气相喷入少量甲醇实现低比例掺烧；二是在柴油机气缸上安装火花塞，来点燃甲醇基燃料；三是使用甲醇基燃料的压燃式内燃机系统中具有引燃剂在线制备器，可以实现气态引燃剂二甲醚(DMEV)的在线制备和稳定、连续、精确向内燃机供给。其中，第一类因替代比例太低经济效益不明显；第二类对柴油机的本体改造较大，难度较高，客户难以接受；第三类由于具有引燃剂在线制备器，系统复杂，成本过高。除此之外，上述三类仅仅是将甲醇基燃料应用于柴油机中存在的问题，所以想要实现纯甲醇，即单甲醇燃料在柴油机上的应用更是难上加难。

目前，有专利文献公开了压燃式内燃机系统采用液体甲醇为原料在线高效转化成气态二甲醚(DMEV)或甲氧基二甲醚(DMMN)或由甲醇制备的其它引燃剂物质作为引燃剂。但是该在线转化的引燃剂是和甲醇燃料一起进入到发动机中，压燃点温度比较高，发动机启动过程比较困难。

因此，如何在发动机系统中实现单甲醇燃料的应用，同时又使得发动机易于启动是本领域亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，提出本发明。

本发明第一方面提供一种采用二级加热甲醇制氢方式的甲醇发动机系统，其包括：

甲醇发动机1，其包括气缸组件，所述气缸组件具有火花塞22、气缸2、进气道20、排气道21，燃料喷嘴3，所述气缸2连接至所述进气道20、所述排气道21和所述燃料喷嘴3；

供气系统，其包括依次连接的具有甲醇喷嘴16的甲醇加热器18、甲醇制氢装置14、氢气存储容器15、氢气管7，还包括依次连接的空气进气管13、压气机11、进气管5，所述氢气管7的出口连接至所述进气管5，所述进气管5的出口连接至所述进气道20；

排气系统，其包括连接至所述排气道21的排气管9，其在下游分为第一排气支管9-1和第二排气支管9-2两个排气支管，所述第一排气支管9-1依次连接涡轮12和所述甲醇加热器18，所述第二排气支管9-2连接所述甲醇制氢装置14。

其中，所述火花塞设置在所述气缸上。

优选的，所述发动机系统包括多个气缸组件，所述进气管5和所述进气道20之间还具有进气歧管4；所述排气管9和所述排气道21之间还具有排气歧管8。

优选的，所述氢气管7上具有氢气控制阀6。

优选的，所述涡轮12与所述压气机11共轴连接。

优选的，所述第一排气支管9-1经过所述甲醇加热器18后通往废气排气管17，所述第二排气支管9-2经过所述甲醇制氢装置14后通往废气排气管17，所述第二排气支管9-2入口处设置废气旁通阀19。