本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用，更具體地，涉及一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的“柴油+醇?xì)洹被旌先剂蟿?dòng)力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著“雙碳”政策的提出，節(jié)能減排要求日益嚴(yán)格，利用清潔燃料部分替代或完全替代傳統(tǒng)燃料成為業(yè)界發(fā)展主流方向，例如天然氣、甲醇、氫氣等。其中，以甲醇為主的醇?xì)淙剂鲜且环N公認(rèn)的清潔能源，燃燒速率快、抗爆性好、排放污染物少，同時(shí)甲醇的生產(chǎn)原料豐富(如劣質(zhì)煤、焦?fàn)t氣、生活生產(chǎn)廢棄物等)，是一種優(yōu)秀的替代燃料。

2、中國對(duì)甲醇作為替代燃料的研究試驗(yàn)已有將近四十年的歷史，主要研究重心集中在乘用車領(lǐng)域，以汽油(點(diǎn)燃式)發(fā)動(dòng)機(jī)為主，目前已經(jīng)在部分地區(qū)有了規(guī)?；瘧?yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。而在重型商用車領(lǐng)域，則是以柴油(壓燃式)發(fā)動(dòng)機(jī)為主，對(duì)于甲醇作為替代燃料在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的研究應(yīng)用相對(duì)較少。

3、甲醇十六烷值低，而其本身的自燃溫度高達(dá)465℃，不易壓燃，如果直接完全替代柴油作為燃料，技術(shù)難度極大，成本高。如果甲醇以部分替代的方式，通過進(jìn)氣道噴射然后由柴油引燃，使兩者在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)共同燃燒，雖然技術(shù)上較容易實(shí)現(xiàn)，但是仍存在一些嚴(yán)重的問題，如甲醇具有腐蝕性，容易損壞發(fā)動(dòng)機(jī)、潤滑性不良及尾氣中含有各種有毒污染物等，這都阻礙著甲醇燃料在柴油機(jī)上的進(jìn)一步應(yīng)用。

4、研究發(fā)現(xiàn)利用柴油機(jī)廢氣余熱將甲醇裂解成為氫氣和一氧化碳后再由進(jìn)氣道進(jìn)入柴油機(jī)氣缸燃燒可以有效克服上述缺陷。甲醇裂解氣中含有豐富的氫氣，具備氫氣的燃燒特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)稀薄快速燃燒，從而提高柴油機(jī)熱效率，大幅降低有害排放物，提高柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。研究表明，柴油機(jī)摻混甲醇裂解氣后燃油經(jīng)濟(jì)性可提升10％，高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可使nox、hc和碳煙大幅降低，且隨著甲醇裂解氣摻燒量的增加，各排放物質(zhì)的減少量增加。甲醇裂解氣可以為重型商用車提供氫能源這種最為潔凈和環(huán)保的燃料，同時(shí)，在氫能利用方面，甲醇裂解解決了氫氣儲(chǔ)存不便，安全系數(shù)低等困難，應(yīng)用前景較好。

5、醇?xì)浼夹g(shù)已在乘用車(汽油機(jī))領(lǐng)域有較多應(yīng)用，但將“汽油+醇?xì)洹眲?dòng)力系統(tǒng)移植到柴油機(jī)為主的重型商用車領(lǐng)域仍面臨許多問題，尚待解決：

6、1.柴油機(jī)以壓燃式點(diǎn)火為主，壓縮比相比于汽油機(jī)較高；裂解氣中富含氫氣，其燃燒速度快，如果直接通入氣缸燃燒，極易發(fā)生爆震。

7、2.重型商用車(以柴油機(jī)為主)一般功率高，燃油消耗大，裂解氣需求量多，低功率醇?xì)浒l(fā)生器無法在有限空間內(nèi)產(chǎn)生足量的甲醇裂解氣。

8、3.重型商用車(以柴油機(jī)為主)排氣流量大，對(duì)比乘用車(汽油機(jī)為主)，醇?xì)浒l(fā)生器對(duì)于排氣節(jié)流作用顯著，導(dǎo)致排氣背壓升高，泵氣損失增大，發(fā)動(dòng)機(jī)整體效率降低，油耗增加。

9、因此，如何使甲醇合理、高效的應(yīng)用于重型商用車領(lǐng)域，減少柴油機(jī)排放，同時(shí)提高其經(jīng)濟(jì)性，成為本領(lǐng)域技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的“柴油+醇?xì)洹被旌先剂蟿?dòng)力系統(tǒng)，由此解決甲醇在重型商用車領(lǐng)域的應(yīng)用難題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的“柴油+醇?xì)洹被旌先剂蟿?dòng)力系統(tǒng)，包括甲醇供給單元、醇?xì)浒l(fā)生器單元、裂解氣供給單元、廢氣供給單元和電子控制單元，其中，

3、所述醇?xì)浒l(fā)生器單元包括殼體、位于殼體內(nèi)的雙螺旋換熱管、穿過殼體與雙螺旋換熱管的甲醇入口連通的甲醇進(jìn)口管、與雙螺旋換熱管的甲醇出口連通的裂解氣出口管；所述殼體上設(shè)有廢氣入口和廢氣出口，所述廢氣入口和廢氣出口分別與排氣主管的前、后端連通，使得所述殼體成為排氣主管上的一段用來流通柴油機(jī)廢氣；所述殼體內(nèi)分為相互獨(dú)立的雙螺旋換熱管外的廢氣殼程區(qū)域和雙螺旋換熱管內(nèi)的用于甲醇裂解反應(yīng)的甲醇雙螺旋換熱管反應(yīng)區(qū)域，所述柴油機(jī)廢氣在所述廢氣殼程區(qū)域流通；所述雙螺旋換熱管內(nèi)設(shè)醇?xì)浯呋瘎渚哂须p螺旋換熱結(jié)構(gòu)；所述裂解氣出口管用于將所述甲醇裂解反應(yīng)產(chǎn)生的甲醇裂解氣輸入所述裂解氣供給單元；

4、所述裂解氣供給單元用于將所述甲醇裂解氣輸送至柴油機(jī)進(jìn)氣管；

5、所述電子控制單元用于根據(jù)柴油機(jī)工況提供用以精確控制進(jìn)入所述甲醇雙螺旋換熱管反應(yīng)區(qū)域的甲醇量的第一控制信號(hào)，以及用以精確控制流入所述廢氣殼程區(qū)域的柴油機(jī)廢氣量的第二控制信號(hào)，以及根據(jù)甲醇流量實(shí)時(shí)調(diào)整柴油機(jī)噴油正時(shí)以防爆震發(fā)生；

6、所述甲醇供給單元與所述甲醇進(jìn)口管連通，用于根據(jù)所述第一控制信號(hào)供給精確量的甲醇；

7、所述廢氣供給單元用于根據(jù)所述第二控制信號(hào)控制流入所述醇?xì)浒l(fā)生器單元的柴油機(jī)廢氣量。

8、優(yōu)選地，所述甲醇供給單元包括依次連接的甲醇儲(chǔ)存箱、甲醇泵和甲醇供給管路，以及設(shè)置于甲醇供給管路上的甲醇管路單向閥；所述甲醇管路單向閥用于防止醇?xì)浒l(fā)生器單元中的裂解氣回流，所述甲醇供給管路與所述甲醇進(jìn)口管連通。

9、優(yōu)選地，所述裂解氣供給單元包括裂解氣供給管路，以及依次設(shè)置于裂解氣供給管路上的裂解氣管路單向閥和燃?xì)鈬娚溟y，其中，

10、所述裂解氣供給管路一端與所述裂解氣出口管連通，另一端與柴油機(jī)進(jìn)氣管連通；

11、所述裂解氣管路單向閥用于防止柴油機(jī)進(jìn)氣管中空氣回流；

12、所述電子控制單元控制所述燃?xì)鈬娚溟y的開閉，以進(jìn)行“柴油+醇?xì)洹彪p燃料模式和純柴油模式的切換。

13、優(yōu)選地，所述廢氣供給單元包括所述排氣主管、排氣旁通管和排氣電子閥門；所述排氣旁通管的入口、出口分別與所述排氣主管的前、后端連通，使得其與所述醇?xì)浒l(fā)生器單元并聯(lián)于排氣主管上；所述排氣電子閥門設(shè)置于所述排氣旁通管的入口以控制流入所述醇?xì)浒l(fā)生器單元的柴油機(jī)廢氣量。

14、優(yōu)選地，所述電子控制單元包括柴油機(jī)ecu和醇?xì)鋏cu，其中，

15、所述柴油機(jī)ecu用于傳輸柴油機(jī)工況數(shù)據(jù)至所述醇?xì)鋏cu；

16、所述醇?xì)鋏cu用于根據(jù)所述柴油機(jī)工況數(shù)據(jù)提供所述第一控制信號(hào)，以精確控制所述甲醇泵輸入的甲醇量；還用于通過實(shí)時(shí)讀取甲醇泵流量，實(shí)時(shí)修改柴油機(jī)ecu噴油正時(shí)，以避免混合燃料過快燃燒導(dǎo)致的爆震發(fā)生。

17、優(yōu)選地，所述甲醇供給單元還包括與甲醇儲(chǔ)存箱連接的液位傳感器，所述液位傳感器用于監(jiān)測甲醇儲(chǔ)存箱中的甲醇量并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至醇?xì)鋏cu；

18、所述醇?xì)鋏cu還用于當(dāng)甲醇量不足時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警。

19、優(yōu)選地，所述醇?xì)浒l(fā)生器單元還包括裂解氣壓力傳感器、裂解氣溫度傳感器和廢氣溫度傳感器，其中，

20、所述裂解氣壓力傳感器用于監(jiān)測所述甲醇雙螺旋換熱管反應(yīng)區(qū)域內(nèi)裂解氣的壓力；

21、所述裂解氣溫度傳感器用于監(jiān)測所述甲醇雙螺旋換熱管反應(yīng)區(qū)域內(nèi)裂解氣的溫度；

22、所述廢氣溫度傳感器用于監(jiān)測所述廢氣殼程區(qū)域內(nèi)廢氣的溫度；

23、所述醇?xì)鋏cu還用于根據(jù)所述裂解氣的壓力、所述裂解氣的溫度，與電子控制單元預(yù)設(shè)的壓力、溫度值之間的差異，結(jié)合所述廢氣的溫度控制所述排氣電子閥門的開度，從而實(shí)現(xiàn)所述醇?xì)浒l(fā)生器單元的溫度控制。

24、優(yōu)選地，上述一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的“柴油+醇?xì)洹被旌先剂蟿?dòng)力系統(tǒng)，還包括柴油供給單元，所述柴油供給單元包括相連接的柴油儲(chǔ)存箱和柴油供給管路，所述柴油供給管路與與柴油機(jī)連接，用于柴油機(jī)的柴油燃料輸送。

25、優(yōu)選地，所述廢氣入口通過廢氣入口法蘭與排氣主管的前端連通，所述廢氣出口通過廢氣出口法蘭與排氣主管的后端連通。

26、優(yōu)選地，上述一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的“柴油+醇?xì)洹被旌先剂蟿?dòng)力系統(tǒng)，還包括24v直流電源和液晶顯示屏，其中，

27、所述24v直流電源與所述醇?xì)鋏cu連接，用于給系統(tǒng)所有設(shè)備供電；

28、所述液晶顯示屏與所述醇?xì)鋏cu連接，用于對(duì)所述液位傳感器、裂解氣壓力傳感器、裂解氣溫度傳感器和廢氣溫度傳感器測得的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，將相應(yīng)傳感器的錯(cuò)誤代碼顯示在屏幕上。

29、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的“柴油+醇?xì)洹被旌先剂蟿?dòng)力系統(tǒng)主要具有以下

30、有益效果：

31、1.本發(fā)明通過甲醇供給單元、醇?xì)浒l(fā)生器單元、裂解氣供給單元、廢氣供給單元和電子控制單元的結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的“柴油+醇?xì)洹被旌先剂蟿?dòng)力系統(tǒng)；將甲醇通過甲醇泵通入醇?xì)浒l(fā)生器單元中，醇?xì)浒l(fā)生器單元利用柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)排出的高溫廢氣，先將甲醇?xì)饣癁榧状颊魵?，后將甲醇蒸氣加熱至甲醇裂解反?yīng)所需溫度(260℃-390℃)，在醇?xì)浯呋瘎┑淖饔孟拢瑢⒓状颊魵饬呀獬蔀闅錃夂鸵谎趸蓟旌蠚?裂解氣)，再通入柴油機(jī)進(jìn)氣管，與空氣混合進(jìn)入柴油機(jī)氣缸內(nèi)燃燒；電子控制單元會(huì)收集醇?xì)浒l(fā)生器單元和柴油機(jī)相關(guān)參數(shù)，根據(jù)柴油機(jī)工況精確控制裂解氣流量，與柴油摻混以獲得匹配柴油機(jī)不同工況的混合燃料，同時(shí)修改柴油機(jī)噴油正時(shí)，避免混合燃料過快燃燒可能導(dǎo)致的爆震發(fā)生，進(jìn)一步降低排放，提高穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。醇?xì)浒l(fā)生器單元采用雙螺旋管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，相較于乘用車醇?xì)浒l(fā)生器，廢氣改走殼程，節(jié)流作用減小，排氣背壓降低，同時(shí)雙螺旋管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)在不增加整體反應(yīng)器體積的條件下，增大了換熱面積，提高了熱量利用率，保證了裂解氣供應(yīng)量。

32、該混合燃料動(dòng)力系統(tǒng)既解決了甲醇完全替代柴油作為燃料技術(shù)難度大，成本高的問題，又解決了甲醇部分替代柴油作為燃料對(duì)柴油機(jī)的腐蝕、損壞問題，同時(shí)利用了柴油機(jī)廢氣余熱，不僅提高了整體熱效率，還降低了nox、hc和碳煙排放，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。且該混合燃料動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)原柴油機(jī)改動(dòng)小，極大降低了改裝成本和安裝成本。

33、2.本發(fā)明裂解氣供給單元中，通過裂解氣供給管路將醇?xì)浒l(fā)生器單元所產(chǎn)出的裂解氣輸送到柴油機(jī)進(jìn)氣管，從而進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒，裂解氣管路單向閥可防止進(jìn)氣管中空氣回流，電子控制單元可控制燃?xì)鈬娚溟y開閉，以達(dá)到雙燃料模式和純柴油模式切換。

34、3.本發(fā)明廢氣供給單元在柴油機(jī)不同工況下，通過電子控制單元控制排氣電子閥門開度，控制排氣主管輸入醇?xì)浒l(fā)生器單元的廢氣量，多余廢氣從排氣旁通管流出，保證高功率醇?xì)浒l(fā)生器單元獲得合理熱量，生成與柴油機(jī)工況相適應(yīng)的裂解氣流量。

35、4.本發(fā)明電子控制單元中，柴油機(jī)ecu傳輸柴油機(jī)工況數(shù)據(jù)至醇?xì)鋏cu；醇?xì)鋏cu通過柴油機(jī)工況精確控制甲醇泵輸入的甲醇量，使得醇?xì)浒l(fā)生器單元可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與柴油摻混以獲得匹配柴油機(jī)工況的柴油機(jī)混合燃料。醇?xì)鋏cu通過實(shí)時(shí)讀取甲醇泵流量，實(shí)時(shí)修改柴油機(jī)ecu噴油正時(shí)，避免混合燃料過快燃燒可能導(dǎo)致的爆震發(fā)生。

36、當(dāng)柴油機(jī)處于某一工況時(shí)，過大的甲醇量會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)熱量不夠和反應(yīng)時(shí)間不充裕導(dǎo)致甲醇裂解效率低下，從而影響柴油機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能下降；過小的甲醇量又會(huì)因?yàn)闆]有充分地利用柴油機(jī)廢氣余熱而導(dǎo)致柴油機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)性能下降，同時(shí)高功率醇?xì)浒l(fā)生器效能沒有被完全利用。因此，在本發(fā)明方案中，醇?xì)鋏cu根據(jù)柴油機(jī)ecu實(shí)時(shí)傳輸?shù)牟裼蜋C(jī)工況精確控制所述甲醇泵輸入的甲醇量，使得在高功率醇?xì)浒l(fā)生器單元中可裂解反應(yīng)生成相適應(yīng)量的氫氣和一氧化碳裂解氣，從而與柴油摻混以獲得匹配柴油機(jī)工況的柴油機(jī)混合燃料，一方面提高了甲醇裂解效率，從而提高了柴油機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能；另一方面，根據(jù)柴油機(jī)工況精確控制甲醇量，充分利用了柴油機(jī)廢氣余熱。