一種基於醇氫混合燃料的増程器的製作方法

2023-12-10 22:20:27

本發明設計一種電動汽車増程器，主要應用於純電動汽車以增加其一次性行駛裡程。

背景技術：

近年來隨著石油資源面臨枯竭以及人們對環境汙染問題意識的逐漸提高，電動汽車以其零排放、零汙染、噪聲小以及能量轉換效率高等優點逐漸成為世界各國所關注的焦點，近些年來電動汽車雖然取得了很大發展，但由於電動汽車電池導致續航能力短等問題，以及嚴重影響到電動汽車的推廣與發展。對於純電動汽車解決續航能力的一個重要思路就是在純電動汽車上安裝増程器。增程器的形式通常有：小型發電機、蓄電池和燃料電池等，普遍的做法是用小型發電機來做増程器。

目前用小型發電機做的増程器主要是由2缸汽油或者柴油機與發電機組成的發電機系統，但是此車載燃油內燃機(増程器)發電，依然消耗的是傳統化石燃料，與燃油發動機燒油的基本原理是相同的，仍然有尾氣排放汙染問題，與新能源汽車初衷相悖。另外一些由天然氣或者氫氣供給的車載燃氣內燃機進行發電，雖然排放問題解決了，但是天然氣或者氫氣如何上車以及安全問題卻沒能很好的解決，此外還有一些發動機直接採用甲醇作為燃料，甲醇雖具有清潔可再生的優點，但是由於甲醇燃料本身熱值偏低，無法滿足有效滿足發動機工作需求。

技術實現要素：

本發明提出一種基於醇氫混合燃料的増程器，用於實現甲醇與甲醇裂解氣摻燒，解決現有技術存在的排放汙染以及燃燒熱值偏低技術問題。

本發明提出的一種基於醇氫混合燃料的増程器，包括第一油泵，燃料箱，第二油泵，甲醇流量閥及甲醇裂解器；其中：

所述燃料箱用於儲存甲醇，其與第二油泵相連；所述第二油泵通過管路與甲醇流量閥相連，用於輸送甲醇；

所述甲醇流量閥用於控制甲醇裂解量，其輸出端外接甲醇裂解器，用於控制輸送至甲醇裂解器甲醇量；

所述甲醇裂解器用於將甲醇裂解為氫氣和一氧化碳；其輸出端外接發動機，輸送裂解後的氫氣和一氧化碳；

所述第一油泵的輸入端與燃料箱相連，輸出端外接發動機，用於向發動機輸送甲醇。

進一步的，所述甲醇裂解器工作能源是利用汽車廢氣熱回收的；

本發明還提出一種基於所述增程器的動力系統，還包括發動機，發電機和彈性聯軸器；所述發電機通過彈性聯軸器與發動機相連，在發動機的帶動下發電，給電動汽車蓄電池充電；

工作時，燃料箱中的甲醇一部分通過第一油泵進入發動機，另一部分甲醇通過第二油泵通過甲醇流量閥後進入甲醇裂解器，進入甲醇裂解器的甲醇在經過催化裂解之後，變為氫氣、一氧化碳以及甲醇蒸氣的混合氣，混合氣進入發動機與進氣管中的新鮮空氣混合後進入發動機氣缸進行燃燒，發動機的運轉帶動發電機運轉，從而發電機發電。

進一步的，所述動力系統，還包括燃油濾清器，空氣濾清器，油壓調節器；其中：

所述燃油濾清器設在甲醇輸送管路上，用於除去甲醇中的雜質；所述空氣濾清器設在發動機進氣管路，用於除去空氣中的雜質；油壓調節器設在發動機油軌末端，用於保證發動機燃油系統壓力在使用範圍；

進一步的，所述増程器的甲醇裂解器所產生的混合氣在發動機進氣歧管前的主進氣道位置與進氣管中的新鮮空氣混合後進入發動機，以均勻分配到發動機各缸。

本發明所提供的増程器的甲醇裂解器與原內燃機的消音器置換即可，不會增大増程器所需空間。

本發明所提供増程器的裂解氣油管及裂解氣管,除與甲醇裂解器接觸部分為銅或不鏽鋼的金屬外，其餘為塑料管。

本發明的基本原理為通過利用尾氣的自身熱量在催化劑的作用下裂解甲醇，實現甲醇裂解變成為氫氣(h2)和一氧化碳(co)(反應式：ch3oh→co+2h2)，之後將富氫裂解氣引入氣缸進行燃燒，由於氣態氫本身的燃燒熱值較高，加上強勁的火焰傳播速度、能促進其他燃料加速燃燒。甲醇作為單一燃料時其熱值僅為汽油的45.7％，而甲醇與甲醇裂解氣混合燃燒的熱值提高到汽油的90％以上，相比較而言提高將近一倍，完全可以滿足使用要求。

本發明所提供的増程器利用了氫氣燃燒熱值較高，加上強勁的火焰傳播速度的特點。但與傳統利用方式相比，氫氣由甲醇裂解產生，無需裝設高壓氣瓶儲氫，也無需到加氫站去加氫續行，排除了運氫和儲氫環節中的各項難題。

本發明設計的増程器，通過採用甲醇與甲醇裂解氣進行摻燒，相對於使用傳統燃料(汽油或柴油)的內燃機，一方面可以達到燃燒熱值的要求，滿足増程器工作需要，另一方面由於使用的燃料為甲醇與甲醇裂解氣等都為清潔可再生燃料，可以實現節能減排的目的。使得安裝此増程器的純電動汽車續航能力與傳統燃料汽車基本相同。

本發明所提供的増程器可以達到燃燒熱值的要求，滿足増程器動力需要，實現節能減排的目的，克服現有技術存在的天然氣或者氫氣安全上車、續航力低和裝車成本高的問題，可以使電動汽車車載動力電池減少四分之三以上，其推廣應用將降低新能源汽車製造成本，對新能源純電動汽車的發展與推廣以及提升我國新能源純電動汽車在世界新能源汽車中的地位具有極大意義。

附圖說明

圖1為醇氫混合燃料的増程器的結構示意圖，其中1表示發動機，2表示發電機，3表示彈性聯軸器，4表示燃油濾清器，5表示進油管，6表示第一油泵，7表示燃料箱，8表示第二油泵，9表示裂解氣油管，10表示空氣濾清器，11表示裂解氣管，12表示油壓調節器，13甲醇流量閥，14表示甲醇裂解器，15表示螺栓。

圖2為醇氫混合燃料増程器的示意框圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

電動汽車的蓄電池電量快要耗盡時増程器開始工作，増程器工作時，燃料箱7中的甲醇一部分通過第一油泵6吸出，通過進油管5，然後燃油通過燃油濾清器4,經過過濾後的甲醇進入發動機1，另一部分甲醇通過第二油泵8，通過裂解氣油管9進入甲醇流量閥13，之後通入甲醇裂解器14，其中裂解氣油管9在靠近裂解器14部分為金屬管，金屬管與甲醇裂解器14連接部分可以為焊接，從而保證氣密性，進入甲醇裂解器14的甲醇在銅-鎳或鋅等催化劑以及發動機1排氣餘熱的作用下開始裂解，甲醇裂解為h2和co,裂解後的h2、co、甲醇蒸汽及含有少量水蒸氣的混合氣通過裂解氣管11排出甲醇裂解器14，相應的裂解氣管11在靠近甲醇裂解器14部分為金屬管，同樣的為保證氣密性，裂解氣管11在靠近甲醇裂解器14連接方式為焊接，排出甲醇裂解器14的裂解氣混合氣與通過空氣濾清器10進入發動機1進氣管的新鮮空氣混合後進入發動機1燃燒室，同時與直接噴入燃燒室的甲醇混合燃燒，發動機1的運轉帶動發電機2運轉，從而發電機2發電，發出的電用於電動汽車蓄電池的充電，從而提高電動汽車的續航能力。

本發明中發電機2與發動機1通過彈性聯軸器連接在一起，此外發電機2與發動機1之間也可直接通過剛性連接件連接，其中彈性聯軸器能夠補償發動機與發電機兩連接軸之間的相對位移，且具有吸收震動，緩和衝擊的優點，剛性連接件對定位安裝工藝的要求不高且軸向尺寸較小，可根據實際情況靈活選用。

本發明中，甲醇裂解器14前部設置有甲醇流量閥13，即可根據不同的摻燒比例需求調節閥開度，即對於單缸小排量發動機選擇小開度，兩缸或多缸大排量採用大開度。

由於裂解氣中含有氫氣，氫氣熱值為132mj/kg，甲醇熱值為21mj/kg，汽油熱值為44mj/kg，即氫氣的熱值是汽油熱值的3倍，是甲醇熱值的6.3倍，且氫氣火焰傳播速度是汽油燃燒速度7倍以上，氫氣的加入促進了燃燒反應過程，提高了燃料當量熱值，計算表明甲醇與甲醇裂解氣混合燃燒的熱值可提高到汽油的90％以上，且排放大幅度下降，真正達到節能減排目標。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。