一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧方法及系统

本发明属于发动机，具体涉及一种辅助发动机燃烧技术。

背景技术：

1、甲醇以其工业链完善、价格低廉成为最具发展潜力的替代燃料之一。但是甲醇发动机的十六烷值低，自燃温度高，且甲醇的热值低，导致甲醇发动机冷启动困难。同时甲醇发动机的尾气存在大量的氮氧化物，污染物排放较高。

2、目前绝大多数甲醇发动机与柴油联合使用，通过在启动工况时使用柴油燃烧，高负荷工况时使用柴油引燃甲醇来解决甲醇发动机冷启动困难以及甲醇难以压燃的问题。对于甲醇发动机的尾气处理使用选择性催化还原(scr)技术，以尿素为还原剂来处理氮氧化物。

3、甲醇柴油双燃料发动机虽然可以解决冷启动困难的问题，但是这种方式必须同时有甲醇和柴油两种燃料的供给系统以及储罐，占用空间大且复杂，而且在启动工况和低负荷工况时使用柴油过多，存在较高的碳排放，无法实现我国的目标。而甲醇发动机使用的scr技术需要储存尿素的尿素箱，占用空间的且系统复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的甲醇发动机冷启动困难、占用空间大、碳排放物以及氮氧化物排放过多的问题。

2、本发明提出的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统包括：

3、甲醇储存模块、甲醇裂解模块、氢气储存模块、压气模块、尾气处理模块和燃烧模块；

4、所述甲醇储存模块，用于向所述甲醇裂解模块和所述燃烧模块输送甲醇；

5、所述甲醇裂解模块，用于裂解甲醇，生成氢气，并将生成的氢气输送给所述尾气处理模块和燃烧模块；

6、所述氢气储存模块，用于储存甲醇裂解模块输送给所述尾气处理模块和燃烧摸块后剩余的氢气；

7、所述压气模块，用于为所述燃烧模块提供外界空气；

8、所述燃烧模块，用于燃烧甲醇，生成高温废气，所述高温废气通过排气管(8)输送给所述尾气处理模块；所述排气管散发的热量用于给所述甲醇裂解模块提供热量；

9、所述尾气处理模块用于还原所述高温废气中的氮氧化物。

10、进一步地，提供优选方案：所述系统还包括甲醇流量控制模块，所述甲醇流量控制模块用于控制甲醇储存模块向甲醇裂解模块和燃烧模块输送甲醇的流量。

11、进一步地，提供优选方案：所述系统还包括蒸发模块，用于将所述甲醇储存模块输送给所述甲醇裂解模块的甲醇蒸发为气态甲醇。

12、进一步地，提供优选方案：所述燃烧模块包括：甲醇喷油器、进气道、氢气气轨、氢气喷嘴、点燃装置、气缸和排气道，所述甲醇储存模块输送给所述燃烧模块的甲醇，通过所述甲醇喷油器进入进气道；所述甲醇裂解模块输送给所述燃烧模块的氢气，进入所述氢气气轨，经过所述氢气喷嘴，所述氢气喷嘴将氢气喷进所述点燃装置。

13、进一步地，提供优选方案：所述气缸用于收集燃烧生成的高温废气，所述高温废气通过所述排气道排入所述排气管。

14、进一步地，提供优选方案：点燃方式采用湍流射流点火。

15、进一步地，提供优选方案：所述点燃装置包括氢气喷射器、火花塞预燃室，所述火花塞与所述氢气喷嘴之间的夹角范围为：10°—90°。

16、进一步地，提供优选方案：所述尾气处理模块中含有催化剂，所述催化剂为钯或二氧化钛。

17、进一步地，提供优选方案：所述系统还包括甲醇流量检测模块，用于检测所述甲醇储存模块输送给所述甲醇裂解模块和所述燃烧模块的甲醇的流量。

18、所述方法基于上述任意方案组合的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，所述方法包括：

19、将空气进过压缩、冷却后，输送到发动机的燃烧室；

20、提供两份甲醇，其中一份甲醇输送到发动机的燃烧室，进行燃烧；

21、将燃烧室产生的高温废气输送给甲醇裂解器；

22、另一份甲醇通过甲醇蒸发器，蒸发为气态甲醇，输送到甲醇裂解器中；

23、甲醇裂解器采用燃烧室产生的高温废气，将所述气态甲醇裂解，得到氢气；

24、将得到的氢气输送到发动机的燃烧室进行辅助燃烧；

25、将甲醇裂解器中剩余的高温废气采用氢气和催化剂还原为氮气和水，并排放。

26、与现有技术相比，本发明的优势在于：

27、1、利用甲醇裂解制取氢气辅助甲醇发动机燃烧，氢气为清洁燃料，完全燃烧只生成水，属于零碳燃料，可有效减少柴油使用，从源头上减少碳排放。而且，氢气热值极高，燃烧释放出大量热量，引燃甲醇效果更好，可以改善甲醇发动机冷启动困难的问题。

28、2、甲醇裂解制取氢气辅助甲醇发动机燃烧系统中的氢气为甲醇裂解制取，仅需要甲醇的供给系统，结构更简单且占用空间更少。

29、3、点燃方式采用湍流射流点火，氢气在预燃室内先预燃烧，通过射流孔将氢气燃烧火焰呈湍流喷出，喷出的湍流火焰可以提供更高的点火能量，实现多点点火，故发动机燃烧更加稳定。

30、4、采用氢气还原处理尾气中的氮氧化物，无需格外添加其他的还原剂喷射系统，减少了甲醇发动机使用的scr技术占用的空间。

31、本发明适用于辅助甲醇发动机燃烧场景。

技术特征：

1.一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述系统包括：甲醇储存模块、甲醇裂解模块、氢气储存模块、压气模块、尾气处理模块和燃烧模块；

2.根据权利要求1所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述系统还包括甲醇流量控制模块，所述甲醇流量控制模块用于控制甲醇储存模块向甲醇裂解模块和燃烧模块输送甲醇的流量。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述系统还包括蒸发模块，用于将所述甲醇储存模块输送给所述甲醇裂解模块的甲醇蒸发为气态甲醇。

4.根据权利要求1所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述燃烧模块包括：甲醇喷油器(19)、进气道(21)、氢气气轨(22)、氢气喷嘴(23)、点燃装置(24)、气缸(25)和排气道(26)，所述甲醇储存模块输送给所述燃烧模块的甲醇，通过所述甲醇喷油器(19)进入进气道(21)；所述甲醇裂解模块输送给所述燃烧模块的氢气，进入所述氢气气轨(22)，再进入所述氢气喷嘴(23)，所述氢气喷嘴(23)将氢气喷进所述点燃装置(24)。

5.根据权利要求4所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述气缸(25)用于收集燃烧生成的高温废气，所述高温废气通过所述排气道(26)排入所述排气管(8)。

6.根据权利要求4所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，点燃方式采用湍流射流点火。

7.根据权利要求4所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述点燃装置(24)包括氢气喷射器(28)、火花塞(29)和预燃室(30)，所述火花塞(29)与所述氢气喷嘴(28)之间的夹角范围为：10°—90°。

8.根据权利要求1所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述尾气处理模块中含有催化剂，所述催化剂为钯或二氧化钛。

9.根据权利要求1所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述系统还包括甲醇流量检测模块，用于检测所述甲醇储存模块输送给所述甲醇裂解模块和所述燃烧模块的甲醇的流量。

10.一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-9任一项所述的一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧系统实现，所述方法包括：

技术总结
一种甲醇裂解气辅助甲醇发动机燃烧方法及系统，属于发动机技术领域，解决了现有的甲醇发动机冷启动困难、占用空间大、碳排放物以及氮氧化物排放过多的问题。所述系统包括：甲醇储存模块：用于向所述甲醇裂解模块和所述燃烧模块提供甲醇；甲醇裂解模块：用于裂解甲醇，生成氢气，提供给尾气处理模块和燃烧模块；氢气储存模块：用于储存剩余的氢气；压气模块：用于为燃烧模块提供外界空气；燃烧模块：用于燃烧甲醇，生成高温废气，向甲醇裂解模块提供热量，并将高温废气输送给所述尾气处理模块；尾气处理模块：用于还原高温废气中的氮氧化物。本发明适用于辅助甲醇发动机燃烧场景。

技术研发人员：向拉,孟繁硕,丁宇,随从标,范睿韬,杨涛,管帅
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8