本实用新型专利技术公开了一种利用发动机废气余热无催化剂低温加水重整燃料装置,包括发动机气缸和外置低温加水重整器，外置低温加水重整器的进口连接有空气进气管和燃料进样管；燃料进样管连接有燃料注射泵和汽化罐，汽化罐的进口连接有水进样管；通过将发动机废气管缠绕地经过外置低温加水重整器和汽化罐，实现发动机废气余热的充分利用；在外置低温加水重整器中，新鲜空气与汽化后的燃料与水的混合气进行低温重整，重整后的低温产物经过重整气气管进入到发动机进气管中，再次与新鲜空气混合形成均匀混合气导入到发动机气缸中，并与缸内直喷的燃料混合燃烧实现混合气活性及浓度分层，由于上述过程中不需要添加催化剂，从而使发动机更加高效节能的运行。
【技术实现步骤摘要】
利用发动机废气余热无催化剂低温加水重整燃料装置
本技术涉及一种利用发动机废气余热低温加水重整燃料的新型装置，具体设计一种利用发动机废气加热的外置燃料重整器低温加水(T<1000K)重整燃料，通过控制该外置重整器的边界条件(温度、压力、当量比等)及加入重整器中水的比例将燃料重整成不同活性的低温氧化产物(醛类、酮类、过氧化物等)，而后根据实际工况条件将重整后不同活性的低温重整气导入到发动机中参与燃烧的装置系统。
技术介绍
随着全球环境的不断恶化、能源的日趋枯竭，就汽车行业而言，内燃机高效清洁燃烧一直都是值得关注的问题，而传统内燃机的燃烧模式显然已经满足不了能源以及环境的要求。因此国内外专家学者针对燃烧技术进行了广泛的研究并提出了一些新型燃烧模式，如均质压燃(HCCI)、低温燃烧(LTC)和部分预混合燃烧(PPC)等等。近些年，燃料重整这一新型燃烧方式逐渐应用在内燃机上，并且提高了发动机的热效率，降低了排放。而在低温重整过程中，水的加入可以使重整过程的过氧化氢含量提高，这在发动机燃烧过程中属于高活性物质，可以促进发动机燃烧，改善高辛烷值燃料或者小负荷时点火困难等问题。与此同时，发动机废气余热的利用也已经引起国内外专家学者的重视。本技术将发动机废气余热与燃料重整相结合，对燃料进行无催化剂的低温加水热重整，旨在进一步提高发动机热效率及降低排放。
技术实现思路
本技术公开了一种利用发动机废气余热低温加水重整燃料的新型装置。主体部分将一款自制的外置燃料低温重整装置连接发动机，其中发动机排气管缠绕在该低温重整装置四周用于加热待重整的新鲜燃料，并通过向重整装置中的低温重整器中加入一定比例的水，重整后的燃料与新鲜空气混合导入到发动机中参与燃烧。发动机运行在不同的工况条件下，通过控制外置重整器相应的重整反应边界条件，可以排出不同氧化阶段不同活性的低温重整气，再结合发动机气缸内喷油器直喷的燃料，可以实现缸内混合气活性与浓度的分层，改变燃油燃烧反应的反应路径，可以有效拓宽高效清洁燃烧范围。本技术只需要采用简单的氧化反应后处理器即可以满足欧VI排放法规的要求。为了解决上述技术问题，本技术提出的一种利用发动机废气余热无催化剂低温加水重整燃料装置,包括发动机气缸、一台外置低温加水重整器、空气进气管、燃料进样管和水进样管，所述发动机气缸连接有发动机进气管和发动机废气管；所述空气进气管的一端和所述燃料进样管的一端均连接至所述外置低温加水重整器的进口，所述空气进气管的另一端连接至一空气瓶，所述空气进气管上设有气体流量计；所述燃料进样管的另一端连接至一燃料注射泵，所述燃料进样管上设有汽化罐；所述水进样管的一端与所述汽化罐的进口相连，所述水进样管的另一端连接至一水注射泵；所述外置低温加水重整器的出口通过重整气气管与所述发动机进气管相连；所述重整气气管上、并位于临近外置低温加水重整器的出口处设有一热电偶；所述发动机废气管上设有第一废气阀和第二废气阀，所述第一废气管位于发动机废气管的始端，所述第二废气阀位于发动机废气管的末端；所述第一废气阀上连接出有第一废气管旁路，所述第一废气管旁路与所述第一废气阀连接、并缠绕过所述外置低温加水重整器后连接至所述第一废气阀和第二废气阀之间的废气管的中间管段上，所述第一废气管旁路上，在绕过所述外置低温加水重整器的位置处设有一热电偶；所述第二废气阀上连接出有第二废气管旁路，所述第二废气管旁路与所述第二废气阀连接、并缠绕过所述汽化罐后连接至所述发动机废气管的末端，所述第二废气管旁路上，在绕过所述汽化罐的位置处设有一热电偶；通过将发动机废气管缠绕经过所述外置低温加水重整器和汽化罐，实现发动机废气余热的充分利用；初始燃料由所述燃料注射泵以匀速经燃料进样管进入到汽化罐中，此刻，水由水注射泵同样以匀速经水进样管进入到汽化罐中，初始燃料与水在汽化罐进行汽化，汽化后的燃料导入到所述外置低温加水重整器中，与此同时，由所述空气瓶提供的新鲜空气在气体流量计调控的流量下经空气进气管进入到所述外置低温加水重整器中，在所述外置低温加水重整器中，新鲜空气与汽化后的燃料与水的混合气进行低温重整；重整后的低温产物经过重整气气管进入到发动机进气管中，再次与新鲜空气混合形成均匀混合气导入到所述发动机气缸中，并与缸内直喷的燃料混合燃烧实现混合气活性及浓度分层。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术提出一种利用发动机废气余热无催化剂低温加水重整燃料装置，根据发动机实际工况特点，对外置重整器中的燃料进行低温加水重整，通过控制燃油与空气反应的边界条件，该重整装置排出不同氧化阶段的部分中间产物或完全氧化产物，使其与空气(或者EGR与空气的混合气)混合，导入到发动机汽缸中，再结合缸内直喷的燃料，可以实现混合气活性及浓度分层协同控制的高效清洁燃烧。本技术将燃料经外置重整器低温加水重整，重整后的低温重整产物与新鲜空气均匀混合导入到发动机汽缸内，而后与工作缸喷入的新鲜燃料混合燃烧，实现了燃油燃烧氧化反应反应路径可调控制，从而实现高效清洁燃烧的目标。加水重整有三个优点：(1)在重整过程中水的加入可以降低发动机缸内燃烧温度及排放。(2)初始燃料由于水的加入可以提高初始混合气的H/C比，有益于产生更多的氢。(3)由于水的分子式中含有氧有利于减少碳烟等污染物的排放，使燃烧更加清洁。(4)发动机运行在不同转速、负荷等工况条件下，通过控制外置重整器相应的重整反应边界条件，可以改变燃油燃烧反应路径，获得不同活性的重整混合气，可以有效拓宽高效清洁燃烧范围。本技术只需要采用简单的氧化反应后处理器即可以满足欧VI排放法规的要求。附图说明图1是本技术一种利用发动机废气余热低温加水重整燃料的新型装置结构示意简图。图中：1-发动机汽缸2-发动机进气管3-重整气气管4-热电偶5-外置低温加水重整器6-发动机废气管7-废气管支路8-热电偶9-第一废气阀10-废气管的中间管段11-第二废气阀12-废气管支路13-热电偶14-空气进气管15-气体流量计16-空气瓶17-燃料进样管18-汽化罐19-燃料注射泵20-水进样管21-水注射泵22-终端废气管具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本技术进行解释说明，并不用以限制本技术。本技术提出的一种利用发动机废气余热无催化剂低温加水重整燃料装置，实现了燃料的低温重整，也可以实现发动机气缸内混合气浓度分层和活性分层燃烧，并且不需要添加催化剂，同时排气管废气的余热也得到了有效利用，从而使发动机更加高效节能的运行。本技术基于发动机燃料低温加水重整方法，由外置低温加水重整器及发动机主体两部分组成。如图1所示，本技术提出的一种利用发动机废气余热无催化剂低温加水重整燃料装置，包括发动机气缸1、一台外置低温加水重整器5、空气进气管14和燃料进样管17和水进样管20，所述发动机气缸1连接有发动机进气管2和发动机废气管6；所述空气进气管14的一端和所述燃料进样管17的一端均连接至所述外置低温加水重整器5的进口，所述空气进气管14的另一端连接至一空气瓶16，所述空气进气管14上设有气体流量计15；所述燃料进样管17的另一端连接至一燃料注射泵本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用发动机废气余热无催化剂低温加水重整燃料装置,包括发动机气缸(1)、一台外置低温加水重整器(5)、空气进气管(14)、燃料进样管(17)和水进样管(20)，所述发动机气缸(1)连接有发动机进气管(2)和发动机废气管(6)；所述空气进气管(14)的一端和所述燃料进样管(17)的一端均连接至所述外置低温加水重整器(5)的进口，所述空气进气管(14)的另一端连接至一空气瓶(16)，所述空气进气管(14)上设有气体流量计(15)；所述燃料进样管(17)的另一端连接至一燃料注射泵(19)，所述燃料进样管(17)上设有汽化罐(18)；所述水进样管(20)的一端与所述汽化罐(18)的进口相连，所述水进样管(20)的另一端连接至一水注射泵(21)；所述外置低温加水重整器(5)的出口通过重整气气管(3)与所述发动机进气管(2)相连；所述重整气气管(3)上、并位于临近外置低温加水重整器(5)的出口处设有一热电偶(4)；其特征在于：所述发动机废气管(6)上设有第一废气阀(9)和第二废气阀(11)，所述第一废气阀(9)位于发动机废气管的始端，所述第二废气阀(11)位于发动机废气管的末端；所述第一废气阀(9)上连接出有第一废气管旁路，所述第一废气管旁路与所述第一废气阀(9)连接、并缠绕过所述外置低温加水重整器(5)后连接至所述第一废气阀(9)和第二废气阀(11)之间的废气管的中间管段(10)上，所述第一废气管旁路上，在绕过所述外置低温加水重整器(5)的位置处设有一热电偶(8)；所述第二废气阀(11)上连接出有第二废气管旁路，所述第二废气管旁路与所述第二废气阀(11)连接、并缠绕过所述汽化罐(18)后连接至所述发动机废气管的末端，所述第二废气管旁路上，在绕过所述汽化罐(18)的位置处设有一热电偶(13)；通过将发动机废气管(6)缠绕经过所述外置低温加水重整器(5)和汽化罐(18)，实现发动机废气余热的充分利用；初始燃料由所述燃料注射泵(19)以匀速经燃料进样管(17)进入到汽化罐(18)中，此刻，水由水注射泵(21)同样以匀速经水进样管(20)进入到汽化罐(18)中，初始燃料与水在汽化罐(18)进行汽化，汽化后的燃料导入到所述外置低温加水重整器(5)中，与此同时，由所述空气瓶(16)提供的新鲜空气在气体流量计(15)调控的流量下经空气进气管(14)进入到所述外置低温加水重整器(5)中，在所述外置低温加水重整器(5)中，新鲜空气与汽化后的燃料与水的混合气进行低温重整；重整后的低温产物经过重整气气管(3)进入到发动机进气管(2)中，再次与新鲜空气混合形成均匀混合气导入到所述发动机气缸(1)中，并与缸内直喷的燃料混合燃烧实现混合气活性及浓度分层。...
【技术特征摘要】
1.一种利用发动机废气余热无催化剂低温加水重整燃料装置,包括发动机气缸(1)、一台外置低温加水重整器(5)、空气进气管(14)、燃料进样管(17)和水进样管(20)，所述发动机气缸(1)连接有发动机进气管(2)和发动机废气管(6)；所述空气进气管(14)的一端和所述燃料进样管(17)的一端均连接至所述外置低温加水重整器(5)的进口，所述空气进气管(14)的另一端连接至一空气瓶(16)，所述空气进气管(14)上设有气体流量计(15)；所述燃料进样管(17)的另一端连接至一燃料注射泵(19)，所述燃料进样管(17)上设有汽化罐(18)；所述水进样管(20)的一端与所述汽化罐(18)的进口相连，所述水进样管(20)的另一端连接至一水注射泵(21)；所述外置低温加水重整器(5)的出口通过重整气气管(3)与所述发动机进气管(2)相连；所述重整气气管(3)上、并位于临近外置低温加水重整器(5)的出口处设有一热电偶(4)；其特征在于：所述发动机废气管(6)上设有第一废气阀(9)和第二废气阀(11)，所述第一废气阀(9)位于发动机废气管的始端，所述第二废气阀(11)位于发动机废气管的末端；所述第一废气阀(9)上连接出有第一废气管旁路，所述第一废气管旁路与所述第一废气阀(9)连接、并缠绕过所述外置低温加水重整器(5)后连接至所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：尧命发，王洋，马春山，王浒，郑尊清，刘海峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12
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