发动机用醇化燃料发生器的制作方法

专利名称：发动机用醇化燃料发生器的制作方法
技术领域：
(清洁能源、可替代燃料) 本发明公开了一种醇化燃料发生器在发动机上的使用技术，特
别是公幵了一种醇化燃料现场混合设备的原理和使用效果，以及 该混合设备在发动机上的使用技术。既发动机用现场混合型醇化 燃料发生器，以下简称为醇化燃料发生器或醇化发生器。
二、 技术背景
中国的石油储藏量占世界石油储藏量的1.8%,而中国的石油消 费量已达3亿吨，超过世界的石油消费量7.0%，而二氧化碳的排 放量却达到17%,中国的石油依赖度已达到40%。提供可替代能源 代替石油，建立可持续发展的能源系统，研究和推广可替代能源 的使用技术，对于中国乃至世界都具有重大意义。
在各种可替代汽油的物质中，甲醇(Methanol)和乙醇(Ethanol) 是最有希望的替代燃料，他们辛烷值高，调和辛烷值更高。经醇 化后的醇类燃料的动力性能更接近于一般汽油。而汽车尾气中的 一氧化碳排放量大幅减少，N0x、未燃HC等污染物明显低于汽油 机，可以降低对大气的污染。
变性燃料乙醇和车用乙醇汽油是我国正在逐步推广的汽车用燃 料。变性燃料乙醇是以玉米、小麦、薯类、甘蔗、甜菜等为原 料，经发酵、蒸馏制得乙醇，脱水后加入变性剂变性后成为变性
燃料乙醇。再将10%的变性燃料乙醇加入汽油中，从而成为车用乙 醇汽油(E10)，也就是通常所说的醇化汽油，国际上通常称为汽
油醇(Gasohol)。国家还为这两种产品专门制定了两项强制性标
准，并开始推广执行。 但是目前醇化汽油的使用技术，是在不改变车辆供油系统和发
动机控制系统的前提下，仅靠加入10%的变性乙醇料，和一定量添
加剂实现醇化汽油的。由于加油站的醇化汽油是预先混合好再销 售的所以称之为预先混合技术，由于是预先醇化好的，因此容易 受到环境、车型、发动机的运行状态的影响而出问题。
另外，使用醇类燃料后，国家用于购买原油的外汇减少了，国 家用这部分钱，补贴醇化燃料的生产企业，以及醇化燃料的销售 价格。在这个环节中，国家和企业是受益了，而消费者的受益情 况表现甚微，这就是目前形成的只有国家强制推广试行的巿场格 局，消费者没有太大的消费积极性。
还有，目前的醇化燃料基本上都是釆用预先混合技术，改用醇
化燃料后都会出现低温冷启动困难；供油管容易产生气阻；橡胶 溶胶现象；醇化燃料易分层，严重时甚至损坏发动机。为了解决
这些问题，通常需要加入大量的添加剂，但只能缓解不能彻底解 决，而且也提高了醇化汽油的价格。目前国家是釆用补贴的方式 才能保证价格与汽油相当。另外，醇化燃料从生产到使用，中间 质量控制的点比较多，稍有不甚就会出现质量问题。

发明内容
1、 解决技术问题
本发明就是为了解决上述问题而专门设计的 一种成套的技术设 备一--发动机用醇化燃料发生器。利用该设备可以解决醇化燃料 预先混合技术的问题；同时也解决油箱沉积物被洗下来的问题； 利用自控设备还解决了冷启动问题；解决了变性燃料甲醇或乙醇 与汽油或柴油的分储问题，由于分储还解决了吸收水分和分层问 题。该设备还可以调整变性甲醇、乙醇与汽油、柴油的混兌比 例，更大限度的增加醇类原料的使用量，从而提高醇化燃料的经 济性和可推广性。另外利用该设备在变性剂和润滑油所允许的前 提下，可以极大限度的提高醇化燃料与汽柴油的混兑比例，甚至 可以提供100%醇化原料供发动机使用。由于利用设备进行现场混 合醇化，放宽了原料中水含量的限制，使水在醇化燃料中的影响 成为次要因素。
2、 技术方案
一种专业化成套设备发动机用醇化燃料发生器，其特征在于该 设备是一种在工业化醇化设备的基础上，研制和发明的可以直接 应用于发动机的醇化燃料发生器。其设备主要有变性醇化燃料储 存箱①、混合醇化单元②、静置缓冲单元③、过滤分离单元④、 调压输出单元⑤、电路控制单元⑥、循环再生单元⑦等结构单元 构成。如图-1所示虛线部分为醇化燃料发生器原理示意图。
其中变性醇化燃料储存箱①是用以存放变性醇化燃料甲醇或乙 醇的容器，变性醇化燃料通过加注口加入容器中；容器可以是 箱、罐、桶等等，器皿可以是任何几何形状的，金属、塑料、玻 璃等材料，最好是坚固、耐用、抗腐蚀材料制成。如汽油油箱， 变性醇化燃料可以是变性燃料乙醇等等。
其中混合醇化单元②为变性醇化燃料与汽柴燃料进行混合醇化 的场所和设施。其设备表现可以是强制搅拌混合、电磁搅拌混 合、超声波强制混合、静态混合器混合、高速剪切混合等等。其 最小混合粒径小于Q. 5微米。
其中静置缓冲单元③为混合后的醇化燃料进行静置分层及颗粒 物沉淀的设备，是混合时产生气体的溢出分离场所，也是各回路 压力平衡的场所和设备。其设备表现可以是箱、罐、桶等坚固、 耐用、抗腐蚀材料。
其中过滤分离单元④为静置处理后的醇化燃料大小颗粒分离单
元，分离后大颗粒液体返回静置缓冲单元③；小颗粒的物质可以
穿过滤网进入发动机燃烧。通过控制滤芯的孔径可以控制输出液
体的粒径，如控制液体粒径小于0.5微米，对于0.5微米以下的 水就有利于保证它的汽化或微爆燃，从而达到增大汽化减少燃烧 积碳的目的。其设备表现可以是过滤器、滤过器、分离过滤器等 等。其材料表现可以是纸质滤芯、布制滤芯、化纤滤芯等等。
其中调压输出单元⑤为保证醇化燃料正常供应的设施。有些发 动机尤其是大功率发动机，发动机的输出功率随油压变化而同等
变化，通过该压力调节器和油泵功率同步调节，同时调节输出油 压的高低，从而满足油压变化发动机的要求。其设备表现可以是 压力调节器、压力调节阀、分压调节设备等等。其材料表现可以 是钢质电控、塑料电控、铝制压控等等。
其中电路控制单元⑥是保证系统正常运转的自控设施。可以 实现对温度、液位、开关信号的处理；并能实现对油路进行电控
切换的功能；对油泵进行启停控制的功能；对相关状态信息进行 显示的功能。其设备表现可以是电力控制箱、电路控制器、自动 控制仪器等等。电路控制方式可以是模拟电路控制、数字化电路 控制、单片机控制、计算机控制或PLC控制。
其中循环再生单元⑦是将静置缓冲单元③的大颗粒物体由底层 抽出并回送至混合醇化单元②，进行再生混合醇化。可独立进行 强制再生混合醇化，也可与新的醇化原料一起进行强制再生混合 醇化。其作用可以将底层液体或分层后的水份或均相差异较大的 液体进行再生处理，以解决燃料分层或水份混入等储运和储存过 程中出现的问题。
如前所述的发动机用醇化燃料发生器，连同变性醇化燃料储存 箱一起，改造安装在原来的油路中。油料和醇料可以通过加油口 和加醇口，分别加入到油料箱和醇料箱中。油箱出油管安装到醇 化发生器的进油管(i)上，醇箱出醇管安装到醇化发生器的进醇管 (2)上，醇化燃料输出管(3)与发动机的进油管连接，醇化燃料回油
管(4)与发动机的回油管连接如图-2。在此同时对原来的油路控制
器和呼吸线路进行相应的改动，从而完成发动机油路的醇化燃料 适应性改造工作。
如前所述的醇化发生器以原理方式进行模拟使用情况描述如
下转动启动按钮汽油箱的油泵A开始工作，同时变性醇料储存 箱①的醇泵B也开始工作，油料和醇料按一定比例进入混合醇化 单元②进行高强度的混合醇化，以保证混合后液体的最小粒径在 0. 5微米以下。醇化后的燃料进入静置缓冲单元③进行动态静置分 层，大颗粒液体沉降后，经再生泵C和再生混合线路返回混合醇 化单元②进行再生混合。小颗粒液体经醇化燃料供出泵C输送至 过滤分离单元④，粒径大于过滤器网目数的液体被分离并返回静 置缓冲单元③，小于滤网目数的液体通过过滤器，经过调压输出 单元⑤压力协调之后，进到共轨喷油器入口，在持续压力的作用 下经喷油嘴喷入汽缸内进行燃烧作功。多佘的醇化汽油燃料经过 回油管回送至缓冲罐。详见示意图-3。
过滤单元④的过滤网，在发动机维修保养时进行更换。静置缓 冲单元③罐中长期存留的液体肯定是不能醇化的液体，在发动机 进行维修保养时由排空阀(6)手动排除。为保持各通道之间的压力 平衡，在静置缓冲单元③的顶部安装有压力平衡呼吸管(5)与外部 连通，从而保持静置缓冲单元③与大气压力保持一致。各油泵分 别由电路控制单元⑥控制启停。电路控制单元⑥还通过控制各回 路的限流阀来控制汽柴燃料和醇料的混合比例，因此混合比例可以根据需要自由调节，从而满足不同机器、不同燃料、不同经济 性、不同使用条件的要求。
3、技术效果
将本发明中的醇化燃料发生器安装至汽油或柴油机车辆、汽油 或柴油机发电机、汽油或柴油机船舶以及其它汽油或柴油机动力 设备中使用后，可以达到如下效果
① 由于使用醇化汽油或柴油，可以大大降低动力设备尾气中 的一氧化碳，NOx、未燃HC等污染物的排量，大幅降低尾气排放 温度，降低动力设备对大气的污染。柴油发动机尤为明显。
② 由于醇化发生器的引入可以实现燃料和醇料是分开加注存 储，这样就为醇料和燃料的独立储运和独立销售创造了技术和设 备条件，尤其为变性醇化燃料的长期储存创造了条件。
③ 自控系统根据发动机的温度状态控制燃料供给，低温时使 用未醇化的汽油或柴油，待温度上来之后切换到醇化汽油或柴 油，这样就避免了醇化汽柴油低温冷启动时存在的问题。
④ 由于静置缓冲单元设计了底层液体再生循环管路，解决了 醇化燃料长时间放置分层，外来游离的水滴进入等问题。外来的 水滴在经过多次的循环再生以后，可以完全溶解在醇化燃料中。
⑤ 由于增加了调压输出设备，对于发动机的输出功率随油压 变化这类的发动机来说，当发动机功率变化时，通过该压力调节 器和油泵电功率同步输出器，可同时调节输出油压的高低，从而 满足油压变化类发动机的要求。
⑥ 在冷启动的时候发动机以汽柴油进行暖机待温，此时再生 循环系统高效运作，即使静置缓冲罐里存在水和分层问题，循环 再生系统也会将其均勾打散，最终形成均相液体，这就保证了温 度回升后发动机使用醇化燃料前，燃料是均匀的一种相态。
⑦ 由于采用了过滤分离技术，保证了醇化燃料的输出粒径可 以一直减少到极限0.1微米，为醇化燃料的高效汽化，减少积碳 提供了有效的质量保证。对于柴油来说水一多就很容易出现大颗 粒，增加了分离过滤设备后大颗粒只能循环再生，保证了供出燃 料的稳定性和可用性。
⑧ 该醇化发生器还可以提高变性燃料甲醇或乙醇与汽柴油的 混兑比例，大大增加变性醇料的使用量， 一般建议汽油从25%~
85%;而柴油考虑其润滑性能问题建议从15% ~50%,极限状态 下都可以完全100%使用变性醇料。
⑨ 由于采用了再生循环技术，可以将醇化燃料的水含量提 高，从目前的试验情况来看，可以直接使用95%的工业乙醇原料； 甚至最高含水可到20%,完全不用使用无水乙醇，这样就为乙醇 的生产降低了成本和能耗。 .
⑩ 由于是现场混合可以大大减少变性剂的使用量，从而降低 燃料乙醇的价格。因此使用变性醇化燃料，尤其是大量使用可以 给消费者和国家带来巨大的经济效益。
该设备使用以后，还将改变液体燃料的使用结构，进而推动醇 化燃料的生产和配送结构，为消费者提供更多的选择机会。能源问题不仅仅是中国的问题，也是全世界的问题，绿色环保清洁能 源的生产将很好解决能源、农业、环境、就业等一系列问题。
四

图-1醇化燃料发生器原理示意图。 图-2醇化燃料发生器原则构成图。 图-3醇化燃料发生器可实施结构示意图
五、 具体实施例
下面结合附图对本发明实施例做进一步的说明。 一种发动机用醇化燃料发生器，其特征在于该发生器设备连同 变性燃料储存箱(变性醇料箱)，可以安装到发动机供油系统的 油路中，并对油路和控制部分进行适当的改动以后，可以为各类 发动机提供醇化燃料。以变性燃料乙醇和汽油发动机为实施例做 如下说明。
如前所述的醇化发生器连同变性燃料储存箱①(另外一个油箱 用以装载变性燃料乙醇)，固定到汽车的后备箱内，并将油路系 统及其控制系统进行适当的改装，使其符合醇化燃料供油。如燃 料汽油箱的出油管连接到燃料入口(i)上；醇化燃料箱①的出油管
连接到醇料入口(2)上。醇化汽油输出管(3)与发动机的进油管连 接，醇化汽油回油管(4)与原发动机的回油管连接。此时的电力供
应和控制线路也做了相应的改造，各油泵分别由电路控制单元 控制启停。电路控制单元⑥还通过限流阀来控制汽油和醇料的混 合比例。待一切调试测试检验完成后，就完成了醇化汽油发生器
的车辆改造，此种车可以称之为醇化汽油发动机汽车。此改装工 作可以在专业改装厂内完成。
醇化燃料车的使用与普通车辆并无不同，转动启动按钮汽油箱 的油泵开始工作，同时变性燃料乙醇箱①的醇泵A也开始工作， 油料和醇料按固定比例进入混合器②进行高强度的混合醇化。醇 化后的燃料进入缓冲罐③进行动态静置分层，大颗粒液体沉降 后，经再生泵C与再生混合线路返回混合器②进行再生混合。小 颗粒液体经醇化燃料供出泵D输送至过滤分离单元④，粒径大于 过滤器网目数的被送回缓冲罐③，小于滤网目数的液体通过过滤 器，经过调压输出单元⑤压力协调之后，进到共轨喷油器入口， 在持续压力的作用下经喷油嘴喷入汽缸内进行燃烧作功。多余的
醇化汽油燃料经过回油管回送至缓冲罐。详见示意图-3。此过程
由控制器自动完成，车辆使用者并无感觉。
当发动机功率增大时，燃料供出泵D的供电功率增大，油泵输
出油压增高，此时压力调节器对输出的燃料进行均变稳压输出， 从而保证了发动机的输出功率随油压变化而同等稳定变化。当发
动机功率下降时，燃料供出泵D的供电功率减小，油泵输出油压 减小，此时压力调节器对输出的燃料再进行均变稳压输出，从而 保证了发动机的输出功率随油压变化而同等稳定变化。由于可以 稳定调节输出油压的高低，从而满足油压变化类发动机的要求。
醇化汽油车的加油与普通车辆有所不同，两个油箱两个加油口 会有不同颜色和形状识别，用以方便一般人进行识别。首先选择
将汽油加入汽油箱中，然后再将变性燃料乙醇加入醇箱。两者不 能加错，也不能混加。加油站的加注人员必须经过专门的培训， 并获得上岗证，燃料加注时注意严格区分标识分别加入对应的燃 料。付款时的票据上也严格标明汽油和乙醇的价格、加入量、燃 油税等便于让使用者了解燃料使用情况。
其他说明，本发明专利由于釆用了部分汽车改装技术；因此必 须对产品生产、汽车改装、产品测试和质量验收等工作进行技术 性和专业性的认证和许可，以保证最终的车辆安全。
理解说明，本实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明 的范围；实施例中未注明具体条件的方法或设备，通常应按照常
规条件或通用设备进行理解；如汽车行业技术手册、燃料工业技
术要求等公开出版物所记载的或提供的条件，或按照设备具体制 造厂商所提供的条件要求。
权利要求
1. 一种专业化成套设备发动机用醇化燃料发生器，其特征在于该设备是根据工业化醇化燃料生产设备的原理和基础，经过对发动机类的设施研究后发明的，可以直接安装和应用于发动机的醇化燃料发生器。
2. 其特征在于安装了醇化燃料发生器的发动机，可以分别加入石油燃料和变性醇化原料，并通过醇化发生器将石油燃料和 醇化原料，按一定的比例混合醇化后形成醇化石油燃料，醇化石 油燃料经过油管、喷油嘴进入发动机燃烧做功。
3. 其名称取向在于安装了醇化发生器的发动机称之为醇化燃料发动机，可简称为醇化发动机；安装了醇化发生器的汽油机 车辆称之为醇化燃料汽油机车或简称醇化汽油车、醇化汽车；安 装了醇化发生器的柴油机车辆称之为醇化燃料柴油机车或简称为 醇化柴油车；依次类推有醇化摩托、醇化船舶、醇化飞机等等。
4. 其理论设备如图-l主要有变性醇化燃料储存箱①、混合 醇化单元②、静置缓冲单元③、过滤分离单元④、调压输出单元 、电路控制单元⑥、再生循环单元⑦等基本结构单元构成。
5. 权利要求书4.中的基本结构单元，是按照可实施方案优 化设计的结果。对于这些结构单元，如果减少任何一个单元结 构，可以认为是该发生器的简化版；如果增加一个或若干个辅助 设备或增加几个用处不关键的单元结构，都可以被认为是该设备 的扩展版，但并不一定具有优化性能。其各单元的名称是按主体 设备可实施类设施的名称来进行称谓的。如混合醇化单元②是按 混合器的类别名称以及工艺在此醇化的特性进行称谓的。
6. 序号4.中变性醇化燃料储存箱①是用以存放变性醇化燃 料甲醇或乙醇的容器，变性醇化燃料通过加注口加入容器中；容 器可以是箱、罐、桶等器皿可以是任何几何形状的，金属、塑 料、玻璃等材料，最好是坚固、耐用、抗腐蚀材料制成。如汽油 油箱等等。
7. 序号4.中混合醇化单元②是将醇类燃料与石油燃料进行 强制混合器的设备，混合后液体的最小粒径可以到0.5微米以下；具体的设备表现可以是机械强制搅拌混合、电磁搅拌混合、超声波强制混合、静态混合器混合、高速剪切混合等等。
8. 序号4.中静置缓冲单元③为混合后的醇化燃料进行静置 分层及颗粒物沉淀的设备，也是各回路压力平衡的场所和设备。 其设备表现可以是箱、罐、桶等坚固、耐用、抗腐蚀材料。
9. 序号4.中过滤分离单元④为控制醇化燃料输出液体颗粒大小的分离单元，分离后大颗粒液体返回静置缓冲单元③；小颗 粒的物质可以穿过滤网进入发动机燃烧。控制滤芯的孔径可以控 制输出液体的粒径，如控制液体粒径小于0.5微米，对于0.5微 米以下的微粒水，有利于形成微爆燃，从而达到增大汽化减少燃 烧积碳的目的。其设备表现可以是过滤器、滤过器、分离过滤器 等等。其材料表现可以是纸质滤芯、布制滤芯、化纤滤芯等等。
10.序号4.中调压输出单元⑤为保证醇化燃料正常供应的设 施。有些发动机尤其是大功率发动机，发动机的输出功率随油压 变化而同等变化，通过该压力调节器和油泵功率同步调节，同时 调节输出油压的高低，从而满足油压变化发动机的要求。其设备 表现可以是压力调节器、压力调节阀、分压调节设备等等。其材 料表现可以是钢质电控、塑料电控、铝制压控等等。
11. 序号4.中电路控制单元⑥是保证系统正常运转的自控设施。可以实现对温度、液位、开关信号的处理；并能实现对油 路进行电控切换的功能；对油泵进行启停控制的功能；对相关状 态信息进行显示的功能。其设备表现可以是电力控制箱、电路控 制器、自动控制仪器等等。电路控制方式可以是模拟电路控制、 数字化电路控制、单片机控制、计算机控制或PLC控制。
12. 序号4.中再生循环单元⑦是将静置缓冲单元③底层的 液体抽出并回送至混合醇化单元②，进行再生混合醇化。其作用 可以将底层的大颗粒液体或分层后的水份或均相差异较大的液体 进行再生处理，以解决燃料分层或水份混入等储运和储存过程中 出现的问题。
13. 由于釆用了再生循环技术，该醇化发生器还可以提高变 性燃料甲醇或乙醇与汽柴油的混兑比例，大大增加变性醇料的使 用量， 一般建议汽油从25% ~85%;而柴油兼顾润滑问题建议从 15% ~50%，但极限状态下都可以100%使用变性醇料。
14. 该醇化燃料发生器不仅仅可以应用于汽油发动机和柴油 发动机，还可以应用于几乎所有类型的发动机，如火车内燃机、 轮船发动机、坦克车甚至飞机发动机等等。发动机的类型还包括 四冲程、两冲程、球型、旋转、涡轮、涡扇、冲压等等。
15. 该醇化燃料发生器同样可以适用于多种液体燃料，如液 体化石类燃料汽油、柴油、航煤、燃料油等等。还可以选用其他 液体燃料形式，如生物汽油、生物柴油、杂合油等等。说明，本权利要求书中的条款仅用于说明本发明，而不用于 限制本发明的范围；在以上条款中未注明具体条件的方法或设备，通常应按照常规条件或通用设备进行理解；如汽车行业技术手册、燃料工业技术要求、单片机自动控制技术要求等公开出版 物所记载的或提供的条件，或按照设备具体制造厂商所提供的条 件要求来选择参数或安装、检测和使用。
全文摘要
本发明公开了一种适用于多种类型发动机的醇化燃料发生器。可以安装在所有类型发动机的油路中，为发动机提供现场混合的醇化燃料。通过该设备解决了醇化燃料易吸水分层、低温冷启动困难，混兑比例小的限制，减少了变性剂的使用量，从而可以降低燃料乙醇的价格。为醇化燃料的全面推广提供了设备和技术保证。更可喜的是醇化燃料可以降低尾气中的一氧化碳，NOx、未燃HC等污染物的排放量，同时降低了烟气温度，减少了对大气的污染。另外乙醇是国际上公认的零碳排放燃料，大量使用可以大大降低总碳排放量，为节能减排提供技术和产品支持。
文档编号C10L1/00GK101387247SQ20071004583
公开日2009年3月18日 申请日期2007年9月11日 优先权日2007年9月11日
发明者虓 张 申请人:虓 张