一种预燃室点火器，甲醇发动机及其冷启动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种预燃室点火器，甲醇发动机及其冷启动控制方法，包括：壳体、喷嘴、喷油器、火花塞和加热元件，预燃室底部设有不少于1个喷孔；喷嘴的外表面贴装有加热元件，用于加热喷向所述预燃室部分内壁的燃油喷雾；所述喷油器的喷射口和火花塞的末端延伸进入预燃室中，且所述喷油器的喷射方向朝向火花塞的方向，且所述喷油器的喷雾喷至设置有加热元件的所述预燃室的内壁。本发明专利技术在甲醇发动机冷启动时利用温控开关控制加热元件对预燃室进行加热，控制预燃室内部过量空气系数在0.8

【技术实现步骤摘要】
一种预燃室点火器，甲醇发动机及其冷启动控制方法


[0001]本专利技术属于内燃机
，具体涉及一种用于甲醇发动机冷启动工况下的可加热式预燃室点火器，甲醇发动机及其冷启动控制方法。

技术介绍

[0002]随着人们对燃料短缺和空气污染控制的日益关注，替代燃料越来越受到重视。甲醇是一种清洁燃料，它可以以相对较低的成本从煤、天然气和植物中生产合成，具有许多理想的燃烧和排放特性，如：高辛烷值、抗爆性能好、高汽化潜热、允许高密度的燃料
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空气混合气充量，以及优异的稀燃性能。这些特性使甲醇成为奥托循环火花点火发动机的优质燃料。但是，由于甲醇的沸点(338K)高于汽油的初始沸点(约313K)，并且具有低蒸汽压和高汽化潜热的性质，这直接导致了甲醇发动机在低环境温度下冷启动困难的问题出现。
[0003]甲醇冷起动困难主要是因为在低环境温度下，喷射至进气歧管位置处的燃油蒸发会严重恶化，粗略估计，在最初几个冷起动循环期间，只有10
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20％的燃料进行了蒸发，环境温度越低，起动所需的空气燃油混合气越浓。传统解决方法有燃油加浓喷射、缸套加热、进气增温等。燃油加浓喷射指的是发动机进行过量喷油，从而在气缸内形成充分的可燃混合气。这种过量喷油将会导致大量液体燃料进入气缸，导致燃油的不完全燃烧，产生大量的CO、HC排放，这也是冷启动过程中排放超标的主要原因。缸套加热的目的是加热整个主燃烧室，增强主燃烧室内的热力学条件，从而达到稳定着火的目的。进气增温可以促进燃油的蒸发，同样可以增强主燃烧室内的热力学条件，实现稳定着火的目的。这两种方法由于能量消耗大所以不常被使用。
[0004]如果甲醇发动机在冷起动期间能够在更接近化学计量比的条件下稳定燃烧，就可以保证发动机稳定启动的前提下，实现低污染物排放。根据William P.Attard的相关研究表明，射流火焰有三个作用，分别为增强主燃烧室混合气热力学状态，湍流强度与混合气反应活性。火焰经喷孔喷出的过程中存在部分淬息现象，淬息的火焰中含有大量反应中间产物，这些活性基团可以极大的促进主燃烧室混合气的燃烧。为此，考虑一种新的甲醇发动机冷启动辅助方式，通过在小体积的预燃室喷嘴处用加热带创造高温着火环境，喷入预燃室的燃料进行良好的雾化蒸发，然后预燃室内混合工质先行点燃喷出射流火焰，射流火焰带来的热量强化在冷启动工况下主燃烧室内部燃油混合程度与缸内热力学条件，并提升主燃烧室内部工质的反应活性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种预燃室点火器，甲醇发动机及其冷启动控制方法。本专利技术将预燃室点火器设计为预燃室可加热的结构，并设计了喷油的角度，利用了射流火焰对缸内工质所起到的提升初始热力学条件、增加湍流强度以及提升工质反应活性三个作用来解决甲醇发动机冷启动工况下启动困难以及冷启动带来的排放问题，提升了主燃室内热力学条件与湍流强度，能够点燃主燃烧室内混合气并进行充分燃烧，从而使甲醇发动机在
冷起动期间能够在更接近化学计量比的条件下运行，即保证发动机稳定启动，又不会产生过量的排放污染物。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术第一方面涉及一种预燃室点火器，包括壳体、喷嘴、喷油器、火花塞和加热元件，喷嘴的内壁和壳体底部配合形成一个预燃室，所述预燃室底部设有不少于1个喷孔；喷嘴的外表面贴装有加热元件；所述加热元件用于加热喷向所述预燃室部分内壁的燃油喷雾；所述喷油器的喷射口和火花塞4的末端延伸进入预燃室中，且所述喷油器的喷射方向朝向火花塞的方向，且所述喷油器的喷雾喷至设置有加热元件的所述预燃室的内壁。
[0007]进一步的，所述预燃室6为漏斗型，从壳体底部向下依次包括第一区域、第二区域和位于第一区域和第二区域之间的过渡区域，所述第一区域和第二区域的体积比为1：1；所述加热元件贴装在第一区域和过渡区域的外部，且所述加热元件与温控开关电连接。
[0008]进一步的，所述喷孔数量为1
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10个，直径2
‑
8mm；优选设置3
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10个喷孔。
[0009]进一步的，所述加热元件选自以下之一：加热带，埋伏式电阻丝和加热棒。
[0010]进一步的，所述喷油器形成的扇形喷雾与所述火花塞的中心轴线呈45
°
角。
[0011]本专利技术第二方面涉及一种甲醇发动机，包括预燃室点火器、气缸盖、基体、和活动腔，预燃室点火器、进气端和出气端均设置在气缸盖顶部，基体和气缸盖内部设置有一活动腔；所述甲醇发动机还包括温控开关，所述温控开关和交流电源电性连接，且温控开关设置在预燃室点火器的一侧，温控开关用于检测预燃室内的温度以及控制加热元件的启闭。
[0012]进一步的，所述预燃室点火器的预燃室的体积为活动腔体积的5％以下。
[0013]本专利技术第三方面涉及甲醇发动机的冷启动控制方法，包括：
[0014]利用温控开关控制位于喷嘴上的加热元件对预燃室进行加热，使预燃室内温度达到预设的工作温度；随后在发动机带动下，推杆向上运行到压缩上止点，喷油器喷油，燃油接触到加热的预燃室内壁后快速蒸发，与空气混合形成可燃混合物，在最佳点火角度由火花塞点燃预燃室内的混合气，形成射流火焰进入活动腔，其中，喷油器的喷油量根据预燃室的容积确定，所述最佳点火角度由发动机运行状态决定；控制预燃室内部过量空气系数在0.8
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1.0之间，从而在冷启动状态实现发动机的超稀薄燃烧；
[0015]待甲醇发动机运行稳定后，加热元件停止工作，所述冷启动装置其余元件继续运行，可实现主动式预燃室湍流射流点火提高稀燃时的点火能力和发动机性能。
[0016]所述甲醇发动机的冷启动控制方法还适用于汽化潜热高的燃料或者液氨燃料发动机冷启动。
[0017]同样可应用于其它汽化潜热高的燃料或者液氨燃料发动机冷启动问题。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0019]1、相较于传统加浓冷启动的方式，采用喷射腔内点火的方式可以减少总体喷油量，降低燃油消耗，并且由于气缸内燃烧充分，可以显著降低HC、CO排放。
[0020]2、由于喷射腔(预燃室)体积小，相较于传统加热整个主燃烧室的方式，使用加热喷射腔(预燃室)的方法升温速度更快，能量消耗更少，冷启动着火性能优。
[0021]3、采用加热喷射腔(预燃室)的方法，将射流火焰用于甲醇发动机冷启动工况，相较于进气增温冷启动方式而言对电能消耗要求降低，更稳定可靠。
附图说明
[0022]图1是本专利技术所述预燃室点火器的剖视图；
[0023]图2是安装有预燃室点火器的甲醇发动机的结构示意图。
[0024]图中：
[0025]100、预燃室点火器；1、壳体；2、喷嘴；3、喷油器；4、火花塞；5、加热带；6、预燃室；61、第一区域；62、过渡区域；63、第二区域；7、密封圈；8、基体；9、进气端；91、进气管；92、进气门；10、出气端；101、出气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预燃室点火器，其特征在于，包括：壳体(1)、喷嘴(2)、喷油器(3)、火花塞(4)和加热元件(5)，喷嘴(2)的内壁和壳体(1)底部配合形成一个预燃室(6)，所述预燃室(6)底部设有不少于1个喷孔；喷嘴(2)的外表面贴装有加热元件(5)；所述加热元件(5)用于加热喷向所述预燃室(6)部分内壁的燃油喷雾；所述喷油器(3)的喷射口和火花塞(4)的末端延伸进入预燃室(6)中，且所述喷油器(3)的喷射方向朝向火花塞(4)的方向，且所述喷油器的喷雾喷至设置有加热元件的所述预燃室的内壁。2.根据权利要求1所述的预燃室点火器，其特征在于，所述预燃室(6)为漏斗型，从壳体(1)底部向下依次包括第一区域(61)、第二区域(63)和位于第一区域(61)和第二区域(63)之间的过渡区域(62)，所述第一区域(61)和第二区域(63)的体积比为1：1；所述加热元件贴装在第一区域(61)和过渡区域(62)的外部，且所述加热元件与温控开关(12)电连接。3.根据权利要求1所述的预燃室点火器，其特征在于，所述喷孔数量为1
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10个，直径2
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8mm。4.根据权利要求1所述的预燃室点火器，其特征在于，所述加热元件选自以下之一：加热带，埋伏式电阻丝和加热棒。5.根据权利要求1所述的预燃室点火器，其特征在于，所述喷油器(3)形成的扇形喷雾与所述火花塞(4)的中心轴线呈45
°
角。6.一种甲醇发动机，其特征在于，包括如权利要求1所述的预...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，刘宗宽，卫海桥，刘丰年，钟力嘉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：