CN101149034A

CN101149034A - 一种用于汽车冷启动的预热进气方法和装置

Info

Publication number: CN101149034A
Application number: CNA2006101132446A
Authority: CN
Inventors: 张永生; 肖云汉; 王岳; 武辉; 张哲巅; 穆克进
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: JIANGSU CHINESE ACADEMY OF SCIENCES ENERGY POWER RESEARCH CENTER; Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: CN101149034B

Abstract

一种用于汽车冷启动的预热进气方法和装置，利用醇类或醚类的燃烧，将空气预热后与发动机进气混合，再进入汽车发动机内。其辅助点火装置结构为：在空气进口与汽车发动机进气歧管之间设置一辅助点火装置，该辅助点火装置为一个密封腔体；一燃料进口管，其一端为喷嘴，置于密封腔体内部，其另一端连接燃料箱；该燃料进口管设有预热蒸发器，对通过燃料进口管的醇类或醚类燃料进行加热，使其蒸发通过喷嘴形成醇类或醚类蒸汽射流；一点火装置，设在燃料进口管的一侧；由上述辅助点火装置，燃料进口管蒸发的醇类或醚类蒸汽和由空气进口进入的空气混合后由点火装置点燃产生高温烟气，产生的高温烟气和辅助点火装置中的主气流混合，提高汽车发动机的进气温度。

Description

一种用于汽车冷启动的预热进气方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于汽车冷启动的预热进气方法。

本发明还涉及一种用于实现上述方法的预热装置。

背景技术

我国汽车工业的发展面临着石油短缺和环境污染两大问题，科学家们形成的共识是使用甲醇、乙醇等醇类燃料作为石油替代燃料。从国家的能源战略出发考虑，使用醇类燃料作汽车代用燃料的目的是为了合理利用煤炭和生物质资源，缓解石油进口的压力，因此希望尽可能多地用醇类燃料取代汽、柴油；从经济角度来看，甲醇燃料的价格优势是甲醇汽车商品化的根本动因，使用纯甲醇能够突出甲醇燃料的价格优势，还能降低燃料分配系统的运行成本，这对启动甲醇汽车的市场非常重要；从发动机技术方面分析，灵活燃料发动机(能够燃烧任意比例的甲醇-汽油混合燃料)的压缩比与汽油机相同，燃料替代比在2左右(汽车燃烧2升甲醇的行驶里程与1升汽油相当)。

我国当前的能源状况提供了发展甲醇/乙醇汽车的时机，目前，在发动机上燃烧纯甲醇很多立足于已有的M85技术。M85技术经过国内外二十余年的积累已经达到了能够产品化的程度。

在正常工况下，M85机不做任何改动就可以燃烧纯醇类燃料，并且性能基本不受影响。但实际使用中最大的技术障碍是燃烧纯醇类燃料时的冷机启动问题。冷机启动是任何汽车发动机都存在的问题。在低温下，燃料蒸发困难造成发动机不易着火启动。另外，在暖机过程(发动机从启动到冷却水上升到正常温度)中，由于燃料燃烧不完全，排气温度低以及发动机零部件的配合间隙不正常等原因，造成烃类和一氧化碳排放量是正常值的十余倍，零部件磨损加剧和润滑油被稀释变质等问题，这些问题严重影响发动机的性能和使用寿命。为了解决冷启动问题，汽油机在启动时喷入多余的燃料、形成浓混合气，但这造成排气中烃类含量增高和燃料流入曲轴箱稀释润滑油等负面效应，而暖机过程中发动机磨损和性能下降问题并不能解决。醇类燃料的初馏点低、汽化潜热数倍于汽油，对于甲醇饱和蒸汽压力只有汽油的约二分之一、在发动机功率不变的情况下燃料流量是汽油的大约二倍。这些原因造成醇类燃料蒸发困难，在冷启动时不能形成合适比例的混合气。M85机采取在甲醇或乙醇中掺入汽油以提高燃料的饱和蒸汽压力、在进气管增加电加热装置以促进燃料蒸发等方法，能够实现在-15℃启动，但尽管醇类燃料机使用特殊润滑油，燃料进入曲轴箱造成的润滑油变质问题非常严重，这种损害主要发生在启动和暖机过程中，严重影响发动机的寿命。如果用M85机燃烧纯醇燃料，发动机在4℃以下就不能启动。如果不解决这个问题，M85机燃烧纯醇燃料就不可能实用化。

如果在发动机点火时汽缸内形成混合比接近化学当量比的燃料-空气混合气，发动机就能顺利启动。要实现这种状况，需要使喷入发动机进气道的大部分燃料在火花塞点火前蒸发气化。在燃料性质、燃料液滴的初始尺寸和进气流动参数都确定的情况下(喷油嘴、进气道参数和发动机的启动转速已由发动机制造商确定，看作不可变因素)，提高进气温度是促进燃料气化最有效的途径。在M85机的实验研究中，曾经利用电加热装置预热进气道的局部，辅助燃料蒸发，这种方法对发动机的冷启动有帮助，但不能缩短暖机时间。电加热的能量来自汽车电瓶，对于纯甲醇发动机，电瓶提供的能量远远不能同时满足冷启动时启动马达运转和加热混合气的需求。

用醇类燃料自身燃烧放出的热量加热发动机的进气，不但可以保证发动机冷启动，而且能够大幅度缩短发动机的暖机时间，解决燃料进入曲轴箱导致的润滑油变质问题，延长发动机的使用寿命。

尽管燃烧醇类燃料的进气预热装置具有上述优越性，但这种方法在技术上面临以下困难：第一，要求燃烧器在低温下能够顺利启动；第二，要求燃烧器和换热器的尺寸足够小，能够布置在轿车发动机的机舱内，并且不影响发动机的日常维护保养；第三，要求装置结构简单，工作稳定可靠，造价低廉，适合作为批量生产的汽车发动机的附件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于汽车冷启动的预热进气方法。

本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的预热装置，以解决公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的用于汽车冷启动的预热进气方法，是利用醇类或醚类的燃烧，将空气预热后与发动机进气混合，再进入汽车发动机内。

所述的方法，其中醇类燃料为甲醇、乙醇或两者任意比例的混合物。

所述的方法，其中醚类燃料为乙醚。

本发明提供的用于实现上述方法的预热装置，其结构为：

在空气进口与汽车发动机进气歧管之间设置一辅助点火装置，该辅助点火装置为一个密封腔体；

一燃料进口管，其一端为喷嘴，置于密封腔体内部，其另一端连接燃料箱；

该燃料进口管设有预热蒸发器，对通过燃料进口管的醇类或醚类燃料进行加热，使其蒸发通过喷嘴形成醇类或醚类蒸汽射流；

一点火装置，设在燃料进口管的一侧；

由上述辅助点火装置，燃料进口管蒸发的醇类或醚类蒸汽和由空气进口进入的空气混合后由点火装置点燃产生高温烟气，产生的高温烟气和辅助点火装置中的主气流混合，提高汽车发动机的进气温度。

所述的装置，其中燃料进口管的外部和内部均设有预热蒸发器。

所述的装置，其中燃料进口管上设置的预热蒸发器为电阻丝。

所述的装置，其中密封腔体内部连接空气进口处设一挡板，形成驻涡发生器，使空气进入辅助点火装置后形成回流区，并具有速度较低的流场，燃料进口管的喷嘴置于密封腔体内部驻涡发生器的下方，喷出的醇类或醚类蒸汽与该回流区的空气混合燃烧。

所述的装置，其中醇类燃料为甲醇、乙醇或两者任意比例的混合物，醚类燃料为乙醚。

所述的装置，其中驻涡发生器的角度可设计为在0-90度范围内不同的角度。

所述的装置，其中预热蒸发器和点火装置的电源为汽车蓄电池。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、不会造成像加注冷启动液和火焰预热启动所带来的加剧机件磨损的问题。

2、比燃油加热器加热法结构简单，比热水预热法操作方便。

3、比电预热法节省能源，不会造成大量电能的消耗，使得电瓶能够正常供应足够的电能。

4、如果采用针对于柴油机的中国发明专利申请号为200410030843.2的方法，结构相对复杂。而本发明结构简单，而且对传统汽车的改造也很方便。

附图说明

图1为本发明辅助点火装置的连接示意图；

图2为本发明辅助点火装置的放大示意图。

具体实施方式

为了解决使用醇类或醚类燃料时汽车的冷启动问题，本发明提供了一种用于醇类或醚类燃料的汽车冷启动的预热进气方法和装置，以克服醇类燃料汽车应用的困难。

本发明使用的醇类燃料可以是甲醇、乙醇或两者任意比例的混合物，醚类可以是乙醚。

下面以醇类燃料为例，请参阅图1。本发明在现有的汽车空气进口1发动机进气歧管11之间增设一个辅助点火装置3，醇类燃料在辅助点火装置3内进行预热蒸发，并与空气一起混合燃烧，加热后的空气再通过进气歧管11进入发动机12，从而解决使用醇类燃料时汽车冷启动困难的问题。

请结合图2，为本发明的辅助点火装置示意图。从空气进口1进入的空气经过空气滤清器2，按图2中箭头所示方向进入辅助点火装置3，由该辅助点火装置3进行加热。

辅助点火装置3的结构和加热空气的过程如下：

辅助点火装置3为一密封腔体，按照图2的图面来说，其上部与空气滤清器2连接，其下部与汽车发动机的进气歧管11相连接。就该辅助点火装置3而言，其一侧设置有燃料进口管4，该燃料进口管4的一端连接燃料箱(图中未示)，其另一端为燃料喷嘴8，置于辅助点火装置3的腔体内部。该燃料进口管4的外部设有预热蒸发器5，为增强预热效果，也可以在该燃料进口管4的内部也设置一预热蒸发器6，该预热蒸发器5、6可以是电阻丝，通过电阻丝的电加热使燃料进口管4内的醇类燃料由液态加热蒸发形成气态。由于辅助点火装置3中需要蒸发的醇类燃料量较少，并且甲醇、乙醇的沸点在常压下较高，对于甲醇为64.7℃，对于乙醇为78.18℃，使其蒸发只需要较少的热能就可以实现，消耗电能较少，因此该预热蒸发器5、6的工作电源用汽车蓄电池即可。经过预热蒸发的气态醇类燃料从燃料喷嘴8中喷入，由点火器9实现点火，与进入辅助点装置腔体内的空气混合燃烧，产生的高温烟气和汽车进气的主气流混合，提高汽车发动机的进气温度，使得发动机内的点火易于实现，从而解决甲醇/乙醇汽车的冷启动问题。

为增强空气与醇类蒸气的混合燃烧效果以及适应不同容量的发动机，在辅助点火装置3的空气进口处设有一驻涡发生器10，该驻涡发生器10是固定设置在辅助点火装置3腔体进气口处一挡板，该档板的角度可以设计在0-90度的范围内调整角度。当其角度α为90度时，即进气口为最小，进气量减少；反之，当其角度α为0度时，即进气口为最大，进气量增加。通过调整驻涡发生器10的角度，可以达到两个效果，一个是改变空气与醇类蒸气的比例，再则使空气进入辅助点火装置后流动发生变化，形成回流区，以降低空气的流速增强燃烧效果，并能使本发明的辅助点火装置适用于不同发动机气缸容量进气量的各种车型。即对于小容量气缸的汽车，在设计辅助点火装置时，可将档板的角度设计的大一些，减少进气量；反之，对于大容量的汽车，档板的角度设计的小一些，增加进气量。

由上述装置，在汽车点火启动中，外界的冷空气经过空气滤清器的净化进入辅助点火装置。在辅助点火装置中，驻涡发生器使得进入的空气的流动发生变化，形成驻涡回流区。预热蒸发器通过电加热来加热醇类燃料并使之蒸发形成醇类蒸汽。蒸汽与回流区的部分空气混合点燃，燃烧后的高温烟气和辅助点火装置中的其余冷空气混合，从而提高了进入进气歧管及发动机的空气的温度，使得冷启动顺利实现。

本发明的燃料可以通过管路和油泵从车内的油箱来供应，也可以通过附带的醇类燃料用于解决柴油车冷启动问题。采用相同的原理也可以利用乙醚等液体燃料作为预热进气的燃料。

本发明是在公知的汽车发动机装置中增加了辅助点火装置，并对辅助点火装置的结构、功效等作了描述，而其它的公知装置是本领域技术人员所熟悉的。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围。因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种用于汽车冷启动的预热进气方法，是利用醇类或醚类的燃烧，将空气预热后与发动机进气混合，再进入汽车发动机内。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，醇类燃料为甲醇、乙醇或两者任意比例的混合物。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，醚类燃料为乙醚。

4.一种用于实现上述方法的预热装置，其结构为：

一点火装置，设在燃料进口管的一侧；

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，燃料进口管的外部和内部均设有预热蒸发器。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，燃料进口管上设置的预热蒸发器为电阻丝。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，密封腔体内部连接空气进口处固定设置一挡板，形成驻涡发生器，使空气进入辅助点火装置后形成回流区，并具有速度较低的流场，燃料进口管的喷嘴置于密封腔体内部驻涡发生器的下方，喷出的醇类或醚类蒸汽与该回流区的空气混合燃烧。

8.如权利要求4或7所述的装置，其特征在于，醇类燃料为甲醇、乙醇或两者任意比例的混合物，醚类燃料为乙醚。

9.如据权利要求4所述的装置，其特征在于，驻涡发生器的可设计为角度在0-90度范围内不同的角度。

10.如权利要求4所述的装置，其特征在于，预热蒸发器和点火装置的电源为汽车蓄电池。