CN110671172A - 甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统 - Google Patents
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Abstract
一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，有上下固定连接且连通的舷外机水上装置壳体和舷外机水下装置壳体，舷外机水上装置壳体内设置有N缸内燃机，连接在N缸内燃机的气缸盖排气口上的排气主管，连接在N缸内燃机的进气端的进气岐管，排气主管的出气端通过废气涡轮增压装置连接排气通道，将N缸内燃机所排出的废气和噪声排入到水下，排气主管和排气通道内均设置有净化催化填充体，进气岐管上分别设置有与废气涡轮增压装置、电动涡轮增压装置和甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置的各出口相连的四个进气口，N缸内燃机的点火机构连接点火正时角度自动调整装置。本发明避免了由于直接将废气和污物排入水体，造成对生态环境的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶甲醇燃料动力机械净化系统。特别是涉及一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统。
背景技术
鉴于船舶航行安全和节能环保的要求，船舶清洁能源推进系统技术的推广应用已成为实现行业可持续发展的重要因素之一。尤其对于以水体为净化和降噪媒介的舷外机，工作中直接将废气和污物排入水体，因为对生态环境破坏极大，所以急需治理。而通过在内燃机上进行应用甲醇燃料的技术改造和应用可再生清洁替代能源——改性甲醇燃料，将会快速实现多元化能源替代，减少尾气污物排放，降低船舶营运成本，优化船舶动力机械建改造投入。
目前国内外船舶推进系统大量采用的动力机械仍然是压燃式或点燃式内燃机，舷外机亦分为点燃式和压燃式，舷外机是高航速中小型船舶的最佳动力源。
舷外机(见图1)是一种适用于驱动中小型高速船舶的将机(发动机)、桨(螺旋桨)、轴(传动轴)、变速(变速器)、悬挂(固定架)、操控(控制速度方向)六大系统集合成一体，且整体可悬挂于船体外侧的一种机、电、液一体化船舶推进系统。
舷外机作为中小型高速船舶推进系统的动力源具有结构紧凑、超轻量化、高速、立轴、可靠、耐久、安装方便、操作简单等优势，尤其适于游艇、巡逻艇、渔业养殖船等中小型高速船舶。舷外机的升功率(KW/L)、功重比(KW/Kg)、轻量化等内燃机技术指标均优于传统推进系统。与传统船舶推进系统相比在输出功率基本相同的情况下，舷外挂机推进系统总重量约减轻5倍以上，系统体积约缩小5倍以上，转速约提高4倍以上，并且很容易在相对经济实用前提下，实现航速超越30海里/时以上。
虽然舷外机靠特殊的机桨轴变速悬挂操纵一体化推进系统技术赢得了船舶推进系统的诸多优势。但是，舷外机能耗大，如，一台115马力的舷外挂机燃料消耗35升-40升/小时， 10万台舷外机年消耗汽柴油约达500-600万吨。舷外机污染大，目前舷外机是唯一以水体做废气净化和声波衰减的船舶动力源，其最大的危害是将废气和噪声全部排入水体；10万台舷外机年贡献污染物约1570万吨；更可怖的是10万台舷外机主要污染水库、内河、旅游区及沿海经济发达、人员密集、风景秀丽的水域。
由于舷外机工作废气和噪声的排泄通道垂直布置于舷外机中心轴线上(见图1)，周围被发动机气缸块组合下端、气缸盖组合、排气主管、排气导管、排气歧管、面板、消音器、膨胀腔、水上装置壳、传动轴、换挡轴、水套、油槽、机油泵、机油管、水下装置壳、上水管、下水管、水泵、线束等20余种零部件包覆。舷外机内燃机的工作废气和噪声通过非直线圆柱型排气主管进入不规则变截面的气缸块组合上端，再经过不规则变截面的排气导管进入舷外机内燃机排气歧管，并穿过水套和油槽经过旁通检测口，再经过面板进入消音器的膨胀腔，再通过水上装置壳到达浸水排气管，再由浸水排气管末端将得到降温降噪的废气通过水下装置壳和螺旋桨传动轴之间的空隙传到螺旋桨，最后辅助螺旋桨提升部分正推力后，经螺旋桨周围水体排至水中，至此仍带余温、噪声、常规和非常规污染物的内燃机尾气全部进入水体。由于目前舷外机仍大量使用开环控制技术，故污染物排放是随机的、无序的、很差的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够解决船舶舷外机对水体严重污染的甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统。
本发明所采用的技术方案是：一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，包括上下固定连接且连通的舷外机水上装置壳体和舷外机水下装置壳体，所述舷外机水上装置壳体内设置有N缸内燃机，连接在N缸内燃机的气缸盖排气口上的排气主管，以及连接在所述N缸内燃机的进气端的进气岐管，所述的排气主管的出气端通过废气涡轮增压装置连接排气通道，用于将N缸内燃机所排出的废气和噪声排入到水下，所述的排气主管和排气通道内均设置有净化催化填充体，所述进气岐管上分别设置有用于与废气涡轮增压装置、电动涡轮增压装置和甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置的各出口相连的四个进气口，所述N缸内燃机的点火机构连接点火正时角度自动调整装置。
所述排气主管的进气口的一侧设置有与内部相连通的安装孔，所述安装孔上安装有用于监测尾气排放中氧偏值的氧传感器，所述氧传感器的信号输出端连接ECU信号采集端。
外部空气通过电动涡轮增压装置的入口进入电动涡轮增压装置增压后，经电动涡轮增压装置的出口进入所述进气岐管的第一进气口。
所述废气涡轮增压装置的空气进气口进入的空气经过从废气涡轮增压装置的废气入口进入的N缸内燃机排出的废气驱动的压缩机叶轮压缩后，进入与废气涡轮增压装置的压缩空气出气口相连的压缩空气管路，所述压缩空气管路的排出口连接所述进气岐管的第二进气口，从而将压缩空气送入进气岐管，作功后的废气通过废气涡轮增压装置的废气出口进入排气通道。
所述压缩空气管路上设置有冷却装置。
所述的排气通道包括有依次连接的排气导管、位于润滑油油槽内的排气岐管、位于润滑油油槽下面的消音器以及贯穿到舷外机水下装置壳体外部的浸水排气管，其中，所述的排气导管的入口连接所述废气涡轮增压装置的废气出口，所述废气涡轮增压装置的废气入口连接所述排气主管的出口，从而将四缸内燃机所排出的废气对废气涡轮增压装置作工后排入到水下。
所述的排气主管、排气导管、排气岐管、润滑油油槽和消音器这5个部件中的3个以上的部件在内部设置有净化催化填充体，所述的净化催化填充体是微孔陶瓷芯或金属网芯或钢丝芯。
所述点火正时角度自动调整装置的：节气门位置信号线连接端连接N缸内燃机的节气门位置信号线，负极端连接外部供电电瓶的负极，正极端连接N缸内燃机的起动开关常火端，主线通过主分线器分别连接与N缸内燃机相对应的第一分线器～第N分线器，其中，所述第一分线器～第N分线器的信号线分别对应连接N缸内燃机中每个缸的点火线圈的信号线，所述第一分线器～第N分线器的正极分别对应连接四缸内燃机中每个缸的点火线圈的正极，N 为大于1的整数。
所述的甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置包括有：本体和设置在所述本体前端口上的端盖，其特征在于，所述本体侧壁的一个侧壁上分别设置有与所述燃料箱的闪蒸汽管路出口端相连的常开进气口和常闭进气口，本体的另一侧壁上分别设置有与所述的常开进气口和常闭进气口相对应的用于与对气体进行过滤的活性炭净化装置的进气口相连的常开出气口，以及与内燃机的进气岐管的一个进气口相连的常闭出气口，所述活性炭净化装置(24)的出气口连通外部大气，所述端盖为帽状端盖，在顶部设置有与所述进气岐管的第三进气口相连的过气口，所述本体内设置有在所述进气岐管内正、负气压作用下打开或关闭所述常开进气口、常闭进气口、常开出气口和常闭出气口的开关阀机构。
所述开关阀机构包括有开关阀和膜片，所述膜片的周边固定连接在所述本体的前端口与端盖之间，所述膜片与所述端盖之间形成气压腔，且所述膜片与所述端盖之间设置有复位弹簧，所述膜片的中部与所述开关阀的前端固定连接，所述气压腔在所述进气岐管的正负气压作用下产生正压或负压驱动所述膜片前后移动带动所述开关阀打开或关闭所述常开进气口、常闭进气口、常开出气口和常闭出气口。
所述的开关阀包括有开关阀体，所述开关阀体的前侧通过一体形成的连接体连接所述膜片的中部，所述开关阀体将所述的本体内分割为前正压腔和后正压腔，所述开关阀体上形成有连通所述前正压腔和后正压腔的连通孔，其中，所述的常闭进气口和常闭出气口对应所述的后正压腔，所述常开进气口和常开出气口对应所述的前正压腔。
所述N缸内燃机的中每个气缸在活塞行程一定下，通过增加活塞顶的高度，来改变活塞销中心孔至活塞顶的距离，使活塞原下止点和原上止点的位置改为现下止点和现上止点的位置，从而使压缩余隙由原H减为H-L，从而提高压缩比。
本发明的甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，采用甲醇燃料船舶舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化催化技术，有助于实现船舶舷外机在前净化(进气电离)，后净化(闭环控制净化催化系统)，机内净化(缸内喷射)，提高热效率(增加压缩比)，提高容积效率(废气/电动双涡轮增压)，燃用可再生清洁替代能源(甲醇燃料)和保障航行安全与环保措施等等诸方面全面提升现有技术内涵；以低成本、高效率的技术措施，解决船舶舷外机对水体的严重污染和在高原稀氧条件下的动力输出的明显下降的问题。本发明从技术和产品的全寿命周期考虑相关环节利弊优劣，开发甲醇燃料船舶内燃机，使用甲醇这低成本措施解决了：机前净化(进气电离)，机后净化(闭环控制净化催化系统)，机内净化(缸内喷射)，提高热效率(增加压缩比)，提高容积效率(废气/电动双涡轮增压)，燃用可再生清洁替代能源(甲醇燃料)和保障航行安全与环保措施等等诸方面问题，解决了舷外机尾气污物结构性排入水体的痼疾；本发明的甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，具有实用、路径最短、投资最少、见效最快、风险最小，解决了困扰业内人士多年的舷外机尾气污物对水源的巨大危害。
附图说明
图1是本发明甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统的整体结构示意图；
图2是本发明甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统的框图；
图3是本发明中排气主管与废气涡轮增压装置连接结构示意图；
图4是本发明中安放净化催化装置的排气岐管内部结构示意图；
图5是本发明中安放净化催化装置的润滑油油槽内部结构示意图；
图6是本发明中安放净化催化装置的消音器内部结构示意图；
图7是本发明中点火正时角度自动调整装置的结构示意图；
图8是本发明中压缩比示意图；
图9是本发明中开关阀机构的结构示意图；
图10是本发明中N缸内燃机中压缩比示意图。
图中
1：舷外机水上装置壳体 2：舷外机水下装置壳体
3：N缸内燃机 4：气缸盖排气口
5：排气主管 5.1：安装孔
5.2：进气口 6：废气涡轮增压装置
6.1：废气入口 6.2：废气出口
6.3：空气进气口 6.4：压缩空气出气口
6.5压缩机叶轮 7：进气岐管
7.1：第一进气口 7.2：第二进气口
7.3：第三进气口 7.4：第四进气口
8：排气通道 9：电动涡轮增压装置
11：点火正时角度自动调整装置 11.1：节气门位置信号线连接端
11.2：负极端 11.3：主线
11.4：正极端 11.5：主分线器
11.6：第一分线器 11.7：第二分线器
11.8：第三分线器 11.9：第四分线器
12：排气导管 13：排气岐管
14：润滑油油槽 15：消音器
16：浸水排气管 17：压缩空气管路
18：氧传感器 19：悬挂机构
20：水室 21：水面
22：螺旋桨 23：燃料箱
24：活性炭净化装置 25：冷却装置
26：净化催化填充体 27：气缸
28：活塞 29：压缩余隙
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统做出详细说明。
闭环控制高效净化催化技术。在内燃机燃烧学中，被优化的尾气排放是基于内燃机燃烧学基本理论：λ＝1。实现λ＝1的基本技术条件是：电控燃料喷射、氧传感器、净化催化；以汽油为例，只有满足当量空气与当量燃料之比为14.7:1时λ值才能等于1；既充分燃烧1份燃料，需要匹配14.7份的空气；只有实现理论空燃比λ＝1，强化空气和燃料的最佳比例混合，才能实现燃料完全燃烧，发挥最大功，控制最小的污物排放。而如何根据不同工况供给燃料，实现工况排放优化，只有保持实际空燃比λ＝1±0.02。具体操作是采用“以结果影响再开始”的闭环控制科学理念和装备。既通过安装在排气门口附近的氧传感器监测当下尾气排放中氧偏值的电动势(1V±0.02V)，并迅速向ECU反馈，ECU围绕实际空燃比λ＝1+0.02时的氧偏值电动势(1V±0.02V)，修正燃料喷射脉宽(喷射持续时间)，周而复始，直至达到理想空燃比λ＝1的动态平衡，实现内燃机自动控制优化工况的目的。高效净化催化技术：为进一步优化内燃机尾气排放效果，在实现燃料被完全燃烧的理论空燃比λ＝1的状态下，再添加尾气净化催化转化装置；该装置在200℃-450℃的高温条件下，利用稀有金属铂、铑、钯和其他稀土元素受热时产生的的转化催化效应，针对性的将一氧化碳CO、碳氢HC、氮氧NOX、醛CHO 类转化为二氧化碳CO2、氮气N2和水H2O。
如图1、图2所示，本发明的甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，包括上下固定连接且连通的舷外机水上装置壳体1和舷外机水下装置壳体2，所述舷外机水上装置壳体1内设置有N缸内燃机3，连接在N缸内燃机3的气缸盖排气口4上的排气主管5，以及连接在所述N缸内燃机3的进气端的进气岐管7，所述的排气主管5的出气端通过废气涡轮增压装置6连接排气通道8，用于将N缸内燃机3所排出的废气和噪声排入到水下，所述的排气主管5和排气通道8内均设置有净化催化填充体，所述进气岐管7上分别设置有用于与废气涡轮增压装置6、电动涡轮增压装置9和甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置10的各出口相连的四个进气口，所述N缸内燃机3的点火机构连接点火正时角度自动调整装置11。
如图1、图3所示，所述排气主管5的进气口5.2的一侧设置有与内部相连通的安装孔 5.1，所述安装孔5.1上安装有用于监测尾气排放中氧偏值的氧传感器18，所述氧传感器18 的信号输出端连接ECU信号采集端。
通过安装在排气门口附近的氧传感器监测当下尾气排放中氧偏值的电动势，并迅速向 ECU反馈，修正燃料喷射脉宽(喷射持续时间)，达到理想空燃比的动态平衡。
如图2所示，外部空气通过电动涡轮增压装置9的入口9.1进入电动涡轮增压装置9增压后，经电机涡轮增压装置9的出口9.2进入所述进气岐管7的第一进气口7.1。
电动涡轮增压装置(是标准件，如广州盘亚MSTR-1872；重庆帅能S-e-V等)既利用电动机电能驱动涡轮式压缩机对气体(新鲜空气或混合气)进行强制增压，以将更多(＞1)增压后的高密度气体(新鲜空气或混合气)挤压入气缸参与燃烧，实现提升单位时间内的容积效率，改善空燃比，优化燃烧。电动涡轮增压装置优势：结构简单，能满足各类内燃机各转速范围对压缩气体性能的需求；尤其是解决了在内燃机转速低于1500转/分时废气涡轮增压装置效能低的缺陷；成本低于废气/机械涡轮增压装置的19倍；电动涡轮增压装置另一重要功能是适合提升高原稀氧环境下高速内燃机的经济和动力性能；电动涡轮增压装置如与废气涡轮增压装置同时应用于同一内燃机，将形成高低速增压性能搭配互补的双涡轮增压技术装备，则会收到更好的1+1＞2的叠加效果。
如图2所示，所述的电动涡轮增压装置9，安装在原机进气岐管7的节气门后部，通过电机涡轮增压装置9中的电机高速旋转，带动与电机轴系刚性连接的连接轴和进气压缩机叶轮同步旋转，自进气入口9.1吸进气体(新鲜空气或混合气)，随后将压缩后提升压力和密度后的气体(新鲜空气或混合气)，经出口9.2挤入内燃机进气岐管7的节气门前部，通过进气岐管7将含压气体(新鲜空气或混合气)分配到各气缸，参与燃烧。
如图2、图3所示，所述废气涡轮增压装置6的空气进气口6.3进入的空气经过从废气涡轮增压装置6的废气入口6.1进入的N缸内燃机3排出的废气驱动的压缩机叶轮6.5压缩后，进入与废气涡轮增压装置6的压缩空气出气口6.4相连的压缩空气管路17，所述压缩空气管路17的排出口连接所述进气岐管7的第二进气口7.2，从而将压缩空气送入进气岐管7，作功后的废气通过废气涡轮增压装置6的废气出口6.2进入排气通道8。所述压缩空气管路17 上还可以设置有冷却装置25。
大量实践证明：增压是内燃机提高功率最有效的方法。废气涡轮增压装置(是标准件,生厂商有康明斯、卡特彼勒、曼MAN等)既利用内燃机做功产生的尾气压力、热力、流速驱动涡轮式压缩机对参与燃烧的气体(新鲜空气或混合气)进行增压，以将更多(＞1)的新鲜空气挤压入气缸，提升平均有效压力Pme。采用增压技术能在单位时间内，在不改变进气通道截面积，不改变气缸容积，不改变转速等前提下，增加进气量，相对增加进氧量，优化容积效率，改善空燃比，促进充分燃烧，实现提升进气压力和进气流量，既提升进气效能(＞1)，因此能提高舷外机内燃机最大功率和峰值扭矩40％，甚至1倍以上。而传统自然吸气式(NA)内燃机的进气，则完全依赖活塞下行时产生的负压吸入空气，所以进气效能永远≤1。废气涡轮增压另一重要功能是适合提升高原稀氧环境下高速内燃机的动力性能。
废气涡轮增压装置6内的废气涡轮在废气动能的惯性作用下高速旋转，同时带动另一侧与废气涡轮刚性连接的连接轴和置于废气涡轮增压装置6压缩腔室内的进气压缩机压气叶轮 6.5同步高速旋转，通过进气压缩机压气叶轮6.5的高速旋转自空气进气口6.3吸入常压气体 (新鲜空气或混合气)，经压缩机提高气体压力和密度后，通过压缩空气出气口6.4挤压入压缩空气管路17并进入冷却装置25，得到经冷却装置25进一步降温并提高密度后的含压气体进入进气岐管7的第二进气口7.2，通过进气岐管7的第二进气口7.2将含压气体分配到各气缸，参与燃烧。驱动废气涡轮、连接轴、进气压缩机压气叶轮高速旋转后的废气完成做功，通过废气出口6.2进入排气通道8排入水下。
如图1所示，所述的排气通道8包括有依次连接的排气导管12、位于润滑油油槽14内的排气岐管13、位于润滑油油槽14下面的消音器15以及贯穿到舷外机水下装置壳体2外部的浸水排气管16，其中，所述的排气导管12的入口连接所述废气涡轮增压装置6的废气出口6.2，所述废气涡轮增压装置6的废气入口6.1连接所述排气主管5的出口，从而将N缸内燃机3所排出的废气对废气涡轮增压装置6作工后排入到水下。
如图1、图3、图4、图5、图6所示，所述的排气主管5、排气导管12、排气岐管13、润滑油油槽14和消音器15这5个部件中的3个以上的部件在内部设置有净化催化填充体26 (填充体为标准件，生厂商：中自、领冠、中汽研、巴斯夫)，所述的净化催化填充体基材是微孔陶瓷芯或金属网芯或钢丝芯，并通过烧结工艺将催化转化材料置于基材表层。
本发明所采用的净化催化填充体，为保证净化催化效果，应该至少在上述五个部件中的三个部件，尤其是排气主管和排气导管及油槽上部过渡体内能获得较高排气温度的区域，安放净化催化填充体。实现高效净化催化填充体对舷外机常规尾气和非常规特殊醛、胺类污染物的有效净化催化。由此达到了简化工艺，节省资金，满足本发明专利要求的工况目的。
如图7所示，所述点火正时角度自动调整装置11(标准件，福尼克ATI-FRD)的：节气门位置信号线连接端11.1连接N缸内燃机3的节气门位置信号线，负极端11.2连接外部供电电瓶的负极，正极端11.4连接N缸内燃机(3)的起动开关常火端，主线11.3通过主分线器11.5分别连接与N缸内燃机3相对应的第一分线器～第N分线器11.6～11.N，其中，所述第一分线器～第N分线器11.6～11.N的信号线分别对应连接N缸内燃机3中每个缸的点火线圈的信号线，所述第一分线器～第N分线器11.6～11.N的正极分别对应连接四缸内燃机 3中每个缸的点火线圈的正极，N为大于1的整数。
点火正时角度自动调整装置11，实现控制不同工况下点火角度的加减变化，可进一步改善动力性、经济性、优化排放。
如图8所示，所述的甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置10包括有：本体10.1和设置在所述本体10.1前端口上的端盖10.4，其特征在于，所述本体10.1侧壁的一个侧壁上分别设置有与所述燃料箱23的闪蒸汽管路出口端相连的常开进气口10.8和常闭进气口10.9，本体10.1 的另一侧壁上分别设置有与所述的常开进气口10.8和常闭进气口10.9相对应的用于与对气体进行过滤的活性炭净化装置24的进气口相连的常开出气口10.11，以及与内燃机的进气岐管 7的一个进气口7.4相连的常闭出气口10.10，所述活性炭净化装置24的出气口连通外部大气，所述端盖10.4为帽状端盖，在顶部设置有与所述进气岐管7的第三进气口7.3相连的过气口 10.6，所述本体10.1内设置有在所述进气岐管7内正、负气压作用下打开或关闭所述常开进气口10.8、常闭进气口10.9、常开出气口10.11和常闭出气口10.10的开关阀机构。
如图9所示，所述开关阀机构包括有开关阀10.2和膜片10.3，所述膜片10.3的周边固定连接在所述本体10.1的前端口与端盖10.4之间，所述膜片10.3与所述端盖10.4之间形成气压腔10.12，且所述膜片10.3与所述端盖10.4之间设置有复位弹簧10.5，所述膜片10.3的中部与所述开关阀10.2的前端固定连接，所述气压腔10.12在所述进气岐管7的正负气压作用下产生正压或负压驱动所述膜片10.3前后移动带动所述开关阀10.2打开或关闭所述常开进气口10.8、常闭进气口10.9、常开出气口10.11和常闭出气口10.10。
所述的开关阀10.2包括有开关阀体10.2.1，所述开关阀体10.2.的前侧通过一体形成的连接体10.2.2连接所述膜片10.3的中部，所述开关阀体10.2.1将所述的本体10.1内分割为前正压腔10.13和后正压腔10.14，所述开关阀体10.2.1上形成有连通所述前正压腔10.13和后正压腔10.14的连通孔10.15，其中，所述的常闭进气口10.9和常闭出气口10.10对应所述的后正压腔10.14，所述常开进气口10.8和常开出气口10.11对应所述的前正压腔10.13。
本发明的甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置10的工作过程如下：
A路工作过程：在N缸内燃机3不工作时A路为常开，甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置依靠燃料箱23的甲醇燃料闪蒸气的内压通过负压驱动A路常开进气口10.8和常开出气口10.11将闪蒸气导入活性炭净化装置24，经无害化处理后的闪蒸气，以净化排空模式排入大气。
B路工作过程：在N缸内燃机3做功时，负压驱动甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置利用内燃机进气岐管7内的负压，优先于A路自动开通B路的模式，将甲醇闪蒸气切换至优先燃烧再利用模式。负压驱动甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置靠驱动过气口10.6通过管路与内燃机进气岐管7密封连接，依靠内燃机工作时产生的进气道负压，抽取负压驱动甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置的气压腔10.12内的空气，使密闭负压腔12与前正压腔10.13和后正压腔 10.14产生压差，述膜片10.3在压差作用下气压腔10.12方向产生随动位移，并以此带动与膜片3一体的开关阀10.2产生同步位移；随之产生遮闭A路，敞开B路的工况。在此工况下具有一定压力的甲醇燃料闪蒸气通过B路的常闭进气口10.9和常闭出气口10.10通过管路被推导入进气岐管7，随之进入内燃机气缸，参与正常燃烧。内燃机一旦停止工作，复位弹簧5 推动开关阀10.2恢复到A路常开，B路被遮蔽的初始态。利用负压驱动甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置的负压位移功能，实现甲醇燃料闪蒸气净化排空和内燃机工作优先再利用，由此首先可防止挥发的闪蒸气污染大气，其次可让闪蒸汽在内燃机做功时被充分利用，达到了简化工艺，节省资金，兼顾环保和安全，并满足工况要求。
所述的甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置(负压驱动甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置)，利用进气管在进气过程中产生的负压，驱动甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置中开关阀体进行位移，遮蔽常开阀门，打开常闭阀门，实现甲醇燃料闪蒸气平时通过常开阀门经净化器净化排空；一旦内燃机做功，该装置会迅速遮蔽常开阀门打开常闭阀门，将甲醇燃料闪蒸气优先切换至燃烧再利用模式导入内燃机气缸，参与做功。本发明，达到了简化工艺，节省大量管路阀门，节约资金，兼顾环保和安全的功能。
如图10所示，所述N缸内燃机3的中每个气缸27在活塞28行程一定下，通过增加活塞28顶部的高度，来改变活塞销中心孔至活塞顶的距离，使活塞28原下止点a和原上止点 b的位置改为现下止点a′和现上止点b′的位置，从而使压缩余隙29由原H减为H-L，从而提高压缩比。
压缩比在内燃机结构强度允许下，越大越好，越大功率越大，燃料经济性指标越好，效率越高。增加活塞顶厚度或改变形态，使原内燃机气缸最小容积Vc进一步按要求变小(见图10所示)，因此实现进一步提高压缩比，随之热效率和功率都得到相应提升，燃料消耗进一步降低。
在不考虑制造成本的情况下，为达到缸内净化的效果，还可采用甲醇燃料舷外机燃料缸内直接喷射技术，或采用另一种创新型近似缸内喷射技术，既在气缸低压区采用长距喷嘴自进气门口间隙向气缸内喷射燃料的近似缸内喷射技术。
Claims (12)
1.一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，包括上下固定连接且连通的舷外机水上装置壳体(1)和舷外机水下装置壳体(2)，所述舷外机水上装置壳体(1)内设置有N缸内燃机(3)，连接在N缸内燃机(3)的气缸盖排气口(4)上的排气主管(5)，以及连接在所述N缸内燃机(3)的进气端的进气岐管(7)，其特征在于，所述的排气主管(5)的出气端通过废气涡轮增压装置(6)连接排气通道(8)，用于将N缸内燃机(3)所排出的废气和噪声排入到水下，所述的排气主管(5)和排气通道(8)内均设置有净化催化填充体，所述进气岐管(7)上分别设置有用于与废气涡轮增压装置(6)、电动涡轮增压装置(9)和甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置(10)的各出口相连的四个进气口，所述N缸内燃机(3)的点火机构连接点火正时角度自动调整装置(11)。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述排气主管(5)的进气口(5.2)的一侧设置有与内部相连通的安装孔(5.1)，所述安装孔(5.1)上安装有用于监测尾气排放中氧偏值的氧传感器(18)，所述氧传感器(18)的信号输出端连接ECU信号采集端。
3.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，外部空气通过电动涡轮增压装置(9)的入口(9.1)进入电动涡轮增压装置(9)增压后，经电动涡轮增压装置(9)的出口(9.2)进入所述进气岐管(7)的第一进气口(7.1)。
4.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述废气涡轮增压装置(6)的空气进气口(6.3)进入的空气经过从废气涡轮增压装置(6)的废气入口(6.1)进入的N缸内燃机(3)排出的废气驱动的压缩机叶轮(6.5)压缩后，进入与废气涡轮增压装置(6)的压缩空气出气口(6.4)相连的压缩空气管路(17)，所述压缩空气管路(17)的排出口连接所述进气岐管(7)的第二进气口(7.2)，从而将压缩空气送入进气岐管(7)，作功后的废气通过废气涡轮增压装置(6)的废气出口(6.2)进入排气通道(8)。
5.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述压缩空气管路(17)上设置有冷却装置(25)。
6.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述的排气通道(8)包括有依次连接的排气导管(12)、位于润滑油油槽(14)内的排气岐管(13)、位于润滑油油槽(14)下面的消音器(15)以及贯穿到舷外机水下装置壳体(2)外部的浸水排气管(16)，其中，所述的排气导管(12)的入口连接所述废气涡轮增压装置(6)的废气出口(6.2)，所述废气涡轮增压装置(6)的废气入口(6.1)连接所述排气主管(5)的出口，从而将四缸内燃机(3)所排出的废气对废气涡轮增压装置(6)作工后排入到水下。
7.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述的排气主管(5)、排气导管(12)、排气岐管(13)、润滑油油槽(14)和消音器(15)这5个部件中的3个以上的部件在内部设置有净化催化填充体(26)，所述的净化催化填充体(26)是微孔陶瓷芯或金属网芯或钢丝芯。
8.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述点火正时角度自动调整装置(11)的：节气门位置信号线连接端(11.1)连接N缸内燃机(3)的节气门位置信号线，负极端(11.2)连接外部供电电瓶的负极，正极端(11.4)连接N缸内燃机(3)的起动开关常火端，主线(11.3)通过主分线器(11.5)分别连接与N缸内燃机(3)相对应的第一分线器～第N分线器(11.6～11.N)，其中，所述第一分线器～第N分线器(11.6～11.N)的信号线分别对应连接N缸内燃机(3)中每个缸的点火线圈的信号线，所述第一分线器～第N分线器(11.6～11.N)的正极分别对应连接四缸内燃机(3)中每个缸的点火线圈的正极，N为大于1的整数。
9.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述的甲醇燃料闪蒸气净化再利用装置(10)包括有：本体(10.1)和设置在所述本体(10.1)前端口上的端盖(10.4)，其特征在于，所述本体(10.1)侧壁的一个侧壁上分别设置有与所述燃料箱(23)的闪蒸汽管路出口端相连的常开进气口(10.8)和常闭进气口(10.9)，本体(10.1)的另一侧壁上分别设置有与所述的常开进气口(10.8)和常闭进气口(10.9)相对应的用于与对气体进行过滤的活性炭净化装置(24)的进气口相连的常开出气口(10.11)，以及与内燃机的进气岐管(7)的一个进气口(7.4)相连的常闭出气口(10.10)，所述活性炭净化装置(24)的出气口连通外部大气，所述端盖(10.4)为帽状端盖，在顶部设置有与所述进气岐管(7)的第三进气口(7.3)相连的过气口(10.6)，所述本体(10.1)内设置有在所述进气岐管(7)内正、负气压作用下打开或关闭所述常开进气口(10.8)、常闭进气口(10.9)、常开出气口(10.11)和常闭出气口(10.10)的开关阀机构。
10.根据权利要求9所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述开关阀机构包括有开关阀(10.2)和膜片(10.3)，所述膜片(10.3)的周边固定连接在所述本体(10.1)的前端口与端盖(10.4)之间，所述膜片(10.3)与所述端盖(10.4)之间形成气压腔(10.12)，且所述膜片(10.3)与所述端盖(10.4)之间设置有复位弹簧(10.5)，所述膜片(10.3)的中部与所述开关阀(10.2)的前端固定连接，所述气压腔(10.12)在所述进气岐管(7)的正负气压作用下产生正压或负压驱动所述膜片(10.3)前后移动带动所述开关阀(10.2)打开或关闭所述常开进气口(10.8)、常闭进气口(10.9)、常开出气口(10.11)和常闭出气口(10.10)。
11.根据权利要求10所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述的开关阀(10.2)包括有开关阀体(10.2.1)，所述开关阀体(10.2.1)的前侧通过一体形成的连接体(10.2.2)连接所述膜片(10.3)的中部，所述开关阀体(10.2.1)将所述的本体(10.1)内分割为前正压腔(10.13)和后正压腔(10.14)，所述开关阀体(10.2.1)上形成有连通所述前正压腔(10.13)和后正压腔(10.14)的连通孔(10.15)，其中，所述的常闭进气口(10.9)和常闭出气口(10.10)对应所述的后正压腔(10.14)，所述常开进气口(10.8)和常开出气口(10.11)对应所述的前正压腔(10.13)。
12.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料舷外机双涡轮增压闭环控制高效净化系统，其特征在于，所述N缸内燃机(3)的中每个气缸(27)在活塞(28)行程一定下，通过增加活塞(28)顶的高度，来改变活塞销中心孔至活塞顶的距离，使活塞(28)原下止点(a)和原上止点(b)的位置改为现下止点(a′)和现上止点(b′)的位置，从而使压缩余隙(29)由原H减为H-L，从而提高压缩比。
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