CN111520259A - 一种点燃式甲醇发动机燃烧系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，包括甲醇发动机和甲醇存储器，还包括为混合器提供气化的甲醇燃料的燃料供给系统、为所述混合器提供的二甲醚引燃剂的引燃剂供给系统和将气化的甲醇燃料、二甲醚引燃剂以及进气管输入的空气按照比例混合成混合气体，再将混合气体通过进气歧管输入甲醇发动机气缸内。本发明所提供的点燃式甲醇发动机燃烧系统，该引燃剂供给系统能够在甲醇发动机启动时立刻为混合器提供二甲醚引燃剂，通过火花塞提供电火花将混合气体中的二甲醚引燃剂点燃形成引燃火焰，再利用引燃火焰点燃剩余的混合气体，能够有效解决甲醇发动机冷启动困难的问题。本发明还提供了一种上述的点燃式甲醇发动机燃烧系统的控制方法。

Description

一种点燃式甲醇发动机燃烧系统及控制方法
技术领域
本发明涉及甲醇发动机技术领域，尤其是涉及一种点燃式甲醇发动机燃烧系统及控制方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，环保意识也在逐渐增加。随着地球上石油资源的日益短缺，各种新能源的汽车也随之产生并随着科技发展不断的日趋成熟。甲醇就是一种由煤、天然气、木材和垃圾等原料合成的物质，被认为是替代石油燃料的首选清洁燃料。甲醇因其在中国具有广泛的甲醇供应链，具有价格低和在发动机上燃烧产生的排污量低的优点，受到了人们的普遍关注。但是甲醇发动机在低温状态下启动困难，这个是甲醇发动机目前无法大规模广泛普及的主要原因之一，也是目前所急需攻克的难题之一。
研究人员在双燃料燃烧，如柴油或者汽油添加甲醇和由引燃剂引燃甲醇等方面做了大量的研究，大都由于甲醇发动机燃烧系统复杂、成本过高、控制困难，可靠性差以及容易引起一些系列的副作用等原因，使得甲醇发动机在汽车行业上的应用受到了很大的限制。例如公开号为CN110273790A中所提供的一种甲醇制氢作为引燃剂的甲醇发动机系统中，在系统内增设了氢气存储容器用以解决甲醇发动机的冷启动问题。但是由于氢气是一种极易燃烧和爆炸的物品，与空气混合形成爆炸性混合物，遇热或者明火会发生爆炸。该专利当中以氢气作为甲醇发动机的引燃剂不具有实用性，安全隐患非常大，因此也无法在汽车行业中大规模生产和应用。
现有的甲醇发动机中，必须通过喷嘴将甲醇燃料细化成小颗粒状态进入气缸中，才能被气缸内的引燃火焰点燃，因此存在甲醇燃料燃烧不充分的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有点燃式甲醇发动机燃烧系统在低温状态下启动困难，而添加其他燃料作为引燃剂的甲醇发动机燃烧系统复杂，成本过高、可靠性差以及安全隐患非常大以及甲醇燃料必须通过喷嘴进入气缸中，并且甲醇燃料燃烧不充分的缺点，提供一种点燃式甲醇发动机燃烧系统。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，包括甲醇发动机和甲醇存储器，所述甲醇发动机包括壳体、设置于所述壳体上的进气歧管、排气歧管和设置于所述壳体内的至少一个气缸组件，所述气缸组件包括气缸本体和设置于所述气缸本体上的火花塞，还包括：
燃料供给系统，与所述甲醇存储器连通并为混合器提供气化的甲醇燃料，包括与所述甲醇存储器连通的第一管道，将所述第一管道内的甲醇燃料气化的蒸发器和将所述蒸发器与所述混合器连通的燃料管道；
引燃剂供给系统，与所述甲醇存储器连通并为所述混合器提供二甲醚引燃剂，包括与所述甲醇存储器连通的第二管道，将所述第二管道内的甲醇燃料转化为二甲醚引燃剂的甲醇裂解器，与所述甲醇裂解器连通的预存有二甲醚引燃剂的二甲醚存储器以及将所述二甲醚存储器与所述混合器连通的引燃剂管道；
所述混合器，将所述气化的甲醇燃料、所述二甲醚引燃剂以及进气管输入的空气按照比例混合成混合气体，再将所述混合气体通过所述进气歧管输入所述甲醇发动机气缸内，所述混合器包括混合室、设置于所述混合室上的与所述燃料管道连通的第一进气口，与所述引燃剂管道连通的第二进气口、与所述进气管连通的第三进气口以及与所述进气歧管连通的排气口。
进一步地，所述混合器的混合气体中所述二甲醚引燃剂的体积占所述混合气体的体积的2％-40％。
进一步地，所述甲醇存储器包括用于存储甲醇燃料的存储罐和将所述存储罐与所述第一管道和所述第二管道连通的甲醇输出管道，于所述甲醇输出管道上设置有用于增加所述甲醇输出管道内甲醇燃料的输出压力的低压泵。
具体地，所述甲醇输出管道上还设置有为所述甲醇输出管道内的甲醇燃料进行第一级加热的甲醇加热器。
具体地，所述甲醇发动机通过所述排气歧管与所述甲醇加热器连通，所述排气歧管上设置有涡轮，所述甲醇加热器上设置有排气管。
具体地，所述进气管上设置有压气机，所述压气机与所述涡轮共轴连接。
进一步地，所述引燃剂管道上设置有用于控制二甲醚输出量的第一流量控制阀，所述第二管道上设置有用于控制甲醇燃料输出量的第二流量控制阀。
进一步地，所述甲醇裂解器通过第三管道与所述二甲醚存储器连通，于所述第三管道上设置有用于调控所述第三管道的开启和关闭的第一压力控制阀。
进一步地，所述燃料管道上设置有用于控制气化后的甲醇燃料进入所述混合器中流量的甲醇燃料流量阀。
本发明所提供的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统的有益效果在于：具有燃料供给系统和引燃剂供给系统，该燃料供给系统能够在甲醇发动机启动时立刻为混合器提供气化后的甲醇燃料，该引燃剂供给系统能够在甲醇发动机启动时立刻为混合器提供二甲醚引燃剂，并且通过混合器将气化后的甲醇燃料与二甲醚引燃剂与空气按照比例混合后输入气缸组件中，再通过气缸组件内的火花塞提供的电火花点燃混合气体中的二甲醚引燃剂形成引燃火焰，再利用引燃火焰点燃剩余的混合气体，能够有效解决甲醇发动机冷启动困难的问题；并且燃料供给系统为甲醇发动机提供了气化后的甲醇燃料，可以取代传统的气缸上的喷嘴起到将甲醇燃料小颗粒化的作用，保证了甲醇燃料在气缸中的燃烧效果以及利用率；引燃剂供给系统能够参与甲醇发动机的冷启动全过程，能够大幅度缩短甲醇发动机的冷启动时间；同时还具有甲醇裂解器，可以在甲醇发动机运行过程中，将燃料供给系统中的甲醇燃料催化产生成作为引燃剂的二甲醚引燃剂存储于二甲醚存储器内，为甲醇发动机内部的燃烧提供足够的引燃剂；本发明中采用二甲醚引燃剂作为引燃剂较使用氢气更为安全可靠且稳定，适用于汽车行业中的广泛推广和使用。
本发明还提供了一种上述的点燃式甲醇发动机燃烧系统的控制方法，包括以下步骤：
S1:启动甲醇发动机，所述甲醇存储器内的甲醇燃料分别进入所述燃料供给系统和所述引燃剂供给系统，所述燃料供给系统为所述混合器提供气化后的甲醇燃料，所述引燃剂供给系统为所述混合器提供所述二甲醚存储器内的二甲醚引燃剂，所述气化后的甲醇燃料和所述二甲醚引燃剂以及空气按照比例混合后通过所述进气歧管进入所述甲醇发动机的所述气缸组件内，通过所述气缸组件内的火花塞提供的电火花点燃所述混合气体中的二甲醚引燃剂形成引燃火焰，通过所述引燃火焰将所述混合气体的剩余部分点燃，完成正常燃烧过程；
S2:启动甲醇裂解器，所述第二管道内的甲醇燃料进入所述甲醇裂解器内催化产生二甲醚。
本发明所提供的一种上述的点燃式甲醇发动机燃烧系统的控制方法的有益效果在于：在甲醇发动机冷启动的时候可以直接使用二甲醚存储器内的二甲醚作为引燃剂进入混合器内形成混合气体，通过混合气体启动甲醇发动机，解决了甲醇发动机冷启动困难的技术问题，同时利用甲醇发动机的运行将甲醇催化产生二甲醚引燃剂存储于二甲醚存储器内为下次启动甲醇发动机做准备，能够大幅度缩短甲醇发动机的冷启动时间，保证甲醇发动机的下次启动时引燃剂供给系统中能够保存有足够的引燃剂可供使用。
附图说明
图1是本发明提供的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统的工作原理图。
图中：100-点燃式甲醇发动机燃烧系统；10-甲醇发动机、11-壳体、12-气缸组件、121-气缸本体、122-火花塞、13-进气歧管、14-排气歧管；
20-甲醇存储器、21-存储罐、22-甲醇输出管道、23-低压泵、24-甲醇加热器、25-排气管；
30-燃料供给系统、31-第一管道、32-蒸发器、33-燃料管道、34-甲醇燃料流量阀；
40-引燃剂供给系统、41-第二管道、42-甲醇裂解器、421-二级加热器、43-二甲醚存储器、44-引燃剂管道、45-第一流量控制阀、46-第一压力控制阀、47-第二流量控制阀、48-第三管道；
50-混合器、51-第一进气口、52-第二进气口、53-第三进气口、54-排气口；
60-进气管、61-涡轮、62-压气机、63-轴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，为本发明所提供的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统100。该点燃式甲醇发动机燃烧系统100将甲醇燃料作为基础燃料，以二甲醚作为引燃剂，并且在甲醇燃料的输送过程中对其进行加热气化，再与二甲醚引燃剂以及空气在混合器50内进行混合形成混合气体，通过甲醇发动机10内的火花塞122提供的电火花点燃混合气体中的二甲醚引燃剂形成引燃火焰，再通过引燃火焰将剩余的混合气体点燃燃烧，从而推动甲醇发动机10内的活塞反向作用实现发动机驱动作用。本发明所提供的点燃式甲醇发动机燃烧系统100中，该甲醇发动机10正常运行过程中，将甲醇存储器20中的甲醇燃料催化产生成作为引燃剂的二甲醚气体存储于二甲醚存储器43内为下次启动提供足够的二甲醚引燃剂，利用二甲醚引燃剂作为引燃剂较使用氢气更为安全可靠且稳定，适用于汽车行业中的广泛推广和使用。
具体地，如图1所示，该点燃式甲醇发动机燃烧系统100包括甲醇发动机10、甲醇存储器20、与甲醇存储器20连通并为混合器50提供气化的甲醇燃料的燃料供给系统30、与甲醇存储器20连通并为混合器50提供的二甲醚引燃剂的引燃剂供给系统40以及将气化的甲醇燃料、二甲醚引燃剂以及进气管60输入的空气在混合器50内按照比例混合成混合气体，并将混合气体通过进气歧管13输入甲醇发动机10的气缸12内。该甲醇发动机10由混合器50所提供的混合气体中的二甲醚引燃剂被火花塞122提供的电火花点燃形成引燃火焰，再通过引燃火焰将混合器50所形成的混合气体中的剩余气体进行燃烧完成甲醇发动机10中的正常燃烧过程，不仅可以解决甲醇发动机10的正常冷启动过程中启动困难的技术问题，还可以保证冷启动过程中甲醇燃料的正常燃烧，同时大幅度提高甲醇燃料的利用率，并且大幅缩短甲醇发动机10冷启动所需要的时间。该引燃剂供给系统40由甲醇存储器20提供基础甲醇燃料，再利用高温和催化剂的作用将甲醇燃料脱水制得可供甲醇发动机10利用火花塞122点燃的二甲醚引燃剂，从而保证在甲醇发动机10在长时间的重复使用过程中，在甲醇发动机10的冷启动过程中始终保持有足够的二甲醚气体。
进一步地，本发明所提供的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统100中，甲醇发动机10包括壳体11、设置于壳体11上的进气歧管13和排气歧管14，设置于壳体11内的至少一个气缸组件12。在本实施例中，该壳体11内设置有六个依次排列的气缸组件12，该燃料供给系统30和引燃剂供给系统40将甲醇发动机10与甲醇存储器20连通，保证甲醇发动机10内可以始终有充足的燃料供应。设置于壳体11内的气缸组件12包括气缸本体121和设置于气缸本体121上的火花塞122。气缸组件12通过进气歧管13与混合器50连通实现燃料和引燃剂的供给。该甲醇发动机10中的气缸组件12内无需单独设置喷嘴用于甲醇燃料的喷射，而是直接通过燃料供给系统30将甲醇燃料直接气化后与引燃剂、空气混合之后再输入气缸组件12内实现甲醇燃料的燃烧过程。相较于传统的甲醇发动机10可以节约喷嘴的成本。
进一步地，本发明所提供的甲醇存储器20包括用于存储甲醇燃料的存储罐21和将存储罐21与燃料供给系统30以及引燃剂供给系统40连通的甲醇输出管道22，该甲醇输出管道22分别与燃料供给系统30中的第一管道31以及引燃剂供给系统40中的第二管道41连通。如图1所示，在本实施例中，该甲醇存储器20中，于甲醇输出管道22上设置有用于增加甲醇输出管道22内甲醇燃料的输出压力的低压泵23。该低压泵23的设置，使得由存储罐21内的甲醇燃料可以分别在第一管道31和第二管道41中均保持一定的压力输送至混合器50中进行混合。并且低压泵23的设置可以为燃料供给系统30的管道内的甲醇燃料提供输送动力，保证甲醇燃料最终输送至甲醇发动机10内进行有效地燃烧，还可以为引燃剂供给系统40的管道内的甲醇燃料提供输送动力，使得一部分的甲醇燃料可以被转化为引燃剂存储并且使用。
进一步地，甲醇输出管道22上还设置有为甲醇输出管道22内的甲醇燃料进行第一级加热的甲醇加热器24。该甲醇加热器24为整个点燃式甲醇发动机燃烧系统100中的第一级加热器。该甲醇加热器24可以尽快提高燃料供给系统30和引燃剂供给系统40两套管路内的甲醇燃料的温度，即可以为燃料供给系统30中需要气化的甲醇燃料进行初步升温，也可以为需要转化为二甲醚引燃剂的甲醇燃料在后续的甲醇裂解器42中进行加温催化脱水做准备。通过该甲醇加热器24的第一级加热后的甲醇燃料的温度升高，可以缩短燃料供给系统30中甲醇燃料气化的时间，也可以提高甲醇燃料在甲醇裂解器42中的利用率。设置于甲醇输出管道22上的甲醇加热器24可以利用甲醇发动机10产生的废气循环至此进行加热，也可通过其他电热等方式将甲醇输出管道22内的甲醇燃料加热。经过加热后的甲醇燃料大部分通过第一管道31进入蒸发器32中进行气化，小部分通过第二管道41进入甲醇裂解器42中通过催化剂的作用裂解产生二甲醚气体。
进一步地，设置于甲醇发动机10外侧的燃料供给系统30包括与甲醇存储器20连通的第一管道31，将第一管道31内的甲醇燃料气化的蒸发器32和将蒸发器32与混合器50连通的燃料管道33。该燃料供给系统30将甲醇存储器20内的大部分甲醇燃料通过第一管道31输送至蒸发器32内进行气化。该蒸发器32的设置是为了提高甲醇燃料的温度使其可以气化，并且将气化后的甲醇燃料通过燃料管道33输入混合器50内。
进一步地，设置于甲醇发动机10外侧的引燃剂供给系统40包括与甲醇存储器20连通的第二管道41、将第二管道41内的甲醇燃料转化为二甲醚引燃剂的甲醇裂解器42，与甲醇裂解器42连通的预存有二甲醚气体的二甲醚存储器43以及将二甲醚存储器43与混合器50连通的引燃剂管道44。该引燃剂供给系统40中的二甲醚存储器43中所存储的二甲醚引燃剂能够在甲醇发动机10启动时立刻为混合器50内提供二甲醚作为引燃剂。该引燃剂供给系统40参与了甲醇发动机10的整个冷启动过程，解决了甲醇发动机10冷启动困难的问题，能够大幅度缩短甲醇发动机10的冷启动时间，提高甲醇发动机10的冷启动效率。
本发明所提供的引燃剂供给系统40中，该二甲醚存储器43中所预存的二甲醚气体是为了保证甲醇发动机10在初次使用时可以多次为混合器50的混合气体提供可以作为冷启动所需的足够的二甲醚气体作为引燃剂使用。因此该二甲醚存储器43需要保证一定的容量，使得该二甲醚存储器43内的二甲醚气体的所有量可以多次为冷启动甲醇发动机10引燃使用。
具体地，该二甲醚存储器43内所存储的二甲醚气体的容量是可供甲醇发动机10单次冷启动时所需二甲醚气体量的10倍-20倍，甚至更大。而在甲醇发动机10的正常运行过程中，该二甲醚存储器43内的二甲醚气体可以持续参与甲醇发动机10的运行，或者待甲醇发动机10运行稳定后，停止二甲醚引燃剂的混合。但是，为了保证每次甲醇发动机10在点燃时均能有足够的二甲醚引燃剂产生引燃火焰，在甲醇发动机10正常运作过程中需要能够产生二甲醚气体为二甲醚存储器43进行补给。
进一步地，本发明所提供的点燃式甲醇发动机燃烧系统100中，还包括混合器50，该混合器50包括混合室、设置于混合室上的与燃料管道33连通的第一进气口51、与引燃剂管道44连通的第二进气口52、与进气管60连通的第三进气口53以及与进气歧管13连通的排气口54。该混合器50通过第一进气口51将燃料供给系统30中所提供的气化的甲醇燃料输入混合器50的混合室内部，通过第二进气口52将引燃剂供给系统40中所提供的二甲醚引燃剂输入混合器50的混合室内部，通过第三进气口53将外界的空气输入混合器50的混合室内部，并在混合器50的混合室内部将输入的各种气体按照比例进行混合形成混合气体，再将混合气体由排气口54输入进气歧管13，最后混合气体通过进气歧管13输入甲醇发动机10的气缸组件12内，从而实现通过混合气体在甲醇发动机10内燃烧的过程。
具体地，该混合器50中的混合室提供了气体混合的空间，用于将燃料供给系统30所输入的气化后的甲醇燃料与空气以及引燃剂供给系统40所输入的二甲醚引燃剂混合形成混合气体。其中，必须保证在混合器50的混合室中所形成混合气体中二甲醚引燃剂的体积占整个混合气体的体积的2％-40％，即可实现甲醇发动机10内气缸组件12内部的火花塞122可以点燃火焰，从而保证气缸组件12内的混合气体的充分燃烧。若该二甲醚引燃剂的体积占混合气体的体积的比例少于2％，则在甲醇发动机10内无法通过火花塞点燃火焰，甲醇发动机10无法正常冷启动。若该二甲醚引燃剂的体积占混合气体的体积的比例高于40％，则无法保证引燃剂供给系统40能够始终提供充足的二甲醚引燃剂使用，将会影响后续甲醇发动机10的正常冷启动过程中所需的二甲醚引燃剂的充足使用。在甲醇发动机10的冷启动过程中，由于气缸组件12内的温度较低，此时该气缸组件12内对于混合气体中二甲醚引燃剂的需求量较大，此时二甲醚引燃剂的体积占混合气体的体积中的比例较高。当甲醇发动机10正常运作之后，气缸组件12内对于混合气体内的二甲醚气体的需求量降低，可以根据实际需要调整二甲醚气体作为引燃剂助燃的用量，甚至可以在甲醇发动机10正常运作时，关闭二甲醚引燃剂的输入。在本发明所提供的点燃式甲醇发动机燃烧系统100中，该二甲醚存储器43用于存储二甲醚气体用于甲醇发动机10冷启动和正常运行时使用，保证在初始状态启动甲醇发动机10时，甲醇裂解器42并未产生二甲醚气体时，即可立即对混合器50内部提供足够量和足够浓度的二甲醚气体。该引燃剂供给系统40中的二甲醚存储器43中的二甲醚气体能够在甲醇发动机10冷启动时立刻为混合器50提供二甲醚气体作为引燃剂，并在混合器50内形成混合气体，用以解决甲醇发动机10冷启动困难不易燃烧的技术问题，能够大幅度缩短甲醇发动机10的冷启动时间，提高甲醇发动机10的冷启动效率；并且该引燃剂供给系统40为甲醇发动机10内部气缸组件12提供足够的引燃剂，还可以提高甲醇发动机10内部甲醇燃料燃烧效率，提高甲醇燃料的利用率。
进一步地，本发明所提供的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统100中该燃料供给系统40中还设置有为二甲醚存储器43补给引燃剂的甲醇裂解器42。该甲醇裂解器42将甲醇存储器20中所提供的甲醇燃料中的一部分转化为二甲醚气体，即本发明中的引燃剂。通过该甲醇裂解器42可以实现整个点燃式甲醇发动机燃烧系统100在正常工作过程中的二甲醚气体的自产自足，保证在甲醇发动机10正常运行过程中由甲醇燃料催化产生二甲醚气体引燃剂，从而通过二甲醚气体引燃剂为甲醇发动机10的冷启动以及正常运作被气缸组件12中的火花塞122引燃。该甲醇裂解器42通过第二管道41与甲醇存储器20连通，通过第三管道48与二甲醚存储器43连通。该甲醇裂解器42的一端与甲醇存储器20连通，从甲醇存储器20内获得产生二甲醚气体的原料甲醇，另一端与二甲醚存储器43连通，将甲醇裂解器42内所产生的二甲醚气体输送至二甲醚存储器43内存储。
经过甲醇存储器20中的甲醇加热器24加热后的甲醇燃料通过第二管道41进入甲醇裂解器42中，通过催化剂的作用裂解产生二甲醚气体，该甲醇裂解器42将通过第三管道48将裂解产生的二甲醚气体输入二甲醚存储器43内存储，为甲醇发动机10的正常运作提供足量且稳定的二甲醚气体作为引燃剂。
具体地，本发明所提供的甲醇裂解器42中设置有二级加热器421。该甲醇裂解器42中的二级加热器421将经过甲醇加热器24一级加热后的甲醇燃料进一步进行加热。一方面是可以保证甲醇裂解器42内部的工作温度满足甲醇转化所需的温度，另一方面是可以提高甲醇裂解器42中甲醇燃料转化为二甲醚引燃剂的效率，从而保证甲醇燃料可以在甲醇裂解器42内的进行高效且有效地的转化过程。
具体地，在甲醇裂解器42两侧的第二管道41和第三管道48上分别设置有流量阀和压力阀用以控制进入甲醇裂解器42中的甲醇燃料的量以及第三管道48的开启与闭合。该第二管道41上设置有用于控制第二管道41内的甲醇燃料流量的第一流量控制阀45。通过该第一流量控制阀45可以调节由甲醇存储器20经过第二管道41进入甲醇裂解器42内的甲醇燃料的量。当甲醇裂解器42内的二甲醚气体充足饱和后，可以通过该第一流量控制阀45关闭甲醇燃料的输入。而第三管道48上设置有用于控制二甲醚输出量的第一压力控制阀46。经过甲醇裂解器42脱水催化后的二甲醚气体通过第一压力控制阀46的调控，进入到二甲醚存储器43内存储，当二甲醚存储器43内的二甲醚气体的压力小于该第一压力控制阀46上所预设的压力值时，该二甲醚存储器43内的二甲醚气体消耗到需要补充二甲醚气体的程度，此时第一压力控制阀46将随着二甲醚存储器43内部压力的减小而逐渐开启，将第三管道48以及甲醇裂解器42内的二甲醚气体输入至二甲醚存储器43内存储，保证该二甲醚存储器43内所存储的二甲醚气体的量符合甲醇发动机10的正常运作的需求，通过调控第一压力控制阀46可以随时为二甲醚存储器43补充的二甲醚气体。当二甲醚存储器43内的二甲醚气体储满或者是达到第一压力控制阀46的预设压力值之后，该第一压力控制阀46将出气通道42关闭，随着甲醇燃料的不断补充，该甲醇裂解器42内的二甲醚气体也会逐渐饱和，此时关闭该第一流量控制阀45，使得甲醇存储器20停止向甲醇裂解器42内提供甲醇，进而停止甲醇裂解器42的工作。
具体地，如图1所示，该引燃剂供给系统40中的二甲醚存储器43与混合器50之间通过引燃剂管道44连通，引燃剂管道44上设置有用于控制二甲醚输出量的第二流量控制阀47。由该第二流量控制阀47控制进入混合器50内的二甲醚气体的量。当甲醇发动机10内部温度满足甲醇燃料的燃烧温度后，通过该第二流量控制阀47调节降低二甲醚气体进入混合器50中的输入量，以满足甲醇发动机10内部气缸组件12内正常运作时所需引燃剂的需求。待甲醇发动机10内的温度降低，或者再次需要启动甲醇发动机10时，再通过第二流量控制阀47调整进入混合器50内的二甲醚气体的流量，以提高混合器50内二甲醚气体的浓度。
进一步地，本发明所提供的燃料供给系统30中，该燃料管道33上设置有用于控制气化后的甲醇燃料进入混合器50中流量的甲醇燃料流量阀34。通过该甲醇燃料流量阀34调控燃料管道33内气化后的甲醇燃料进入混合器50内的量。
进一步地，如图1所示，本发明所提供的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统100中甲醇发动机10通过排气歧管16与甲醇加热器24连通，排气歧管16上设置有涡轮61。该甲醇发动机10的排气系统中增设了涡轮61，通过涡轮61带动压气机62增压，在排气歧管16中排出的废气通过排气歧管16进入甲醇加热器24中，可以充分利用甲醇发动机10的废气对甲醇加热器24进行加热，将甲醇发动机10内排出的废气的高温热量转化为有用功为甲醇燃料进行第一级加热使用。在甲醇加热器24的另一侧设置有排气管25，通过该排气管25再将经过了甲醇加热器24的废气由排气管25处排出，完成甲醇发动机10的废气利用再排放。
进一步地，如图1所示，本发明所提供的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统100中在进气管60上设置有压气机62，压气机62与涡轮61之间共轴连接。该进气管60中增设的压气机62与涡轮61通过轴63连接，使得甲醇发动机10所排放的废气带动涡轮61转动，促使涡轮61带动轴63所连接的压气机62进行增压，从而可以大幅提高混合器50处空气的进气压力，进而提高了甲醇发动机10的进气效率。
本发明还提供了一种上述的点燃式甲醇发动机10燃烧系统的控制方法，包括以下步骤：
S1:甲醇存储器20内的甲醇燃料分别进入燃料供给系统30和引燃剂供给系统40，燃料供给系统30为混合器50提供气化后的甲醇燃料，引燃剂供给系统40为混合器50提供二甲醚存储器43内的二甲醚引燃剂，气化后的甲醇燃料和二甲醚引燃剂以及进气管60进入的空气按照比例在混合器50内混合形成混合气体，该混合气体通过进气歧管13进入甲醇发动机10的气缸组件12内，通过气缸组件12内的火花塞122提供的电火花点燃混合气体中的二甲醚引燃剂形成引燃火焰，通过引燃火焰将混合气体的剩余部分点燃，完成正常燃烧过程；
具体地，该点燃式甲醇发动机燃烧系统100的控制方法，在S1：启动甲醇发动机10步骤中，引燃剂管道44上的第二流量控制阀47控制二甲醚引燃剂输入至混合器50中的输入量，使得输入的二甲醚引燃剂的量符合混合气体所需的量，此时二甲醚存储器43内的二甲醚气体由引燃剂管道44进入混合器50中。同时，蒸发器32输出的气化后的甲醇燃料通过甲醇燃料流量阀34进入混合器50中，该蒸发器32保证进入混合器50时形成气化后的甲醇燃料。二甲醚引燃剂、气化后的甲醇燃料与空气在混合器50中充分混合，通过混合器50控制各种气体的比例，保证在混合器50内形成适合火花塞122点燃的混合气体。该通过混合器50将混合气体中二甲醚引燃剂占比控制在2％-40％之间，再将混合气体通过进气歧管13输入甲醇发动机10的气缸组件12内，混合气体中的二甲醚气体首先被火花塞122点燃形成引燃火焰。再通过引燃火焰将混合气体中剩余部分点燃，完成正常燃烧过程，进而推动甲醇发动机10内的活塞反向作用实现发动机驱动功能。
在S1步骤中，还包括甲醇存储器20中的甲醇燃料预处理步骤，该预处理步骤为甲醇存储器20中的存储罐21中的甲醇燃料通过低压泵23的驱动进入甲醇加热器24中进行第一级加热。该甲醇加热器24的第一级加热可以使得甲醇燃料初步升温，一方面可以提高燃料供给系统30中蒸发器32的气化效率，另一方面可以为引燃剂供给系统40中的甲醇裂解器42提供初步加热，提高甲醇裂解器42的催化速度。
在S1步骤中，还包括对于甲醇发动机10废气的回收利用步骤，该回收利用步骤包括将甲醇发动机10燃烧所产生的废气由排气歧管16输送至甲醇加热器24中。将废气的高热量传递至甲醇加热器24中的甲醇燃料上，并且排气歧管16中的废气带动涡轮61转动从而通过轴63带动压气机62增压，最终经过甲醇加热器24中的废气由甲醇加热器24处的排气管25排出。
S2:启动甲醇裂解器42，第二管道41内的甲醇燃料进入甲醇裂解器42内催化产生二甲醚。
在S2：启动甲醇裂解器42的步骤中，甲醇存储器20中的甲醇燃料大部分通过第一管道31进入燃料供给系统30中进行气化操作，小部分通过第二管道41进入甲醇裂解器42中催化反应。该甲醇裂解器42中的二级加热器421为进入甲醇裂解器42中的甲醇燃料进一步加热至催化温度，并通过内部设置的催化剂的催化作用裂解成二甲醚气体。
S3:为引燃剂供给系统40中的二甲醚存储器43补充二甲醚气体：当该二甲醚存储器43中二甲醚气体的压力值大于等于该第三管道48上第一压力控制阀46的预设值时，该第三管道48关闭，此时甲醇裂解器42中所生成的二甲醚气体存储于甲醇裂解器42内部。当该二甲醚存储器43中的二甲醚气体的压力值小于第三管道48上第一压力控制阀46的预设值时，该第三管道48开启，此时甲醇裂解器42中所生产的二甲醚气体将通过第三管道48输送至二甲醚存储器43中进行存储，以补充S1步骤中启动甲醇发动机10时所消耗的二甲醚气体。
S4：关闭甲醇裂解器42：当第三管道48上的第一压力控制阀46关闭，随着第三管道48上甲醇燃料的不断输送至甲醇裂解器42中，第三管道48和甲醇裂解器42中的二甲醚气体逐渐饱和，使得设置于第二管道41上的第一流量控制阀45关闭，甲醇存储器20停止为甲醇裂解器42提供甲醇燃料，使得甲醇裂解器42停止工作。
S5:关闭引燃剂供给系统40：当甲醇发动机10内部温度升高至正常燃烧过程平稳温度后，设置于第二管道41上的第一流量控制阀45关闭。停止为混合器50提供二甲醚引燃剂，此时甲醇发动机10内的火花塞122可以直接点燃混合器50中所提供的没有二甲醚引燃剂的混合气体。在甲醇发动机10正常运作过程中，将引燃剂供给系统40关闭，可以有效提高该引燃剂供给系统40的使用寿命。
本发明所提供的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统100的控制方法，在甲醇发动机冷启动的时候可以直接使用二甲醚存储器43内的二甲醚引燃剂作为引燃剂进入混合器50内形成混合气体，通过混合气体启动甲醇发动机10，解决了甲醇发动机冷启动困难的技术问题，同时利用甲醇发动机10的运行将甲醇燃料催化产生出二甲醚引燃剂存储于二甲醚存储器43内为下次启动甲醇发动机10做准备，能够大幅度缩短甲醇发动机10的冷启动时间，同时保证甲醇发动机10的下次启动时引燃剂供给系统40中能够保存有足够的引燃剂可供使用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，包括甲醇发动机和甲醇存储器，所述甲醇发动机包括壳体、设置于所述壳体上的进气歧管、排气歧管和设置于所述壳体内的至少一个气缸组件，所述气缸组件包括气缸本体和设置于所述气缸本体上的火花塞，其特征在于，还包括：
燃料供给系统，与所述甲醇存储器连通并为混合器提供气化的甲醇燃料，包括与所述甲醇存储器连通的第一管道，将所述第一管道内的甲醇燃料气化的蒸发器和将所述蒸发器与所述混合器连通的燃料管道；
引燃剂供给系统，与所述甲醇存储器连通并为所述混合器提供的二甲醚引燃剂，包括与所述甲醇存储器连通的第二管道，将所述第二管道内的甲醇燃料转化为二甲醚引燃剂的甲醇裂解器，与所述甲醇裂解器连通的预存有二甲醚引燃剂的二甲醚存储器以及将所述二甲醚存储器与所述混合器连通的引燃剂管道；
所述混合器，将所述气化的甲醇燃料、所述二甲醚引燃剂以及进气管输入的空气按照比例混合成混合气体，再将所述混合气体通过所述进气歧管输入所述甲醇发动机气缸内，所述混合器包括混合室、设置于所述混合室上的与所述燃料管道连通的第一进气口，与所述引燃剂管道连通的第二进气口、与所述进气管连通的第三进气口以及与所述进气歧管连通的排气口。
2.如权利要求1所述的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述混合器的混合气体中所述二甲醚引燃剂的体积占所述混合气体的体积的2％-40％。
3.如权利要求1所述的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述甲醇存储器包括用于存储甲醇燃料的存储罐和将所述存储罐与所述第一管道和所述第二管道连通的甲醇输出管道，于所述甲醇输出管道上设置有用于增加所述甲醇输出管道内甲醇燃料的输出压力的低压泵。
4.如权利要求3所述的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述甲醇输出管道上还设置有为所述甲醇输出管道内的甲醇燃料进行第一级加热的甲醇加热器。
5.如权利要求4所述的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述甲醇发动机通过所述排气歧管与所述甲醇加热器连通，所述排气歧管上设置有涡轮，所述甲醇加热器上设置有排气管。
6.如权利要求5所述的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述进气管上设置有压气机，所述压气机与所述涡轮共轴连接。
7.如权利要求1所述的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述引燃剂管道上设置有用于控制二甲醚输出量的第一流量控制阀，所述第二管道上设置有用于控制甲醇燃料输出量的第二流量控制阀。
8.如权利要求1所述的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述甲醇裂解器通过第三管道与所述二甲醚存储器连通，于所述第三管道上设置有用于调控所述第三管道开启和关闭的第一压力控制阀。
9.如权利要求1所述的一种点燃式甲醇发动机燃烧系统，其特征在于，所述燃料管道上设置有用于控制气化后的甲醇燃料进入所述混合器中流量的甲醇燃料流量阀。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的点燃式甲醇发动机燃烧系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:启动甲醇发动机，所述甲醇存储器内的甲醇燃料分别进入所述燃料供给系统和所述引燃剂供给系统，所述燃料供给系统为所述混合器提供气化后的甲醇燃料，所述引燃剂供给系统为所述混合器提供所述二甲醚存储器内的二甲醚引燃剂，所述气化后的甲醇燃料和所述二甲醚引燃剂以及空气按照比例混合后通过所述进气歧管进入所述甲醇发动机的所述气缸组件内，通过所述气缸组件内的火花塞提供的电火花点燃所述混合气体中的二甲醚引燃剂形成引燃火焰，通过所述引燃火焰将所述混合气体的剩余部分点燃，完成正常燃烧过程；
S2:启动甲醇裂解器，所述第二管道内的甲醇燃料进入所述甲醇裂解器内催化产生二甲醚。
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