CN200996338Y - 用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置，涉及内燃机技术。该装置位于空气滤清器之后、空气进气歧管之前，装置包括驻涡微燃烧器、甲醇/乙醇预热蒸发器。液体甲醇/乙醇通过预热器的预热蒸发，在微燃烧器内和空气进行混合燃烧，产生的高温烟气和汽车进气的主气流混合。本实用新型通过提高进气温度来解决冷启动问题，装置简单，运行操作方便。

Description

用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置

技术领域

本实用新型涉及内燃机技术领域，是一种用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置。

背景技术

驻涡燃烧器是国际上从1990年代开始研究的新型的主要希望运用于燃气轮机中的技术。通过在燃机中的驻涡来稳定燃烧，从而代替结构和调节复杂的旋流器。结构上是通过在燃机燃烧室内的空腔形成驻涡发生器，使从燃烧室来的燃料、空气和燃气进入空腔后形成涡流，燃烧室中的部分燃料在稳定的驻涡流动结构中很快混合和燃烧。在涡的运动中，高温烟气不断被排出，而低温燃料和空气不断被卷入，从而维持了燃烧能够持续稳定的发生。从驻涡发生器这一稳定燃烧区域出来的热烟气作为高温源，进一步点燃燃机其余部分的燃料的燃烧，从而使得整个燃烧室稳定的燃烧。

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。石油势必要用更大量、更优良、更清洁、更廉价的高硫煤制得的醇醚氢燃料代替，这不仅是必然的趋势，而且已十分紧迫。国外在石油危机后已经研究各种代用燃料。美国能源研究和发展署认为：“甲醇是最有希望的代用燃料，可用煤制造，工艺已达到大量生产的程度，适用于内燃机，是清洁的燃料。”由美、日、英、德、法、意和瑞典汽车工业强国共同研究的“汽车的未来”认为：“甲醇是有希望的汽车燃料，比较容易控制污染。可用煤做原料。”同时，国际上也大量的在应用乙醇汽车，巴西、美国和欧盟都有很多乙醇汽车在运行。

纯醇类燃料作为汽车的燃料，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的过程)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，例如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。乙醇的蒸发潜热是汽油的2倍多，由于蒸发潜热大，蒸发时所吸收的热量多，导致发动机进气管的温度急剧下降，更加恶化了进气蒸发条件，故在冷起动时，只有少量的乙醇才能蒸发，若蒸发形成的可燃混合气浓度达不到着火浓度下限，则混合气不能着火燃烧，发动机冷起动困难。这些原因造成甲醇/乙醇燃料蒸发困难，在冷启动时不能形成合适比例的混合气。因此，使用乙醇燃料的发动机较使用汽油的发动机冷起动更加困难。

对M85甲醇机的实验表明采取在甲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。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。而且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须求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置，可以克服甲醇/乙醇燃料在汽车中应用的困难，解决上面提到的甲醇/乙醇汽车的冷启动问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

一种用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置，其位于空气滤清器之后、进气歧管之前，包括预热蒸发器和驻涡微尺度燃烧器，其中，预热蒸发器包括支撑部件、加热装置和燃料通道，通过加热装置对燃料通道内的甲醇/乙醇燃料加热，使甲醇/乙醇由液态变为气态进入驻涡发生器；驻涡微尺度燃烧器包括电子点火器、驻涡发生器及燃烧室。

所述的装置，其为长形管状，其一端为进口A，与空气滤清器的出口连通，另一端出口B与汽车进气歧管连通；

装置内部的通道中装有支撑部件，支撑部件中心，位于内部的通道中轴线上固接有驻涡发生器，驻涡发生器的渐缩式进气口朝向进口A，其渐扩式出气口朝向出口B；驻涡发生器的出气口、支撑部件与预热进气装置侧壁包容的空间构成燃烧室；

驻涡发生器的管壁与支撑部件固接，在驻涡发生器管壁上的相对应两侧，于支撑部件内部设有微通道，一侧是点火导线通道，另一侧是燃料通道，两通道的内口与驻涡发生器的内腔相通；

点火导线通道内有点火导线，点火导线从点火导线通道外口由预热进气装置侧面引出，通道内口处固接有电子点火器，电子点火器的点火电极伸入驻涡发生器的通道内，正对着燃料通道内喷嘴；燃料通道壁外侧周圆设有加热装置，燃料通道外口位于预热进气装置侧面，以管道与燃料源相通连。

所述的装置，其所述支撑部件，为轮辐式结构，为三辐式、四辐式或带有通孔的圆辐式。

所述的装置，其所述电子点火器和加热装置，分别与汽车蓄电池电连接。

所述的装置，其所述燃料通道外口以管道与燃料源相通连，在用于甲醇/乙醇汽车的辅助点火时，通过管路和油泵与车内的油箱相通连；在用于柴油车冷启动时，通过管路与附带的甲醇/乙醇燃料容器相通连；或利用乙醚液体燃料作为预热进气的燃料。

本实用新型利用醇类燃料自身燃烧放出的热量加热发动机的进气，采用驻涡微尺度燃烧器燃烧的技术路线，从而克服了上面提到的困难。因为用微尺度燃烧器燃烧燃料少，很少的启动能量就能够将它点燃，而且微尺度燃烧器的尺寸小，可以安装在汽车的进气管道中间。燃烧的稳定是通过驻涡发生器实现的，因为在微小型的燃烧结构中，像旋流器等稳定燃烧的设备结构复杂，从加工和安装上都很难实现。而驻涡发生器结构简单，同时稳定燃烧效果良好。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果为：

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实用新型专利申请号为200410030843.2的方法，结构相对复杂。而本实用新型结构简单，而且对传统汽车的改造也很方便。

附图说明

图1：本实用新型用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置示意图；

图2：本实用新型用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置中支撑部件的轴向示意图。

具体实施方式

本实用新型利用驻涡燃烧的原理提供了一种用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置，从而解决了甲醇/乙醇汽车的冷启动问题。

本实用新型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。

尽管燃烧甲醇/乙醇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。

下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本实用新型。

实施例1

本实用新型用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置示意图，如图1、图2所示。

本实用新型提供的用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微尺度燃烧器预热进气装置包括预热蒸发器和驻涡微尺度燃烧器。其中，预热蒸发器由支撑部件4、加热装置11和燃料通道12组成，通过加热装置11对燃料通道12内的甲醇/乙醇燃料加热，使甲醇/乙醇由液态变为气态由喷嘴10进入驻涡发生器5。驻涡微尺度燃烧器由电子点火器3、驻涡发生器5及燃烧室7组成。

本实用新型的用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微尺度燃烧器预热进气装置为长形管状，其一端为进口A，与空气滤清器的出口连通，另一端出口B与汽车进气歧管连通。

驻涡微尺度燃烧器预热进气装置内部的通道中装有支撑部件4，支撑部件4为轮辐式结构，可为三辐式、四辐式或带有通孔的圆辐式，本实施例为三辐式。支撑部件4中心，位于内部的通道中轴线上固接有驻涡发生器5，驻涡发生器5的渐缩式进气口8朝向进口A，其渐扩式出气口6朝向出口B；驻涡发生器5的出气口6、支撑部件4与预热进气装置侧壁13包容的空间构成燃烧室7。

驻涡发生器5的管壁与支撑部件4固接，在驻涡发生器5管壁上的相对应两侧，于支撑部件4内部设有微通道，一侧是点火导线通道2，另一侧是燃料通道12，两通道2、12的内口与驻涡发生器5的内腔相通。点火导线通道2内有点火导线，点火导线从点火导线通道2外口由预热进气装置侧面引出，通道2内口处固接有电子点火器3，电子点火器3的点火电极9伸入驻涡发生器5的通道内，正对着燃料通道12内喷嘴10；燃料通道12壁外侧设有加热装置11，燃料通道12外口位于预热进气装置侧面，以管道与甲醇/乙醇燃料源相通连。

本实用新型的甲醇/乙醇驻涡微尺度燃烧器预热进气装置位于进气歧管之前，通过它的作用，提高进入燃机机体的空气进口温度，达到在环境温度较低的情况下快速启动的目的。

在预热进气装置中，经过空气滤清器净化后的空气进入进气管，部分空气通过微燃烧器的进气通道进入微燃烧器，在预热蒸发器中蒸发后的甲醇/乙醇与这部分空气混合点燃，产生高温烟气。甲醇/乙醇的蒸发是通过加装的电加热设备来实现的，由于甲醇/乙醇的沸点在常压下较低，对于甲醇为64.7℃，对于乙醇为78.18℃，蒸发它需要较少的热能就可以实现。

由于蒸发器需要蒸发的甲醇/乙醇量较少，从而消耗电瓶的电能较少。燃烧器7通过点火器3的点火电极9来实现点火。

在汽车点火启动中，冷空气经过空气滤清器的净化进入本实用新型中的进气预热装置，在预热装置中，部分空气通过微燃烧器的进气口8进入微燃烧器，在预热蒸发器中蒸发后的甲醇/乙醇从喷嘴10中喷出，在点火电极9的点燃启动后，与这部分空气混合点燃，产生高温烟气。为了维持燃烧的稳定发生，驻涡发生器5设计在燃料和空气混合区下部，高温高速的燃气或火焰在驻涡发生器中形成稳定的驻涡，从而使燃烧器形成稳定的火焰。驻涡微尺度燃烧器中的进气口8和出气口6设计为喇叭型，进气口8设计为渐缩型是为了能够使较多的空气进入微尺度燃烧器，从而满足燃料燃烧的空气量的要求，出气口6设计为渐扩型是为了更好的混合燃烧后的高温烟气和冷空气，从而能够使得汽车燃机进气温度分布比较均匀。燃烧后的高温烟气和进气管中的其余冷空气混合，从而提高了进入进气歧管及燃机机体的空气的温度，使得冷启动实现。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。

本实用新型可用其他的不违背本实用新型的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，本实用新型的上述实施方案都只能认为是对本实用新型的说明而不能限制本实用新型，权利要求书指出了本实用新型的范围，而上述的说明并未指出本实用新型的范围。因此，在与本实用新型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 (4)

1.一种用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气装置，其特征在于：该装置位于空气滤清器之后、进气歧管之前，包括预热蒸发器和驻涡微尺度微燃烧器，其中，预热蒸发器包括支撑部件、加热装置和燃料通道；驻涡微尺度燃烧器包括电子点火器、驻涡发生器及燃烧室；

该装置为长形管状，其一端为进口A，与空气滤清器的出口连通，另一端出口B与汽车进气歧管连通；

装置内部的通道中装有支撑部件，支撑部件中心，位于内部的通道中轴线上固接有驻涡发生器，驻涡发生器的渐缩式进气口朝向进口A，其渐扩式出气口朝向出口B；驻涡发生器的出气口、支撑部件与预热进气装置侧壁包容的空间构成燃烧室；

驻涡发生器的管壁与支撑部件固接，在驻涡发生器管壁上的相对应两侧，于支撑部件内部设有微通道，一侧是点火导线通道，另一侧是燃料通道，两通道的内口与驻涡发生器的内腔相通；

点火导线通道内有点火导线，点火导线从点火导线通道外口由预热进气装置侧面引出，通道内口处固接有电子点火器，电子点火器的点火电极伸入驻涡发生器的通道内，正对着燃料通道内喷嘴；燃料通道壁外侧周圆设有加热装置，燃料通道外口位于预热进气装置侧面，以管道与燃料源相通连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述支撑部件，为轮辐式结构，为三辐式、四辐式或带有通孔的圆辐式。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电子点火器和加热装置，分别与汽车蓄电池电连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述燃料通道外口以管道与燃料源相通连，在用于甲醇/乙醇汽车的辅助点火时，通过管路和油泵与车内的油箱相通连；在用于解决柴油车冷启动时，通过管路与附带的甲醇/乙醇燃料容器相通连；或利用乙醚液体燃料作为预热进气的燃料。

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