WO2021217601A1 - 一种压燃式甲醇发动机燃烧系统及控制方法 - Google Patents

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Definitions

  • the solution relates to the technical field of methanol engines, in particular to a compression ignition methanol engine combustion system and control method.
  • Methanol is a substance synthesized from raw materials such as coal, natural gas, wood and garbage, and is considered to be the clean fuel of choice to replace petroleum fuels. Methanol has received widespread attention because of its extensive methanol supply chain in China, and its low price and low emissions from engine combustion. However, it is difficult to start methanol engines at low temperatures. This is one of the main reasons why methanol engines cannot be widely used on a large scale, and it is also one of the problems that need to be overcome.
  • the publication number CN101718224B provides a compression ignition methanol engine, which includes the engine body, an EGR system, a methanol fuel supply system, and a DME catalytic synthesis system.
  • the DME catalytic synthesis system starts to synthesize DME to participate in combustion only when the engine speed, oil temperature, and cooling water temperature reach a certain value, and it does not help the cold start process of the engine. Therefore, the DME catalytic synthesis system included in the compression ignition methanol engine provided by it cannot solve the technical problem of difficult cold start of the methanol engine.
  • the methanol fuel In the existing methanol engine, the methanol fuel must be refined into small particles through the nozzle and enter the cylinder before it can be ignited by the pilot flame in the cylinder. Therefore, there is a problem of insufficient combustion of the methanol fuel.
  • the purpose of the embodiments of this program is: First, to provide a compression ignition methanol engine combustion system to solve the difficulty of starting the compression ignition methanol engine combustion system in the prior art under low temperature conditions, that is, the long cold start time and Difficulties and disadvantages that methanol fuel must enter the cylinder through the nozzle, and the methanol fuel is not fully burned.
  • volume of the dimethyl ether igniter in the mixed gas in the mixer accounts for 2%-40% of the volume of the mixed gas.
  • the methanol storage includes a storage tank for storing methanol fuel and a gas outlet pipe connecting the storage tank with the first pipe and the second pipe.
  • a low-pressure pump describing the output pressure of methanol fuel in the gas pipeline.
  • the compression ignition methanol engine combustion system 100 In the compression ignition methanol engine combustion system 100 provided by this solution, during the operation of the methanol engine 10, a part of the methanol fuel in the methanol storage 20 can be catalyzed to produce dimethyl ether gas as the igniting agent and stored in the dimethyl ether.
  • the storage 43 provides sufficient dimethyl ether gas for the igniting agent supply system 40.
  • the compression ignition methanol engine combustion system 100 provided by this solution makes full use of the methanol fuel can generate dimethyl ether gas by heating dehydration catalysis, and uses dimethyl ether gas as an igniting agent to form a pilot flame through compression ignition. , Thereby solving the problem of difficulty in cold start of the methanol engine 10.
  • the use of dimethyl ether gas as the igniting agent has the advantages of safety, reliability and stability, and is suitable for widespread promotion and use in the automobile industry.
  • the dimethyl ether igniter in the mixed gas provided by the mixer 50 compresses the ignitor to form a pilot flame, and then uses the pilot flame to ignite the vaporized methanol fuel in the mixer 50.
  • the methanol engine 10 performs a cold start process through mixed gas, which can not only solve the technical problem of difficulty in starting the methanol engine 10 during the normal cold start process, ensure the normal combustion of methanol fuel during the cold start process, but also greatly improve the utilization rate of methanol fuel. In addition, the time required for the cold start of the methanol engine 10 is greatly shortened.
  • the dimethyl ether gas pre-stored in the dimethyl ether storage 43 is to ensure that the methanol engine 10 can provide the mixed gas of the mixer 50 multiple times during the initial use. Enough dimethyl ether gas required for cold start is used as an igniting agent. Therefore, the dimethyl ether storage 43 needs to ensure a certain capacity, so that all the dimethyl ether gas in the dimethyl ether storage 43 can be used for ignition of the cold-start methanol engine 10 multiple times.
  • the cold start time of the engine 10 improves the cold start efficiency of the methanol engine 10; and the pilot agent supply system 40 participates in the entire process of the methanol engine 10 operation to provide sufficient pilot agent for the compression of the cylinder 12 inside the methanol engine 10 to increase the methanol.
  • the methanol fuel combustion efficiency inside the cylinder 12 of the engine 10 ensures the full combustion of the methanol fuel during the normal operation of the methanol engine 10, and improves the utilization rate of the methanol fuel.
  • the methanol fuel heated by the methanol heater 24 in the methanol storage 20 enters the methanol cracker 42 through the second pipe 41 and is cracked to produce dimethyl ether gas by the action of the catalyst.
  • the methanol cracker 42 will crack through the third pipe 48
  • the generated dimethyl ether gas is input into the dimethyl ether storage 43 for storage, which provides sufficient and stable dimethyl ether gas as an igniting agent for the normal operation of the methanol engine 10.
  • the flow rate of the dimethyl ether gas entering the mixer 50 is adjusted through the second flow control valve 47 to increase the dimethyl ether gas in the mixer 50 Using the dimethyl ether gas stored in the dimethyl ether storage 43 to compress the flame to increase the temperature in the cylinder 12 of the methanol engine 10 and ignite the methanol fuel.
  • the control method of the compression ignition methanol engine combustion system 100 can directly use the dimethyl ether gas in the dimethyl ether storage 43 as the igniting agent to be sent to the mixer 50 when the methanol engine 10 is cold-started.
  • the methanol engine 10 is started by the mixed gas, and then the methanol engine 10 is used to catalyze the methanol to produce dimethyl ether gas, which is stored in the dimethyl ether storage 43 to prepare for the next start of the methanol engine 10.
  • the cold start time of the methanol engine 10 can be greatly shortened, and at the same time, sufficient igniting agent can be stored in the igniting agent supply system 40 when the methanol engine 10 is started next time.

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Abstract

一种压燃式甲醇发动机燃烧系统（100）及其控制方法，压燃式甲醇发动机燃烧系统（100）包括甲醇发动机（10）和甲醇存储器（20），还包括与甲醇存储器（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）提供二甲醚引燃剂的引燃剂供给系统（40）和将气化的甲醇燃料、二甲醚引燃剂以及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（60）输入甲醇发动机（10）内的混合器（50）。

Description

一种压燃式甲醇发动机燃烧系统及控制方法 技术领域
本方案涉及甲醇发动机技术领域，尤其是涉及一种压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。伴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，并且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CN101718224B中所提供的一种压燃式甲醇发动机，包括发动机主体、EGR系统、甲醇燃料供应系统以及DME催化合成系统。该DME催化合成系统只有当发动机转速、机油温度、冷却水温度达到一定值时才开始合成DME参与燃烧，对发动机的冷启动过程并无任何帮助。因此其所提供的压燃式甲醇发动机中所包括的DME催化合成系统并无法解决甲醇发动机的冷启动困难的技术问题。
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。
技术问题
本方案实施例的目的在于：第一方面，提供一种压燃式甲醇发动机燃烧系统，用以解决现有技术中压燃式甲醇发动机燃烧系统在低温状态下启动困难即冷启动的时间长且困难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。
第二方面，提供一种压燃式甲醇发动机燃烧系统的控制方法，用以解决现有技术中压燃式甲醇发动机燃烧系统在低温状态下启动困难即冷启动的时间长且困难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。
技术解决方案
为解决上述技术问题，本方案实施例采用的技术方案是：
第一方面，提供了一种压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和设置于所述壳体内的至少一个气缸，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气体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空气按照比例混合成混合气体，再将所述混合气体通过进气歧管输入所述甲醇发动机内，所述混合器包括混合室，设置于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、与外界空气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，所述混合器中的所述混合气体内的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出气管道，于所述出气管道上设置有用于增加所述出气管道内甲醇燃料的输出压力的低压泵。
具体地，所述出气管道上还设置有为所述出气管道内的甲醇燃料进行第一级加热的甲醇加热器。
进一步地，所述第二管道上还设置有用于控制所述第二管道内的甲醇燃料流量的第一流量控制阀。
进一步地，所述甲醇裂解器中设置有二级加热器。
进一步地，所述甲醇裂解器与所述二甲醚存储器之间通过第三管道连通，于所述第三管道上设置有用于调控所述第三管道开关的第一压力控制阀。
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二流量控制阀。
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室的流量的甲醇燃料流量阀。
第二方面，提供了一种压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，所述二甲醚存储器内的二甲醚气体通过所述混合器进入所述甲醇发动机的所述气缸内，所述二甲醚气体在所述气缸内被压燃形成引燃火焰，同时所述甲醇存储器内的甲醇燃料通过所述燃料管道进入所述气缸内被引燃火焰点燃，完成正常燃烧过程；
S2:启动甲醇裂解器，所述甲醇存储器内的甲醇燃料通过所述裂解器输入管道进入所述甲醇裂解器内催化产生二甲醚。
有益效果
与现有技术相比，本方案实施例提供的一种压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中，通过压缩燃烧将二甲醚引燃剂压燃后再引燃气化后的甲醇燃料，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；同时该引燃剂供给系统能够参与甲醇发动机冷启动和正常运行的全过程，能够大幅度缩短甲醇发动机的冷启动时间；还具有甲醇裂解器，可以在甲醇发动机正常运行过程中，将甲醇存储器内的甲醇燃料经过脱水催化生成二甲醚引燃剂存储于二甲醚存储器内，为二甲醚存储器内提供二甲醚气体的补给；本方案中采用二甲醚引燃剂具有安全可靠且稳定的优点，适用于汽车行业中的广泛推广和使用。
本方案实施例提供的一种压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立刻直接使用二甲醚存储器内的二甲醚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，在甲醇发动机的运行过程中将甲醇燃料催化产生出二甲醚气体存储于二甲醚存储器内为二甲醚存储器内提供补给，能够大幅度缩短甲醇发动机的冷启动时间，同时保证甲醇发动机正常运行以及启动过程中该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
为了更清楚地说明本方案实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本方案的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本方案一种压燃式甲醇发动机燃烧系统的工作原理图；
图中：100-压燃式甲醇发动机燃烧系统；10-甲醇发动机、11-壳体、12-气缸；20-甲醇存储器、21-存储罐、22-出气管道、23-低压泵、24-甲醇加热器、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、55-空气管道、60-进气歧管。
本方案的实施方式
为了使本方案的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本方案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用以解释本方案，并不用于限定本方案。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本方案所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
实施例一
参见图1，为本方案所提供的一种压燃式甲醇发动机燃烧系统100。该压燃式甲醇发动机燃烧系统100以气化后的甲醇作为基础燃料，以二甲醚作为引燃剂，并且将气化后的甲醇燃料和二甲醚引燃剂与空气在混合器50内进行混合形成混合气体，该混合气体中的二甲醚引燃剂在甲醇发动机10的气缸12内被压燃形成引燃火焰，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。本方案所提供的压燃式甲醇发动机燃烧系统100中，在甲醇发动机10运行过程中，还可以将甲 醇存储器20中的一部分甲醇燃料催化产生作为引燃剂的二甲醚气体存储于二甲醚存储器43内为引燃剂供给系统40提供足够的二甲醚气体。本方案所提供的压燃式甲醇发动机燃烧系统100中充分利用了甲醇燃料可以通过加热脱水催化的作用而产生二甲醚气体，并使用二甲醚气体作为引燃剂通过压燃形成引燃火焰，从而解决甲醇发动机10冷启动困难的问题。并且本方案的压燃式甲醇发动机燃烧系统100中，采用二甲醚气体作为引燃剂具有安全可靠且稳定的优点，适用于汽车行业中的广泛推广和使用。
具体地，如图1所示，该压燃式甲醇发动机燃烧系统100包括甲醇发动机10和甲醇存储器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、二甲醚引燃剂以及空气按照比例混合成混合气体，并将混合气体通过进气歧管60输入甲醇发动机10内的混合器50。该甲醇发动机10由混合器50提供的混合气体中的二甲醚引燃剂通过压燃引燃剂形成引燃火焰，再利用引燃火焰将混合器50中的气化后的甲醇燃料点燃。甲醇发动机10通过混合气体进行冷启动过程，不仅可以解决甲醇发动机10的正常冷启动过程启动困难的技术问题，保证冷启动过程中甲醇燃料的正常燃烧，还可以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提供基础材料甲醇燃料，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压缩引燃的二甲醚引燃剂，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再次进入冷启动过程中始终保持有足够的二甲醚气体。
进一步地，本方案所提供的一种压燃式甲醇发动机燃烧系统100中甲醇发 动机10包括壳体11和设置于壳体11内的至少一个气缸12。在本实施例中，该壳体11内设置有三个依次排列的气缸12。气缸12通过进气歧管60与混合器50连通实现气化的甲醇燃料以及二甲醚引燃剂的供给。在本实施例中，该甲醇发动机10中的气缸12内无需单独设置喷射共轨器以及喷嘴用于甲醇燃料的喷射，而是直接通过燃料供给系统30将甲醇燃料部分气化后输入至混合器50内，再与二甲醚引燃剂、空气混合之后输入气缸12内实现混合气体的燃烧过程。相较于传统的甲醇发动机10可以节约甲醇发动机10内部喷嘴的成本。
进一步地，本方案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连通的出气管道22，该出气管道22分别与燃料供给系统30中的第一管道31和引燃剂供给系统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，于出气管道22上设置有用于增加出气管道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的设置不仅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，保证即使未被燃料供给系统30完全气化的甲醇燃料也能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，出气管道22上还设置有为出气管道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为整个压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。设置于出气管道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出气管道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。该燃烧供给系统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。第一管道31中的液态甲醇燃料经过蒸发器32之后形成气化后的甲醇燃料，由甲醇存储器20中的低压泵23推动至燃料管道33。
本方案所提供的压燃式甲醇发动机燃烧系统100中，由于该甲醇发动机10中所输出的是混合后的混合气体，因此仅需保证该混合气体内同时具有气化后的甲醇燃料和二甲醚引燃剂，即可实现甲醇发动机10的冷启动压燃并且点燃甲醇燃料的功能。
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。
本方案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内的二甲醚气体需要持续参与甲醇发动机10的运行从而保证每次甲醇发动机10在压燃时均可产生引燃火焰，因此该二甲醚存储器43内的二甲醚气体需要补给。
进一步地，本方案所提供的压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、与外界空气连通的第三进气口53以及与进气歧管60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，该第三进气口53上设置有空气管道55，通过空气管道55向所述第三进气口53内输入外界的空气，并在混合器50的混合室内部按照比例将上述各个进气口内输入的燃料进行混合得到有利于甲醇发动机压燃时所使用的混合气体，再将混合气体由排气口54输入至进气歧管60，最后由进气歧管 60输入甲醇发动机10的气缸12内压燃以及燃烧。
具体地，该混合器50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进行混合，并得到所需的混合气体。其中，必须保证在混合器50的混合室内所形成的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的气缸12内部可以通过压燃的方式将混合气体点燃，从而保证气缸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内无法形成压燃火焰，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12内的温度较低，此时该气缸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12内对于混合气体内的二甲醚气体的需求量降低，但仍需要从二甲醚气体作为引燃剂助燃，但是此时二甲醚引燃剂占混合气体的比例较小。在本方案所提供的压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，在气缸12内通过压缩点燃混合气体中的二甲醚引燃剂，最终实现燃烧混合气体中的甲醇，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40参与甲醇发动机10运行的全过程为甲醇发动机10内部气缸12的压缩提供足够的引燃剂以提高甲醇发动机10内气缸12内部甲醇燃料燃烧效率，保证甲醇发动机10在正常运作过程中，甲醇燃料的充分燃烧，提高甲醇燃料的利用率。
进一步地，本方案所提供的一种压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，即本方案中的引燃剂。通过该甲醇裂解器42可以实现整个压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提供压缩引燃。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，本方案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上二甲醚气体的开启与闭合。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，利用二甲醚存储器43内所存储的二甲醚气体压燃火焰，提高甲醇发动机10的气缸12内的温度和引燃甲醇燃料。
进一步地，本方案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的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的量。
实施例二
本方案还提供了一种上述的压燃式甲醇发动机燃烧系统100的控制方法，包括以下步骤：
S1:启动甲醇发动机10，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空气按照比例混合后通过进气歧管60进入甲醇发动机10的气缸12内，混合气体内的二甲醚引燃剂在气缸12内被压燃形成引燃火焰，通过引燃火焰将混合气体点燃，完成正常燃烧过程；
具体地，该压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中形成气化后的甲醇燃料。在二甲醚引燃剂、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内形成适合甲醇发动机10内压燃的混合气体。通过混合器50的配比形成混合气体，将混合气体中二甲醚引燃剂占比在2％-40％之间，再将混合气体通过进气歧管60进入甲醇发动机10的气缸12内，混合气体中的二甲醚气体在气缸12内压缩形成引燃火焰。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。
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：当第一压力控制阀46关闭第三管道48且甲醇裂解器42中的二甲醚气体处于饱和状态时，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。
本方案所提供的一种压燃式甲醇发动机燃烧系统100的控制方法，在甲醇发动机10冷启动的时候可以直接使用二甲醚存储器43内的二甲醚气体作为引燃剂输送至混合器50中进行混合产生混合气体，从而通过混合气体启动甲醇发动机10，再利用甲醇发动机10的运行将甲醇催化产生出二甲醚气体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。
以上仅为本方案的优选实施例而已，并不用于限制本方案。对于本领域的技术人员来说，本方案可以有各种更改和变化。凡在本方案的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本方案的权利要求范围之内。

Claims (10)

  1. 一种压燃式甲醇发动机燃烧系统(100)，包括甲醇发动机(10)和甲醇存储器(20)，所述甲醇发动机(10)包括壳体(11)和设置于所述壳体(11)内的至少一个气缸(12)，其特征在于，还包括：
    燃料供给系统(30)，与所述甲醇存储器(20)连通并为混合器(50)提供气化的甲醇燃料，包括与所述甲醇存储器(20)连通的第一管道(31)，将所述第一管道(31)内的甲醇燃料气化的蒸发器(32)和将所述蒸发器(32)与所述混合器(50)连通的燃料管道(33)；
    引燃剂供给系统(40)，与所述甲醇存储器(20)连通并为所述混合器(50)提供的二甲醚引燃剂，包括与所述甲醇存储器(20)连通的第二管道(41)，将所述第二管道(41)内的甲醇燃料转化为二甲醚引燃剂的甲醇裂解器(42)，与所述甲醇裂解器(42)连通的预存有二甲醚气体的二甲醚存储器以及将所述二甲醚存储器与所述混合器(50)连通的引燃剂管道(44)；
    所述混合器(50)，将所述气化的甲醇燃料、所述二甲醚引燃剂以及空气按照比例混合成混合气体，再将所述混合气体通过进气歧管(60)输入所述甲醇发动机(10)内，所述混合器(50)包括混合室，设置于所述混合室上的与所述燃料管道(33)连通的第一进气口(51)、与所述引燃剂管道(44)连通的第二进气口(52)、与外界空气连通的第三进气口(53)以及与所述进气歧管(60)连通的排气口(54)。
  2. 如权利要求1所述的一种压燃式甲醇发动机(10)燃烧系统(100)， 其特征在于，所述混合器(50)中的所述混合气体内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所述的一种压燃式甲醇发动机(10)燃烧系统(100)，其特征在于，所述甲醇存储器(20)包括用于存储甲醇燃料的存储罐(21)和将所述存储罐(21)与所述第一管道(31)和所述第二管道(41)连通的出气管道(22)，于所述出气管道(22)上设置有用于增加所述出气管道(22)内甲醇燃料的输出压力的低压泵(23)。
  4. 如权利要求3所述的一种压燃式甲醇发动机(10)燃烧系统(100)，其特征在于，所述出气管道(22)上还设置有为所述出气管道(22)内的甲醇燃料进行第一级加热的甲醇加热器(24)。
  5. 如权利要求1所述的一种压燃式甲醇发动机(10)燃烧系统(100)，其特征在于，所述第二管道(41)上还设置有用于控制所述第二管道(41)内的甲醇燃料流量的第一流量控制阀(45)。
  6. 如权利要求1所述的一种压燃式甲醇发动机(10)燃烧系统(100)，其特征在于，所述甲醇裂解器(42)中设置有二级加热器(421)。
  7. 如权利要求1所述的一种压燃式甲醇发动机(10)燃烧系统(100)，其特征在于，所述甲醇裂解器(42)与所述二甲醚存储器之间通过第三管道(48)连通，于所述第三管道(48)上设置有用于调控所述第三管道(48)开关的第一压力控制阀(46)。
  8. 如权利要求1所述的一种压燃式甲醇发动机(10)燃烧系统(100)， 其特征在于，所述引燃剂管道(44)上设置有用于控制二甲醚输出量的第二流量控制阀(47)。
  9. 如权利要求1所述的一种压燃式甲醇发动机(10)燃烧系统(100)，其特征在于，所述燃料管道(33)上设置有用于控制气化后的甲醇燃料进入所述混合室的流量的甲醇燃料流量阀(34)。
  10. 一种如权利要求1-9任一项所述的压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(10)，所述甲醇存储器(20)内的甲醇燃料分别进入所述燃料供给系统(30)和所述引燃剂供给系统(40)，所述燃料供给系统(30)为所述混合器(50)提供气化后的甲醇燃料，所述引燃剂供给系统(40)为所述混合器(50)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(60)进入所述甲醇发动机(10)的所述气缸(12)内，所述混合气体内的二甲醚引燃剂在所述气缸(12)内被压燃形成引燃火焰，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(42)，所述第二管道(41)内的甲醇燃料进入所述甲醇裂解器(42)内催化产生二甲醚。
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