[发明专利]汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，是一种汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气法和装置。

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需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气法和装置，通过这种方法的利用，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，本发明的技术解决方案是：一种用于汽车冷启动的甲醇/乙醇驻涡微燃烧器预热进气方法，其通过甲醇/乙醇燃料在进气管内的驻涡微尺度燃烧器中燃烧产生高温烟气，然后与发动机进气混合，从而提高进气温度，解决汽车的冷启动问题。

所述的预热进气方法，其包括下列步骤：