CN116498465B - 一种甲醇发动机冷启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲醇发动机冷启动方法，在甲醇喷射阀与气缸盖的进气道之间设置一个热源装置，热源装置的中心轴线与甲醇喷射阀的中心轴线有一个夹角，热源装置的热点设置在夹角顶点上，热源装置受程序控制进入工作状态，甲醇喷射阀在满足合适的工作条件时喷出液态甲醇，甲醇喷射阀喷口喷出的液态甲醇呈圆锥形状扩散并全部穿过热源装置的热点被气化成气态，本甲醇发动机冷启动方法可以在寒冷空气环境条件下，使单一甲醇燃料在发动机冷启动过程快速气化完成冷启动工作，在发动机运行工况，通过发动机高温水把寒冷进气空气加热成热空气，再利用热空气气化液态甲醇的方法，保证发动机能在寒冷空气环境条件下正常运行。

Description

一种甲醇发动机冷启动方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体为一种甲醇发动机冷启动方法。

背景技术

发动机停机冷却后本机温度与环境温度达到平衡时称为冷机状态，再次启动发动机的动作称为冷启动。

甲醇是一种液态燃料，不易气化，不易点燃，用于发动机启动时提供燃料使用，目前常用的几种冷启动方式存在以下缺陷：(1)利用双燃料混合引燃方法未能完全使用甲醇燃料不利于降低碳排放；(2)当发动机在寒冷空气环境冷启动时，使用超声波雾化甲醇的方法要经常清洗雾化器造成维护繁琐；(3)采用定义喷油开始时刻的闭阀喷射策略，造成气化后的甲醇在扫气冲程逃逸到排气管，产生排放污染和能源浪费，同时还存在冷启动时进气阀为常温不能气化甲醇的问题；(4)通过加热发动机冷却水预热发动机的方法存在低温环境加热时间长，不利于发动机快速启动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种甲醇发动机冷启动方法，可以在寒冷空气环境条件下，使单一甲醇燃料在发动机冷启动过程快速气化完成冷启动工作，在发动机运行工况，提供了通过发动机高温水把寒冷进气空气加热成热空气，再利用热空气气化液态甲醇的方法，保证发动机能在寒冷空气环境条件下正常运行，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种甲醇发动机冷启动方法，在甲醇喷射阀与气缸盖的进气道之间设置一个热源装置，热源装置的中心轴线与甲醇喷射阀的中心轴线有一个夹角，热源装置的热点设置在夹角顶点上，热源装置受程序控制进入工作状态，甲醇喷射阀在满足合适的工作条件时喷出液态甲醇，甲醇喷射阀喷口喷出的液态甲醇呈圆锥形状扩散并全部穿过热源装置的热点被气化成气态，气态甲醇与进气歧管内的热空气混合形成混合气进入发动机气缸内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室内被火花塞点燃快速燃烧，完成甲醇发动机在寒冷空气环境快速冷启动工作，所述甲醇喷射阀向进气歧管内喷射液态甲醇需同时满足以下条件：

条件1：热源装置的热点温度达到设置温度值；

条件2：发动机转速达到设置转速值；

条件3：发动机的气缸盖上的排气阀是关闭状态；

条件4：发动机的气缸盖上的进气阀是打开状态。

作为本发明的一种优选技术方案，所述甲醇喷射阀安装在进气歧管阀座上，所述进气歧管阀座设置在复合进气管的进气歧管上，所述甲醇喷射阀的喷射中心轴线与气缸盖的进气道中心轴线重合。

作为本发明的一种优选技术方案，所述甲醇喷射阀的喷口伸入进气歧管内壁2mm距离。

作为本发明的一种优选技术方案，所述热源装置安装在进气歧管上，且位于甲醇喷射阀的喷口与气缸盖的进气道之间，热源装置的中心轴线与甲醇喷射阀的中心轴线的夹角为30°。

作为本发明的一种优选技术方案，所述热源装置选用直流电工作，热源装置的热点温度与工作电流成反比。

作为本发明的一种优选技术方案，在发动机运行工况，提供通过发动机高温水把寒冷进气空气加热成热空气，再利用热空气气化液态甲醇，进气歧管内的热空气来自于空气腔，所述复合进气管包括空气腔和水腔，所述水腔与空气腔相互隔离，所述空气腔通过进气歧管与气缸盖的进气道连通，所述水腔与气缸套外部的缸套冷却水相连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过发动机高温水把寒冷进气空气加热成热空气，再利用热空气气化液态甲醇的方法，保证发动机能在寒冷空气环境条件下正常运行，且与现有技术中使用超声波雾化甲醇的方法相比，本发明采用热源装置加热甲醇燃料，能够保证液态甲醇燃料通过热点时加热成气化状态，且易于实施，避免了清洗雾化器造成维护繁琐的情况；(2)发动机转速达到额定启动转速值的一个合适值，在发动机旋转工作时利用活塞往复运动吸入不含甲醇燃料的空气对气缸燃烧室内的残余气体进行吹扫，可以保证气缸燃烧室内有充足的新鲜空气，有利于进入气缸燃烧室内的燃料充分燃烧；(3)在喷射液态甲醇时，发动机气缸盖上的排气阀是关闭状态，与现有技术中的采用定义喷油开始时刻的闭阀喷射策略相比，本发明能保证喷入进气歧管的燃料充分进入气缸燃烧室内，避免扫气冲程时甲醇燃料逃逸到排气管，造成能源浪费和排放污染问题；(4)与现有技术中通过把空气或甲醇加热的方法相比，本发明使得甲醇喷射阀喷口喷出的液态甲醇燃料呈圆锥形状扩散穿过热源装置的热点被快速气化成气态，热点温度与工作电流成反比例关系，热点温度低时工作电流大利于快速升温，热点温度高时工作电流小利于恒温，解决首次启动时进气阀为常温不能气化甲醇的问题。

附图说明

图1为本发明工作结构示意图。

图中：100液态甲醇、101进气歧管阀座、102甲醇喷射阀、103圆锥喷射状、104热源装置、105气缸盖、106进气道、107进气阀、108燃烧室、109气缸套、110缸套冷却水、111水腔、112空气腔、113复合进气管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例(为描述与理解方便，以下以图1的上方为上方进行描述)。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种甲醇发动机冷启动方法，在在复合进气管113的进气歧管上设置甲醇喷射阀102，甲醇喷射阀102通过进气歧管阀座101安装在复合进气管113上，甲醇喷射阀102的喷射中心轴线与气缸盖105的进气道106中心轴线重合，甲醇喷射阀102与气缸盖105的进气道106之间设置一个使用直流电工作的热源装置104，热源装置104的中心轴线与甲醇喷射阀102的中心轴线有一个夹角，热源装置104的热点设置在夹角顶点上，热源装置104受程序控制能在按下发动机启动按键时进入工作状态，甲醇喷射阀102在同时满足工作条件1-4时喷出液态甲醇100，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100呈圆锥形状扩散并全部穿过热源装置104的热点被气化成气态，气态甲醇与进气歧管内的热空气混合形成混合气进入发动机气缸内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室108内被火花塞点燃快速燃烧，完成甲醇发动机在寒冷空气环境快速冷启动工作。

本实施例结合一台单缸发动机说明具体方法如下：

复合进气管113设置有空气腔112和水腔111，发动机运行时，发动机上的气缸套109外的缸套冷却水110可以进入水腔111，气缸燃烧室108内燃烧过程产生的热量使气缸套109外的缸套冷却水110成为热水进入水腔111，通过水腔111向空气腔112传导热量，利用发动机运行中自产的热水把复合进气管空气腔112中的空气加热成热空气，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料呈圆锥喷射状103扩散到进气歧管内的热空气中，利用热空气把液态甲醇100气化后形成混合气进入发动机气缸内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室108内被火花塞点燃快速燃烧，保证寒冷空气环境条件下使发动机正常运行。

其中，甲醇喷射阀102的喷口伸入进气歧管内壁2mm距离，保证甲醇喷射阀102喷出的液态甲醇100无法溅射到进气歧管内壁和气缸盖105的进气道106内壁上，容易理解地，当本方法在多缸发动机上应用时具有相同的效果。

热源装置104安装在进气歧管上，且位于甲醇喷射阀102的喷口与气缸盖105的进气道106之间，热源装置104的中心轴线与甲醇喷射阀102的中心轴线的夹角为30°，保证液态甲醇100燃料喷出后呈圆锥形状103扩散时全部穿过热源装置104的热点被气化成气态，容易理解地，当本方法在多缸发动机上应用时具有相同的效果。

在本实施例中，热源装置104选用24V的直流电工作，热源装置104的热点温度与工作电流成反比，热点温度升高时热源装置工作电流减小，热点温度降低时热源装置工作电流增大，当热点温度不变时热源装置电流不变；

工作的参数条件为：环境空气温度5℃时热源装置工作电流值10A，热点温度基准值65℃时热源装置工作电流值1.7A,热点温度基准值70℃时热源装置工作电流值1.0A，控制程序通过监测热源装置104工作电流的方法得到热点温度值。

甲醇喷射阀102向进气歧管内喷射液态甲醇需同时满足以下条件：

条件1：热源装置104的热点温度达到设置的温度值70℃，此时热源装置的工作电流值为1.0A，目的是保证甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料呈圆锥形状103扩散穿过热源装置104的70℃热点被快速气化成气态，与现有技术中通过把空气或甲醇加热的方法相比，本发明不受环境温度变化影响，利于推广使用，与现有技术中利用进气阀温度气化甲醇的方法相比，本发明通过将热点温度控制在70℃，能解决首次启动时进气阀为常温不能气化甲醇的问题；

条件2：发动机转速达到设置的额定启动转速值150r/min的60％转速，此时发动机的转速值为90r/min，目的是在发动机旋转工作时利用活塞往复运动吸入不含甲醇燃料100的空气对燃烧室108内的残余气体进行吹扫，可以保证燃烧室108内有充足的新鲜空气，有利于进入燃烧室108内的燃料充分燃烧；

条件3：发动机的气缸盖105上的排气阀是关闭状态，与现有技术中的采用定义喷油开始时刻的闭阀喷射策略相比，本发明能保证喷入进气歧管的燃料充分进入燃烧室108内，避免扫气冲程时甲醇燃料逃逸到排气管，造成能源浪费和排放污染问题；

条件4：发动机的气缸盖105上的进气阀107是打开状态，目的是保证液态甲醇燃料100穿过热源装置104热点被快速气化成气态，在进气阀107关闭前随空气完全进入到发动机气缸燃烧室108内；可以理解地，进气阀107关闭状态时不能喷射甲醇燃料100，避免了气态甲醇燃料不能进入发动机气缸的燃烧室108内造成的燃料浪费。

进一步结合本实施例说明本发明的冷启动过程和方法：发动机冷机状态时本机温度与环境空气温度达到平衡，此时环境空气温度5℃，发动机缸套水初始温度5℃，液态甲醇温度同样是5℃，容易理解的，实施例图1包含的装置的温度同样为5℃，在准备启动发动机时，热源装置104的热点温度为5℃，24V直流电开始以10A的工作电流使热点温度由5℃开始进行快速升温工作，控制程序通过监测热源装置104工作电流的方法得到热点温度，当热源装置工作电流值1.7A时得到热点温度基准值65℃,当热源装置工作电流值1.0A时得到热点温度基准值70℃，控制程序设置有65℃温度基准值和70℃温度基准值，按下发动机启动按键，热点温度低于65℃温度基准时，启动马达不工作，热源装置104继续进行升温工作，避免发动机旋转时进入冷空气，有利于热源装置104的热点温度快速升高；当热点温度达到65℃温度基准时，控制程序使启动马达开始工作拖动发动机旋转，当不能同时满足所述的条件1-4时，甲醇喷射阀102不向进气歧管内喷入液态甲醇100燃料，为了便于理解，提示性示例可以理解为：

示例1，热点温度未达到条件1设置的70℃温度基准时，同时发动机转速未达到条件2设置的发动机转速90r/min，甲醇喷射阀102不向进气歧管内喷入液态甲醇100燃料，避免液态甲醇100不能气化引起不能点火；

示例2，热点温度达到条件1设置的70℃温度基准时，同时发动机转速未达到条件2设置的发动机转速90r/min，甲醇喷射阀102不向进气歧管内喷入液态甲醇100燃料，能使气缸内得到充分换气进入新鲜空气；

示例3，热点温度达到条件1设置的70℃温度基准时，同时发动机转速达到条件2设置的发动机转速90r/min，同时排气阀不在关闭状态不满足条件3，同时进气阀107在打开状态满足条件4，甲醇喷射阀102不向进气歧管内喷入液态甲醇100燃料，避免气化甲醇被吹扫到排气管造成燃料浪费和污染。

发动机启动马达开始工作拖动发动机旋转过程，当热源装置104利用24V直流电使热点温度达到条件1设置的70℃温度基准时，同时发动机转速达到条件2设置的发动机转速90r/min，同时排气阀是关闭状态满足条件3，同时进气阀107是打开状态时满足条件4，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料呈圆锥形状103扩散穿过热源装置104的热点温度70℃被气化成气态，气态甲醇与进气歧管内的空气混合形成混合气进入发动机气缸内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室108内被火花塞点燃快速燃烧，完成甲醇发动机冷启动工作保证发动机进入怠速600r/min工作运行。

发动机运行工作中，提供了通过发动机高温水把寒冷进气空气加热成热空气，再利用热空气气化液态甲醇100的方法，在同时满足条件3和条件4时，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料呈圆锥形状103扩散被进气歧管内的热空气气化后形成混合气进入发动机气缸燃烧室108内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室108内被火花塞点燃快速燃烧，保证发动机能在寒冷空气环境条件下正常运行。

在低温环境下，缸套冷却水110水初始温度5℃，发动机启动成功后在工作怠速600r/min运行，缸套冷却水110温度由5℃逐渐升高，成为热水进入水腔111，水腔111中的热水热量传导到空气腔112中把5℃的冷空气逐渐加热升温，当空气被加热的温度低于65℃时，例如空气温度被加热到45℃，利用热源装置104热点温度与工作电流成反比例关系的作用，热源装置104的温度低工作电流大使热点温度保持在70℃，在同时满足条件3和条件4时，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料继续利用热点温度气化成气态，气态甲醇与进气歧管内的空气混合形成混合气进入发动机气缸内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室108内被火花塞点燃快速燃烧，解决了发动机在低功率运行时水腔内水温低对冷空气加热不足问题，保证甲醇发动机在冷启动成功后在怠速600r/min工作运行。

进一步的，缸套水温度逐渐升温高于65℃时，水腔111中的热水热量传导到空气腔112中把5℃的冷空气加热成热空气未能达到65℃，热源装置104以1.7A的工作电流使热点温度保持在65℃，在满足条件3和条件4时，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料被进气歧管内的热空气和热点温度同时气化成气态形成混合气进入发动机气缸内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室108内被火花塞点燃快速燃烧，达到了发动机运行过程利用自产热水加热空气腔112内冷空气的目的，保证发动机能在低温环境的运行，与现有技术相比，本发明可以避免低温环境下进气温度与发动机正常工作温度温差过大对发动机造成的冷热冲击，提高发动机的使用寿命。

进一步的，缸套水温度逐渐升高达到发动机正常工作的缸套水温度80℃后，水腔111中的热水热量传导到空气腔112中把5℃的冷空气加热成65℃热空气，容易理解的，热源装置104的热点温度被热空气加热到65℃，利用热源装置104热点温度与工作电流成反比例关系的作用，此时热源装置104的工作电流减小到热点不加热状态，在满足条件3和条件4时，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料呈圆锥形状103扩散被进气歧管内的65℃热空气中气化后形成混合气进入燃烧室108内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室108内被火花塞点燃快速燃烧，完成甲醇发动机正常运行工作。

受程序控制，热源装置104在准备启动发动机时进入工作，在发动机正常运行工作过程保持工作，在发动机停机时停止工作。

发动机在高功率运行时水腔111内水温高对空气加热充足，此时热源装置104的热点温度高、电阻大、电流小产生的热量小，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料被进气歧管内的热空气气化。

发动机在高功率运行时水腔111内水温高对空气加热充足，此时热源装置104的热点温度高、电流小产生的热量小，甲醇喷射阀102喷口喷出的液态甲醇100燃料被进气歧管内的热空气气化。

在高温环境实施例中，可以控制热水不进入水腔111，保证了发动机在高温环境工作时空气不能被加热。

实施例2：与实施例1的不同之处在于，本冷启动方法中热源装置同样可以使用交流电。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种甲醇发动机冷启动方法，其特征在于：在甲醇喷射阀(102)与气缸盖(105)的进气道(106)之间设置一个热源装置(104)，热源装置(104)的中心轴线与甲醇喷射阀(102)的中心轴线有一个夹角，热源装置(104)的热点设置在夹角顶点上，热源装置(104)受程序控制进入工作状态，甲醇喷射阀(102)在满足合适工作条件时喷出液态甲醇(100)，甲醇喷射阀(102)喷口喷出的液态甲醇(100)呈圆锥形状扩散并全部穿过热源装置(104)的热点被气化成气态，气态甲醇与进气歧管内的热空气混合形成混合气进入发动机气缸内，混合气在活塞运动的压缩冲程结束前在燃烧室(108)内被火花塞点燃快速燃烧，完成甲醇发动机在寒冷空气环境快速冷启动工作，所述甲醇喷射阀(102)向进气歧管内喷射液态甲醇需同时满足以下条件：

条件1：热源装置(104)的热点温度达到设置的温度值；

条件2：发动机转速达到设置的转速值；

条件3：发动机的气缸盖(105)上的排气阀是关闭状态；

条件4：发动机的气缸盖(105)上的进气阀(107)是打开状态。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇发动机冷启动方法，其特征在于：所述甲醇喷射阀(102)安装在进气歧管阀座(101)上，所述进气歧管阀座(101)设置在复合进气管(113)的进气歧管上，所述甲醇喷射阀(102)的喷射中心轴线与气缸盖(105)的进气道(106)中心轴线重合。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇发动机冷启动方法，其特征在于：所述甲醇喷射阀(102)的喷口伸入进气歧管内壁2mm距离。

4.根据权利要求1所述的一种甲醇发动机冷启动方法，其特征在于：所述热源装置(104)安装在进气歧管上，且位于甲醇喷射阀(102)的喷口与气缸盖(105)的进气道(106)之间，热源装置(104)的中心轴线与甲醇喷射阀(102)的中心轴线的夹角为30°。

5.根据权利要求1所述的一种甲醇发动机冷启动方法，其特征在于：所述热源装置(104)选用直流电工作，热源装置(104)的热点温度与工作电流成反比。

6.根据权利要求2所述的一种甲醇发动机冷启动方法，其特征在于：在发动机运行工况，提供通过发动机高温水把寒冷进气空气加热成热空气，再利用热空气气化液态甲醇，进气歧管内的热空气来自于空气腔(112)，所述复合进气管(113)包括空气腔(112)和水腔(111)，所述水腔(111)与空气腔(112)相互隔离，所述空气腔(112)通过进气歧管与气缸盖(105)的进气道(106)连通，所述水腔(111)与气缸套(109)外部的缸套冷却水(110)相连通。