專利名稱：汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微燃燒器預熱進氣法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機技術領域，是一種汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微 燃燒器預熱進氣法和裝置。
背景技術：
駐渦燃燒器是國際上從1990年代開始研究的新型的主要希望運用于 燃氣輪機中的技術。通過在機中的駐渦來穩定燃燒，從而代替結構和調節 復雜的旋流器。結構上是通過在燃機燃燒室內的空腔形成駐渦發生器，使 從燃燒室來的燃料、空氣和燃氣進入空腔后形成渦流，燃燒室中的部分燃 料在穩定的駐渦流動結構中很快混合和燃燒。在渦的運動中，高溫煙氣不 斷被排出，而低溫燃料和空氣不斷被巻入，從而維持了燃燒能夠持續穩定 的發生。從駐渦發生器這一穩定燃燒區域出來的熱煙氣作為高溫源，進--步點燃燃機其余部分的燃料的燃燒，從而使得整個燃燒室穩定的燃燒。
汽車工業的發展面臨著石油短缺和環境污染兩大問題，科學家們形成 的共識是使用甲醇/乙醇等醇類燃料作為石油替代燃料。石油勢必要用更 大量、更優良、更清潔、更廉價的高硫煤制得的醇醚氫燃料代替，這不僅 是必然的趨勢，而且己十分緊迫。國外在石油危機后已經研究各種代用燃 料。美國能源研究和發展署認為"甲醇是最有希望的代用燃料，可用煤 制造，工藝已達到大量生產的程度，適用于內燃機，是清潔的燃料。"由 美、日、英、德、法、意和瑞典汽車工業強國共同研究的"汽車的未來" 認為"甲醇是有希望的汽車燃料，比較容易控制污染。可用煤做原料。" 同時，國際上也大量的在應用乙醇汽車，巴西、美國和歐盟都有很多乙醇 汽車在運行。
純醇類燃料作為汽車的燃料，實際使用中最大的技術障礙是燃燒純醇 類燃料時的冷機啟動問題。冷機啟動是任何汽車發動機都存在的問題。在 低溫下，燃料蒸發困難造成發動機不易著火啟動。另外，在暖機過程(發
動機從啟動到冷卻水上升到正常溫度的過程)中，由于燃料燃燒不完全， 排氣溫度低以及發動機零部件的配合間隙不正常等原因，造成烴類和一氧 化碳排放量是正常值的十余倍，零部件磨損加劇和潤滑油被稀釋變質等問 題，這些問題嚴重影響發動機的性能和使用壽命。為了解決冷啟動問題， 汽油機在啟動時噴入多余的燃料、形成濃混合氣，但這造成排氣中烴類含 量增高和燃料流入曲軸箱稀釋潤滑油等負面效應，而暖機過程中發動機磨 損和性能下降問題并不能解決。醇類燃料的初餾點低、汽化潛熱數倍于汽 油，例如對于甲醇飽和蒸汽壓力只有汽油的約二分之一、在發動機功率不
變的情況下燃料流量是汽油的大約二倍。乙醇的蒸發潛熱是汽油的2倍多， 由于蒸發潛熱大，蒸發時所吸收的熱量多，導致發動機進氣管的溫度急劇 下降，更加惡化了進氣蒸發條件，故在冷起動時，只有少量的乙醇才能蒸 發，若蒸發形成的可燃混合氣濃度達不到著火濃度下限，則混合氣不能著 火燃燒，發動機冷起動困難。這些原因造成甲醇/乙醇燃料蒸發困難，在 冷啟動時不能形成合適比例的混合氣。因此，使用乙醇燃料的發動機較使 用汽油的發動機冷起動更加困難。
對M85甲醇機的實驗表明采取在甲醇中摻入汽油以提高燃料的飽和蒸 汽壓力、在進氣管增加電加熱裝置以促進燃料蒸發等方法，能夠實現在 -15。C啟動，但盡管醇類燃料機使用特殊潤滑油，燃料進入曲軸箱造成的 潤滑油變質問題非常嚴重，這種損害主要發生在啟動和暖機過程中，嚴重 影響發動機的壽命。如果用M85機燃燒純醇燃料，發動機在4。C以下就不 能啟動。如果不解決這個問題，M85機燃燒純醇燃料就不可能實用化。
如果在發動機點火時汽缸內形成混合比接近化學當量比的燃料-空氣 混合氣，發動機就能順利啟動。要實現這種狀況，需要使噴入發動機進氣 道的大部分燃料在火花塞點火前蒸發氣化。在燃料性質、燃料液滴的初始 尺寸和進氣流動參數都確定的情況下(噴油嘴、進氣道參數和發動機的啟 動轉速已由發動機制造商確定，看作不可變因素)，提高進氣溫度是促進 燃料氣化最有效的途徑。利用電加熱裝置預熱進氣道的局部，輔助燃料蒸 發，這種方法對發動機的冷啟動有幫助，但不能縮短暖機時間。而且電加 熱的能量來自汽車電瓶，對于純甲醇發動機，電瓶提供的能量遠遠不能同 時滿足冷啟動時啟動馬達運轉和加熱混合氣的需求。
發明內容
本發明的目的是提供一種汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微燃燒器預熱 進氣法和裝置，通過這種方法的利用，可以克服甲醇/乙醇燃料在汽車中 應用的困難，解決上面提到的甲醇/乙醇汽車的冷啟動問題。
為達到上述目的，本發明的技術解決方案是 --種用于汽車冷啟動的 甲醇/乙醇駐渦微燃燒器預熱進氣方法，其通過甲醇/乙醇燃料在進氣管內 的駐渦微尺度燃燒器中燃燒產生高溫煙氣，然后與發動機進氣混合，從而 提高進氣溫度，解決汽車的冷啟動問題。
所述的預熱進氣方法，其包括下列步驟
51、 液體甲醇/乙醇燃料首先在流經預熱蒸發器通道時，被預熱蒸發 為氣體，通過內噴嘴后，形成甲醇/乙醇蒸汽射流；
52、 蒸汽射流噴射到駐渦微尺度燃燒器的駐渦發生器內，和從進氣口 流入的空氣在此發生化學反應，擴散燃燒，產生高溫煙氣；
53、 擴散燃燒通過駐渦發生器產生的駐渦來穩定；
54、 高溫煙氣從出氣口出來與未進入駐渦發生器的主氣流冷空氣混
合，使得燃機進氣溫度比較均勻，大幅提高了進氣溫度；
55、 將預熱的進氣送入汽車進氣歧管，為燃機提供較高溫度的進氣從
而解決冷啟動問題。
一種所述的預熱進氣方法使用的預熱發動機進氣的裝置，其位于空氣 濾清器之后、進氣歧管之前，包括預熱蒸發器和駐渦微尺度微燃燒器，其 中，預熱蒸發器包括支撐部件、加熱裝置和燃料通道，通過加熱裝置對燃 料通道內的甲醇/乙醇燃料加熱，使甲醇/乙醇由液態變為氣態進入駐渦發
生器；駐渦微尺度燃燒器包括電子點火器、駐渦發生器及燃燒室。
所述的裝置，其為長形管狀，其一端為進口A，與空氣濾清器的出口
連通，另一端出口B與汽車進氣歧管連通；
裝置內部的通道中裝有支撐部件，支撐部件中心，位于內部的通道中
軸線上固接有駐渦發生器，駐渦發生器的漸縮式進氣口朝向進口 A，其漸
擴式出氣口朝向出口B;駐渦發生器的出氣口、支撐部件與預熱進氣裝置
側壁包容的空間構成燃燒室；駐渦發生器的管壁與支撐部件固接，在駐渦發生器管壁上的相對應兩 側，于支撐部件內部設有微通道， 一側是點火導線通道，另一側是燃料通
道，兩通道的內口與駐渦發生器的內腔相通
點火導線通道內有點火導線，點火導線從點火導線通道外口由預熱進 氣裝置側面引出，通道內口處固接有電子點火器，電子點火器的點火電極 伸入駐渦發生器的通道內，正對著燃料通道內噴嘴；燃料通道壁外側周圓 設有加熱裝置，燃料通道外口位于預熱進氣裝置側面，以管道與燃料源相 通連。
所述的裝置，其所述支撐部件，為輪輻式結構，為三輻式、四輻式或 帶有通孔的圓輻式。
所述的裝置，其所述電子點火器和加熱裝置，分別與汽車蓄電池電連接。
所述的裝置，其所述燃料通道外口以管道與燃料源相通連，在用于甲
醇/乙醇汽車的輔助點火時，通過管路和油泵與車內的油箱相通連；在用
于柴油車冷啟動時，通過管路與附帶的甲醇/乙醇燃料容器相通連；或利用乙醚液體燃料作為預熱進氣的燃料。
本發明利用醇類燃料自身燃燒放出的熱量加熱發動機的進氣，采用駐 渦微尺度燃燒器燃燒的技術路線，從而為了克服上面提到的困難。因為用 微尺度燃燒器燃燒燃料少，很少的啟動能量就能夠將它點燃，而且微尺度 燃燒器的尺寸小，可以安裝在汽車的進氣管道中間。燃燒的穩定是通過駐 渦發生器實現的，因為在微小型的燃燒結構中，像旋流器等穩定燃燒的設 備結構復雜，從加工和安裝上都很難實現。而駐渦發生器結構簡單，同時 穩定燃燒效果良好。
本發明與現有技術相比，其有益效果為
1、 不會造成像加注冷啟動液和火焰預熱啟動所帶來的加劇機件磨 損的問題。
2、 比燃油加熱器加熱法結構簡單，比熱水預熱法操作方便。
3、 比電預熱法節省能源，不會造成大量電能的消耗，使得電瓶能
夠正常供應足夠的電能。
4、 如果采用針對于柴油機的中國發明專利申請號為200410030843. 2的方法，結構相對復雜。而本發明結構簡單，而且 對傳統汽車的改造也很方便。
圖1:本發明汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微燃燒器預熱進氣法和裝置 示意圖2:本實用新型用于汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微燃燒器預熱進氣 裝置中支撐部件的軸向示意圖。
具體實施例方式
本發明利用駐渦燃燒的原理提供了一種發動機進氣預熱方法和設計 了預熱裝置，從而解決了甲醇/乙醇汽車的冷啟動問題。
本發明用醇類燃料自身燃燒放出的熱量加熱發動機的進氣，不但可以 保證發動機冷啟動，而且能夠大幅度縮短發動機的暖機時間，解決燃料進 入曲軸箱導致的潤滑油變質問題，延長發動機的使用壽命。
盡管燃燒甲醇/乙醇的進氣預熱裝置具有上述優越性，但這種方法在 技術上面臨以下困難第一，要求燃燒器在低溫下能夠順利啟動；第二， 要求燃燒器和換熱器的尺寸足夠小，能夠布置在轎車發動機的機艙內，并 且不影響發動機的日常維護保養；第三，要求裝置結構簡單，工作穩定可 靠，造價低廉，適合作為批量生產的汽車發動機的附件。
下面結合附圖和具體實施例進一步詳細描述本發明。
實施例1
本發明汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微燃燒器預熱進氣法和裝置示意 圖，如圖1和圖2所示。
本發明提供的用于汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微尺度燃燒器預熱進 氣裝置包括預熱蒸發器和駐渦微尺度微燃燒器。其中，預熱蒸發器由支撐
部件4、加熱裝置11和燃料通道12組成，通過加熱裝置11對燃料通道 12內的甲醇/乙醇燃料加熱，使甲醇/乙醇由液態變為氣態由噴嘴10進入 駐渦發生器5。駐渦微尺度燃燒器由電子點火器3、駐渦發生器5及燃燒 室7組成。
本發明的用于汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微尺度燃燒器預熱進氣裝
置為長形管狀，其一端為進口 A，與空氣濾清器的出口連通，另一端出口 B與汽車進氣歧管連通。
駐渦微尺度燃燒器預熱進氣裝置內部的通道中裝有支撐部件4，支撐 部件4為輪輻式結構，可為三輻式、四輻式或帶有通孔的圓輻式，本實施 例為三輻式。支撐部件4中心，位于內部的通道中軸線上固接有駐渦發生 器5，駐渦發生器5的漸縮式進氣口 8朝向進口 A，其漸擴式出氣口6朝 向出口B;駐渦發生器5的出氣口6、支撐部件4與預熱進氣裝置側壁13 包容的空間構成燃燒室7。
駐渦發生器5的管壁與支撐部件4固接，在駐渦發生器5管壁上的相 對應兩側，于支撐部件4內部設有微通道， 一側是點火導線通道2，另一 側是燃料通道12，兩通道2、 12的內口與駐渦發生器5的內腔相通。點火 導線通道2內有點火導線，點火導線從點火導線通道2外口由預熱進氣裝 置側面引出，通道2內口處固接有電子點火器3，電子點火器3的點火電 極9伸入駐渦發生器5的通道內，正對著燃料通道12內噴嘴10;燃料通
道12壁外側設有加熱裝置11，燃料通道12外口位于預熱進氣裝置側面， 以管道與甲醇/乙醇燃料源相通連。
本發明的甲醇/乙醇駐渦微尺度燃燒器預熱進氣裝置位于進氣歧管之 前，通過它的作用，提高進入燃機機體的空氣進口溫度，達到在環境溫度 較低的情況下快速啟動的目的。
在預熱進氣裝置中，經過空氣濾清器凈化后的空氣進入進氣管，部分 空氣通過微燃燒器的進氣通道進入微燃燒器，在預熱蒸發器中蒸發后的甲 醇/乙醇與這部分空氣混合點燃，產生高溫煙氣。甲醇/乙醇的蒸發是通過 加裝的電加熱設備來實現的，由于甲醇/乙醇的沸點在常壓下較低，對于 甲醇為64. 7'C，對于乙醇為78.18'C，蒸發它需要較少的熱能就可以實現。
由于蒸發器需要蒸發的甲醇/乙醇量較少，從而消耗電瓶的電能較少。 燃燒器7通過點火器3的點火電極9來實現點火。
在汽車點火啟動中，冷空氣經過空氣濾清器的凈化進入本發明中的進 氣預熱裝置，在預熱裝置中，部分空氣通過微燃燒器的進氣口8進入微燃 燒器，在預熱蒸發器中蒸發后的甲醇/乙醇從噴嘴10中噴出，在點火電極
9的點燃啟動后，與這部分空氣混合點燃，產生高溫煙氣。為了維持燃燒 的穩定發生，駐渦發生器5設計在燃料和空氣混合區下部，高溫高速的燃 氣或火焰在駐渦發生器中形成穩定的駐渦，從而使燃燒器形成穩定的火 焰。駐渦微尺度燃燒器中的進氣口 8和出氣口 6設計為喇叭型，進氣口 8 設計為漸縮型是為了能夠使較多的空氣進入微尺度燃燒器，從而滿足燃料 燃燒的空氣量的要求，出氣口 6設計為漸擴型是為了更好的混合燃燒后的 高溫煙氣和冷空氣，從而能夠使得汽車燃機進氣溫度分布比較均勻。燃燒 后的高溫煙氣和進氣管中的其余冷空氣混合，從而提高了進入進氣歧管及 燃機機體的空氣的溫度，使得冷啟動實現。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然， 本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。
本發明可用其他的不違背本發明的精神和主要特征的具體形式來概 述。因此，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限 制本發明，權利要求書指出了本發明的范圍，而上述的說明并未指出本發 明的范圍。因此，在與本發明的權利要求書相當的含義和范圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的范圍內
權利要求
1. 一種用于汽車冷啟動的甲醇/乙醇駐渦微燃燒器預熱進氣方法，其特征在于通過甲醇/乙醇燃料在進氣管內的駐渦微尺度燃燒器中燃燒產生高溫煙氣，然后與發動機進氣混合，從而提高進氣溫度，解決汽車的冷啟動問題。
2. 根據權利要求1所述的預熱進氣方法，其特征在于包括下列步驟S1、 液體甲醇/乙醇燃料首先在流經預熱蒸發器通道時，被預熱蒸發 為氣體，通過內噴嘴后，形成甲醇/乙醇蒸汽射流；S2、 蒸汽射流噴射到駐渦微尺度燃燒器的駐渦發生器內，和從進氣口 流入的空氣在此發生化學反應，擴散燃燒，產生高溫煙氣；S3、 擴散燃燒通過駐渦發生器產生的駐渦來穩定；S4、 高溫煙氣從出氣口出來與未進入駐渦發生器的主氣流冷空氣混 合，使得燃機進氣溫度比較均勻，大幅提高了進氣溫度；S5、將預熱的進氣送入汽車進氣歧管，為燃機提供較高溫度的進氣從 而解決冷啟動的問題。
3. —種根據權利要求1所述的預熱進氣方法使用的預熱發動機進氣的裝置，其特征在于該裝置位于空氣濾清器之后、進氣歧管之前，包括預熱蒸發器和駐渦微尺度微燃燒器，其中，預熱蒸發器包括支撐部件、加 熱裝置和燃料通道，通過加熱裝置對燃料通道內的甲醇/乙醇燃料加熱，使甲醇/乙醇由液態變為氣態進入駐渦發生器；駐渦微尺度燃燒器包括電 子點火器、駐渦發生器及燃燒室。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其特征在于裝置為長形管狀，其 一端為進口A，與空氣濾清器的出口連通，另一端出口 B與汽車進氣歧管 連通；裝置內部的通道中裝有支撐部件，支撐部件中心，位于內部的通道中 軸線上固接有駐渦發生器，駐渦發生器的漸縮式進氣口朝向進口 A，其漸 擴式出氣口朝向出口B;駐渦發生器的出氣口、支撐部件與預熱進氣裝置 側壁包容的空間構成燃燒室；駐渦發生器的管壁與支撐部件固接，在駐渦發生器管壁上的相對應兩 側，于支撐部件內部設有微通道， 一側是點火導線通道，另一側是燃料通 道，兩通道的內口與駐渦發生器的內腔相通；點火導線通道內有點火導線，點火導線從點火導線通道外口由預熱進 氣裝置側面引出，通道內口處固接有電子點火器，電子點火器的點火電極 伸入駐渦發生器的通道內，正對著燃料通道內噴嘴；燃料通道壁外側周圓 設有加熱裝置，燃料通道外口位于預熱進氣裝置側面，以管道與燃料源相 通連。
5. 根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于所述支撐部件.為輪輻式結構，為三輻式、四輻式或帶有通孔的圓輻式。
6. 根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述電子點火器和加熱裝置，分別與汽車蓄電池電連接。
7. 根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述燃料通道外口以管道與燃料源相通連，在用于甲醇/乙醇汽車的輔助點火時，通過管路和油泵與車內的油箱相通連；在用于解決柴油車冷啟動時，通過管路與附帶的甲醇/乙醇燃料容器相通連；或利用乙醚液體燃料作為預熱進氣的燃料。
全文摘要
本發明一種用于汽車冷啟動的通過駐渦微燃燒器預熱空氣的輔助點火方法及裝置，涉及內燃機技術。該方法是通過少量甲醇/乙醇燃料在微燃燒器內的燃燒產生高溫煙氣，然后混合燃機進氣，從而提高進入燃機空氣的溫度，解決甲醇/乙醇汽車的冷啟動問題。該裝置位于空氣濾清器之后、空氣進氣歧管之前，裝置包括駐渦微燃燒器、甲醇/乙醇預熱蒸發器。液體甲醇/乙醇通過預熱器的預熱蒸發，在微燃燒器內和空氣進行混合燃燒，產生的高溫煙氣和汽車進氣的主氣流混合。本發明通過提高進氣溫度來解決冷啟動問題，裝置簡單，運行操作方便。
文檔編號F02N19/08GK101205866SQ200610165540
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優先權日2006年12月21日
發明者張哲巔, 張永生, 輝 武, 岳 王, 穆克進, 肖云漢 申請人:中國科學院工程熱物理研究所