一种基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器及其应用
本发明涉及一种基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器及其应用，所述湍流射流点火器包括壳体、火花塞、进口管路、喷醇器、甲醇制氢装置、出口管路和预燃室，所述预燃室包括预燃室壳体和预燃室腔体；所述火花塞、喷醇器、甲醇制氢装置集成在壳体内部，所述进口管路、喷醇器、甲醇制氢装置、出口管路、预燃室腔体顺次连通，甲醇由喷醇器喷射至甲醇制氢装置后，富氢混合气从出口管路进入预燃室腔体。本发明基于点火器内在线制氢，采用火花塞点燃预燃室内富氢混合气，通过氢气燃烧后喷射的高温射流引燃发动机主燃烧室的甲醇/空气混合物，确保甲醇发动机能在低温条件下可靠启动，并在启动后持续引燃气缸内喷射的甲醇，同时还具有能耗低、排放低等优势。
发明专利
CN202410568118.8
2024-05-08
CN118346415A
2024-07-15
F02B19/12(2006.01)
浙江大学
高翔;柳伟杰;罗俊波;巩师硕;方舟;朱亦恒;姚龙超;郑成航
310030 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)
郑芳
浙江;33
1.一种基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器，其特征在于：所述湍流射流点火器包括壳体、火花塞、进口管路、喷醇器、甲醇制氢装置、出口管路和预燃室，所述预燃室包括预燃室壳体和预燃室腔体；所述火花塞、喷醇器、甲醇制氢装置集成在壳体内部，所述进口管路、喷醇器、甲醇制氢装置、出口管路、预燃室腔体顺次连通，甲醇由喷醇器喷射至甲醇制氢装置后，富氢混合气从出口管路进入预燃室腔体。 2.根据权利要求1所述基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器，其特征在于：所述甲醇制氢装置包括装置壳体、甲醇预热段、制氢反应段和氢气出口段，所述甲醇预热段、制氢反应段和氢气出口段安装在装置壳体中并顺次连通，所述甲醇预热段和制氢反应段外围设有电热丝，制氢反应段内设有催化剂层。 3.根据权利要求1所述基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器，其特征在于：所述火花塞上部分嵌入壳体中，火花塞的头部露出于预燃室腔体中。 4.根据权利要求1所述基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器，其特征在于：所述预燃室腔体包括预燃室上部、预燃室下部、预燃室喷孔和预燃室内壁，预燃室上部为半椭球型结构，预燃室喷孔设置在预燃室下部内，所述预燃室喷孔包括上排喷孔和下排喷孔，喷孔孔型为包括圆孔、椭圆孔、水滴孔在内的异型孔孔型，喷孔为单排或多排设计，单个喷孔面积在3mm2到12mm2之间。 5.根据权利要求1所述基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器，其特征在于：所述预燃室壳体与预燃室腔体之间设置有隔热材料。 6.根据权利要求4所述基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器，其特征在于：所述预燃室喷孔方向与水平方向夹角为15°～30°。 7.根据权利要求1所述基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器，其特征在于：所述预燃室腔体的体积为发动机主燃烧室的2％～5％。 8.一种权利要求1所述基于甲醇在线制氢的湍流射流点火器在甲醇发动机中的应用。 9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述甲醇发动机包括甲醇罐、甲醇泵、阀门A、阀门B、管路A、管路B、ECU控制单元、主甲醇轨、副甲醇轨、甲醇直喷喷嘴、湍流射流点火器、发动机主体和温度传感器，所述甲醇罐分别通过相应的阀门、管道与主甲醇轨、副甲醇轨连通，所述主甲醇轨、副甲醇轨分别与湍流射流点火器连通；ECU控制单元接收温度传感器的温度信号，判断发动机是否满足冷启动条件，并输出相应电信号控制各阀门开度以及甲醇制氢装置内的电热丝。 10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：通过ECU接收发动机内冷却液温度信号，调控实现模式Ⅰ和模式Ⅱ的切换， 模式Ⅰ：若温度传感器检测到发动机内冷却液温度低于T1，T1为直喷甲醇无法稳定启动的温度极限，设定为16℃，则判断为满足冷启动条件，由ECU控制阀门A、阀门B至合适的开度；甲醇泵将甲醇从甲醇罐中泵出，95％～98％的甲醇经过上方管路A进入主甲醇轨，最终进入甲醇直喷喷嘴，在上止点前合适的时间喷射，在发动机主燃烧室内形成甲醇/空气混合物；剩余2％～5％的甲醇经下方管路B进入副甲醇轨，经副甲醇轨分配至各湍流射流点火器，经过湍流射流点火器内的甲醇制氢装置后，火花塞点火，点燃预燃室内富氢混合气，湍流射流通过预燃室喷孔扩散至发动机的主燃烧室，点燃主燃室中的甲醇/空气混合物，推动活塞向下运动，使发动机顺利启动，此时称之为模式Ⅰ，有利于点火初期稀薄甲醇混合气着火； 模式Ⅱ：若温度传感器检测到发动机内冷却液温度高于T2，T2为直喷甲醇能够稳定运行的温度极限，设定为80℃，则判断为正常运行工况，由ECU控制阀门A至合适的开度，阀门B关闭，之后控制甲醇制氢装置关闭，此时湍流射流点火器出口管路不再产生氢气，火花塞仍正常工作，点燃预燃室腔体内的混合物，用于引燃主燃烧室的甲醇/空气混合物，同时能有效防止预燃室腔体内燃烧污染物累积，此时称之为模式Ⅱ，有利于提高燃油经济性和减轻发动机爆震倾向。