一种具有双等离子发生器的甲醇发动机论文和设计-李勇

全文摘要

本实用新型涉及一种具有双等离子发生器的甲醇发动机，技术方案是，包括发动机气缸、点火器、ECU、甲醇喷嘴、甲醇加压泵和甲醇储罐，发动机气缸上分别连接有与其相连通的进气总管和排气管，进气总管和排气管之间设置有连通二者的废气再循环管道，废气再循环管道上装有EGR阀，EGR阀的信号输入端与ECU的信号输出端相连，进气总管上装有第一等离子发生器，废气再循环管道与排气管连接点沿排气管排气方向后方的排气管依次装有第二等离子发生器和三元催化器，本实用新型缩短发动机点火延时，加快缸内火焰传播速度，从而提高燃烧效率，降低碳氢化合物排放，降低NOx、CO和甲醛等污染物的再氧化温度,从而提高这三种污染物的转化效率。

主设计要求

1.一种具有双等离子发生器的甲醇发动机，包括发动机气缸(13)、点火器(7)、ECU(12)、甲醇喷嘴(3)、甲醇加压泵(4)和甲醇储罐(5)，发动机气缸上分别连接有与其相连通的进气总管(9a)和排气管(9b)，甲醇喷嘴(3)的喷射口伸入进气总管(9a)，甲醇喷嘴(3)的进口经管路与甲醇加压泵(4)的出口相连，甲醇加压泵(4)的进口经管路与甲醇储罐(5)的出口相连，其特征在于，进气总管(9a)和排气管(9b)之间设置有连通二者的废气再循环管道(8)，废气再循环管道(8)上装有EGR阀(6)，EGR阀(6)的信号输入端与ECU(12)的信号输出端相连，进气总管上装有第一等离子发生器(1)，废气再循环管道(8)与进气总管(9a)连接点以及甲醇喷嘴(3)与进气总管(9a)的连接点均位于第一等离子发生器沿进气总管来气方向的后方，废气再循环管道(8)与排气管(9b)连接点沿排气管排气方向后方的排气管依次装有第二等离子发生器(2)和三元催化器(10)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的具有双等离子发生器的甲醇发动机，其特征在于，所述的甲醇喷嘴(3)的喷射方向与进气总管的气流方向垂直，与进气总管连接处的废气再循环管道轴线与进气总管轴线垂直，且与进气总管连接处的废气再循环管道轴线与甲醇喷嘴(3)的喷射方向同轴。

3.根据权利要求1所述的具有双等离子发生器的甲醇发动机，其特征在于，沿排气管排气方向，在三元催化器(10)后方的排气管上设置有，氧传感器(11)，氧传感器(11)的感应端伸入排气管，氧传感器(11)的信号输出端与ECU(12)的信号输入端相连。

4.根据权利要求1所述的具有双等离子发生器的甲醇发动机，其特征在于，所述的甲醇发动机还包括用于为第一等离子发生器(1)和第二等离子发生器(2)供电的电源，所述的电源包括车载蓄电池(16)、逆变器(15)和高压电源(14)，车载蓄电池(16)的输出端与逆变器(15)的输入端相连，逆变器(15)输出端与高压电源(14)输入端相连，高压电源的输出端分别与第一等离子发生器(1)和第二等离子发生器(2)的输出端相连。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及甲醇发动机，特别是一种具有双等离子发生器的甲醇发动机。

背景技术

当前，甲醇被全球公认为是非常有前途的内燃发动机清洁燃料之一，美国诺奖得主乔治A奥拉教授在他的著作《甲醇经济》—书中明确宣告：“人类跨过油气时代以后，未来的燃料就是甲醇”。

对于“贫油少气，相对富煤”的中国来说，将清洁、高效、安全、经济的甲醇作为车辆和船舶的替代燃料是有利于国家能源安全，走能源多元化发展路钱，加快实现党中央“坚决打赢蓝天保卫战”的助推器。

为了降低地球温室气体排放之危害，为了贯彻执行党中央和国家“坚决打赢蓝天保卫战”的伟大号召，由国家工信部，环保委等国家政府部门所制定的有关车辆船舶等尾气排放法规越来越严格。从2019年7月1日起，中国对发动机尾气排放控制要求达国六标准。为使甲醇发动机满国六及以上排放水平，在现阶段汽车排放控制的主流技术是，实现燃料在气缸内充分燃烧与EGR(废气再循环系统)及TWC(三效催化转化器)组合的方式。在该技术中，为尽量降低排气中的NO_{x<\/sub>(氮氧化物)将部分废气引入进气系统，与空气和甲醇燃气混合后进入气缸燃烧，由于混合气中二氧化碳等惰性气体的增加，造成气缸内燃烧速度变慢，从而导致缸内燃烧温度降低，故此有效抑制了NO_{x<\/sub>的生成。}}

虽然通过EGR阀引入废气进入气缸能抑制NO_{x<\/sub>的生成，但此引入量控制不当也有负作用。当引入的EGR阀率增加时进气系统中引入太多废气后，发动机各个气缸的燃烧稳定性下降，发动机点火也会变得困难，需要更高点火能量，否则，发动机点火运行的可靠性会下降，发动机功率也会下降，碳氢化合物和甲醛的排放量也会。这将会导致大大降低甲醇发动机的经济性和环保性。所以，寻找并研发尾气排放能达到国六排放标准的净化甲醇发动机势在必行。}

实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种具有双等离子发生器的甲醇发动机，可有效解决废气再循环系统废气引入太多导致气缸燃烧稳定性下降、碳氢化合物和甲醛的排放量增大的问题。

本实用新型解决的技术方案是：一种具有双等离子发生器的甲醇发动机，包括发动机气缸、点火器、ECU、甲醇喷嘴、甲醇加压泵和甲醇储罐，发动机气缸上分别连接有与其相连通的进气总管和排气管，甲醇喷嘴的喷射口伸入进气总管，甲醇喷嘴的进口经管路与甲醇加压泵的出口相连，甲醇加压泵的进口经管路与甲醇储罐的出口相连，进气总管和排气管之间设置有连通二者的废气再循环管道，废气再循环管道上装有EGR阀，EGR阀的信号输入端与ECU的信号输出端相连，进气总管上装有第一等离子发生器，废气再循环管道与进气总管连接点以及甲醇喷嘴与进气总管的连接点均位于第一等离子发生器沿进气总管来气方向的后方，废气再循环管道与排气管连接点沿排气管排气方向后方的排气管依次装有第二等离子发生器和三元催化器。

本实用新型结构新颖独特，简单合理，在发动机气缸的进气总管和排气管上各增加等离子发生器，空气中的氧气离子化后形成正负氧离子，正氧离子具有很强的活性，携带甲醇和废气一起进入气缸参与燃烧可以有效地改善发动机气缸内引入废气后燃烧稳定性下降的问题，缩短发动机点火延时，加快缸内火焰传播速度，从而提高燃烧效率，降低碳氢化合物排放，排气管上的等离子发生器所产生的高能等离子进入三元催化器后，可以提高催化剂的活性，降低NO_{x<\/sub>、CO和甲醛等污染物的再氧化温度,从而提高这三种污染物的转化效率，既解决了废气再循环系统废气引入太多导致气缸燃烧稳定性下降的问题，又解决了排气管尾气碳氢化合物和甲醛的排放量大的问题，使用方便，效果好，有良好的社会和经济效益。}

附图说明

图1为本实用新型结构示意图(箭头表示流向示意)。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1给出，本实用新型包括发动机气缸13、点火器7、ECU12、甲醇喷嘴3、甲醇加压泵4和甲醇储罐5，发动机气缸上分别连接有与其相连通的进气总管9a和排气管9b，甲醇喷嘴3的喷射口伸入进气总管9a，甲醇喷嘴3的进口经管路与甲醇加压泵4的出口相连，甲醇加压泵4的进口经管路与甲醇储罐5的出口相连，进气总管9a和排气管9b之间设置有连通二者的废气再循环管道8，废气再循环管道8上装有EGR阀6，EGR阀6的信号输入端与ECU12的信号输出端相连，进气总管上装有第一等离子发生器1，废气再循环管道8与进气总管9a连接点以及甲醇喷嘴3与进气总管9a的连接点均位于第一等离子发生器沿进气总管来气方向的后方，废气再循环管道8与排气管9b连接点沿排气管排气方向后方的排气管依次装有第二等离子发生器2和三元催化器10。

为保证使用效果，所述的甲醇喷嘴3的喷射方向与进气总管的气流方向垂直，与进气总管连接处的废气再循环管道轴线与进气总管轴线垂直，且与进气总管连接处的废气再循环管道轴线与甲醇喷嘴3的喷射方向同轴，即甲醇喷嘴3的喷射方向与废气再循环管道内进入进气总管的废气流向正对，废气与雾化的甲醇在交汇处混合，与滤清、涡轮增压后从进气总管进入且被第一等离子发生器离子化的空气流一起携带进入发动机气缸(气缸)。

沿排气管排气方向，在三元催化器10后方的排气管上设置有，氧传感器11，氧传感器11的感应端伸入排气管，氧传感器11的信号输出端与ECU12的信号输入端相连，用于感应排气管排出的氧气含量，从而检测发动机气缸内的燃烧是否充分，氧传感器再将检测信号发送给ECU，ECU再调节甲醇喷嘴的喷射量，从而让发动机达到最佳工作状态，甲醇喷嘴如何调节喷射量为现有技术，文件中不在详细说明，本申请的创新点在于在发动机的进气总管和排气管各增设一个等离子发生器，从而有效地改善发动机气缸内引入废气后燃烧稳定性下降的问题，可以缩短发动机点火延时，加快缸内火焰传播速度，从而提高燃烧效率，降低碳氢化合物排放。

所述的甲醇发动机还包括用于为第一等离子发生器1和第二等离子发生器2供电的电源，所述的电源包括车载蓄电池16、逆变器15和高压电源14，车载蓄电池16的输出端与逆变器15的输入端相连，逆变器15输出端与高压电源14输入端相连，高压电源的输出端分别与第一等离子发生器1和第二等离子发生器2的输出端相连。为二者供电，将车载蓄电池的低电压通过逆变器和高压电源升至正高压及负高压，利用正高压及负高压电离空气(主要是氧气)产生大量的正离子及负离子。

本实用新型使用时，空气经过汽车原有设备滤清、涡轮增压后进入进气总管，第一等离子发生器通过正高压及负高压电离空气(主要是氧气)产生大量的正离子及负离子，甲醇储罐内的甲醇通过甲醇加压泵加压后从甲醇喷嘴喷出，并与废气再循环管道流出的废气(包含甲醛、CO、NO_{x<\/sub>、CO_{2<\/sub>)混合，离子化后的空气携带废气和甲醇的混合流进入发动机气缸燃烧做功，由于空气中的氧气离子化后形成正负氧离子，正氧离子具有很强的活性，携带甲醇和废气一起进入气缸参与燃烧可以有效地改善发动机气缸内引入废气后燃烧稳定性下降的问题，缩短发动机点火延时，加快缸内火焰传播速度，从而提高燃烧效率，降低碳氢化合物排放，燃烧后的废气部分从废气再循环管道重新回到进气总管循环，部分通过第二等离子发生器以及三元催化器后排出，参与循环的废气流量通过EGR阀的开度进行控制，排气管上的等离子发生器所产生的高能等离子进入三元催化器后，可以提高催化剂的活性，降低NO_{x<\/sub>、CO和甲醛等污染物的再氧化温度,从而提高这三种污染物的转化效率，既解决了废气再循环系统废气引入太多导致气缸燃烧稳定性下降的问题，又解决了排气管尾气碳氢化合物和甲醛的排放量大的问题，使用方便，效果好，有良好的社会和经济效益。}}}

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

设计图

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