船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置的制作方法

本发明涉及一种新能源发动机，特别涉及一种使用船用纯甲醇燃料发动机的启动装置，属于新能源发动机。

背景技术：

1、甲醇燃料作为一种碳中和的清洁能源，具有高辛烷值、高含氧量的优点，与石油燃烧所生成的有害物质相比，甲醇燃料燃烧排放的有害物质明显降低，在船用发动机领域具有巨大的应用潜力。但同时也具有较高的汽化潜热特性，无论是在缸内直喷还是在歧管喷射方式上，都面临着船用发动机冷启动困难的问题。甲醇燃料在进气道喷射后汽化不良，常以液态进入气缸会稀释润滑油，并且在10％～30％负荷和30％～70％负荷时降低缸内温度，导致火焰传播锋面在气缸壁面淬熄，出现燃烧不充分等问题。

2、目前，甲醇燃料的使用多采用双燃料模式，即采用汽油或者柴油等燃料作为引燃油，通过控制甲醇替代率来实现甲醇燃料的替代使用，双燃料模式导致船用发动机空间布置相对复杂且需要采用两套燃料供给系统，增大了制造成本。虽然甲醇燃料采用专用喷油器可以改善雾化特性，但是甲醇燃料汽化潜热大的本质并没有改变。还有燃料加热方式、进气加热方式以及燃料进气复合加热方式等也没有根本改变，冷启动问题都没得到根本的改变。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置，旨在解决纯甲醇燃料发动机在冷启动阶段甲醇燃料雾化不良而导致启动困难、燃烧不充分和燃烧不不稳定的问题。

2、本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置，其特征在于，包括喷射单元和混合气预热单元，进气管一端依次通过喷射单元、中间连接管、混合气预热单元两端的环形板、混合气预热单元、气缸盖端口进气管与气缸盖进气端口相连，喷射单元包括喷射单元管、甲醇燃料雾化弧形板和mch陶瓷电加热弧形片，喷射单元管两端径向下侧分别设有甲醇喷油器安装接头，两个甲醇喷油器安装接头轴线与喷射单元管对应横截面的十字中心线分别成40°～50°的α角相交，在与两个α角相对的喷射单元管内圆周面上设有内凹的半圆弧通槽，mch陶瓷电加热弧形片和甲醇燃料雾化弧形板一内一外地依次嵌入固定在半圆弧通槽中，两个甲醇喷油器体轴线与甲醇燃料雾化弧形板的圆弧线构成成正对着甲醇燃料雾化弧形板的扇形，甲醇喷油器安装接头中心孔与依次贯通mch陶瓷电加热弧形片和甲醇燃料雾化弧形板的通孔相连，甲醇燃料雾化弧形板朝向喷射单元管轴线的外表面设有成矩阵排列的多个分别截去头部的雾化球形凹坑；

4、所述混合气预热单元包括由外壁管和内壁管组成的双壁管、位于双壁管两端的环形板和多根mch陶瓷电热杆，内壁管外周面均布多个矩形外凸框，mch陶瓷电热杆分别插入固定在矩形外凸框中，废气进气接头和废气回流接头一上一下地分别设置在外壁管两端上；与气缸盖排气端口相连的排气管上侧的排气接头依次通过旁接的电控节流阀、废气旁通管与外壁管一端上侧的废气进气接头相连，外壁管另一端下侧的回流接头通过尾气回流管与排气管下侧的排气管回流接头相连，环形板径向外侧设有电热板线束接头。

5、本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

6、进一步的，第一热电偶温度传感器旁接在与喷射单元管一端相连的进气管上，第二热电偶温度传感器和第三热电偶温度传感器分别旁接在中间进气管和气缸盖端口进气管上，第四热电偶温度传感器旁接在废气旁通管上；各热电偶温度传感器信号线和电控节流阀信号线分别与发动机ecu相连。

7、进一步的，所述截去头部外小里大的的雾化球形凹坑的球面直径d＝5～6mm，雾化球形凹坑的中心距mch陶瓷电加热弧形片外侧圆周面的垂直距离l＝0.3～0.4d，雾化球形凹坑之间的中心距b＝1.25～1.5d。

8、进一步的，在外壁管的内周面及环形板的电热板线束接头内涂有耐200℃以上高温的纳米耐高温涂层材料。

9、进一步的，进气管、喷射单元管、中间连接管、环形板、外壁管和气缸盖端口进气管彼此外径相同，进气管、喷射单元管、中间连接管、环形板、外壁管和气缸盖端口进气管径向分别均布了数个连接耳板，相邻的连接耳板分别通过紧固件固定连接，从而将进气管、喷射单元管、中间连接管、环形板、外壁管和气缸盖端口进气管固定连接成一体。

10、本发明在喷射单元管两端径向分别设置了用来安装甲醇喷油器甲醇喷油器安装接头体，且甲醇喷油器与喷射单元管对应横截面的十字中心线分别成40°～50°的锐角相交，2个甲醇喷油器对着受到mch陶瓷电加热弧形片加热的甲醇燃料雾化弧形板喷射时形成的“伞状”喷射面，使得甲醇燃料均匀地喷入成矩阵排列的多个雾化球形凹坑中，利用甲醇燃料的喷射压力和重力、使得甲醇燃料加热汽化、在炽热的甲醇燃料散开撞击到雾化球形凹坑过程中，甲醇燃料束会带动空气产生一定的气流运动，气流会在炽热的雾化球形凹坑中形成垂直向外的气柱，使得甲醇燃料达到气化率较高的效果，助力破碎甲醇燃料液滴，从而形成二次雾化显著提高了甲醇燃料雾化特性，对纯甲醇燃料发动机冷启动提高了可靠的保证。

11、本发明在混合气预热单元的双壁管的内、外壁管之间的空腔形成了两级预热通道，第一级预热通道位于各矩形外凸框的相邻面之间，由mch陶瓷电热杆提供预热热源；第二级预热通道为环形腔，由废气旁通管通入的高温废气提供热源。根据不同运行工况的冷启动要求，可以分别或同时启动两级预热通道，从而都可以独立、直接、高效地完成对内壁管内流动的甲醇燃料进行预热，以达到显著提高了环形腔内混合气的温度，进而确保快速、高效地完成纯甲醇燃料发动机的冷启动。

12、本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

技术特征：

1.一种船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置，其特征在于，包括喷射单元和混合气预热单元，进气管一端依次通过喷射单元、中间连接管、混合气预热单元两端的环形板、混合气预热单元、气缸盖端口进气管与气缸盖进气端口相连，喷射单元包括喷射单元管、甲醇燃料雾化弧形板和mch陶瓷电加热弧形片，喷射单元管两端径向分别设有甲醇喷油器安装接头，两个甲醇喷油器安装接头轴线与喷射单元管对应横截面的十字中心线分别成40°～50°的α角相交，在与两个α角相对的喷射单元管内圆周面上设有内凹的半圆弧通槽，mch陶瓷电加热弧形片和甲醇燃料雾化弧形板一内一外地依次嵌入固定在半圆弧通槽中；两个甲醇喷油器体轴线与甲醇燃料雾化弧形板的圆弧线构成成正对着甲醇燃料雾化弧形板的扇形，甲醇喷油器安装接头中心孔与依次贯通mch陶瓷电加热弧形片和甲醇燃料雾化弧形板的通孔相连，甲醇燃料雾化弧形板朝向喷射单元管轴线的外表面设有成矩阵排列的多个分别截去头部的雾化球形凹坑；

2.如权利要求1所述的船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置，其特征在于，第一热电偶温度传感器旁接在与喷射单元管一端相连的进气管上，第二热电偶温度传感器和第三热电偶温度传感器分别旁接在中间进气管和气缸盖端口进气管上，第四热电偶温度传感器旁接在废气旁通管上；各热电偶温度传感器信号线和电控节流阀信号线分别与发动机ecu相连。

3.如权利要求1所述的船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置，其特征在于，所述截去头部外小里大的的雾化球形凹坑的球面直径d＝5～6mm，雾化球形凹坑的中心距mch陶瓷电加热弧形片外侧圆周面的垂直距离l＝0.3～0.4d，雾化球形凹坑之间的中心距b＝1.25～1.5d。

4.如权利要求1所述的船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置，其特征在于，在外壁管的内周面及环形板的电热板线束接头内涂有耐200℃以上高温的纳米耐高温涂层材料。

5.如权利要求1所述的船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置，其特征在于，进气管、喷射单元管、中间连接管、环形板、外壁管和气缸盖端口进气管彼此外径相同，进气管、喷射单元管、中间连接管、环形板、外壁管和气缸盖端口进气管径向分别均布了数个连接耳板，相邻的连接耳板分别通过紧固件固定连接，从而将进气管、喷射单元管、中间连接管、环形板、外壁管和气缸盖端口进气管固定连接成一体。

技术总结
本发明公开了一种船用纯甲醇歧管喷射点燃式发动机冷启动装置，包括喷射单元和混合气预热单元，进气管一端依次通过喷射单元、中间连接管、混合气预热单元两端的环形板、混合气预热单元、气缸盖端口进气管与气缸盖进气端口相连，喷射单元包括喷射单元管、甲醇燃料雾化弧形板和MCH陶瓷电加热弧形片，甲醇燃料雾化弧形板朝向喷射单元管轴线的外表面设有成矩阵排列的多个分别截去头部的雾化球形凹坑。混合气预热单元包括双壁管、环形板和多根MCH陶瓷电热杆。本发明的喷射单元通过二次雾化甲醇燃料液滴，显著提高了甲醇燃料雾化特性和环形腔内混合气的温度，进而确保快速、高效地完成纯甲醇燃料发动机的冷启动。

技术研发人员：王雪峰,靖海国,张占虎,沈建华
受保护的技术使用者：中船动力镇江有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16