一种储气引流的醇氢发动机冷启动装置及方法

1.本发明属于醇氢发动机冷启动相关技术领域，更具体地，涉及一种储气引流的醇氢发动机冷启动装置及方法。


背景技术：

2.随着节能减排要求日益严格，多种清洁燃料被应用于汽车，例如天然气、甲醇、氢气等。其中，以甲醇为主的醇氢燃料是一种公认的清洁能源，燃烧速率快、抗爆性好、排放污染物少，同时甲醇的生产来源广泛，是一种优秀的替代燃料。但目前将甲醇直接作为汽车代用日料会产生一些严重的问题，比如甲醇热值低、冷启动困难等，阻碍了甲醇燃料的进一步应用。
3.甲醇燃料汽化潜热大，当甲醇发动机冷却液温度低于甲醇的闪点(15℃)时便无法启动。目前市场上的甲醇发动机大多采用汽油引燃启动的方式，需要额外的汽油供给和汽油喷射控制系统，结构复杂且没有做到完全摆脱化石燃料，还有一种是使用电阻丝等电加热材料对进气道、甲醇油路、冷却水路进行预加热，加热速度慢且能耗大。
4.将一部分甲醇裂解成主要成分是氢气和一氧化碳的富氢混合气后进入发动机气缸和甲醇燃料共同燃烧可以加快缸内燃料速度、提高发动机热效率，大幅降低有害排放物，还可以有效回收尾气余热，提高发动机的燃料热效率和经济性。现有技术中也有此应用，但其只是处于理论阶段，实际在燃烧过程中面临着低压富氢混合气向发动机中高压进气输气的问题，现有技术面临着将“低”压混合气引入“高”压进气管的问题，而且由于富氢混合气属于易燃易爆气体，处理不当仍会发生爆炸。


技术实现要素：

5.针对现有技术及以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种储气引流的醇氢发动机冷启动装置及方法，可以解决低压富氢混合气进入高压进气管的问题，保证了冷启动的顺利安全进行。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种储气引流的醇氢发动机冷启动装置，所述装置包括：发动机进气管；进气文氏管，进气文氏管安装在发动机进气管上，进气文氏管喉部设有富氢混合气出气环；发动机总成，包括发动机进气总成、发动机做功总成以及发动机排气总成，所述发动机进气总成的进气口与所述进气文氏管的出口连接，所述发动机排气总成的与醇氢裂解器连接，以利用发动机的高温排气促进醇氢燃料裂解产生富氢混合气；醇氢裂解器的第一出口管路与发动机进气管连接，从而可以将裂解产生的富氢混合气送入发动机进气管并最终进入发动机总成参与燃烧；富氢混合气储气罐，富氢混合气储气罐包括第一进气管和第二进气管，第一进气管与醇氢裂解器的第二出口管路相连用于收集补充储气罐内混合气的消耗，第二进气管与发动机进气管连接且连接处位于进气文氏管的上游用于发动机冷启动时向储气罐提供稳定的压力，富氢混合气储气罐的储气罐出气管与进气文氏管喉部的富氢混合气出气环相连。
7.优选地，所述富氢混合气储气罐的第一进气管的管道上设有醇类滤网，以过滤掉未裂解的醇类。
8.优选地，所述富氢混合气储气罐的进气口和出气管上分别设置有进气电磁阀和出气电磁阀，所述进气电磁阀和出气电磁阀受控制器控制。
9.优选地，所述进气电磁阀为三通电磁阀，所述三通电磁阀分别与第一进气管、第二进气管以及储气罐的进气口连接。
10.优选地，富氢混合气出气环为环状管壳结构，设于进气文氏管喉部，与所述进气文氏管喉部外表面密封连接，富氢混合气出气环内壁即进气文氏管喉部外表面均匀设有出气孔，所述富氢混合气出气环与所述储气罐出气管连接，以使所述储气罐出气管排出的富氢混合气通过所述出气孔进入所述进气文氏管。
11.优选地，所述第二进气管的进气压力大于储气罐出气管的出气压力。
12.本技术另一方面提供了一种上述的储气引流的醇氢发动机冷启动装置的冷启动方法，所述方法包括：接收到启动信号，发动机总成从发动机进气管吸入空气，空气流过进气文氏管时由于“边界层表面效应”在进气文氏管管壁形成低压区，储气罐出气管与进气文氏管相通，进而其压力小于与发动机进气管相连的第二进气管的进气压力，两者之间形成了一个持续的压力差使得储气罐中的富氢混合气可以流经储气罐出气管通过进气文氏管喉部外表面均布的出气孔稳定彻底地进入发动机进气管，实现快速低温冷启动。
13.优选地，冷启动完成后，发动机总成产生的高热废气进入醇氢裂解器，使得醇氢裂解器中的醇氢燃料受热气化后在催化剂的作用下催化裂解产生富氢混合气，一部分富氢混合气直接进入发动机进气管，另一部分富氢混合气进入储气罐被收集存储。
14.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供了一种储气引流的醇氢发动机冷启动装置及方法，具有如下有益效果：
15.1.本技术在发动机进气管上安装有进气文氏管，气体进入进气文氏管后由于边界层表面效应会在进气文氏管管壁附近形成低压区，从而使得常压或低压富氢混合气顺利进入本来属于高压的发动机进气管，保证了气体的顺利安全流通。
16.2.本技术利用储气罐和进气文氏管的联合使用，一方面可以使得储气罐中的富氢混合气顺利进入发动机进气管道，另一方面富氢混合气具有较低的着火点易于着火进而可以实现发动机的直接冷启动，完全摆脱了对化石燃料的依赖，清洁高效。
17.3.本技术进气文氏管的喉部设有富氢混合气出气环，出气环内壁上均匀密布着多个出气孔，使得富氢混合气可以均匀快速地进入发动机进气管，同时与轴向进入的新鲜空气形成扰流，有利于空气和富氢混合气的混合。
18.4.第二进气管与发动机进气道相连，压力大于与进气文氏管相通的储气罐出气管处压力，形成了稳定的压力差，确保冷启动时储气罐中的富氢混合气可以快速彻底地排出。
19.5.完成冷启动后，发动机的尾气余热被醇氢裂解器回收利用，提高了发动机的能量利用效率，产生的氢气、一氧化碳富氢混合气一部分用于补充储气罐中的气体消耗，另一部分则由进气管路进入发动机气缸参与燃烧，可进一步提高发动机的热效率和动力性。
附图说明
20.图1是本技术实施例储气引流的醇氢发动机冷启动装置的结构示意图；
21.图2是本技术实施例富氢混合气出气环的结构示意图。
22.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
23.1-进气文氏管；2-富氢混合气出气环；3-储气罐出气管；4-出气电磁阀；5-富氢混合气储气罐；6-进气口；7-进气电磁阀；8-第一进气管；9-醇类滤网；10-第二进气管；11-发动机进气管；12-发动机进气总成；13-发动机做功总成；14-发动机排气总成；15-发动机排气管；16-醇氢裂解器；17-控制器；18-出气孔。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
25.本发明提供了一种储气引流的醇氢发动机冷启动装置，如图1所示，该装置包括发动机进气管11、进气文氏管1、发动机总成、醇氢裂解器16、富氢混合气储气罐5等，具体结构如下。
26.发动机进气管11上设有进气文氏管1，进气文氏管1的喉部外围设有富氢混合气出气环2；如图2所示，富氢混合气出气环2为环状管壳结构，与所述进气文氏管1喉部外表面密封连接，出气环内壁即进气文氏管1喉部外表面均匀设有出气孔18，所述富氢混合气出气环2与储气罐出气管3连接，以使富氢混合气储气罐5通过储气罐出气管3排出的富氢混合气通过所述出气孔18进入所述进气文氏管1；
27.发动机总成，包括发动机进气总成12、发动机做功总成13以及发动机排气总成14，所述发动机进气总成12的进气口与所述进气文氏管1的出口连接，所述发动机排气总成14通过发动机排气管15的与醇氢裂解器16连接，醇氢在醇氢裂解器中吸收发动机废气的热量并在低温催化剂的作用下裂解产生氢气、一氧化碳富氢混合气，冷却后的尾气从醇氢裂解器出口排出，而富氢混合气一部分通过管路进入发动机进气管11中与新鲜空气混合后参与发动机燃烧，另一部分则经过富氢混合气储气罐的第一进气管8被收集存储在富氢混合气储气罐5中；
28.富氢混合气储气罐5包括第一进气管8和第二进气管10，第一进气管8与富氢混合气管路相连用于收集补充富氢混合气储气罐内混合气的消耗；第二进气管10与发动机进气管11连接且连接处位于进气文氏管1的上游，当发动机冷启动时，由于储气罐出气管3与进气文氏管1相通，其压力小于与进气管相连的第二进气管10的进气压力，两者之间形成了一个持续的压力差，使得富氢混合气储气罐内的富氢混合气可以稳定彻底地排出。
29.进一步优选的方案中，所述富氢混合气储气罐的第一进气管8上设有醇类滤网9，以过滤掉未裂解的醇氢，一方面可以获得纯净的富氢混合气使得冷启动成为可能，另一方面避免了醇氢对储气罐的腐蚀。
30.进一步优选的方案中，所述富氢混合气储气罐5的进气口和出气管上分别设置有进气电磁阀7和出气电磁阀4，所述进气电磁阀7和出气电磁阀4受控制器17控制。当混合气管路中没有混合气或富氢混合气储气罐5中气压达到设定值时，控制器17将关闭进气电磁阀，防止富氢混合气储气罐5中的混合气从进气口逃逸或者过多的混合气进入富氢混合气
储气罐5中引发爆炸。
31.进一步优选的方案中，所述进气电磁阀7为三通电磁阀，所述三通电磁阀分别与第一进气管8、第二进气管10以及储气罐的进气口6连接，通过三通电磁阀控制储气罐的进气和出气。
32.进一步优选的方案中，醇氢裂解器16的第一出口管路直接与所述发动机进气管11连通，在发动机正常启动后，醇氢裂解器16可以继续产生富氢混合气进入发动机进气管11并最终进入到发动机气缸参与燃料燃烧，改善燃烧质量，提高发动机动力性和经济性。
33.本技术另一方面提供了一种上述储气引流的醇氢发动机冷启动装置的冷启动方法，包括如下步骤：
34.发动机总成和控制器接收到启动信号，发动机总成从发动机进气管吸入空气，空气流过进气文氏管1时由于“边界层表面效应”在进气文氏管1管壁形成低压区。储气罐出气管3与进气文氏管1相通，进而其压力小于与发动机进气管11相连的第二进气管10的进气压力，两者之间形成了一个持续的压力差，使得富氢混合气储气罐5内的富氢混合气可以稳定彻底地进入到发动机进气管11，实现低温快速冷启动。
35.具体的，汽车ecu向醇氢发动机发送启动信号，同时，控制器17也接收到启动信号通过控制出气电磁阀4打开储气罐出气管3，并通过进气电磁阀7将第二进气管与储气罐进气口连通。发动机进气总成12从发动机进气管11吸入空气，并在进气文氏管1处由于边界层表面效应形成一个低压区。储气罐出气管3与进气文氏管1相通，进而其压力小于与发动机进气管11相连的第二进气管10的进气压力，两者之间形成了一个持续的压力差，富氢混合气储气罐5内的富氢混合气流经储气罐出气管3通过富氢混合气出气环2内壁上的出气孔18被吸入到发动机进气管11通过发动机进气总成12进入发动机气缸。由于富氢混合气点火能量更低、火焰传播速度快、扩散系数大，可以迅速带动气缸中甲醇燃烧，从而实现醇氢发动机的快速低温冷启动。
36.当醇氢发动机完成冷启动进入正常运转后，控制器17将储气罐的进气口6与第一进气管8连通，关闭第二进气管10。发动机总成做功产生的高热废气进入醇氢裂解器加热醇氢燃料，醇氢燃料受热气化后在催化剂的作用下催化裂解产生主要成分为氢气、一氧化碳的富氢混合气，混合气一部分直接进入到发动机进气管11与新鲜空气混合后进入发动机总成参与燃料燃烧，改善燃烧质量，提高发动机动力性和经济性；另一部分则依次通过第一进气管8、醇类滤网9、进气电磁阀7、储气罐的进气口6进入富氢混合气储气罐5补充冷启动消耗的混合气。当富氢混合气储气罐5中气压达到设定值时，控制器17将关闭进气电磁阀7停止进气，从而为下一次醇氢发动机冷启动做好准备。
37.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种储气引流的醇氢发动机冷启动装置，其特征在于，所述装置包括：发动机进气管(11)；进气文氏管(1)，进气文氏管(1)安装在发动机进气管(11)上，进气文氏管(1)喉部设有富氢混合气出气环(2)；发动机总成，包括发动机进气总成(12)、发动机做功总成(13)以及发动机排气总成(14)，所述发动机进气总成(12)的进气口与所述进气文氏管(1)的出口连接，所述发动机排气总成(14)的与醇氢裂解器(16)连接，以利用发动机的高温排气促进醇氢燃料裂解产生富氢混合气；醇氢裂解器(16)的第一出口管路与发动机进气管(11)连接，从而可以将裂解产生的富氢混合气送入发动机进气管(11)并最终进入发动机总成参与燃烧；富氢混合气储气罐(5)，富氢混合气储气罐(5)包括第一进气管(8)和第二进气管(10)，第一进气管(8)与醇氢裂解器(16)的第二出口管路相连用于收集补充储气罐内混合气的消耗，第二进气管(10)与发动机进气管(11)连接且连接处位于进气文氏管(1)的上游用于发动机冷启动时向储气罐提供稳定的压力，富氢混合气储气罐(5)的储气罐出气管(3)与进气文氏管(1)喉部的富氢混合气出气环(2)相连。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述富氢混合气储气罐(5)的第一进气管(8)的管道上设有醇类滤网(9)，以过滤掉未裂解的醇类。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述富氢混合气储气罐(5)的进气口(6)和出气管(3)上分别设置有进气电磁阀(7)和出气电磁阀(4)，所述进气电磁阀和出气电磁阀受控制器(17)控制。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述进气电磁阀为三通电磁阀，所述三通电磁阀分别与第一进气管(8)、第二进气管(10)以及储气罐的进气口(6)连接。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，富氢混合气出气环(2)为环状管壳结构，设于进气文氏管(1)喉部，与所述进气文氏管(1)喉部外表面密封连接，富氢混合气出气环(2)内壁即进气文氏管(1)喉部外表面均匀设有出气孔(18)，所述富氢混合气出气环(2)与所述储气罐出气管(3)连接，以使所述储气罐出气管(3)排出的富氢混合气通过所述出气孔(18)进入所述进气文氏管(1)。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二进气管(10)的进气压力大于储气罐出气管(3)的出气压力。7.一种权利要求1～6任意一项所述的储气引流的醇氢发动机冷启动装置的冷启动方法，其特征在于，所述方法包括：接收到启动信号，发动机总成从发动机进气管吸入空气，空气流过进气文氏管(1)时由于“边界层表面效应”在进气文氏管(1)管壁形成低压区，储气罐出气管(3)与进气文氏管(1)相通，进而其压力小于与发动机进气管(11)相连的第二进气管(10)的进气压力，两者之间形成了一个持续的压力差使得储气罐中的富氢混合气可以流经储气罐出气管(3)通过进气文氏管(1)喉部外表面均布的出气孔(18)稳定彻底地进入发动机进气管(11)，实现快速低温冷启动。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，冷启动完成后，发动机总成产生的高热废气进入醇氢裂解器(16)，使得醇氢裂解器(16)中的醇氢燃料受热气化后在催化剂的作用下
催化裂解产生富氢混合气，一部分富氢混合气直接进入发动机进气管，另一部分富氢混合气进入储气罐被收集存储。

技术总结
本发明属于醇氢发动机冷启动相关技术领域，其公开了一种储气引流的醇氢发动机冷启动装置及方法，装置包括：进气文氏管，进气文氏管安装在发动机进气管上，进气文氏管喉部设有富氢混合气出气环；发动机总成，包括发动机进气总成、发动机做功总成以及发动机排气总成；醇氢裂解器回收醇氢发动机尾气余热将醇氢燃料裂解；富氢混合气储气罐，富氢混合气储气罐的进气管有两条通过进气电磁阀与储气罐进气口连接，第一进气管与富氢混合气管路相连，第二进气管与发动机进气管连接且连接处位于进气文氏管的上游，富氢混合气储气罐的出气管与进气文氏管喉部的出气环相连。本申请可以解决低压混合气进入高压进气管的问题，保证了冷启动的顺利安全进行。的顺利安全进行。的顺利安全进行。


技术研发人员：蒋炎坤 张宇超
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/5/23