船用纯甲醇发动机燃料预热系统及预热方法与流程

本发明涉及一种船用发动机，特别涉及一种船用清洁能源发动机的燃料预热系统及方法，属于新能源发动机。

背景技术：

1、甲醇作为一种清洁燃料，其燃烧排放的有害物质明显少于石油燃烧，甲醇具有不含硫化物，能降低碳烟和氮氧化物排放，抗爆性好，含氧量高达50％等优点，在船用发动机众多优选的替代燃料中，甲醇具有重要的研究价值和发展前景，成为船用发动机优选的替代燃料。

2、然而，甲醇具有较高的汽化潜热，船用纯甲醇发动机无论采用缸内直喷还是歧管喷射的型式，都面临着发动机冷启动困难以及在其他负荷下燃烧不充分的问题。在船用纯甲醇发动机的冷启动过程中，甲醇燃料在进气道喷射后汽化不良，常以液态进入燃烧室而稀释润滑油，并且在中低负荷时降低缸内温度，导致火焰传播锋面在燃烧室壁面淬熄。因此，如何改善甲醇燃料在发动机内高的汽化潜热，提高甲醇燃料在发动机全工况内的燃烧品质，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种纯甲醇船舶发动机甲醇燃料预热系统及预热方法，旨在解决纯甲醇燃料发动机在冷启动阶段以及在不良燃烧阶段因甲醇燃料雾化不良而导致启动困难，燃烧不充分造成燃烧效率降低、排放恶劣以及不稳定的问题。

2、本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种船用纯甲醇发动机燃料预热系统，所述船用纯甲醇发动机的甲醇轨的进气歧管中分别设有进气歧管喷醇器，甲醇轨一端端头设有甲醇轨稳压器，进气总管分别与进气歧管一端相连，进气歧管另一端分别与排气总管相通；包括常规预热循环回路和冷启动预热循环回路，所述常规预热循环回路包括二级加热单元、第一电控三通阀、第二电控三通阀、第一电动泵、第一过滤器和调压阀，所述冷启动预热循环回路包括一级加热单元、第二过滤器、第三电控三通阀、第四电控三通阀、电控两通阀和第二电动泵；在常规预热循环回路中，与甲醇燃料箱相连的连接管道依次通过第一过滤器、第三电控三通阀直通端与二级加热单元燃料输入端口相连，二级加热单元甲醇输出端口通过连接管道依次与第一电控三通阀直通端、第一电动泵、第二过滤器、调压阀与甲醇轨一端相连，排气总管一端通过第二电控三通阀旁通端与二级加热单元尾气输入端口相连，二级加热单元尾气输出端口通向排气总管排气口；在冷启动预热循环回路中，与甲醇燃料箱相连的连接管道依次通过第二过滤器、第三电控三通阀旁通端、第二电动泵与一级加热单元甲醇输入端口相连，一级加热单元甲醇输出端口通过连接管道与常规预热循环回路的第一电控三通阀旁通端口相连，一级加热单元甲醇回油端口的连接管道通过第四电控三通阀旁通端回甲醇燃料箱，与一级加热单元甲醇泄放端口相连的连接管道通过电控两通阀回甲醇燃料箱；船用纯甲醇发动机的冷却水管道与一级加热单元冷却水输入端口相连，一级加热单元冷却水输出端口通过冷却水管道回到船用纯甲醇发动机；中央控制单元的信号线分别与第一电动泵控制端、第二电动泵控制端、第一电控三通阀控制端、第二电控三通阀控制端、第三电控三通阀控制端、第四电控三通阀控制端、电控两通阀控制端、一级加热单元控制端和二级加热单元控制端相连。

4、本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

5、进一步地，压力传感器旁接在调压阀与甲醇轨的连接处，第一温度传感器旁接在二级加热单元甲醇输出端的连接管道上，第二温度传感器旁接在一级加热单元的甲醇输出端口与第一电控三通阀旁通端的连接管道上，

6、进一步地，所述一级加热单元为箱体结构，包括箱体以及两端分别固定在箱体两侧内的数根矩形冷却水道和多根陶瓷电加热棒，所述多根陶瓷电加热棒位于数根矩形冷却水道的下侧；在端面板和箱体连接处分别通过密封圈密封，在箱体与数根矩形冷却水道连接处外侧还分别设有用封板封闭的集水槽，在固定在集水槽外侧的封板上分别设有对应的冷却水输入端口和冷却水输出端口，甲醇输出端口和甲醇回油端口分别设置在箱体的两端上，并排设置的甲醇输入端口和甲醇泄放端口与冷却水输出端口位于箱体同一侧上。

7、进一步地，所述二级加热单元为筒体结构，包括壳体、下端盖、上内积油端盖、下内积油端盖、多根甲醇输送管和2个石棉耐温密封圈，多根垂直均匀排列的甲醇输送管两端分别与上内积油端盖和下内积油端盖固定焊连，上内积油端盖嵌装在倒置的壳体底端内；下内积油端盖嵌装在下端盖内，位于上内积油端盖和壳体底端之间下内积油端盖和下端盖分别通过石棉耐温密封圈密封；位于上内积油端盖中央的二级加热单元燃料输出端口向上伸出壳体顶端，下内积油端盖中央的二级加热单元甲醇输出端口向下伸出下端盖；二级加热单元尾气输入端口与壳体一侧上端垂直相连，二级加热单元尾气输出端口与壳体另一侧下端垂直相连。

8、进一步地，第一温度传感器和第二温度传感器的型号均为pt1000型，温度范围均为：－50℃～+200℃；压力传感器的压力范围：0～1.6mpa；第一电动泵和第二电动泵的压力范围：0.2～1.0mpa，流量：20m3/h；第一过滤器过滤精度≤10μm；第二过滤器过滤精度≤12μm。

9、一种船用纯甲醇发动机燃料预热系统的预热方法，包括以下步骤：

10、首先中央控制单元基于冷却水温度和滑油温度来判断此时船用纯甲醇发动机处于的状态；

11、1)当环境温度低于0℃时，开启冷启动预热循环回路对船用纯甲醇发动机进行暖缸，此时常规预热循环回路处于停止工作状态，中央控制单元发讯，第三电控三通阀旁通端和第四电控三通阀直通端分别得电导通，接着第二电动泵得电启动，同时中央控制单元发讯调节调压阀的压力，使其达到0.8mpa；甲醇燃料箱中的甲醇燃料依次通过第二过滤器、第三电控三通阀旁通端和第二电动泵向一级加热单元内补给甲醇燃料；

12、2)当一级加热单元内充满甲醇燃料时，中央控制单元发讯，多根陶瓷加热棒通电预热一级加热单元内的甲醇燃料，同时船用纯甲醇发动机循环后的55～70℃的高温冷却水穿过一级加热单元时也预热一级加热单元内的甲醇燃料；当第二温度传感器检测到一级加热单元输出的甲醇燃料温度≥50℃时，中央控制单元发讯关闭第二电动泵；

13、3)中央控制单元发讯分别启动甲醇轨中的进气歧管喷醇器，进气歧管喷醇器分别向对应的燃烧室喷射甲醇燃料，同时中央控制单元发讯启动第一电动泵，导通第四电控三通阀旁通端，甲醇燃料通过甲醇轨又循环回到一级加热单元中，在多次循环后，完成船用纯甲醇发动机的冷启动；中央控制单元发讯分别关闭第一电动泵、第二电动泵、第一电控三通阀、第三电控三通阀和第四电控三通阀并导通电控两通阀，一级加热单元内的甲醇燃料通过甲醇泄放端口和电控两通阀回到甲醇燃料箱，直至放空一级加热单元内的甲醇燃料后，中央控制单元发讯关闭电控两通阀，进入下一步启动常规预热循环回路；

14、4)中央控制单元发讯，常规预热循环回路的第一电控三通阀直通端、第三电控三通阀直通端和冷启动预热循环回路的第四电控三通阀直通端分别得电导通，接着第一电动泵得电启动，甲醇燃料箱中的甲醇燃料依次通过第二过滤器、第三电控三通阀直通端、二级加热单元、第一电控三通阀直通端、第一电动泵、第一过滤器和调压阀进入甲醇轨，中央控制单元发讯分别启动甲醇轨中的进气歧管喷醇器，进气歧管喷醇器分别向对应的燃烧室喷射甲醇燃料完成喷射燃烧；甲醇轨中的甲醇燃料通过第四电控三通阀直通端回到甲醇燃料箱中；

15、5)第一温度传感器将流经二级加热单元的实际甲醇燃料温度反馈给中央控制单元，中央控制单元发讯调节第二电控三通阀旁通端的开度，从而调节通过排气总管进入二级加热单元的60～110℃的高温尾气流量，高温尾气从二级加热单元尾气输入端口进入二级加热单元，垂直穿过二级加热单元后再从二级加热单元尾气输出端口进入排气总管排出，通过高温尾气预热二级加热单元内的甲醇燃料；在船用纯甲醇发动机工作期间，常规预热循环回路一直处于工作状态。

16、本发明采用船用纯甲醇发动机循环后的55～70℃的高温冷却水和陶瓷加热棒通电时产生的热量来预热冷启动时使用的一级加热单元，采用船用纯甲醇发动机排出的60～110℃的高温尾气预热发动机常规作业时的二级加热单元，充分利用了船用纯甲醇发动机循环冷却水和排气的余热，解决了冷启动阶段甲醇燃料雾化困难，燃烧不充分造成燃烧效率降低、排放恶劣以及不稳定的问题。降低了甲醇燃料雾化的能耗，从而降低了船用纯甲醇发动机的运行成本。

17、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。