阅读说明：本技术 一种用于大功率甲醇发动机的点火系统及点火方法 (Ignition system and ignition method for high-power methanol engine ) 是由 郭立书 杨永亮 周晓雪 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于大功率甲醇发动机的点火系统及点火方法,属于大功率甲醇发动机领域。该点火系统包括：多组火花塞,分别对应布置于所述大功率甲醇发动机的各个气缸缸盖处,每组所述火花塞均包括主火花塞和副火花塞；控制器,用于控制各组所述火花塞以预设顺序依次点火,并控制每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞同时点火。本发明还提供了用于上述点火系统的点火方法。本发明用于大功率甲醇发动机的点火系统和点火方法能够提高燃烧热效率和经济性。(The invention provides an ignition system and an ignition method for a high-power methanol engine, and belongs to the field of high-power methanol engines. The ignition system includes: the high-power methanol engine comprises a plurality of groups of spark plugs, a plurality of groups of spark plugs and a plurality of groups of spark plugs, wherein the plurality of groups of spark plugs are respectively and correspondingly arranged on each cylinder cover of the high-power methanol engine; and the controller is used for controlling the spark plugs of each group to sequentially ignite in a preset sequence and controlling the main spark plug and the auxiliary spark plug of each group to simultaneously ignite. The invention also provides an ignition method for the ignition system. The ignition system and the ignition method for the high-power methanol engine can improve the combustion heat efficiency and the economy.)

一种用于大功率甲醇发动机的点火系统及点火方法

技术领域

本发明涉及大功率甲醇发动机领域，特别是涉及一种用于大功率甲醇发动机的点火系统及点火方法。

背景技术

甲醇燃料的低热值比汽油低很多，汽油低热值约是甲醇的2.2564倍，也就是对外做相同的功需要的甲醇燃料是汽油燃料的2.2564倍。甲醇的汽化潜热约是汽油的3.5806倍，也就是相同质量燃料雾化，甲醇燃料是汽油燃料的3.5806倍，所以对外做相同功时发动机工作时甲醇燃料吸收的热量约是汽油的8.079倍(＝2.2564*3.5806)。低温工作时，尤其是低温起动时甲醇发动机燃料难以雾化，混合气形成不好，为了发动机正常工作，需要的点火能量要比传统的汽油机要强。针对大功率甲醇发动机比传统的一般甲醇发动机更加难以燃烧，主要原因在以下几个方面：一是发动机来自柴油发动机，这种发动机燃烧室更加适合压燃而不是点燃；二是大功率发动机(指排量在11L以上，功率在340马力以上)排量大燃烧室空间大，利用一个火花塞点燃燃烧室混合气很难保证甲醇发动机混合气可靠燃烧；三是大功率发动机低温时需要的热量更大，甲醇混合气更加难以形成，所以需要更强的点火能量来弥补甲醇混合气质量的不足。

现有的大功率甲醇发动机一般均采用传统的单火花塞点火的方式。由于大功率甲醇发动机燃烧室容积大，各处混合气浓度有一定的差异，加之甲醇难以雾化，距离火花塞较近处混合气易于燃烧，而距离火花塞较远处混合气没有燃烧，没有燃烧的甲醇燃料一方面降低了发动机的经济性，另一方面液体甲醇破坏发动机活塞环和缸套之间的润滑油膜，加速发动机的磨损、增加发动机的漏气量、污染发动机机油、影响发动机的排放性能。

发明内容

本发明的第一方面的一个目的是提供一种用于大功率甲醇发动机的点火系统，能够提高燃烧热效率和经济性。

本发明的另一个目的是要提高系统的可靠性。

本发明的第二方面的一个目的是提供一种用于大功率甲醇发动机的点火方法，能够提高燃烧热效率和经济性。

特别地，本发明提供了一种用于大功率甲醇发动机的点火系统，包括：

多组火花塞，分别对应布置于所述大功率甲醇发动机的各个气缸缸盖处，每组所述火花塞均包括主火花塞和副火花塞；

控制器，用于控制各组所述火花塞以预设顺序依次点火，并控制每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞同时点火。

可选地，每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞分别位于所述气缸缸盖上的排气门和进气门的中心连线的两侧。

可选地，用于大功率甲醇发动机的点火系统还包括：

多个点火线圈，每一所述点火线圈与每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞均相连；

与所述多个点火线圈一一对应的多个点火回路，每一所述点火回路均包括点火控制开关，用于控制所述点火线圈的通断电，以在通电时为所述点火线圈储存能量、在断电时控制每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞点火；

所述控制器与每一所述点火控制开关相连，用于控制所述点火回路的通断。

可选地，所述多个点火控制开关集成为一个点火器。

可选地，每一所述点点火控制开关单独设置成一个点火器。

特别地，本发明还提供了一种用于大功率甲醇发动机的点火方法，用于上述任一项所述的用于大功率甲醇发动机的点火系统，包括：

控制各组所述火花塞以预设顺序依次点火，并控制每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞同时点火。

可选地，控制各组所述火花塞以预设顺序依次点火，并控制每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞同时点火的步骤，包括：

根据所述大功率甲醇发动机的转速和负荷确定各组所述火花塞的点火时刻；

在每组所述火花塞的所述点火时刻前控制其对应的所述主火花塞和所述副火花塞的所述点火线圈以预设通电时间通电、并在所述点火时刻断电。

可选地，所述预设通电时间通过以确保点火能量满足点燃所述大功率甲醇发动机内的混合气的需求为目标的标定实验确定。

可选地，所述预设通电时间根据燃料的种类确定和混合气的浓度确定。

本发明首创地将双火花塞的点火方式应用到大功率甲醇发动机上，主火花塞和副火花塞分别提供点火能量，使得大功率甲醇发动机的点火能量增大，使得发动机燃料的燃烧质量、燃烧速度明显提高，即提高了发动机的热效率。并且，对于每个气缸而言，当其中一个火花塞失效时仍能继续工作，只是牺牲了部分燃烧效率，却能提高系统的可靠性。

进一步地，每组火花塞的主火花塞和副火花塞分别位于气缸缸盖上的排气门和进气门的中心连线的两侧，这种布置方式不论对位于每个气缸中心的甲醇喷嘴，还是对进气道或歧管喷射的汽油喷嘴，均能保证混合气可靠燃烧，从而提高发动机的热效率。

进一步地，预设通电时间根据燃料的种类和甲醇混合气的浓度确定，根据不同的燃料及混合气浓度来控制点火线圈通电时间，可以减少点火线圈的发热量，提高点火线圈的可靠性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于大功率甲醇发动机的点火系统的原理图；

图2是根据本发明一个实施例的用于大功率甲醇发动机的点火系统的火花塞的布置图；

图3是根据本发明一个实施例的用于大功率甲醇发动机的点火系统的点火时序图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的用于大功率甲醇发动机的点火系统的原理图。如图1所示，一个实施例中，本发明的用于大功率甲醇发动机的点火系统包括多组火花塞和控制器20。多组火花塞分别对应布置于大功率甲醇发动机的各个气缸缸盖处，每组火花塞均包括主火花塞11和副火花塞12。控制器20用于控制各组所述火花塞以预设顺序依次点火，并控制每组所述火花塞的所述主火花塞11和所述副火花塞12同时点火。

本实施例首创地将双火花塞的点火方式应用到大功率甲醇发动机上，主火花塞11和副火花塞12分别提供点火能量，使得大功率甲醇发动机的点火能量增大，使得发动机燃料的燃烧质量、燃烧速度明显提高，即提高了发动机的热效率。

进一步地，对于每个气缸而言，当其中一个火花塞失效时仍能继续工作，只是牺牲了部分燃烧效率，却能提高系统的可靠性。

图2是根据本发明一个实施例的用于大功率甲醇发动机的点火系统的火花塞的布置图。如图2所示，一个实施例中，每组火花塞的主火花塞11和副火花塞12分别位于气缸缸盖50上的排气门13和进气门14的中心连线的两侧。可选地，主火花塞11和副火花塞12尽可能地靠近甲醇喷嘴15。

主火花塞11和副火花塞12分别位于进气门14和排气门13中心连线的两侧，这种布置方式不论对位于每个气缸中心的甲醇喷嘴15，还是对进气道或歧管喷射的汽油喷嘴，均能保证混合气可靠燃烧，从而提高发动机的热效率。

可选地，一组火花塞的主火花塞11和副火花塞12对称布置。

在本发明的其他实施例中，点火系统还包括多个点火线圈31以及与多个点火线圈31一一对应的多个点火回路30。每一点火线圈31与每组所述火花塞的所述主火花塞11和所述副火花塞12均相连，即一个点火线圈31对应一组火花塞。每一点火回路30均包括点火控制开关32(例如开关功率管)，用于控制点火线圈31的通断电，以在通电时为点火线圈31储存能量、在断电时控制每组火花塞的火主火花塞11和副火花塞12点火。该点火控制开关32可以是图2中的开关三极管。控制器20与每一点火控制开关32相连，用于控制点火回路30的通断。

也就是说，本实施例中是通过点火回路30中的点火控制开关32来控制点火线圈31是否通电的。可选地，在其他未示出的实施例中，还可以采用其他控制方式来实现点火线圈31的通断电。

可选地，控制器20为发动机控制器(ECU)。

一个实施例中，如图2所示，多个点火控制开关32集成为一个点火器40。在本发明的其他未示出的实施例中，每一点火控制开关32单独设置成一个点火器40，也就是说，点火器40可以做成一体式的，也可以做成分体式的，在此不做限制。

图1示出了一种四缸大功率甲醇发动机的点火系统，正常工作时发动机控制器通过控制点火器输入端(图1中的A、B、C、D)的高低电位来控制各缸点火时刻。

当发动机ECU的端子A向点火器40发出高电位时，一缸点火线圈31导通，对一缸点火线圈31进行充磁，增加一缸点火线圈31能量，当一缸需要点火时，发动机ECU的端子A向点火器40发出低电位，一缸点火线圈31截止，一缸主火花塞11和一缸副火花塞12同时产生火花，点燃一缸混合气。当发动机ECU的端子B向点火器40发出高电位时，二缸点火线圈31导通，对二缸点火线圈31进行充磁，增加二缸点火线圈31能量，当二缸需要点火时，发动机ECU的端子B向点火器40发出低电位，二缸点火线圈31截止，二缸主火花塞11和二缸副火花塞12同时产生火花，点燃二缸混合气。当发动机ECU的端子C向点火器40发出高电位时，三缸点火线圈31导通，对三缸点火线圈31进行充磁，增加三缸点火线圈31能量，当三缸需要点火时，发动机ECU的端子C向点火器40发出低电位，三缸点火线圈31截止，三缸主火花塞11和三缸副火花塞12同时产生火花，点燃三缸混合气。当发动机ECU的端子D向点火器40发出高电位时，四缸点火线圈31导通，对四缸点火线圈31进行充磁，增加四缸点火线圈31能量，当四缸需要点火时，发动机ECU的端子D向点火器40发出低电位，四缸点火线圈31截止，四缸主火花塞11和四缸副火花塞12同时产生火花，点燃四缸混合气。这样发动机ECU通过对点火器40端子高低电位的控制，实现对发动机主火花塞11和副火花塞12点火能量的控制以及点火时刻的控制。

本发明还提供了一种用于大功率甲醇发动机的点火方法，用于上述任一项的用于大功率甲醇发动机的点火系统，该方法包括：

控制各组所述火花塞以预设顺序依次点火，并控制每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞同时点火。

本实施例首创地将双火花塞的点火方式应用到大功率甲醇发动机上，主火花塞11和副火花塞12分别提供点火能量，使得大功率甲醇发动机的点火能量增大，使得发动机燃料的燃烧质量、燃烧速度明显提高，即提高了发动机的热效率。

进一步地，对于每个气缸而言，当其中一个火花塞失效时仍能继续工作，只是牺牲了部分燃烧效率，却能提高系统的可靠性。

在进一步的一个实施例中，控制各组所述火花塞以预设顺序依次点火，并控制每组所述火花塞的所述主火花塞和所述副火花塞同时点火的步骤，包括：

根据所述大功率甲醇发动机的转速和负荷确定各组所述火花塞的点火时刻t0；

在每组所述火花塞的所述点火时刻t0前控制其对应的主火花塞11和副火花塞12的点火线圈以预设通电时间T1通电、并在点火时刻t0断电。

通常发动机控制系统存有发动机的转速和发动机负荷确定的点火前提角数据，这样点火时刻就确定了。而点火线圈31通电时间是为了确保点火能量满足点燃混合气的需求而确定的，可以通过经验和台架经热力学标定完成。

一个实施例中，预设通电时间T1通过以确保点火能量满足点燃大功率甲醇发动机内的混合气的需求为目标的标定实验确定。也就是说，以能够点燃大功率甲醇发动机内混合气为目的进行实验，获取预设通电时间T1的值，使得预设通电时间T1能够符合点火要求，确保燃烧室内气体燃烧获得充分的点火能量。

另一个实施例中，预设通电时间T1根据燃料的种类确定。

根据不同的燃料，通过控制点火线圈31通电时间，可以减少点火线圈31的发热量，提高点火线圈31的可靠性。例如正常情况甲醇燃烧，低温起动时汽油燃烧，那么在低温时根据汽油的特性控制通电时间，在正常工作时根据甲醇的特性控制通电时间。

图3是根据本发明一个实施例的用于大功率甲醇发动机的点火系统的点火时序图。图3示出了一种四缸大功率甲醇发动机的点火时序图，图3中的A1表示主火花塞11的点火时序图，A2表示副火花塞12的点火时序图，t为点火周期，t0是一缸的主火花塞11的点火时刻。其点火顺序为一缸-三缸-四缸-二缸，每个气缸的主火花塞11和副火花塞12同时点火。首先是一缸点火线圈31通电，储存点火所需能量，通电时间长短通过标定确定(即T1)，取决于发动机的转速和发动机负荷等，当发动机ECU判断需要一缸点火时，此时一缸点火线圈31断电，主火花塞11和副火花塞12同时产生火花，但主火花塞11和副火花塞12在气缸中产生的火花方向是相反的，一个由中心极到侧旁极，另一个由侧旁极到中心极。紧接着三缸点火、四缸点火、二缸点火，发动机ECU就是这样反复控制各缸火花塞的工作。

本发明以两气门发动机为例，也适用于四气门发动机。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。