CN101153563B

CN101153563B - 燃用植物油的柴油机供油控制系统及植物油供油方法

Info

Publication number: CN101153563B
Application number: CN200610015997A
Authority: CN
Inventors: 张伟玉; 卫勇
Original assignee: Tianjin Agricultural University
Current assignee: Tianjin Agricultural University
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: CN101153563A

Abstract

本发明属于一种燃用植物油的柴油机供油控制系统及其供油方法。主要技术特点是该柴油机的供油装置由柴油供油装置、植物油供油装置和与这两个供油装置在进入柴油机一端相连接的燃油分配器组成。该供油控制系统中设有一个控制燃油分配器的控制器。植物油的供油方法是：启动柴油机时，控制器输出的信号令燃油分配器仅使柴油供油装置工作；将柴油机的工况参数以及加热装置中植物油的温度经传感器送入控制器与控制器内部的设定值进行比较；控制器按已编好的控制算法给燃油分配器一个控制信号，使柴油与植物油进行混合或进行油料转换；在混合供油阶段，控制器以柴油机水温变化的梯度为指标，以植物油燃烧量大于柴油燃烧量为目标，实现最优控制。

Description

燃用植物油的柴油机供油控制系统及植物油供油方法

技术领域

本发明属于柴油机领域，尤其是一种燃用植物油的柴油机供油控制系统及该柴油机系统的植物油供油方法。

背景技术

石油是不可再生资源，随着石油储量的逐渐减少，探索石油制品的替代品已成为全球的研究热点。目前将动植物油用化学法或酶法转化获得生物柴油替代石化柴油是比较成熟的技术，但是这类方法成本太高，在目前居高不下的石油价格下没有实际的推广意义。最近国外尝试采用植物油(一些植物的果实、根、茎、叶所提炼出的油)替代柴油已经取得初步成功，在未对现有的柴油机结构做任何改动情况下，仅是在原有的柴油供油装置的管路上连通一个由植物油箱、过滤器组成的植物油供油装置和一个燃油分配器；其使用方法是在启动柴油机时首先使用柴油启动，在柴油机正常运行一段时间后，操作人员手工将供油管路进行切换，即燃油分配器将植物油供油装置的供油管路接通，同时柴油供油装置的供油管路切断，柴油机直接燃烧植物油工作，从而实现用植物油替代柴油；在柴油机停止工作前，再手工切换到柴油管路，停止植物油供油。由于植物油是可再生资源，因此，采用植物油替代柴油作为燃料的这种方式具有重大的现实意义，值得重视和推广。但是这种替代技术也具有一些不可克服的缺点：1.由于植物油的黏度大于柴油的黏度，直接采用常温的植物油势必会造成油路的堵塞，因此必须予以加热以降低植物油的黏度，而目前的替代技术自身不能对植物油的加热温度进行精确控制，导致植物油的黏度难于控制，造成植物油燃烧不充分，气缸积炭严重，从而加剧了机械磨损，使柴油机工作状况恶化，设备故障率增加；同时伴随着植物油的不完全燃烧，也加重了对机油的污染，会造成环境的严重污染。2.由于植物油与柴油是手工切换，操作人员大多凭经验、感觉操作，供油的切换衔接不精确，容易造成柴油机燃烧故障，从而影响柴油机的正常工作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种通过监控柴油机工况和植物油温度并可自动在柴油与植物油之间进行供油切换的燃用植物油的柴油机供油控制系统及植物油供油方法。

本发明的目的是这样实现的：

本植物油的柴油机供油控制系统，由柴油供油装置、植物油供油装置构成，柴油供油装置由柴油储存装置、过滤器构成并通过供油管路连接到燃油分配器；植物油供油装置由植物油储存装置、过滤器构成并通过供油管路连接到燃油分配器，该燃油分配器连接柴油机，其特征在于：在植物油储存装置与其过滤器之间的供油管路上安装有一加热器，该加热器上安装有一可精确测量植物油温度的温度传感器，在燃油分配器上连接一可完成油料自动转换的控制器，该控制器通过其输入信号线与安装在柴油机上的转速传感器、水温传感器和安装在加热器上的植物油温度传感器相连接，该控制器的工作状态在工况显示器上予以显示.

而且，所述的植物油油箱底部安装有一预热器。

而且，所述的控制器的控制电路由主控电路、驱动电路、电源电路、显示电路构成，主控电路连接植物油温度传感器、柴油机转速传感器及水温传感器，驱动电路连接植物油加热器及燃油分配器，显示电路通过一工况指示对控制器的工作状态予以显示。

而且，所述的主控电路由一个Microchip公司的PIC系列高性能单片机、永久性存储器(EEPROM)、运算放大电路组成，该单片机带有内部存储器和A/D、D/A转换电路；驱动电路为IR公司的场效应晶体功率管IRF540N；显示电路由LED或LCD组成。

一种燃用植物油的柴油机供油控制系统的植物油供油方法，其特征在于：

其植物油供油方法是：

(1)柴油机启动：启动柴油机，控制器开始工作，输出的信号即默认信号令燃油分配器使柴油供油装置投入工作；

(2)控制器比较：柴油机的水温、转速以及加热器中植物油的温度数值经传感器通过控制线送入控制器中，与其内部永久存储器中存储的设定值进行比较；

(3)供油切换：

a.当柴油机水温达到40～60℃、转速为500～1000r.p.m、燃油加热器中植物油的温度为101～120℃时，控制器控制燃油转换器使植物油供油装置投入工作，实现柴油与植物油混合使用；

b.当柴油机水温为60～90℃、转速为1000～6000r.p.m、燃油加热器中植物油的温度为121～150℃时，植物油供油装置工作，柴油供油装置停止工作；

c.当柴油机水温为50～70℃、转速为500～1000r.p.m、燃油加热器中植物油的温度为101～120℃时，各个参数的数值低于控制器寄存器中存放的设定值，控制器给燃油分配器的控制信号使柴油供油装置再投入工作，柴油与植物油在燃油分配器中混合后供柴油机使用；

d.柴油机水温为0～50℃、转速为240～500r.p.m，植物油供油装置停止工作，柴油机完全使用柴油工作。

本发明的优点和积极效果是：

1.在植物油油箱上安装预热器，可以有效降低植物油的黏度；而且，在该植物油的供油管路上还加装了一植物油加热器，可有效保证了柴油机燃烧所需要的植物油黏度，使植物油燃烧充分完全，减少了积炭现象。

2.本发明整体结构十分简单，在系统上加装了一控制器，在植物油加热器上安装了植物油温度传感器，控制器控制植物油加热器；此外，该控制器还通过控制线分别连接燃油分配器及柴油机的转速传感器及水温传感器。通过这种控制方式，可以智能地检测植物油的供油温度、柴油机工况，实现在植物油的温度和黏度在与柴油机工况相匹配时适时进行燃油切换，有效地保证了柴油机能够工作在最佳工况，降低了机械磨损，降低了设备故障率；而且，良好的燃烧使废气中的有害气体含量得到了有效的控制，减轻了对环境的污染。本发明可根据工作参数的不同自动转换油料，尤其在混合供油阶段，控制器以柴油机水温变化的梯度为指标，以植物油燃烧量大于柴油燃烧量为目标，实现最优控制，由此降低了柴油的消耗，增加了系统的经济性。

附图说明

图1是本发明的系统连接结构示意图；

图2是本发明的控制器的电路原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述。需要说明的是，本实施例是陈述性的，而不是限定性的，不应以此来缩小本发明的保护范围。

燃用植物油的柴油机供油控制系统包括柴油供油装置、植物油供油装置和与这两个供油装置在进入柴油机的前端相连接的燃油分配器12组成，其中柴油供油装置由柴油储存装置10、柴油机高压油泵1、柴油机喷油器2、油箱油泵9及在其输油管路上设置的过滤装置11构成；植物油供油装置是由其底部安装有预热器5的植物油储存装置3及在其输油管路上安装的油箱油泵4、加热器7、过滤装置8组成。在燃用植物油的柴油机供油控制系统中设有一个用于控制燃油分配器完成油料自动转换的控制器14，该控制器通过其输入信号线与安装在柴油机上的转速传感器16、水温传感器15和安装在加热器上的植物油温度传感器6相连接，该控制器的控制线还连接燃油分配器；另外，该控制器还有一路输出线连接在工况显示器13上。

燃油分配器可采用电磁阀或气动阀控制柴油和植物油的油路，实现油的转换；控制器的控制线连接在油路的电磁阀上或气路上的电磁阀上。

本发明控制器的控制电路如下：

控制器由主控电路、电源电路、驱动电路和显示电路组成。主控电路由一个Microchip公司的PIC系列高性能单片机、永久性存储器(EEPROM)、运算放大电路等组成，该单片机带有内部存储器和A/D、D/A转换电路。转速传感器、水温传感器和安装在加热器上的植物油温度传感器传来的信号经运算放大电路调理成A/D电路可接受的标准信号，单片机经分析和运算处理后，向驱动电路和显示电路发出控制和显示指令。电源电路的作用是将蓄电池的电压转变成稳定的系统工作电压。驱动电路主要由IR公司的场效应晶体功率管IRF540N组成，作用是控制燃油分配器和植物油加热器。显示电路由LED或LCD组成，用于显示柴油机工况参数和系统故障指示。

上述控制电路的各个组成部件为现有技术，因此本实施例中没有给出具体的电路图。

本发明燃用植物油的柴油机供油控制系统中植物油供油方法为：

启动柴油机时，控制器开始工作。输出的信号即默认信号令燃油分配器使柴油供油装置投入工作，柴油箱中的柴油经过滤器、燃油分配器进入柴油机，使柴油机启动，此时植物油供油系统未投入工作。安装在植物油箱上的预热器给植物油箱内的植物油加热，以降低其黏度，增强其流动性。预热器可以使用柴油机的排气、冷却水或电作为其加热源。

预热后的植物油进入到植物油加热器中进一步加热，使其温度进一步增加，黏度进一步降低.安装在植物油加热器上的温度传感器将植物油的温度数值送入控制器.安装在柴油机上的转速传感器和水温传感器将柴油机的水温、转速数值也送入到控制器.控制器读入上述参数后，将其与控制器内部的永久存储器中存储的设定值进行比较，该设定值是进行燃油切换或混合的临界值.

当柴油机水温达到40～60℃、转速为500～1000r.p.m、燃油加热器中植物油的温度为101～120℃时，控制器控制燃油转换器使植物油供油装置投入工作，实现柴油与植物油混合使用。在此阶段，控制器以柴油机水温变化的梯度为指标，以植物油燃烧量大于柴油燃烧量为目标，实现最优控制。

当柴油机水温为60～90℃、转速为1000～6000r.p.m、燃油加热器中植物油的温度为121～150℃时，输入控制器的各参数等于或高于其相应转换设定值，控制器按控制算法给燃油分配器一个控制信号，使其完成从燃油与植物油混合使用到完全使用植物油的转换；此时植物油供油装置工作，柴油供油装置停止工作。

柴油机转速降低时，发送给控制器的各个参数会相应降低，即当柴油机水温为50～70℃、转速为500～1000r.p.m、燃油加热器中植物油的温度为101～120℃时，各个参数的数值低于控制器寄存器中存放的设定值，控制器给燃油分配器的控制信号使柴油供油装置再投入工作，柴油与植物油在燃油分配器中混合后供柴油机使用。在此阶段，控制器也是以柴油机水温变化的梯度为指标，植物油燃烧量大于柴油燃烧量为目标，实现最优控制。

柴油机转速进一步降低时，即柴油机水温为0～50℃、转速为240～500r.p.m，各个参数的数值低于控制器的寄存器中存放的设定值，控制器给燃油分配器的控制信号为默认信号，植物油供油装置停止工作，柴油机完全使用柴油工作。

Claims

1.一种燃用植物油的柴油机供油控制系统的植物油供油方法，其特征在于：

其植物油供油方法是：

(3)供油切换：

a.当柴油机水温达到40～60℃、转速为500～1000r.p.m、燃油加热器中植物油的温度为101～120℃时，控制器控制燃油分配器使植物油供油装置投入工作，实现柴油与植物油混合使用；

c.当柴油机水温为50～70℃、转速为500～1000r.p.m、燃油加热器中植物油的温度为101～120℃时，各个参数的数值低于控制器永久存储器中存放的设定值，控制器给燃油分配器的控制信号使柴油供油装置再投入工作，柴油与植物油在燃油分配器中混合后供柴油机使用；

2.根据权利要求1所述的燃用植物油的柴油机供油控制系统的植物油供油方法，其特征在于：所述燃用植物油的柴油机供油控制系统由柴油供油装置、植物油供油装置构成，柴油供油装置由柴油储存装置、过滤器构成并通过供油管路连接到燃油分配器；植物油供油装置由植物油储存装置、过滤器构成并通过供油管路连接到燃油分配器，该燃油分配器连接柴油机，在植物油储存装置与其过滤器之间的供油管路上安装有一燃油加热器，该燃油加热器上安装有一可精确测量植物油温度的温度传感器，在燃油分配器上连接一可完成油料自动转换的控制器，该控制器通过其输入信号线与安装在柴油机上的转速传感器、水温传感器和安装在加热器上的植物油温度传感器相连接，该控制器的工作状态在工况显示器上予以显示。

3.根据权利要求2所述的燃用植物油的柴油机供油控制系统的植物油供油方法，其特征在于：所述植物油储存装置底部安装有一预热器。

4.根据权利要求1或2所述的燃用植物油的柴油机供油控制系统的植物油供油方法，其特征在于：所述的控制器的控制电路由主控电路、驱动电路、电源电路、显示电路构成，主控电路连接植物油温度传感器、柴油机转速传感器及水温传感器，驱动电路连接燃油加热器及燃油分配器，显示电路通过一工况指示对控制器的工作状态予以显示。

5.根据权利要求4所述的燃用植物油的柴油机供油控制系统的植物油供油方法，其特征在于：所述的主控电路由一个Microchip公司的PIC系列高性能单片机、永久存储器(EEPROM)、运算放大电路组成，该单片机带有内部程序存储器和A/D、D/A转换电路；驱动电路为IR公司的场效应晶体功率管IRF540N；显示电路由LED或LCD组成。