CN101418726B - 一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统和控制方法，该控制系统包括主燃料供应系统和辅助燃料供应系统。主燃料供应系统包括主油箱、主油泵、主输油管、油轨和喷油器的依次连通。辅助燃料供应系统包括副油箱、副油泵、副输油管和与主燃料供应系统共用的所述的油轨和喷油器依次连通。所述的控制方法通过汽车ECU对该控制系统的主燃料供应系统和辅助燃料供应系统进行自动切换，完成对醇类和汽油双燃料发动机燃料的自动控制。本发明解决了醇类发动机冷启动难的问题，在使用汽油作为燃料时，与原汽油发动机相比没有任何变化，也保持了原发动机结构上的稳定性。

Description

一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及醇类和汽油双燃料汽车发动机燃料控制领域，特别涉及一种利用甲醇或者乙醇与汽油双燃料发动机的燃料供应的控制方法和控制系统。
背景技术
汽车工业的发展面临着石油短缺和环境污染两大问题，科学家们形成的共识是使用甲醇/乙醇等醇类作为石油替代燃料。石油势必要用更大量、更优良、更清洁、更廉价的高硫煤制得的醇醚氢燃料代替，这不仅是必然的趋势，而且已十分紧迫。国外在石油危机后已经研究各种代用燃料。美国能源研究和发展署认为：“甲醇是最有希望的代用燃料，可用煤制造，工艺已达到大量生产的程度，适用于内燃机，是清洁的燃料。”由美、日、英、德、法、意和瑞典汽车工业强国共同研究的“汽车的未来”认为：“甲醇是有希望的汽车燃料，比较容易控制污染。可用煤做原料。”同时，国际上也大量的在应用乙醇汽车，巴西、美国和欧盟都有很多乙醇汽车在运行。纯醇类作为汽车的燃料，实际使用中最大的技术障碍是燃烧纯醇类时的冷机启动问题。冷机启动是在低温下燃料蒸发困难造成发动机不易着火启动。汽油发动机经过多年的应用实践，现在冷启动状况良好。与汽油相比，醇类的初馏点低、汽化潜热数倍于汽油，例如对于甲醇饱和蒸汽压力只有汽油的约二分之一、在发动机功率不变的情况下燃料流量是汽油的大约二倍。乙醇的蒸发潜热是汽油的2倍多，由于蒸发潜热大，蒸发时所吸收的热量多，导致发动机进气管的温度急剧下降，更加恶化了进气蒸发条件，故在冷起动时，只有少量的乙醇才能蒸发，若蒸发形成的可燃混合气浓度达不到着火浓度下限，则混合气不能着火燃烧，发动机冷起动困难。这些原因造成甲醇/乙醇燃料蒸发困难，在冷启动时不能形成合适比例的混合气。因此，使用乙醇燃料的发动机较使用汽油的发动机冷起动更加困难。利用汽油发动机燃烧醇类不能得到较好的效果。
因此，利用现有的发动机燃烧甲醇或者乙醇做燃料，要解决的主要问题是解决醇类发动机冷启动难的问题，实践证明，提高进气温度是促进燃料气化最有效的途径。当前，有一种方法是利用电加热装置预热进气道的局部，辅助燃料蒸发，这种方法对发动机的冷启动有帮助，但不能缩短暖机时间。而且电加热的能量来自汽车电瓶，对于纯甲醇发动机，电瓶提供的能量远远不能同时满足冷启动时启动马达运转和加热混合气的需求。另外，目前醇类汽油双燃料发动机多采用的是在原汽油机的基础上增加一套利用汽油辅助起动的装置，称为汽油冷启动装置。这个汽油冷启动系统是一个独立工作的系统，在发动机低温启动时进行工作，当发动机暖机后，切换到原机供油系统进行工作。优点：能够保证发动机的低温启动性能。缺点：需要对供油系统、发动机等零部件重新开发，产品涉及开发的零部件多，周期长，成本高，改变了发动机的进气道，降低了发动机的高速性能；同时系统在切换时的不平顺性会造成驾驶性变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统，利用该系统，醇类和汽油双燃料发动机能使用原汽油发动机的供油系统，并且对发动机其它部位的零部件不要进行改进。
为解决上述技术问题，本发明的解决方案为：一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统，包括设置有主油箱、主油泵、主输油管、油轨和喷油器的主燃料供应系统，主油泵安装在主油箱内与主输油管、油轨和喷油器依次连通；另外，还包括利用汽油冷启动发动机的辅助燃料供应系统和三通阀；所述的辅助燃料供应系统包括副油箱、副油泵，副输油管和与主燃料供应系统共用的所述的油轨和喷油器；所述的副油泵安装在副油箱内与副输油管连通，然后通过所述的三通阀与油轨和喷油器依次连通；所述的三通阀另一端接所述的主输油管。
本发明通过在原汽油发动机供油系统的基础上，以原供油系统为主供油系统，为发动机提供汽油或者醇类燃料，在使用汽油作为燃料时，与原汽油发动机相比没有任何变化，保持了原发动机结构上的稳定性。增加了一套当主供油系统使用醇类燃料时进行冷启动的辅助燃料供应系统，该系统与主燃料供应系统共用油轨和喷油器等直接与发动机燃烧室接口的部件，保证辅助燃料供应系统工作的稳定性，就是说如果没有主燃料供应系统的情况下，利用辅助燃料供应系统进行工作本身就是一套完整的汽油发动机系统。
本发明的另一目的是提供一种上述醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统的控制方法，该方法是在发动机控制器(ECU)的控制下，对发动机燃料供应系统进行自动控制。
为实现对上述醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统进行自动控制，本发明的技术方案是：一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制方法，利用发动机控制器来检测发动机燃料类型以及监测发动机工况，根据发动机选择的燃料和监测到的发动机工况对发动机进行自动控制，包括以下步骤：
A、汽车点火开关置于“开启”时，发动机控制器检测燃料选择切换开关是否处于汽油位置。
B1、当步骤A的结果为“是”时，进入汽油运行模式。
B2、当步骤A的结果为“否”时，发动机控制器检测发动机工况，判断是否需要汽油辅助启动。
B21、当步骤B2判断的结果为“否”时，进入醇燃料运行模式。
B22、当步骤B2判断的结果为“是”时，进入汽油辅助启动模式，发动机控制器继续检测发动机工况，直到发动机工况符合醇燃料运行条件，转到B21。
本方法利用发动机控制器(ECU)对汽车的发动机进行自动控制，只需要利用主油箱提供所使用的燃料的选择信号和利用传感器对发动机工况等其它信号进行感应，比如对发动机的水冷系统的温度等进行测量，ECU就可对发动机系统的燃料控制系统进行自动控制。无需人工干预，方法简单，控制到位。
以下将结合附图，对本发明的各较佳实施例进行较为详细的说明。
附图说明
图1、为本发明发动机控制系统燃料供应方框图。
图2、为本发明控制方法流程图。
图中：1、喷油器，2、泄压阀，3、油轨，4、主油泵，5、副油箱回油管，6、主油箱，7、三通阀，8、副输油管单向阀，9、主输油管单向阀，10、主输油管，11、主油箱燃油滤清器，12、主输油管三通阀，13、主回油管，14、副输油管，15、副油泵，16、副油箱燃油滤清器，17、副油箱。
具体实施方式
如图1所示，一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统，本燃料控制系统包括两条燃料供应通道分别为：主燃料供应系统和辅助燃料供应系统。本系统在使用汽油作为燃料时，用主燃料供应系统为发动机燃烧室提供汽油，辅助燃料供应系统不工作。当使用醇类燃料时，只有在汽车冷启动时，需要利用辅助燃料供应系统为发动机燃烧室提供汽油，当温度符合醇燃料运行条件时，切换到主燃料供应系统为发动机燃烧室提供醇类燃料，辅助燃料供应系统不工作。当汽车热启动时，如果温度符合醇燃料运行条件，也由主燃料供应系统为发动机燃烧室提供醇类燃料，此时，辅助燃料供应系统不工作。图中：主燃料供应系统包括主油箱6、主油泵4、主输油管10、油轨3和喷油器1。主油箱6上有燃料选择切换开关，其燃料选择信号输出接发动机控制器。辅助燃料供应系统包括副油箱17、副油泵15、副输油管14、油轨3和喷油器1。其中油轨3和喷油器1是两个系统共用。在主输油管10和副输油管14注入油轨3和喷油器1中时，使用了三通阀7。三通阀7的一输入端接主输油管10，另一输入端接副输油管14，输出端接油轨3。在主油箱6内有主油箱燃油滤清器11，和副油箱17内有副油箱燃油滤清器16分别安装在所述的主油泵4和副油泵15的出口处。另外还有副油箱回油系统，该系统包括连接于所述副油箱17和所述的油轨3的副油箱回油管5和安装在所述的油轨3的副油箱回油管5之间的泄压阀2，本实施例中泄压阀2为机械式泄压阀受ECU控制。当需要对油管进行油路清洗时，机械式泄压阀2打开，在ECU的控制下喷油器1不工作，油轨3内的燃料通过副油箱回油管5回到副油箱17内。还包括主油箱回油系统，该系统包括设置在所述的主油箱燃油滤清器11出口的主输油管三通12和利用该主输油管三通12连接于所述的主油箱6和主油箱燃油滤清器11的主油箱回油管13，主输油管三通12的另一端与主输油管10连通。当主油泵4抽出的燃料超过主输油管10流量时，在主油箱燃油滤清器11后通过主输油管三通12将部分燃料流回到主油箱回油管13，进入到主油箱6中。为了保证主、辅燃料供应系统之间隔离，在主输油管10和副输油管14内分别安装了主输油管单向阀9和副输油管单向阀8。上述的主、副油泵、三通阀和泄压阀以及喷油器都受ECU控制。
从图1的框图可以看出，本实施例的燃料控制系统中，燃料有以下流通路径：
1、主燃料流通路径：在主油箱6内，ECU控制主油泵4运转，汽油经过燃油滤清器11、主输油管三通12、主输油管10、主输油管单向阀9、三通阀7、油轨3通过喷油器1向发动机燃烧室供给燃料。这是燃料的主要流通路径，发动机在使用汽油时和正常使用醇类燃料时，燃料的流通路径。
2、主燃料回收路径：在主油箱6内，ECU控制主油泵4运转，汽油经过燃油滤清器11、主输油管三通12后，多余的燃料通过主输油管三通12的另外一个输出端从主油箱回油管13，进入到主油箱6中。本路径是在发动机正常工作时回收多余的燃料的路径。
3、汽油辅助启动燃料流通路径：在副油箱17内ECU控制副油泵15运转，汽油经过副油箱燃油滤清器16、副输油管14、副输油管单向阀8、三通阀7、油轨3通过喷器1向发动机燃烧室供给燃料。此燃料流通路径较一般汽油发动机的汽油通路没有多少差别，就是在发动机冷启动时，利用副油箱6内的汽油启动发动机，当发动机工况达到醇类燃料的要求时，切换到主燃料流通路径供应燃料。
4、油路清洗通道：在副油箱17内，ECU控制副油泵15运转，汽油经过副油箱燃油滤清器16、副输油管14、副输油管单向阀8、三通阀7、油轨3通过机械式泄压阀2、副油箱回油管5返回副油箱17。由于，在主油箱6内是醇类燃料时，进行冷启动之前，油轨内残留了一些醇类燃料，需要进行清洗，因此在进行冷启动之前，利用2到10秒的时间将残留在油轨内的醇类回收到副油箱内。
如图2所示，上述醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统的控制方法包括以下步骤：
A、汽车点火开关置于“开启”时，发动机控制器检测燃料选择切换开关是否处于汽油位置；
B1、当步骤A的结果为“是”时，进入汽油运行模式；此时，ECU控制主油泵4运转，汽油经过燃油滤清器11、主输油管三通12、主输油管10、主输油管单向阀9、三通阀7、油轨3通过喷器1向发动机燃烧室供给燃料。完成对燃料供应系统的自动控制。
B2、当步骤A的结果为“否”时，发动机控制器检测发动机工况，判断是否需要汽油辅助启动；这里发动机控制器主要是根据发动机冷却水的水温温和进气温度判断是否需要进行汽油辅助启动。
B21、当步骤B2判断的结果为“否”时，进入醇燃料运行模式；ECU控制主油泵4运转，醇燃料经过燃油滤清器11、主输油管三通12、主输油管10、主输油管单向阀9、三通阀7、油轨3通过喷器1向发动机燃烧室供给燃料。完成对燃料供应系统的自动控制。
B22、当步骤B2判断的结果为“是”时，进入汽油辅助启动模式，发动机控制器继续检测发动机工况，这里发动机控制器主要是根据发动机冷却水的水温温和进气温度判断是否需要进行汽油辅助启动。直到发动机工况符合醇燃料运行条件，转到B21。
上述汽油辅助启动模式中时，前2至10秒进行以下步骤B221，然后进行以下步骤B222：
B221、发动机控制器控制副油泵15运转，汽油经过副油箱燃油滤清器16、副输油管(14)、副输油管单向阀8、三通阀7、油轨3通过机械式泄压阀2、副油箱回油管5返回副油箱17。本步骤完成对油路的清洗，油路清洗完毕进入到汽油辅助启动。
B222、发动机控制器控制副油泵15运转，汽油经过副油箱燃油滤清器16、副输油管14、副输油管单向阀8、三通阀7、油轨3通过喷器1向发动机燃烧室供给燃料。本步骤完成汽油对发动机进行辅助启动过程。

Claims (7)

1.一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统，包括设置有主油箱(6)、主油泵(4)、主输油管(10)、油轨(3)和喷油器(1)的主燃料供应系统，主油泵(4)安装在主油箱(6)内并与主输油管(10)、油轨(3)和喷油器(1)依次连通；其特征在于：还包括利用汽油冷启动发动机的辅助燃料供应系统和三通阀(7)；所述的辅助燃料供应系统包括副油箱(17)、副油泵(15)、副输油管(14)、与主燃料供应系统共用的所述的油轨(3)和喷油器(1)；所述的副油泵(15)安装在副油箱(17)内并与副输油管(14)连通，然后通过所述的三通阀(7)与油轨(3)和喷油器(1)依次连通；所述的三通阀(7)另一端接所述的主输油管(10)；还包括主油箱燃油滤清器(11)和副油箱燃油滤清器(16)，所述的主油箱燃油滤清器(11)和副油箱燃油滤清器(16)分别安装在所述的主油泵(4)和副油泵(15)的出口处；还包括副油箱回油系统，所述的副油箱回油系统包括连接于所述副油箱(17)和所述的油轨(3)的副油箱回油管(5)和安装在所述的油轨(3)和副油箱回油管(5)之间的泄压阀(2)；还包括主油箱回油系统，所述的主油箱回油系统包括设置在所述的主油箱燃油滤清器(11)出口的主输油管三通阀(12)，该主输油管三通阀(12)的一个输出端与所述的主油箱(6)和主油箱燃油滤清器(11)的主油箱回油管(13)连接，主输油管三通阀(12)的另一输出端与主输油管(10)连通。
2.根据权利要求1所述的醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统，其特征在于：还包括主输油管单向阀(9)和副输油管单向阀(8)；分别安装在所述的主输油管(10)和所述的副输油管(14)内。
3.根据权利要求2所述的醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统，其特征在于：在所述的主油箱上有燃料选择切换开关，其燃料选择信号输出接发动机控制器。
4.根据权利要求3所述的一种醇类和汽油双燃料发动机燃料控制系统的控制方法，利用发动机控制器来检测发动机燃料类型以及监测发动机工况，根据发动机选择的燃料和监测到的发动机工况对发动机进行自动控制，包括以下步骤：
A、汽车点火开关置于“开启”时，发动机控制器检测燃料选择切换开关是否处于汽油位置；
B1、当步骤A的结果为“是”时，进入汽油运行模式；
B2、当步骤A的结果为“否”时，发动机控制器检测发动机工况，判断是否需要汽油辅助启动；
B21、当步骤B2判断的结果为“否”时，进入醇燃料运行模式；
B22、当步骤B2判断的结果为“是”时，进入汽油辅助启动模式，发动机控制器继续检测发动机工况，直到发动机工况符合醇燃料运行条件，转到B21步骤。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤B1中，所述的汽油运行模式时，发动机控制器控制主油泵(4)运转，汽油经过燃油滤清器(11)、主输油管三通阀(12)、主输油管(10)、主输油管单向阀(9)、三通阀(7)、油轨(3)通过喷油器(1)向发动机燃烧室供给燃料。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述的步骤B21中，所述的醇燃料运行模式时，发动机控制器控制主油泵(4)运转，醇燃料经过燃油滤清器(11)、主输油管三通阀(12)、主输油管(10)、主输油管单向阀(9)、三通阀(7)、油轨(3)通过喷油器(1)向发动机燃烧室供给燃料。
7.根据权利要求4所述的醇类和汽油双燃料发动机燃料控制方法，其特征在于：步骤B22中，所述的汽油辅助启动模式中时，在开始2-10秒时进行以下的步骤B221，然后转入到以下的B222步骤：
B221、发动机控制器控制副油泵(15)运转，汽油经过副油箱燃油滤清器(16)、副输油管(14)、副输油管单向阀(8)、三通阀(7)、油轨(3)通过泄压阀(2)、副油箱回油管(5)返回副油箱(17)；
B222、发动机控制器控制副油泵(15)运转，汽油经过副油箱燃油滤清器(16)、副输油管(14)、副输油管单向阀(8)、三通阀(7)、油轨(3)通过喷油器(1)向发动机燃烧室供给燃料。
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