CN102767452A - 醇类燃油电动泵的设置方法 - Google Patents

Abstract

醇类燃油电动泵的设置方法，用于醇类燃油的电动泵，将电动泵的工作电压设置在6-10.4V。尤其是输出直流工作电压为7V-9V或大于9V小于10.4V的醇类燃油机动车。醇类燃油电动泵，其驱动电机的转子线圈匝数刻意降低15-50%。本发明可大大降低工作时电化学反应对泵的腐蚀，如采用8-8.9V电压工作的燃油泵其工作寿命完全能满足发动机的使用要求，堵塞滤清器及喷油嘴的弊病基本可以消除。

Description

醇类燃油电动泵的设置方法

一、技术领域

本发明涉及甲醇发动机燃料供应方法与装置，尤其是内置式燃料泵的设置方法与装置。

二、背景技术

内置式的燃油泵是电喷系统中提供车辆燃料供应的动力。2009年7月2日国家标准化管理委员会发布公告称，《车用甲醇汽油（M85）》标准正式批准颁布并实施。据了解，该标准是甲醇汽油的首个产品标准。甲醇汽油（如M85、M60以上）或单一的纯甲醇（M100）是代替汽油的经济燃料，甲醇汽油或单一的纯甲醇与另一种醇类燃料（乙醇汽油）完全可在现有汽车发动机上使用。即现有汽车完全可以使用单一甲醇燃料驱动，而仅在冷车启动时使用少量汽油启动助燃；使用甲醇汽油或另一种醇类燃料乙醇汽油的燃油供应是与现有的汽车电喷和燃油供应系统相通的，即均采用结构完全相同的内置式燃油电动泵。此外，山西、武汉等地已经开始大规模采用单一燃料甲醇运用于出租车，以缓解日益上升的汽油价格——出租车承包人已经无法承受燃油成本。

由于甲醇为弱导电的极性溶剂，其中又不可避免含水份，所以有理论认为甲醇易受氧化脱氢而成甲醛，故内置式燃油泵在甲醇内受到的腐蚀远多于在汽油内，实用中的甲醇泵离理想的要求还具有很大的差距；其主要表现在加电工作时会产生粘稠状物质，极易堵塞滤网和喷油嘴。在实用中还发现甲醇通电后很容易变色，这都是电解腐蚀而导致的问题，甲醇在汽车上的使用过程中，要与油箱里燃油泵内的电源端子，碳刷，换向器等直接相浸泡接触，故使用中内置式燃料泵的导电体会使甲醇燃料产生极其严重的电解化学反应，严重腐蚀燃料，及燃料输送泵，使其基本到了无法正常使用的程度；其主要表现加电工作时会产生甲醛、甲酸，甲酸铜以及粘稠状物质，并使甲醇严重变色变味，其电解后的生成物极易堵塞滤网和喷油嘴及损坏油位传感器，其中的甲酸，甲醛燃烧后会使汽车氧传感器慢性中毒，并且甲醛的排放还会严重污染环境，有报导甲醇发动机的废气排出使草木皆枯萎；总体而言，甲醇发动机不能正常工作的机理是众说纷纭。

徐春良的文章“高比例甲醇汽油对电动燃料泵的腐蚀性分析”中给出了多种腐蚀现象描述（参见http://www.docin.com/p-69691304.html），其论述在甲醇中水和氧气的存在对工作中的铜(包括铜线和铜换向器)有腐蚀作用，甲醇的变色是因为铜（电解后）氧化生成的二价铜离子，他根据甲醇泵工作电流与工作电压以及甲醇泵工作流量与使用汽油燃料时的对比试验，做了仔细分析和研究但仍未得出一种能够解决甲醇泵腐蚀问题的工作方案。

方林焱的CN200720306381提出耐醇类腐蚀的双阳极电子喷射燃油泵，似乎揭示了甲醇内存在着复杂的电化学腐蚀，故提出泵壳外面加第二阳极，在第一阳极与第二阳极之间连接一个附加电源，用来减轻原车阳极的电化学析出。但其串联后增高的电压恰恰加剧了甲醇的电解化学反应，其析出的粘性胶质液体，和腐蚀性产物，或许会成倍的增加，反而恶化了发动机的工作状况。

目前汽油车燃油泵的工作寿命可以达到8000小时以上，但在甲醇燃料里使用一般的汽车燃油泵（额定电压标注为12V，实际施加的电压最常见为14.5V），因为电化学腐蚀的影响，使得发动机出现多种与甲醇电解反应生成物相关联的机械故障，所以全世界历经三十多年的努力，而甲醇汽车却一直无法进入实用阶段。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于，提出降低甲醇燃料对电压产生电化学腐蚀的方法与装置，尤其是提供一种能够大幅度延缓甲醇电化学腐蚀、增加泵在甲醇里使用寿命的醇类发动机燃料泵的设置方法及其装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

醇类燃油燃料泵即电动泵的设置方法，用于醇类燃油的电动泵，将发动机上提供给电动泵的工作电压降压后设置在6V-10.4V之间。

本发明所述电动泵的工作电压优选设置是在7V以上而小于9V。亦可以是大于9V小于10.4V的醇类燃油机动车电动泵的驱动电压。

本发明醇类发动机燃料泵的设置方法还包括，将醇类燃油发动机燃料泵驱动电机的工作电压设置在6V-10.4V的电压范围时，同时调整燃油泵驱动电机转子的线圈匝数或导线直径，使采用6V-10.4V工作电压的燃料泵的额定功率达到原先使用14V（一般汽车上发电机充电时的标准工作电压为13.8V-14.5V）时的功率。

醇类燃油电动泵，电动泵驱动电机的转子线圈降低15-50%。

醇类燃油电动泵，将醇类燃油发动机燃料泵驱动电机的工作电压设置在6V-10.4V的电压范围之间，同时调整燃油泵驱动电机转子的线圈匝数或导线直径，确保采用6V-10.4V电压的甲醇泵额定功率达到使用14V时的功率。

进一步的，设有电压变换模块设置在醇类燃料箱外、连接机动车直流电源与醇类燃油电动泵之间，电压变换模块是DC/DC降压器或大功率额定值电阻，使甲醇泵的驱动电机的工作电压为6V-10.4V。

醇类燃油电动泵的驱动电机的工作电压为7V-9V。

在制造汽车（船）时，能由汽车（船）机动直流电源系统直接提供6V-10.4V电源给甲醇泵，则可以不再采用经由电源变换模块的供电方式。

醇类燃油电动泵的直流电源来源于机动车专用发电机的低压绕组抽头或机动车特制蓄电池极板的抽头连接；特制蓄电池极板带有中心抽头，按从蓄电池负极端算起第三格或第四格抽头输出电压，其输出电压分别为6-7V或8-9.33V。当现有发电机充电工作时电压增高。

一种根据上述设置方法设计的醇类燃料发动机燃料泵装置，装置包含燃料泵与电压变换模块。电压变换模块设置在醇类燃料箱外、连接在汽车（船）直流电源系统与醇类燃料发动机燃料泵之间，电压变换模块可以是DC/DC降压器或大功率额定值电阻，使醇类燃料发动机燃料泵的驱动电机的工作电压为6V-10.4V，优选8V-9V；同时，醇类燃料发动机燃料泵（以下简称为甲醇泵）的驱动电机的转子绕组的匝数为使用14V电压时线圈匝数的85%-50%之间，或者甲醇泵的驱动电机的转子绕组漆包导线的直径为使用14V时直径的1.1倍-2.3倍，

上述的甲醇泵装置，倘若在制造汽车（船）时，能由汽车（船）直流电源系统直接提供6V-10.4V电源给甲醇泵，则可省略电压变换模块。

上述的甲醇泵装置，所述的直流电源系统可以来源于机动车特制专用发电机的低压绕组抽头或机动车特制蓄电池极板的抽头连接。

上述的甲醇泵装置，适用于100%的醇类燃料或任何比例的醇类燃料与燃油的混合燃料。

目前汽车上的标准工作电压为13.8V-14.5V（标称12V），在这种电压下甲醇通电以后，凡是暴露的导体之间都会产生明显、连续的电解化学反应，使得甲醇严重变色变味，金属表面发乌，并伴生出粘稠状液体。但经过长期试验发现，只要直流电压低于10.5V，则甲醇的电化学反应速度将明显减缓，考虑到油箱内甲醇泵的功率较大，因此本发明给出甲醇泵的工作电压范围为6V-10.4V，优选的电压为8V-9V之间。实际试验中也证实，在这个电压范围内，可以使甲醇泵相对使用13.8V-14.5V范围的电压工作时，使用寿命延长了数倍以上。由于降低了甲醇泵的工作电压，为了确保甲醇泵达到原有的功率输出要求，需要对甲醇泵驱动电机的转子绕组进行重新设计。根据本发明的实验结果，甲醇泵电机转子的线圈匝数需降低15%以上，即为使用14V电压时的线圈匝数不足85%。

本发明的有益效果是：通过降低发动机油箱里甲醇泵的使用电压，可以延缓甲醇燃料通电后产生的电解化学反应，从而彻底消除了粘稠物体的产生、如高电压施加的电解产生了甲醛、甲酸和进一步电解产生的聚合，进而降低了甲醇泵的腐蚀对发动机带来的严重后果。高电压的甲醇泵还会对油位传感器、电喷系统的氧传感器和控制器带来损坏的极大可能；又由于甲醇电化学反应后析出酸性物质的减少，堵塞滤清器及损坏喷油嘴的弊病基本可以消除。试验也证明在同距离电极之间施加的直流电压为6V时，则甲醇的电化学腐蚀趋近于停止。

具体实施方式

本发明的实施案例是以一种甲醇泵的应用作为说明的，试验使用的是M100纯甲醇，而M15—M85的甲醇汽油同理更适用于此发明。该原理也完全适用于乙醇燃料（E20以上牌号），故又可称乙醇泵。

实验发现：在甲醇中通以14V直流电压，经过十小时左右，甲醇就会产生极强的电解反应，颜色由水状透明变成浓茶水似的黄颜色，单极出现明显蓝色粉末絮状物（应为二价铜离子）；由此机理可以认为，这时甲醇已在14V的电压下对泵的铜线和电源接插件产生了极强的电化学腐蚀，并由此推理这些电解化学反应及生成物的累积又产生了更强的腐蚀条件（电解氧化产生了甲酸）。包括甲醇中水和氧气的存在都可能对加电工作中的铜(包括铜导线和铜换向器)有极大的电化学腐蚀作用，时间长了可以将多股铜导线完全腐蚀断裂。而在7V-9V工作电压条件下，上述状况就基本可以避免，考虑到实际使用时泵的寿命如果能达到3000小时以上就具有了足够的实用性,因此本发明可以采用下述方式实施：

实施例一：

在本实施例中，甲醇泵应用系统是应用在醇类燃料的机动车（船）上，其中包括机动车（船）电源、电源变换模块以及设置在机动车燃料箱中的甲醇泵组件、以及泵的电源接插件装置。通常机动车发电机的电源输出在14V左右，为电气设备进行供电。本发明电源变换模块连接在机动车电源与甲醇泵组件之间（必须放置在燃料箱之外），将机动车电源的输出电压降低至6V-10.4V之间，为甲醇泵组件提供适宜的工作电压。

在本实施例中，该电源变换模块为DC/DC降压器，将车上14V左右的电压降至9V左右，输送至燃料箱供给甲醇泵组件作为工作电源。

燃料泵在设计上最容易调整的是泵的转子线圈的匝数。以直径为38mm的燃油泵为例，将原来驱动电机转子的线圈从17匝降低为14匝，降低3圈后改成专用于本发明使用的甲醇泵。

在应用本实施例的甲醇泵的设置方法时，首先，根据发动机对泵的流量需求，将燃油泵转子圈数改为11圈-16圈的匝数，使其成为低电压甲醇泵，再将甲醇泵安装到机动车的燃料箱中，并进行对应的管路连接，然后，将DC/DC降压器安装在甲醇泵与机动车的电源输出之间。

工作时，机动车电源输出14V左右的电压，利用DC/DC降压器将电压降至9V左右（7V-10V之间均可），为甲醇泵供电。同时，由于甲醇泵转子绕组圈数的降低，提高了工作电流，确保了燃料泵的功率输出不变。由于通过降低使用电压，大幅度延缓了甲醇燃料通电后产生的电化学反应，进而也大幅度延缓了甲醇燃料对甲醇泵带来的严重腐蚀。实验数百小时后，几乎没有发现甲醇变色以及粘稠物析出。由于甲醇电化学反应析出物的明显减少、堵塞滤清器及损坏喷油嘴损坏油位传感器的弊病基本消除。

采用实施例一装置，电压为9V时,燃料采用M100纯甲醇，该装置已连续运转3000小时以上，发动机未出现任何故障。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的电源变换模块用一个大功率额定值为1欧姆的电阻（一般视工作电流而选择大功率额定电阻的阻值为0.5-1.5欧姆之间）代替。该电阻串联接入油箱外面驱动甲醇泵组件的电路中，根据不同功率泵的电流大小，利用该电流通过电阻时产生的压降，使得进入油箱的工作电压为9V。其效果与实施例一相似。

采用实施例二装置，降压电阻为1欧姆，电压输出为8V时,燃料采用甲醇汽油M85，该装置连续运转3000小时以上，发动机未出现任何故障。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的电源采用直接的低电压电源。该低电压电源直接从机动车发电机专用的低压绕组连接输出，或者机动车采用特制的专用蓄电池抽头连接输出，为甲醇泵组件提供6V-10.4V的工作电压。该种蓄电瓶为三个电源输出端口。其实验效果与实施例一相似。

实施例四：

本实施例与实施例一的区别在于，甲醇泵组件采用驱动电路（用于控制电机定子旋转磁场的频率）+无刷电机构成甲醇泵组件，同样工作在9V电压附近，油箱里甲醇的电化学腐蚀也会明显减轻。

实施例五：

生产一种专用于甲醇发动机带有中心抽头的特制蓄电池，按从负极端算起第三格或第四格抽头输出电压，当（发电机充电）工作时，其输出电压分别为7V，9.33V。

上述实施例采用甲醇静态通电试验的方式，发现了合适的工作范围，此外，实车试验也表明上述结果。

当甲醇泵组件在7V和9.33V的供电电压下，正常工作数百小时均无明显腐蚀痕迹，亦未发现胶质出现。可见电压降低明显可以减缓甲醇的电化学腐蚀。该甲醇泵装置适用于100%的醇类燃料或任何比例的醇类燃料与燃油的混合燃料。

综上所述，本发明的技术方案是将甲醇泵组件的工作电压设置在较低的值，并重新设计甲醇泵组件（如驱动电机转子的线圈绕组及降压装置），从而使甲醇泵对电化学腐蚀具有了明显的耐受性，使甲醇泵的工作寿命大幅度延长，同时也降低了使用甲醇燃料后对于发动机的损害。

Claims (11)

1.醇类燃油电动泵的设置方法，用于醇类燃油的电动泵，其特征是将机动车上提供给电动泵的工作电压设置在6V-10.4V。

2.根据权利要求1所述的醇类燃油电动泵的设置方法，其特征是工作电压设置在9-10.4V。

3.根据权利要求1所述的醇类燃油电动泵的设置方法，其特征是工作电压设置在7V以上而小于9V。

4.根据权利要求1所述的醇类燃油电动泵的设置方法，其特征是工作电压设置在8V以上而小于9V。

5.根据权利要求1至3之一所述的醇类燃油电动泵的设置方法，其特征是用于输出直流工作电压为7V以上而小于9V或大于9V小于10.4V的醇类燃油机动车。

6.醇类燃油电动泵，其特征是电动泵驱动电机的转子线圈降低15-50%。

7.醇类燃油电动泵，其特征是：将醇类燃油发动机燃料泵驱动电机的工作电压设置在6V-10.4V的电压范围之间，同时调整燃油泵驱动电机转子的线圈匝数或导线直径，确保采用6V-10.4V电压的甲醇泵额定功率达到使用14V时的功率。

8.根据权利要求6或7所述的醇类燃油电动泵，其特征是：设有电压变换模块设置在醇类燃料箱外、连接机动车直流电源与醇类燃油电动泵之间，电压变换模块是DC/DC降压器或大功率额定值电阻，使甲醇泵的驱动电机的工作电压为6V-10.4V。

9.根据权利要求6或7所述的甲醇泵装置，其特征是：甲醇泵的驱动电机的工作电压为7V-9V。

10.根据权利要求6或7所述的甲醇泵装置，其特征是：在制造汽车（船）时，能由汽车（船）机动直流电源系统直接提供6V-10.4V电源给甲醇泵，则可以不再采用经由电源变换模块的供电方式。

11.根据权利要求6或7所述的甲醇泵装置，其特征是：醇类燃油电动泵的直流电源来源于机动车专用发电机的低压绕组抽头或机动车特制蓄电池极板的抽头连接；特制蓄电池极板带有中心抽头，按从蓄电池负极端算起第三格或第四格抽头输出电压，其输出电压分别为6-7V或8-9.33V。