CN104763562A - 双燃料发动机中醇类燃料加热系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双燃料发动机中醇类燃料加热系统与方法。其目的是为提高柴油/甲醇组合燃烧发动机中甲醇雾化质量。双燃料发动机中醇类燃料加热系统，包括：甲醇输送管5，其两端头分布快速接头3、6；缠绕在甲醇输送管外周的电加热体4；电磁继电器2，连接电加热体；分布在甲醇输送管出口端的温度传感器7；温控仪1，依据温度传感器的数据控制电磁继电器的开启或关断；系统的电源开关8。本发明的有益效果是：温控仪实现对电磁继电器的智能控制，防止甲醇过热而沸腾，甲醇温度未达到设定温度要求时无需人为干涉。

Description

双燃料发动机中醇类燃料加热系统与方法

技术领域：

本发明涉及双燃料发动机，进一步涉及双燃料发动机中醇类燃料加热系统与方法。

背景技术：

随着石油资源日益紧缺和环保要求愈加严格，内燃机的发展面临巨大的挑战，醇类、醚类、生物质燃油等石油替代燃料能有效改善内燃机的排放性能，因此逐渐得到人们的重视，其中醇类以来源广泛、成本低廉和技术成熟等优势而迅速发展，现已有甲醇汽车和乙醇汽车等在实际运行。

以柴油机为例，醇类作为燃料在柴油机中的应用主要有三种方式：一、直接混合法，即利用合成剂将醇类溶于柴油，这种方法制得的混合燃料因温度等的变化易出现分层现象，且不能大比例掺混；二、双喷油器方法，即在气缸盖上有两个喷油器，其中一个用于喷射柴油，另一个用于喷醇，这种方法对气缸盖等结构改动太大，且气缸盖结构紧凑不易安装；三、组合燃烧法，即在进气道安装喷醇器，醇喷入进气道与空气形成均质混合气进入气缸由柴油引燃，该种方法已经越来越受到重视，其中以天津大学姚春德教授在中国专利文献CN1470752A公开的柴油/甲醇组合燃烧(Diesel Methanol CompoundCombustion，DMCC)技术最为具有代表性，该技术为柴油/甲醇组合燃烧，即在进气道喷入甲醇，甲醇与空气形成均质混合气进入气缸由柴油引燃，相比原机，柴油/甲醇组合燃烧发动机多了甲醇箱、甲醇泵、甲醇滤清器、喷醇器、甲醇ECU和线束等，在实际应用中对原车要求较低，不做大的改动，安装方便，动力强劲，运营成本低，还能有效降低NO_x和PM排放。但柴油/甲醇组合燃烧发动机也存在一些问题，比如甲醇经喷醇器喷入进气道由于雾化不好，甲醇液滴与空气不能充分混合，导致甲醇液滴不能充分燃烧，使得甲醇、甲醛等非常规排放升高，另外温度较低的甲醇直接喷入进气道会降低进气的温度，导致发动机在低负荷时容易熄火，限制了柴油/甲醇组合燃烧模式在低负荷时的运行。

发明内容：

为提高柴油/甲醇组合燃烧发动机中甲醇雾化质量，同时扩大柴油/甲醇组合燃烧模式在低负荷时的运行边界，本发明提供一种双燃料发动机中醇类燃料加热系统和方法。

本发明的技术方案是：

双燃料发动机中醇类燃料加热系统，包括：甲醇输送管5，其两端头分布快速接头3、6；缠绕在甲醇输送管外周的电加热体4；电磁继电器2，连接电加热体；分布在甲醇输送管出口端的温度传感器7；温控仪1，依据温度传感器的数据控制电磁继电器的开启或关断；系统的电源开关8。

所述温控仪的供电电压优选为12V或24V，尽可能与汽车蓄电池的输出电压匹配。

所述电加热体的形式可以为电加热带或电阻丝。

作为进一步优选方案：甲醇输送管采用耐醇管，外表面有螺旋槽，电加热带或电阻丝分布其中，方便外表包覆保温绝热材料。

在上述系统上实现的双燃料发动机中醇类燃料加热方法，过程如下：

在开启柴油/甲醇双燃料燃烧模式t₁时刻前3-5分钟打开电源开关8，设置好温控仪的加热温度T₀，让甲醇输送管充分预热，保证从一开始进入喷醇器的甲醇得到充分加热，从而实现甲醇良好雾化；

温控仪采用PID控制，当温度传感器测得甲醇输送管出口端的温度低于设定温度T₀时，温控仪控制电磁继电器2闭合，继续对电加热体供电，直到温度传感器测得甲醇输送管的温度T达到T₀；当t₂时刻温度传感器测得甲醇输送管出口端的温度T超过设定温度T₀，或者甲醇输送管内的温度升高率过大时，温控仪都会控制电磁继电器断开，停止对电加热体供电，如此往复，使甲醇输送管内的甲醇温度T维持在设定温度T₀左右。

本发明的有益效果是：

(一)温控仪实现对电磁继电器的智能控制，防止甲醇过热而沸腾，甲醇温度未达到设定温度要求时无需人为干涉。

(二)甲醇输送管两端采用快速接头简单易安装，使用方便。

(三)在启动和怠速等工况不喷射甲醇时可关闭本加热装置，当发动机开始喷射甲醇时可快速启动本装置。

附图说明：

图1是本发明系统的结构组成示意图。图中，1代表温控仪，2代表电磁继电器，3代表甲醇输送管入口端的快速接头，4代表电加热体，5代表甲醇输送管，6代表甲醇输送管出口端的快速接头，7代表温度传感器，8代表电源开关。

图2是甲醇输送管内加热温度随时间的变化趋势图。

具体实施方式：

下面结合附图详细说明本发明的实现过程。

双燃料发动机中醇类燃料加热系统，包括：甲醇输送管5，其两端头分布快速接头3、6；缠绕在甲醇输送管外周的电加热体4；电磁继电器2，连接电加热体；分布在甲醇输送管出口端的温度传感器7；温控仪1，依据温度传感器的数据控制电磁继电器的开启或关断；系统的电源开关8。

所述温控仪的供电电压优选为12V或24V，尽可能与汽车蓄电池的输出电压匹配；所述电加热体的为电加热带或电阻丝；甲醇输送管采用耐醇管，外表面有螺旋槽，电加热带或电阻丝分布其中，方便外表包覆保温绝热材料。

工作过程如下：

发动机开始起动或处于怠速状态时，由于工作温度等未达到要求，发动机在纯柴油模式下工作，当柴油机达到稳定工作状态即可运行柴油/甲醇双燃料燃烧模式。

在开启柴油/甲醇双燃料燃烧模式t₁时刻前3-5分钟打开电源开关，设置好温控仪的加热温度T₀，让甲醇输送管充分预热，保证从一开始进入喷醇器的甲醇得到充分加热，从而实现甲醇良好雾化。温度T₀的设置根据工作环境温度T₁等其它因素灵活确定，当发动机工作在环境温度T₁较高的条件下，T₀可以相对低一些，以节省电能；当发动机工作在环境温度T₁较低的条件下，T₀可以相对高一些(常压下甲醇的沸点68℃，T₀设置不宜过高)，以达到快速加热甲醇的目的。温控仪采用PID控制，当温度传感器测得甲醇输送管出口端的温度T低于设定温度T₀时，温控仪控制电磁继电器闭合，继续对电加热带或电阻丝供电，直到温度传感器测得甲醇输送管内的温度T达到T₀；当t₂时刻温度传感器测得甲醇输送管出口端的温度T超过设定温度T₀以及甲醇输送管内的温度升高率过大时，温控仪都会控制电磁继电器断开，停止对电加热带或电阻丝供电，如此往复，使甲醇输送管内的甲醇温度T维持在设定温度T₀左右。

在发动机停止工作前关闭柴油/甲醇组合燃烧模式，即t₃时刻断开电源开关8，停止对甲醇的加热。

本发明并不局限于上述实施实例，基于本发明进行的多种变换，如将甲醇换作乙醇，将开关和温控仪整合到发动机ECU中，实现对甲醇加热功能的自动开启和关断，电加热带或电阻丝在甲醇输送管上由单路改为双路或多路布置，电加热带或电阻丝的加热功率有不同档位可供选择，甲醇输送管由直管变为弯管等，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.双燃料发动机中醇类燃料加热系统，其特征在于，包括：甲醇输送管(5)，其两端头分布的快速接头(3、6)；缠绕在甲醇输送管外周的电加热体(4)；电磁继电器(2)，连接电加热体；分布在甲醇输送管出口端的温度传感器(7)；温控仪(1)，依据温度传感器的数据控制电磁继电器的开启或关断；系统的电源开关(8)。

2.根据权利要求1所述双燃料发动机中醇类燃料加热系统，其特征在于，所述温控仪的供电电压为12V或24V。

3.根据权利要求2所述双燃料发动机中醇类燃料加热系统，其特征在于，所述电加热体为电加热带或电阻丝。

4.根据权利要求3所述双燃料发动机中醇类燃料加热系统，其特征在于，甲醇输送管采用耐醇管，外表面有螺旋槽，电加热带或电阻丝分布其中。

5.在权利要求1所述系统上实现的双燃料发动机中醇类燃料加热方法，其特征在于，过程如下：

在开启柴油/甲醇双燃料燃烧模式t₁时刻前3-5分钟打开电源开关8，设置好温控仪的加热温度T₀，让甲醇输送管充分预热，保证从一开始进入喷醇器的甲醇得到充分加热，从而实现甲醇良好雾化；

温控仪采用PID控制，当温度传感器测得甲醇输送管出口端的温度低于设定温度T₀时，温控仪控制电磁继电器2闭合，继续对电加热体供电，直到温度传感器测得甲醇输送管的温度T达到T₀；当t₂时刻温度传感器测得甲醇输送管出口端的温度T超过设定温度T₀，或者甲醇输送管内的温度升高率过大时，温控仪都会控制电磁继电器断开，停止对电加热体供电，如此往复，使甲醇输送管内的甲醇温度T维持在设定温度T₀左右。