CN106481462A - 一种甲醇发动机冷启动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种甲醇发动机冷启动系统，属于发动机控制技术领域。该系统用于对甲醇发动机在冷启动阶段的燃料进行控制，包括：甲醇燃料供给装置，用于向甲醇发动机内供给甲醇燃料；汽油燃料供给装置，用于向甲醇发动机内供给汽油燃料；控制器，用于在冷启动阶段控制甲醇燃料供给装置和汽油燃料供给装置同时向甲醇发动机内供给甲醇燃料和汽油燃料；其中，控制器配置成根据冷启动阶段时车辆的运行工况信息对甲醇燃料和汽油燃料的质量比进行调节。本发明的方案在甲醇发动机冷启动阶段同时喷射甲醇和汽油燃料，既可以解决甲醇发动机冷启动困难的问题，也可以解决在冷启动阶段采用汽油燃料进行启动时的发动机爆震和早燃的问题。
Description
技术领域
本发明涉及车辆发动机控制技术领域，特别是涉及一种甲醇发动机冷启动系统。
背景技术
甲醇燃料由于气化潜热高，导致甲醇燃料在发动机中汽化困难。因此，甲醇发动机客观上存在低温启动困难、启动过程排放差的技术难题。为了解决该技术难题，甲醇发动机配置了汽油、甲醇两套独立的燃料供给系统。在启动阶段，发动机燃烧汽油以利于发动机的冷启动，同时可以对发动机进行预热，当发动机预热之后，再切换至甲醇工作模式，即燃烧甲醇。
在发动机压缩比较低的情况下，采用以上技术方案，可以有效解决甲醇发动机冷启动困难的问题。然而，随着现代发动机技术的发展，发动机的压缩比越来越高。压缩比的提高，将会降低发动机的抗爆震、早燃能力。由于汽油的辛烷值较甲醇的辛烷值低，因此，汽油的抗爆震能力较甲醇差。当压缩比提高至一定值后，若采用现有技术方案，即在发动机启动阶段燃烧汽油，发动机将会出现明显的爆震、早燃问题，从而使得发动机的经济性、动力性差，排放污染物超标，使用寿命极大降低。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种甲醇发动机冷启动系统，以解决现有技术中的甲醇发动机在冷启动阶段，由于采用汽油燃料所带来的爆震、早燃等问题。
本发明提供的一种甲醇发动机冷启动系统，用于对高压缩比火花点燃式甲醇发动机在冷启动阶段的燃料供给进行控制，包括：
甲醇燃料储罐，用于存储甲醇燃料；
汽油燃料储罐，用于存储汽油燃料；
甲醇燃料供给装置，用于从所述甲醇燃料储罐向所述甲醇发动机供给甲醇燃料；
汽油燃料供给装置，用于从所述汽油燃料储罐向所述甲醇发动机供给汽油燃料；和
控制器，用于在所述冷启动阶段控制所述甲醇燃料供给装置和所述汽油燃料供给装置同时向所述甲醇发动机供给所述甲醇燃料和所述汽油燃料。
进一步地，所述控制器配置成根据所述冷启动阶段时车辆的运行工况信息对所述甲醇燃料和所述汽油燃料的质量比进行调节。
进一步地，所述甲醇燃料和所述汽油燃料的质量比配置成保持在一特定值不变或者可连续变化。
进一步地，还包括：
进气压力温度传感器，用于获取进气压力和温度；
冷却液温度传感器，用于获取冷却液温度；
其中，所述控制器配置成根据所述进气压力、温度和所述冷却液温度进行计算，获得所述甲醇燃料和所述汽油燃料的质量比，并按照所述质量比向所述甲醇发动机内同时供给甲醇燃料和汽油燃料。
进一步地，所述控制器配置成在所述冷却液温度不高于第一预设温度时，控制所述甲醇燃料供给装置和所述汽油燃料供给装置同时向所述甲醇发动机内供给甲醇燃料和汽油燃料，在所述冷却液温度升高至高于所述第一预设温度时，控制所述甲醇燃料供给装置向所述甲醇发动机内供给甲醇燃料。
进一步地，还包括：
温度获取模块，用于获取所述甲醇发动机处的温度；
其中，所述控制器配置成在所述甲醇发动机处的温度不高于第二预设温度时，控制所述甲醇燃料供给装置和所述汽油燃料供给装置同时向所述甲醇发动机内供给甲醇燃料和汽油燃料，在所述冷却液温度升高至高于所述第二预设温度时，控制所述甲醇燃料供给装置向所述甲醇发动机内供给甲醇燃料。
进一步地，在所述冷却液温度升高至高于所述第一预设温度时，所述汽油燃料供给装置被停用；或者
在所述甲醇发动机处的温度至高于所述第二预设温度时，所述汽油燃料供给装置被停用。
进一步地，所述甲醇发动机还包括进气歧管和进气道；
所述甲醇燃料供给装置包括甲醇喷油器，所述甲醇喷油器用于向所述甲醇发动机内喷射甲醇燃料；
所述汽油燃料供给装置包括汽油喷油器，所述汽油喷油器用于向所述甲醇发动机内喷射汽油燃料；
其中，所述甲醇喷油器和所述汽油喷油器设置在所述进气歧管或所述进气道处。
进一步地，所述控制器配置成通过控制所述甲醇喷油器和所述汽油喷油器的开启时长来控制相应的所述甲醇燃料和所述汽油燃料的喷油量，以调节所述甲醇燃料和所述汽油燃料的质量比。
本发明的方案，由于在发动机冷启动阶段，通过控制甲醇燃料供给装置以及汽油燃料供给装置同时向发动机内喷入甲醇和汽油两种燃料，从而产生既含甲醇又含汽油的可燃混合气。该可燃混合气既具备汽油燃料冷启动性能好的优点，同时也具备甲醇燃料抗爆震能力好的优点。因此，本发明的方案既可以解决甲醇发动机冷启动困难的问题，也可以解决在冷启动阶段采用汽油燃料进行启动时的发动机爆震和早燃的问题。
进一步地，本发明的方案可以控制甲醇燃料和汽油燃料的质量比，这一方面可以缓解发动机的爆震和早燃问题，另一方面是可以减少发动机污染物的排放。
此外，与现有技术中的发动机在启动阶段燃烧的是汽油-空气可燃混合气相比，本发明的方案是发动机在启动阶段燃烧不是汽油-空气可燃混合气，而是汽油-甲醇-空气三者的可燃混合气。由于汽油-空气可燃混合气的抗爆震性能相对较弱，当压缩比提高至一定值以后，发动机将会出现明显的爆震和早燃问题，从而使得发动机的经济性、动力性差，排放污染物超标，使用寿命降低。然而，汽油-甲醇-空气三者的可燃混合气含有甲醇成分，将会明显提高该混合气的抗爆震能力，可以克服因压缩比提高而带来的发动机爆震和早燃问题，从而提高发动机在冷启动阶段的经济性、动力性和排放性，同时提高发动机的可靠性及使用寿命。
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甲醇发动机冷启动系统的示意性结构图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例的甲醇发动机冷启动系统100的示意性结构图。如图1所示，本发明的甲醇发动机冷启动系统100，用于甲醇发动机在冷启动阶段的燃料进行控制。其可以包括甲醇燃料供给装置和汽油燃料供给装置。其中，甲醇燃料供给装置用于向甲醇发动机内供给甲醇燃料。甲醇燃料供给装置包括甲醇储罐、甲醇油泵20、甲醇管路、甲醇油轨和甲醇喷油器11。工作时，甲醇油泵20将甲醇燃料从甲醇储罐中泵送至甲醇管路，并经上述甲醇喷油器11喷射出雾化状态的甲醇燃料至进气道16内，再输送至发动机的燃烧室内。汽油燃料供给装置用于向甲醇发动机内供给汽油燃料。汽油燃料供给装置包括汽油储罐、汽油油泵19、汽油管路、汽油油轨和汽油喷油器12。工作时，汽油油泵19将汽油燃料从汽油储罐中泵送至汽油管路，并经上述汽油喷油器12喷射出雾化状态的汽油燃料至进气道16内，再输送至发动机的燃烧室内。
为了检测车辆的各种运行工况，如图1所示，该系统100还可以包括多种传感器和控制器15，例如：可以包括进气压力温度传感器13、氧传感器17、冷却液温度传感器14和转速传感器18。进气压力温度传感器13用于检测进气歧管内的压力和进气的温度，是向控制器15提供计算喷油持续时间的基准信号以及作为计算空气密度的依据。氧传感器17用于检测排气中的氧浓度，提供给控制器15作为控制燃油/空气比在最佳值(理论值)附近的基准信号。冷却液温度传感器14用于获取冷却液温度，相当于向控制器15提供发动机温度的信号。转速传感器18用于检测曲轴及发动机转速，提供给控制器15作为确定点火正时及工作顺序的基准信号。在另一实施例中，还可以包括温度获取模块，用于专门获取甲醇发动机机壳处的温度。由于当发动机压缩比提高至一定值后，采用现有技术方案，即在发动机冷启动阶段燃烧汽油，发动机将会出现明显的爆震和早燃问题。而甲醇燃料的抗爆震的性能明显优于汽油燃料，因此，本发明结合了两种燃料的优势，在发动机冷启动阶段同时使用汽油和甲醇两种燃料。因此，控制器15用于在冷启动阶段控制甲醇燃料供给装置和汽油燃料供给装置同时向甲醇发动机内供给甲醇燃料和汽油燃料，并根据冷启动阶段时车辆的运行工况信息对甲醇燃料和汽油燃料的质量比进行调节。
本发明的方案，由于在发动机冷启动阶段，通过控制甲醇燃料供给装置以及汽油燃料供给装置同时向发动机内喷入甲醇和汽油两种燃料，从而产生既含甲醇又含汽油的可燃混合气。该可燃混合气既具备汽油燃料冷启动性能好的优点，同时也具备甲醇燃料抗爆震能力好的优点。因此，本发明的方案既可以解决甲醇发动机冷启动困难的问题，也可以解决在冷启动阶段采用汽油燃料进行启动时的发动机爆震和早燃的问题。
在工作时，当冷却液温度传感器14检测到冷却液温度不高于第一预设温度时，或者在另一个实施例中，当温度获取模块检测到甲醇发动机处的温度不高于第二预设温度时，其中，第一预设温度和第二预设温度均为甲醇发动机处于冷启动状态的最高温度，第一预设温度和第二预设温度可以相等，也可以不相等。控制器15控制汽油油泵19和甲醇油泵20同时启动，根据进气歧管内的压力、进气的温度和当前冷却液温度信息，计算得出需要喷射的汽油量和甲醇量，根据该质量比通过控制甲醇喷油器11和汽油喷油器12的开启时长来控制相应的甲醇燃料和汽油燃料的喷油量，以调节甲醇燃料和汽油燃料的质量比。该质量比可以在0-99％之间的任意范围。由于当质量比为0％时，相当于只有汽油燃料，这种情况也只适用于在发动机不产生爆震和早燃现象的情况下使用。一般情况下，甲醇和汽油燃料之间的质量比是要大于0％的，即要求需要含有一定量的甲醇燃料。此外，甲醇燃料和汽油燃料的质量比可以保持在一特定值不变，也可以连续变化。同时，转速传感器18获取到当前发动机的转速，控制点火线圈21在适当的点火提前角放电点火。进入怠速工况和运行工况后，控制器15根据发动机负荷计算喷油量，并根据氧传感器17反馈的信号，调整空气阀22或点火提前角，对发动机进行闭环控制，从而实现甲醇发动机的顺利启动。
在一个实施例中，甲醇喷油器11和汽油喷油器12可以被安装在进气歧管或者进气道16处，且两者在进气歧管或者进气道16处的前后位置关系可以互换。在冷启动阶段中，本发明的方案的工作原理为：从甲醇喷油器11和汽油喷油器12喷射出的甲醇和汽油燃料为雾化状态，该两种燃料与进入发动机的空气在进气歧管或者进气道16内进行预混合，形成初步的混合气体，随后被带入至发动机燃烧室内，在活塞运动的作用下，形成紊流，混合器在燃烧室内进一步充分混合，形成最终的可燃混合气。通过该种方式形成的混合器更加均匀，从而使得混合气燃烧更加充分，进一步使得发动机运行更加稳定，排放污染物更少。
与现有技术中的发动机在启动阶段燃烧的是汽油-空气可燃混合气相比，本发明的方案是发动机在启动阶段燃烧不是汽油-空气可燃混合气，而是汽油-甲醇-空气三者的可燃混合气。由于汽油-空气可燃混合气的抗爆震性能相对较弱，当压缩比提高至一定值以后，发动机将会出现明显的爆震和早燃问题，从而使得发动机的经济性、动力性差，排放污染物超标，使用寿命降低。然而，汽油-甲醇-空气三者的可燃混合气含有甲醇成分，将会明显提高该混合气的抗爆震能力，可以克服因压缩比提高而带来的发动机爆震和早燃问题，从而提高发动机在冷启动阶段的经济性、动力性和排放性，同时提高发动机的可靠性及使用寿命。
随着汽油燃料和甲醇燃料的燃烧，甲醇发动机的温度逐渐升高。因此，当冷却液温度传感器14检测到冷却液温度高于第一预设温度时，或者在另一个实施例中，当温度获取模块检测到甲醇发动机处的温度高于第二预设温度时，控制甲醇燃料供给装置向甲醇发动机内供给甲醇燃料，同时停用汽油燃料供给装置，即切换至纯甲醇工作模式，至此，发动机冷启动阶段结束。切换为纯甲醇工作模式的工作过程为：控制器15控制汽油喷油器12关闭，同时增加甲醇喷油器11的喷油量。
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。
Claims (9)
1.一种甲醇发动机冷启动系统，用于对高压缩比火花点燃式甲醇发动机在冷启动阶段的燃料供给进行控制，包括：
甲醇燃料储罐，用于存储甲醇燃料；
汽油燃料储罐，用于存储汽油燃料；
甲醇燃料供给装置，用于从所述甲醇燃料储罐向所述甲醇发动机供给甲醇燃料；
汽油燃料供给装置，用于从所述汽油燃料储罐向所述甲醇发动机供给汽油燃料；和
控制器，用于在所述冷启动阶段控制所述甲醇燃料供给装置和所述汽油燃料供给装置同时向所述甲醇发动机供给所述甲醇燃料和所述汽油燃料。
2.根据权利要求1所述的冷启动系统，其中，所述控制器配置成根据所述冷启动阶段时车辆的运行工况信息对所述甲醇燃料和所述汽油燃料的质量比进行调节。
3.根据权利要求1或2所述的冷启动系统，其中，所述甲醇燃料和所述汽油燃料的质量比配置成保持在一特定值不变或者可连续变化。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的冷启动系统，其中，还包括：
进气压力温度传感器，用于获取进气压力和温度；
冷却液温度传感器，用于获取冷却液温度；
其中，所述控制器配置成根据所述进气压力、温度和所述冷却液温度进行计算，获得所述甲醇燃料和所述汽油燃料的质量比，并按照所述质量比向所述甲醇发动机内同时供给甲醇燃料和汽油燃料。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的冷启动系统，其中，所述控制器配置成在所述冷却液温度不高于第一预设温度时，控制所述甲醇燃料供给装置和所述汽油燃料供给装置同时向所述甲醇发动机内供给甲醇燃料和汽油燃料，在所述冷却液温度升高至高于所述第一预设温度时，控制所述甲醇燃料供给装置向所述甲醇发动机内供给甲醇燃料。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的冷启动系统，其中，还包括：
温度获取模块，用于获取所述甲醇发动机处的温度；
其中，所述控制器配置成在所述甲醇发动机处的温度不高于第二预设温度时，控制所述甲醇燃料供给装置和所述汽油燃料供给装置同时向所述甲醇发动机内供给甲醇燃料和汽油燃料，在所述冷却液温度升高至高于所述第二预设温度时，控制所述甲醇燃料供给装置向所述甲醇发动机内供给甲醇燃料。
7.根据权利要求5或6所述的冷启动系统，其中，在所述冷却液温度升高至高于所述第一预设温度时，所述汽油燃料供给装置被停用；或者
在所述甲醇发动机处的温度至高于所述第二预设温度时，所述汽油燃料供给装置被停用。
8.根据权利要求7所述的冷启动系统，其中，所述甲醇发动机还包括进气歧管和进气道；
所述甲醇燃料供给装置包括甲醇喷油器，所述甲醇喷油器用于向所述甲醇发动机内喷射甲醇燃料；
所述汽油燃料供给装置包括汽油喷油器，所述汽油喷油器用于向所述甲醇发动机内喷射汽油燃料；
其中，所述甲醇喷油器和所述汽油喷油器设置在所述进气歧管或所述进气道处。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的冷启动系统，其中，所述控制器配置成通过控制所述甲醇喷油器和所述汽油喷油器的开启时长来控制相应的所述甲醇燃料和所述汽油燃料的喷油量，以调节所述甲醇燃料和所述汽油燃料的质量比。
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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