CN109458262B - 一种双燃料系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车发动机技术领域，具体是一种双燃料系统，包括与甲醇油箱连通的甲醇油泵、与汽油油箱连通的汽油油泵和设置有发动机传感器的发动机；所述发动机的进油口处通过喷嘴与燃油轨连通，燃油轨通过导油管分别与甲醇油泵和汽油油泵连通，与所述甲醇油泵和汽油油泵连通的导油管上分别安装有用于控制甲醇燃料和汽油燃料导通输送的电池阀B和电磁阀C，还包括安装在燃油轨上用于控制燃油回流的压力调节阀。本发明使用一套燃油轨、喷嘴实现双燃料功能，能达到根据发动机状态、油箱燃油多少选择使用甲醇或汽油；从而减少零部件使用的数量，降低双燃料发动机或汽车油路系统成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域，具体是一种双燃料系统。
背景技术
甲醇是一种新的替代能源，由于甲醇生产原料广泛，生产甲醇的原料主要是煤，天然气，煤层气，焦炉气等，特别是利用高硫劣质煤和焦炉气生产甲醇，既可提高资源综合利用又可减少环境污染。随着中国社会经济发展、能源安全、及节能减排政策的实施，甲醇燃料在内燃机行业的应用越来越广泛。甲醇在运输、储存、分装、加注和使用与市场上的内燃机用汽油、柴油燃料特点相似；而且甲醇辛烷值高、气化潜热大有利于发动机热效率的提高，自身含氧燃烧彻底其排放相对于汽柴油均低。甲醇同时是一种可再生能源，通过二氧化碳加氢制甲醇已经在社会得到认可，尤其欧洲国家越来越重视甲醇燃料的使用。
甲醇燃料其分子式为CH3OH，其氧含量高达50%，燃烧后排放物较少，为清洁能源，由于甲醇、乙醇燃料特性，其闪点大约为12℃，在低温下甲醇冷启动困难，采用汽油燃料启动发动机，待发动机冷却液温度达到一定阈值（及发动机充分暖机）时自动切换为甲醇燃料是一个很好的解决甲醇冷启动困难方案。甲醇燃料热值大约为20.5MJ/kg,而汽油热值大约为44MJ/kg，通过热值对比不难发现，在发动机输出相同功率时，所需的甲醇燃料总量为汽油量的2倍左右；在发动机应用上都是采用喷嘴将燃料喷射到发动机内，而喷嘴是类似于电磁阀一样的结构，喷嘴存在线性区域和非线性区域，在线性区域内喷嘴开启的时间和喷嘴出来的燃油量成比例关系，在非线性区域喷嘴开启的时间和喷油量不成比例关系，如果喷嘴在非线性区域工作就会使得燃油喷射量不受控，造成发动机运行不平稳甚至熄火。当汽油和甲醇都采用同一个喷嘴的时候，是无法同时兼顾发动机大负荷区域时（甲醇喷射量最大）甲醇的喷射量及发动机怠速时汽油（汽油喷射量最小）的喷射量。
由于甲醇燃料存在冷启动困难等问题，其作为车用发动机替代能源，应用的典型如中国专利CN101629533A所公布的一种甲醇发动机燃料供给系统及其控制方法所述，其显著特征是：采用双油轨，即汽油油轨喷射汽油燃料、甲醇油轨喷射甲醇燃料，用汽油启动发动机，经其他条件判断满足后切换到甲醇燃料。这种方法不足之处在于：在汽油发动机上需要安装一套专门用于甲醇喷射的装置，对生产企业来说增加了制造工艺，造成成本上升，零部件的增加也带来了售后维护成本的增加，对大范围推广带来不利影响。本发明提供的一套油轨、喷嘴能喷射甲醇和汽油两种燃料的系统，实现双燃料功能，并有效解决以上所述不足之处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双燃料系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种双燃料系统，包括与甲醇油箱连通的甲醇油泵、与汽油油箱连通的汽油油泵和设置有发动机传感器的发动机；所述发动机的进油口处通过喷嘴与燃油轨连通，燃油轨通过安装有用于检测燃油轨内压力并进行压力反馈的压力传感器的导油管分别与甲醇油泵和汽油油泵连通，与所述甲醇油泵和汽油油泵连通的导油管上分别安装有用于控制甲醇燃料和汽油燃料导通输送的电池阀B和电磁阀C，还包括安装在燃油轨上用于控制燃油回流的压力调节阀。
作为本发明进一步的方案：还包括实现智能控制的ECU，ECU与所述发动机传感器建立通讯连接，所述ECU还与甲醇油泵、汽油油泵、压力调节阀、电磁阀A、电磁阀B和电磁阀C电连接。
作为本发明再进一步的方案：所述甲醇油箱内设置有用于检测甲醇油箱内甲醇燃料量的甲醇液位传感器，汽油油箱内设置有用于检测汽油燃料量的汽油液位传感器。
作为本发明再进一步的方案：所述喷嘴与EUC电连接。
作为本发明再进一步的方案：所述发动机传感器包括检测发动机冷却液温度并进行温度信号输送的发动机冷却液温度传感器、用于检测发动机曲轴转速并进行信号输送的曲轴转速传感器、进气温度传感器、进气压力传感器和通过氧信号闭环控制发动机燃烧空燃比的氧传感器，所述氧传感器安装在发动机的进气口处。
作为本发明再进一步的方案：所述发动机的进气口处还设置有通过氧化还原反应降低CO和HC及NOx的催化器。
作为本发明再进一步的方案：还包括用于甲醇燃料回流的回流管，回流管连通于燃油轨和甲醇油箱，且回流管上安装有与ECU电连接的电磁阀A。
作为本发明再进一步的方案：所述汽油油箱的内侧设置有用于控制汽油燃料回流的油压调节器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用一套燃油轨、喷嘴实现双燃料功能，能达到根据发动机状态、油箱燃油多少选择使用甲醇或汽油；甲醇和汽油两种燃料的热值不同，汽油约为甲醇的2倍，而喷嘴存在非线性区域，本发明通过采用分级压力调节，汽油燃料时需求喷射量少则使用低压，甲醇燃料时需求喷射量大则使用高压，以避免发动机使用汽油燃料工作在怠速时喷嘴工作在非线性区域，从而减少零部件使用的数量，降低双燃料发动机或汽车油路系统成本。
附图说明
图1为双燃料系统的结构示意图。
图中：1-ECU、2-压力传感器、3-燃油轨、4-压力调节阀、5-电磁阀A、6-甲醇油泵、7-甲醇油箱、8-电磁阀B、9-电磁阀C、10-汽油油泵、11-汽油油箱、12-发动机、13-发动机传感器、14-喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1；
本发明实施例中，一种双燃料系统，包括与甲醇油箱7连通的甲醇油泵6、与汽油油箱11连通的汽油油泵10和设置有发动机传感器13的发动机12；所述发动机12的进油口处通过喷嘴14与燃油轨3连通，燃油轨3通过安装有用于检测燃油轨3内压力并进行压力反馈的压力传感器2的导油管分别与甲醇油泵6和汽油油泵10连通，优选的，与所述甲醇油泵6和汽油油泵10连通的导油管上分别安装有用于控制甲醇燃料和汽油燃料导通输送的电池阀B8和电磁阀C9，还包括安装在燃油轨3上用于控制燃油回流的压力调节阀4，优选的，压力调节阀4设定为500Kpa，所述甲醇油箱7内设置有用于检测甲醇油箱内甲醇燃料量的甲醇液位传感器，汽油油箱11内设置有用于检测汽油燃料量的汽油液位传感器。
在本发明具体实施过程中，还包括实现智能控制的ECU1，ECU1与所述发动机传感器13建立通讯连接，发动机传感器13检测发动机12工作状态并将状态信息输送到ECU1，ECU1根据接收到的信息进行指令发送，所述ECU1还与甲醇油泵6、汽油油泵10、压力调节阀4、电磁阀A5、电磁阀B8和电磁阀C9电连接，ECU1将不同的指令发送发送到甲醇油泵6、汽油油泵10、压力调节阀4、电磁阀A5、电磁阀B8或电磁阀C9，实现不同的工作执行。
所述喷嘴14与EUC1电连接，喷嘴14的开启和关闭受ECU1控制，ECU1发送喷油脉宽给喷嘴14，脉宽决定喷嘴14开启时间，而喷嘴14喷射出来的燃油量跟开启时间和燃油轨内压力相关，时间越长喷射进入发动机12的燃油量越多，燃油轨3内燃油压力越大燃油量越多。
具体来说，所述发动机传感器13包括检测发动机冷却液温度并进行温度信号输送的发动机冷却液温度传感器、用于检测发动机12曲轴转速并进行信号输送的曲轴转速传感器、进气温度传感器、进气压力传感器和通过氧信号闭环控制发动机燃烧空燃比的氧传感器，所述氧传感器安装在发动机12的进气口处。
优选的，所述发动机12的进气口处还设置有通过氧化还原反应降低CO和HC及NOx的催化器。
实施例二
在本发明具体实施过程中还提出了另一种实施例来完善本申请，具体的，实施例二与实施例一的区别在于，
还包括用于甲醇燃料回流的回流管，回流管连通于燃油轨3和甲醇油箱7，且回流管上安装有与ECU1电连接的电磁阀A5，当关闭钥匙前发动机使用的燃料为甲醇，则ECU需要在检测到钥匙开关关闭后打开电磁阀A5，关闭电磁阀B8，让燃油轨内的甲醇燃料回流至甲醇油箱。
所述汽油油箱11的内侧设置有用于控制汽油燃料回流的油压调节器，油压调节器作用是在压力高于设定值后打开调节阀内部膜片，让多余的燃油泄回油箱，汽油油压调节器设定为300Kpa。
本发明的工作原理是：
发动机启动及自动切换至甲醇燃料
当前发动机为停机状态，ECU控制汽油油泵工作，电磁阀C打开，电磁阀B关闭，电磁阀A关闭，此时汽油燃料经过管路到达燃油轨，发动机使用汽油燃料运转发动机，当发动机冷却液温度传感器反馈信号到达设定值、汽油燃料下燃油已进入闭环控制（氧传感器正常工作）、甲醇液位传感器反馈甲醇油箱燃料足够，则ECU开始控制切换汽油燃料为甲醇燃料，其切换过程为：ECU控制汽油油泵停止工作，电磁阀C关闭，电磁阀B打开，甲醇油泵工作，由于此时油管及燃油轨内为汽油燃料，随发动机运转消耗使得汽油燃料越来越少而甲醇燃料的占比会越来越大，这过程中氧传感器反馈信号可闭环控制燃烧空燃比，但是由于汽油热值为甲醇的2倍，氧传感器闭环控制实现理论空燃比过程会比较长，此时需要切换燃料过程控制，否则会使得发动机燃烧空燃比不受控，造成排放差，为实现从汽油燃料平稳过渡到甲醇燃料，本专利提供的解决方案：
1、ECU通过发动机冷却液温度传感器、曲轴转速传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、氧传感器闭环控制及喷油脉宽预测当前燃料中甲醇的占比，100%代表为纯甲醇燃料，甲醇占比被ECU计算并被记录；
2、ECU控制甲醇油泵转速，通过压力传感器的反馈闭环控制油泵转速，使得甲醇燃料供油压力随燃料中甲醇占比加大而逐步上升直至最大。
发动机甲醇燃料运行时切换回汽油
当前发动机使用甲醇燃料运行，由甲醇液位传感器检测到甲醇油箱燃料不足或相关部件有故障时为避免使用甲醇产生大量排放时，均需要切换回汽油燃料，此时，ECU控制汽油油泵工作，甲醇油泵停止，电磁阀C打开，电磁阀B关闭，电磁阀A关闭，此时汽油燃料经过管路到达燃油轨，发动机使用汽油燃料运转发动机，在切换中，同理存在切换过程控制，不同之处在于：汽油油泵及汽油压力调节器只能产生300Kpa压力，在切换开始时燃油轨内压力高达500Kpa，随着甲醇油泵停止工作、汽油油泵工作以及发动机消耗燃料，燃油轨内的压力逐步下降至汽油油泵及汽油油压调节器所能产生的压力300Kpa；同样因为汽油燃料的热值为甲醇的2倍，为实现空燃比稳定、减少排放及切换过程平稳，ECU需要根据燃油轨内甲醇占比及压力传感器反馈的燃油压力信号加以修正喷油脉宽。
驾驶员关闭钥匙发动机停机（发动机因操作不当引起熄火、停机时同以下处理方式相同）
当关闭钥匙前发动机使用的燃料为汽油，无需任何处理，下次直接启动发动机。
当关闭钥匙前发动机使用的燃料为甲醇，则ECU需要在检测到钥匙开关关闭后打开电磁阀A，关闭电磁阀B，让燃油轨内的甲醇燃料回流至甲醇油箱，甲醇流入甲醇油箱后，燃油轨内压力会快速下降，待压力传感器压力信号降低后打开电磁阀C，让汽油油泵运转以帮助排出甲醇燃料，关闭电磁阀A，（打开和关闭5电磁A的间隔时间会影响到汽油是否直接通过电磁阀A进入甲醇油箱，在实际使用中需要根据实际情况去控制此时间）当汽油燃料在管路内建立了一定压力，关闭电磁阀C，关闭汽油油泵，停机，经此操作后，燃油轨内燃料为少量残留在油管、及燃油轨内的甲醇及新进入的汽油的混合物，其成分中甲醇含量较少，少量的甲醇不会对冷启动产生影响，反而因甲醇为含氧燃料可以降低启动阶段的排放污染物。
需要特别说明的是，本申请文件中所述汽油油箱内置的压力调节器压力设定为300kpa 燃油轨上压力调节器设置为500kpa，这只是为了方便说明，原则上要求汽油的压力要一定要低于甲醇，使得发动机使用汽油燃料时不能形成高压打开燃油轨上安装的压力调节器， 比如汽油使用250kpa，而甲醇使用600kpa也是可行，本文所述方法适用于甲醇外，还同样适用于其它液体燃料，例如：乙醇。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种双燃料系统，其特征在于，包括：
甲醇油泵（6），所述甲醇油泵（6）与甲醇油箱（7）连通且通过安装有用于检测燃油轨（3）内压力并进行压力反馈的压力传感器（2）的导油管与燃油轨（3）连通；
汽油油泵（10），所述汽油油泵（10）与汽油油箱（11）连通且通过安装有用于检测燃油轨（3）内压力并进行压力反馈的压力传感器（2）的导油管与燃油轨（3）连通；
发动机（12），所述发动机（12）的进油口处通过由ECU控制的喷嘴（14）与燃油轨（3）连通，且发动机（12）上安装有用于检测发动机（12）工作状态的发动机传感器（13）；
ECU（1），所述ECU（1）与所述发动机传感器（13）建立通讯连接，并根据发动机传感器（13）发出的发动机（12）状态信息进行指令发送；
所述甲醇油泵（6）和汽油油泵（10）连通的导油管上分别安装有用于控制甲醇燃料和汽油燃料导通输送的电磁阀B（8）和电磁阀C（9）；
还包括安装在燃油轨（3）上用于控制燃油回流的压力调节阀（4）；
所述ECU（1）还与甲醇油泵（6）、汽油油泵（10）、压力调节阀（4）、电磁阀A（5）、电磁阀B（8）和电磁阀C（9）电连接；
所述甲醇油箱（7）内设置有用于检测甲醇油箱内甲醇燃料量的甲醇液位传感器，汽油油箱（11）内设置有用于检测汽油燃料量的汽油液位传感器；
当前发动机为停机状态，ECU控制汽油油泵工作，电磁阀C打开，电磁阀B关闭，电磁阀A关闭，此时汽油燃料经过管路到达燃油轨，发动机使用汽油燃料运转发动机，当发动机冷却液温度传感器反馈信号到达设定值、汽油燃料下燃油已进入闭环控制，氧传感器正常工作，甲醇液位传感器反馈甲醇油箱燃料足够，则ECU开始控制切换汽油燃料为甲醇燃料，其切换过程为：ECU控制汽油油泵停止工作，电磁阀C关闭，电磁阀B打开，甲醇油泵工作，由于此时油管及燃油轨内为汽油燃料，随发动机运转消耗使得汽油燃料越来越少而甲醇燃料的占比会越来越大，这过程中氧传感器反馈信号可闭环控制燃烧空燃比，但是由于汽油热值为甲醇的2倍，氧传感器闭环控制实现理论空燃比过程会比较长，此时需要切换燃料过程控制，否则会使得发动机燃烧空燃比不受控，造成排放差，为实现从汽油燃料平稳过渡到甲醇燃料，ECU通过发动机冷却液温度传感器、曲轴转速传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、氧传感器闭环控制及喷油脉宽预测当前燃料中甲醇的占比，100%代表为纯甲醇燃料，甲醇占比被ECU计算并被记录；
ECU控制甲醇油泵转速，通过压力传感器的反馈闭环控制油泵转速，使得甲醇燃料供油压力随燃料中甲醇占比加大而逐步上升直至最大。
2.根据权利要求1所述的一种双燃料系统，其特征在于，所述发动机传感器（13）包括：
检测发动机冷却液温度并进行温度信号输送的发动机冷却液温度传感器；
用于检测发动机（12）曲轴转速并进行信号输送的曲轴转速传感器；
进气温度传感器；
进气压力传感器；
通过氧信号闭环控制发动机燃烧空燃比的氧传感器；
所述氧传感器安装在发动机（12）的进气口处。
3.根据权利要求2所述的一种双燃料系统，其特征在于，所述发动机（12）的进气口处还设置有通过氧化还原反应降低CO和HC及NOx的催化器。
4.根据权利要求1所述的一种双燃料系统，其特征在于，还包括用于甲醇燃料回流的回流管，回流管连通于燃油轨（3）和甲醇油箱（7），且回流管上安装有与ECU（1）电连接的电磁阀A（5）。
5.根据权利要求1所述的一种双燃料系统，其特征在于，所述汽油油箱（11）的内侧设置有用于控制汽油燃料回流的油压调节器。
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