CN113482804B - 一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，包括控制总成、控制阀组、储剂罐、油桶、发动机、电子控制单元；储剂罐通过控制阀组向油桶内添加累碳加速剂，油桶的出油口向发动机内供油，控制总成用于控制控制阀组，电子控制单元用于得到发动机的燃油脉宽修正系数，电子控制单元系数发送至控制总成。本发明专利所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置，采用叔丁基二硫醚、叔丁基过氧化氢作为累碳加速剂与基准燃油定量配比使用，在短时间内实现发动机喷嘴的快速累碳，与发动机燃用基准燃油的正常运转条件相比缩短了累碳时长；设计了包含市区、市郊及高速工况的喷嘴快速积碳循环工况，真实反映旧发动机上的喷嘴积碳情况。

Description

一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法
技术领域
本发明属于发动机技术领域，尤其是涉及一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法。
背景技术
在燃油中添加清净剂或清净增效剂可有效清除和抑制发动机喷嘴和燃烧室积碳，达到保持或提升发动机性能、减少排放的作用。燃油清净剂或清净增效剂产品的开发和评价，需要通过试验获得其实际积碳清除和抑制效果。目前我国现有的汽油添加剂评价方法主要有模拟法和发动机台架试验法。其中，模拟法采用燃油喷射系统模拟装置模拟发动机喷嘴的喷油过程，再分别对使用添加剂前后的喷嘴空气质量流量、沉积物收集器上的沉积物质量进行评价，无法真实反映燃油添加剂在发动机上使用时的积碳清除和抑制效果；发动机台架试验法包括M111法和FORD 2.3L法，但其试验耗时较长（分别为60h和100h），且需要在试验前后拆解发动机并通过比对发动机使用添加剂前后的进气阀和燃烧室沉积物质量来评价，评价结果易受沉积物称量与试验完成的时间间隔、进气阀和燃烧室拆除过程中的积碳损失等人为因素影响；此外，随着油品质量升级，发动机喷嘴技术向超细雾化方向不断发展、喷孔减小，加之喷嘴结构复杂，通过机械、物理等方式将发动机喷嘴表面的积碳剥离下来进行评价的方法，不易保证评价结果的准确性和一致性，喷嘴内部的积碳也无法得到有效的表征评价。
因此，开发基于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，具有重要意义。本发明设计的装置和方法能够保证缸内直喷汽油机喷嘴积碳程度一致，并实现喷嘴的快速累碳，进而达到可真实、准确地评价汽油清净剂或汽油清净增效剂实际效果的目的，保证试验的重复性和准确度。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，以实现在发动机不停机的状态下掌握喷嘴的积碳情况，解决了喷嘴积碳剥离不干净造成的测量不准确的问题，可代替易带来人为误差的拆解发动机测量沉积物的方式。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳装置，包括控制总成、控制阀组、储剂罐、油桶、发动机、电子控制单元；
储剂罐通过控制阀组向油桶内添加累碳加速剂，油桶的出油口向发动机内供油，控制总成用于控制控制阀组，电子控制单元用于读取发动机的燃油脉宽修正系数，电子控制单元将读取结果发送至控制总成内。
进一步的，油箱进油口通过输油管路连接有输油管路质量流量控制器，输油管路质量流量控制器与控制总成连接。
进一步的，储剂罐包括第一储剂罐、第二储剂罐，控制阀组包括第一储剂罐质量流量控制器、第二储剂罐质量流量控制器，第一储剂罐通过输油管路与第一储剂罐质量流量控制器进口连接，第一储剂罐质量流量控制器出口与油箱连接，第二储剂罐通过输油管路与第二储剂罐质量流量控制器进口连接，第二储剂罐质量流量控制器出口与油箱连接。
进一步的，油桶内安装有搅拌桨，搅拌桨控制器与控制总成连接。
进一步的，发动机与电子控制单元连接，电子控制单元(11)读取发动机的空燃比，并得到燃油脉宽修正系数，电子控制单元还连接有INCA标定工具，INCA标定工具读取电子控制单元中的燃油脉宽修正系数发送至控制总成。
进一步的，储剂罐内的累碳加速剂采用叔丁基二硫醚、叔丁基过氧化氢。
一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、通过输油管路向油桶中注入基准汽油；
S2、将累碳加速剂叔丁基二硫醚、叔丁基过氧化氢分别加入第一储剂罐和第二储剂罐；
S3、通过控制总成显示的油量，按照输入控制总成的累碳加速剂和基础燃料的配比，自动计算累碳加速剂加剂量，待所需的累碳加速剂自动加入后，启动搅拌桨进行搅拌，混合完成的试验用油通过出油管路进入发动机；
S4、构建喷嘴快速积碳循环工况，采用基础试验燃料和累碳加速剂运行循环工况，通过控制总成从电子控制单元的INCA标定工具中读取长期燃油脉宽修正系数的实时数据，当长期燃油脉宽修正系数达到规定的数值并且稳定在半小时后，发动机喷嘴累碳完成。
进一步的，步骤S4中构建喷嘴快速积碳循环工况如下：车辆在市区、市郊以及高速的工况下车辆实测车速40km/h、60km/h、90km/h下所对应的发动机转速n40、n60和n90的工况，通过测试已选定转速工况不同负荷下发动机的PM、PN排放特性和轨压分布积碳形成关键参数，确定测试循环中不同转速的负荷，循环三种发动机转速下的负荷，反应汽车行驶过程中发动机运行工况。
相对于现有技术，本发明所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法具有以下优势：
（1）本发明所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，能够实现试验用油余量的监测；通过控制总成端显示的油桶燃料剩余质量，实现对试验用油的及时补充。
（2）本发明所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，能够准确地控制累碳加速剂和基础燃料的配比；通过输油管路和储剂罐管路上安装的三个质量流量控制器与控制总成的PID控制，实现两者的定量配比。
（3）本发明所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，能够实现累碳加速剂与试验用油的均匀混合；通过油桶中轴处安装的电动搅拌桨，对每次进油和进累碳加速剂后的及时搅拌，实现累碳加速剂与试验用油的均匀混合。
（4）本发明所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，能够实现喷嘴的快速积碳；通过叔丁基二硫醚和叔丁基过氧化氢的使用，可实现发动机喷嘴的快速积碳，大大缩短燃油添加剂积碳清除和抑制效果评价试验中的喷嘴积碳时间。
（5）本发明所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，能够真实反映车辆实际运行过程中的积碳情况；该方法基于发动机台架开发的累碳循环中包含了车辆的市区、市郊以及高速工况，能够反映汽车在实际运行情况下的积碳情况。
(6）本发明所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳的装置和方法，能够以长期燃油修正脉宽系数表征喷嘴积碳量，实现缸内直喷汽油机喷嘴积碳程度的一致性和重复性；采用该装置在某一特定型号汽油机上评价汽油清净剂和汽油清净增效剂的积碳抑制和清除效果时，能够实现在短时间内使得该发动机的长期喷油脉宽修正系数从初始状态1升高到1.05的效果，其保持一段时间后不再增加，相同条件下的重复试验可满足喷嘴积碳状态的一致性和重复性要求。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的发动机台架循环工况示意图；
图2为本发明实施例所述的整车循环工况示意图；
图3为本发明实施例所述的一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳装置示意图。
附图标记说明：
1、输油管路；2、输油管路质量流量控制器；3、油桶；4、搅拌桨；5、第一储剂罐；6、第二储剂罐；7、第一储剂罐质量流量控制器；8、第二储剂罐质量流量控制器；9、出油管路；10、发动机；11、电子控制单元；12、INCA标定工具；13、控制总成。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图3所示，一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳装置，包括控制总成、控制阀组、储剂罐、油桶3、发动机10、电子控制单元11；
储剂罐通过控制阀组向油桶3内添加累碳加速剂，油桶3的出油口向发动机10内供油，控制总成用于控制控制阀组，电子控制单元11用于读取发动机10的燃油脉宽修正系数，电子控制单元11将读取结果发送至控制总成内。
油箱进油口通过输油管路1连接有输油管路1质量流量控制器，输油管路1质量流量控制器与控制总成连接。
储剂罐包括第一储剂罐5、第二储剂罐6，控制阀组包括第一储剂罐5质量流量控制器、第二储剂罐6质量流量控制器，第一储剂罐5通过输油管路1与第一储剂罐5质量流量控制器进口连接，第一储剂罐5质量流量控制器出口与油箱连接，第二储剂罐6通过输油管路1与第二储剂罐6质量流量控制器进口连接，第二储剂罐6质量流量控制器出口与油箱连接。
油桶3内安装有搅拌桨4，搅拌桨4控制器与控制总成连接。
发动机10与电子控制单元11接，电子控制单元11读取发动机10的空燃比，并得到燃油脉宽修正系数，电子控制单元11还连接有INCA标定工具12，INCA标定工具12读取电子控制单元11中的燃油脉宽修正系数发送至控制总成13。
储剂罐内的累碳加速剂采用叔丁基二硫醚、叔丁基过氧化氢。
基础试验燃料经输油管路1通过质量流量控制器注入油桶3，装有不同累碳加速剂的两个储剂罐通过质量流量控制器与油桶3相连，通过控制总成显示的注入油桶3的油量计算需要的累碳加速剂的质量，定量配比加入油桶3中，并通过油桶3顶部中轴处的电动搅拌桨4进行搅拌，使得累碳加速剂和基础试验燃料混合均匀，进入发动机10的燃油供给管路。
为了加速喷嘴积碳并且保证积碳效果的一致性：第一、选择合适的老化累碳加速剂；采用叔丁基二硫醚、叔丁基过氧化氢作为喷嘴积碳的累碳加速剂，分别加入两个储剂罐中，与基础油定量配比使用，加速发动机10的喷嘴积碳；
这两种物质都提取自石油，且与基准燃油相比叔丁基二硫醚的硫分较多，以提高燃油中的硫含量，而叔丁基过氧化氢作为催化剂能加速喷嘴积碳的形成，进而能够缩短累碳所需的里程数，达到快速累碳的目的。
第二、采用长期燃油脉宽修正系数表征喷嘴积碳量。
对于某一特定型号的汽油机，在喷嘴无积碳的状态下，发动机10的长期燃油脉宽修正系数约为1，但当发动机10喷嘴处生成积碳沉积后会堵塞喷口，导致喷油量下降，为保证喷油量一致，发动机10会增大修正系数，以延长喷油脉宽。喷嘴积碳在积累到一定程度后基本会维持在一个水平。这时长期燃油修正系数维持在1.05左右不再增加，即长效脉宽修正增加5%，所以控制修正系数1.05作为目标值可以满足该方法需要；
DuMont的研究发现，长期燃油脉宽修正系数与喷嘴处沉积物有很强相关性，在对已积碳老化的喷嘴进行清洁并重新安装后，长期燃油修正脉宽的偏移量就恢复到使用原始清洁喷油器时的值，说明长期燃油修正脉宽几乎不受燃烧室沉积物影响。
第三、构建喷嘴快速积碳循环工况。
选取了车辆的市区、市郊以及高速工况，搭载试验发动机10车辆实测车速在40km/h、60 km/h、90 km/h下所对应的发动机10转速n40、n60和n90的工况。通过测试已选定转速工况不同负荷下发动机10的PM、PN排放特性和轨压分布积碳形成关键参数，确定了测试循环中不同转速的负荷；图1为用于快速积碳的发动机10台架试验循环（循环由上述三种发动机10转速下的小负荷工况组成），图2为对应的整车循环工况；程序控制工况切换时，发动机10转速扭矩调整时间均为30 s，保证运转安全稳定，每个循环时长100 min，平均时速73.3km/h。本方法贴近实际，能够真实反映汽车行驶过程中的发动机10运行工况。
综上所述，采用设计的积碳装置，配合叔丁基二硫醚和叔丁基过氧化氢作为累碳加速剂，运行这一快速积碳循环，试验所用的某一特定型号汽油机在运行2000 km后即可实现发动机10长效喷油脉宽修正系数提高5%的效果，相当于发动机10燃用基础试验燃油正常行驶约5000km的喷嘴积碳效果，大幅缩短了累碳时长。
一种用于缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、通过输油管路向油桶中注入基准汽油，
S2、将累碳加速剂叔丁基二硫醚、叔丁基过氧化氢分别加入第一储剂罐和第二储剂罐；
S3、通过控制总成显示的油量，按照输入控制总成的累碳加速剂和基础燃料的配比，自动计算累碳加速剂加剂量，待所需的累碳加速剂自动加入后，启动搅拌桨进行搅拌，混合完成的试验用油通过出油管路进入发动机；
S4、构建喷嘴快速积碳循环工况，采用基础试验燃料和累碳加速剂运行循环工况，通过控制总成从电子控制单元的INCA标定工具中读取长期燃油脉宽修正系数的实时数据，当长期燃油脉宽修正系数达到规定的数值并且稳定在半小时后，发动机喷嘴累碳完成。
步骤S4中构建喷嘴快速积碳循环工况如下：车辆在市区、市郊以及高速的工况下车辆实测车速40km/h、60km/h、90km/h下所对应的发动机转速n40、n60和n90的工况，通过测试已选定转速工况不同负荷下发动机的PM、PN排放特性和轨压分布积碳形成关键参数，确定测试循环中不同转速的负荷，循环三种发动机转速下的负荷，反应汽车行驶过程中发动机运行工况。
最佳实施方式如下：
第一，选定试验所采用某型号1.8T汽油机，该系列发动机配备了缸内直喷增压、侧置喷油器、液压挺柱机构等先进技术，燃油喷射系统采用BOSCH六孔阶梯型喷嘴。
第二，每次完整试验前用超声波清洗器彻底清洗喷油器总成，并用标定软件对发动机ECU自学习值清除。
第三，通过输油管路1向油桶3中注入基准汽油，将老化累碳加速剂叔丁基二硫醚、叔丁基过氧化氢分别加入1号储剂罐和2号储剂罐，通过控制总成13显示的油量，按照输入控制总成的累碳加速剂和基础燃料的配比，自动计算累碳加速剂加剂量，待所需的累碳加速剂自动加入后，启动搅拌桨4进行搅拌，混合完成的试验用油通过出油管路9进入发动机10；
第四，采用基础试验燃料和累碳加速剂运行循环工况，控制总成13从电子控制单元（ECU）11的INCA标定工具12中读取长期燃油脉宽修正系数的实时数据，当长期燃油脉宽修正系数达到1.05并稳定半小时后，发动机喷嘴累碳完成，此时控制总成13自动将累碳加速剂和基础燃料的配比设定为零，并提示累碳完成。最终发动机运行了16个如图1所示的循环工况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳装置的使用方法，所述缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳装置包括控制总成(13)、控制阀组、储剂罐、油桶(3)、发动机(10)、电子控制单元(11)；
储剂罐通过控制阀组向油桶(3)内添加累碳加速剂，油桶(3)的出油口向发动机(10)内供油，控制总成(13)用于控制控制阀组，电子控制单元(11)用于读取发动机(10)的燃油脉宽修正系数；
储剂罐包括第一储剂罐(5)、第二储剂罐(6)，控制阀组包括第一储剂罐(5)质量流量控制器、第二储剂罐(6)质量流量控制器，第一储剂罐(5)通过输油管路(1)与第一储剂罐(5)质量流量控制器进口连接，第一储剂罐(5)质量流量控制器出口与油箱连接，第二储剂罐(6)通过输油管路(1)与第二储剂罐(6)质量流量控制器进口连接，第二储剂罐(6)质量流量控制器出口与油箱连接；
发动机(10)与电子控制单元(11)连接，电子控制单元(11)读取发动机的空燃比，并得到燃油脉宽修正系数，电子控制单元(11)还连接有INCA标定工具(12)，INCA标定工具(12)读取电子控制单元(11)中的燃油脉宽修正系数发送至控制总成(13)；
油桶(3)内安装有搅拌桨(4)，搅拌桨(4)控制器与控制总成(13)连接；
所述方法包括以下步骤：
S1、通过输油管路向油桶中注入基准汽油；
S2、将累碳加速剂叔丁基二硫醚、叔丁基过氧化氢分别加入第一储剂罐和第二储剂罐；
S3、通过控制总成显示的油量，按照输入控制总成的累碳加速剂和基础燃料的配比，自动计算累碳加速剂加剂量，待所需的累碳加速剂自动加入后，启动搅拌桨进行搅拌，混合完成的试验用油通过出油管路进入发动机；
S4、构建喷嘴快速积碳循环工况，采用基础试验燃料和累碳加速剂运行循环工况，通过控制总成从INCA标定工具中读取长期燃油脉宽修正系数的实时数据，当长期燃油脉宽修正系数达到规定的数值1.05并且稳定在半小时后，发动机喷嘴累碳完成。
2.根据权利要求1所述的一种缸内直喷汽油机喷嘴快速积碳装置的使用方法，其特征在于：油箱进油口通过输油管路(1)连接有输油管路(1)质量流量控制器，输油管路(1)质量流量控制器与控制总成(13)连接。
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