CN114233540A - 一种甲醇发动机冷启动进气管装置及其控制方法 - Google Patents

一种甲醇发动机冷启动进气管装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于车用发动机控制技术领域，具体是一种甲醇发动机冷启动进气管装置及其控制方法。包括设置在甲醇发动机水套内的甲醇发动机水温传感器、设置在甲醇发动机进气管中的冷启动甲醇喷油器和甲醇喷油器，冷启动甲醇喷油器喷雾锥角的位置处设置有超声波雾化发生器，甲醇发动机水温传感器与甲醇发动机电子控制单元ECU信号连接，甲醇发动机电子控制单元ECU控制冷启动甲醇喷油器和甲醇喷油器。本发明可以实现甲醇发动机启动过程中燃烧和排放的控制，充分改善甲醇发动机冷启动过程中的性能。

Description

一种甲醇发动机冷启动进气管装置及其控制方法
技术领域
本发明属于车用发动机控制技术领域，具体是一种甲醇发动机冷启动进气管装置及其控制方法。
背景技术
随着节能减排要求日益严格，多种清洁燃料被应用于汽车，例如新配方汽油、乙醇、生物柴油、天然气甲醇、氢气等，其中甲醇是一种公认的清洁能源，具有燃烧速率快、抗爆性好、低污染和无排烟等特点，是汽车替代燃料的优选项，甲醇发动机的早在上世纪就展开了研究，甲醇发动机的相关技术均有一定发展，但依然存在许多问题，如甲醇的燃烧和低排放的机理、耐醇关键部件的寿命和可靠性以及甲醇发动机的冷启动问题等。
为了促进甲醇这种清洁能源在汽车上的应用步伐，需对发动机的进行技术改造，使其能够逐步适应甲醇这种燃料，其中很重要的一个问题就是甲醇发动机在低温环境中的冷启动问题，由于甲醇燃料的蒸发潜热比较大，因此甲醇发动机在低温环境中尤其在零下15℃以下，启动能力较弱。
目前甲醇发动机冷启动采用的措施有双燃料供给系统、甲醇发动机进气系统加热、采用高能火花塞点火、采用电热塞辅助点火等。其中双燃料供给系统是采用汽油或其他燃料辅助甲醇发动机冷启动，利用汽油燃料实现发动机启动，待到甲醇发动机的水温或油温达到预设温度时，切换为甲醇燃料工作，这种方式也是应用在实车上的一种解决甲醇发动机冷启动的技术路线。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种甲醇发动机冷启动进气管装置及其控制方法。
本发明采取以下技术方案：一种甲醇发动机冷启动进气管装置，包括设置在甲醇发动机水套内的甲醇发动机水温传感器、设置在甲醇发动机进气管中的冷启动甲醇喷油器和甲醇喷油器，冷启动甲醇喷油器喷雾锥角的位置处设置有超声波雾化发生器，甲醇发动机水温传感器与甲醇发动机电子控制单元ECU信号连接，甲醇发动机电子控制单元ECU控制冷启动甲醇喷油器和甲醇喷油器。
超声波雾化发生器嵌套在甲醇发动机进气管上，超声波雾化器与水平位置倾斜夹角为30°-60°，冷启动甲醇喷油器的喷油锥角覆盖超声波物化发生器布置位置，超声波雾化发生器工作表面处于甲醇喷油器伞形喷射区域，冷启动甲醇喷油器喷孔中心距离超声波雾化发生器中心位置距离为30-80mm。振荡片为耐甲醇材料，振荡频率处于1.7MHz-2.4MHz之间，雾化量达到300mL/h。
冷启动甲醇喷油器和甲醇喷油器采用两个高压共轨管分别连接，喷油器工作喷射压力分别为5-6bar、4-5bar，其中增设的冷启动甲醇喷油器和甲醇喷油器的喷雾锥角为20°。
一种甲醇发动机冷启动进气管装置的使用方法，甲醇发动机在低温环境中启动时，甲醇发动机控制单元ECU通过水温传感器检测发动机的水温，当甲醇发动机的环境温度低于第一预设温度或水温低于第二预设温度时，超声波雾化发生器开始工作，甲醇发动机进气管内的冷启动甲醇喷油器向超声波雾化器喷射甲醇时，超声波雾化发生器对冷启动喷油器喷射甲醇进行二次振荡雾化并对其温度进行提高，雾化后的甲醇雾气向进气管下部扩散，利用甲醇发动机进气管下部快速气流将甲醇混合气带入燃烧室，改善甲醇发动机混合气质量，实现甲醇发动机在低温环境中的启动过程；甲醇发动机启动正常工作后水温达到第三预设温度时，则关闭超声波雾化发生器，开始正常工作；若甲醇发动机水温高于第三预设温度，则不启动超声波雾化发生器。
其中，第一预设温度为-16℃，第二预设温度为10℃，第三预设温度为20℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、采用该种甲醇发动机冷启动装置及其控制方法的甲醇发动机可以通过增设的甲醇喷油器的喷油量以及喷油压力的精确控制可以实现对发动机的过量空气系数的控制，进而实现甲醇发动机启动过程中燃烧和排放的控制，充分改善甲醇发动机冷启动过程中的性能。
2、采用该种甲醇发动机冷启动装置及其控制方法，超声波雾化发生器产生的甲醇雾气距离进气门较近，可利用进气管的气流，快速进入燃烧室，并且超声波雾化发生器不仅可对甲醇雾气进行二次雾化还可对其温度进行提高，改善发动的进气质量。
附图说明
图1是本发明甲醇发动机冷启动装置总体结构示意图。
图2是本发明甲醇发动机冷启动装置超声波雾化发生器布置示意图。
图3是本发明甲醇发动机冷启动装置超声波雾化发生器结构示意图。
图中：1-甲醇发动机活塞，2-甲醇发动机排气道，3-甲醇发动机缸盖，4-甲醇发动机火花塞，5-超声波雾化发生器，6-甲醇发动机进气管，7-喷油器油束，8-冷启动甲醇喷油器，9-甲醇喷油器，10-甲醇发动机其他传感器，11-甲醇发动机水套，12-甲醇发动机水温传感器。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优势更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述，显然所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改变的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护范围。
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种甲醇发动机冷启动进气管装置及其控制方法，包括设置在甲醇发动机水套11内的甲醇发动机水温传感器12、设置在甲醇发动机进气管6中的冷启动甲醇喷油器8和甲醇喷油器9，冷启动甲醇喷油器8喷雾锥角的位置处设置有超声波雾化发生器5，甲醇发动机水温传感器12与甲醇发动机电子控制单元ECU信号连接，甲醇发动机电子控制单元ECU控制冷启动甲醇喷油器8和甲醇喷油器9。控制方式为：甲醇发动机在低温环境中启动时，甲醇发动机控制单元ECU通过水温/油温传感器12检测发动机的水温/油温，当甲醇发动机的水温低于第一预设温度/油温第二预设温度时，超声波雾化发生器5开始工作，当进气管冷启动甲醇喷油器8喷射甲醇时，超声波雾化发生器5对冷启动甲醇喷油器8喷射甲醇进行振荡雾化，雾化后的甲醇雾气向进气管6下部扩散，利用进气管6下部快速气流将甲醇雾气带入燃烧室，改善甲醇发动机冷启动过程中混合气质量，实现甲醇发动机在低温环境中的启动过程，甲醇发动机正常工作后，切换为甲醇喷油器9工作。
具体的，该发明中冷启动进气管6适用于甲醇发动机缸盖为进气管喷射甲醇发动机用缸盖，缸内火花塞点火。
具体的，超声波雾化发生器5嵌套在甲醇发动机进气歧管正对冷启动甲醇喷油器喷雾锥角的位置，超声波雾化器与水平位置倾斜夹角为30°-60°。超声波雾化发生器5工作表面处于甲醇喷油器伞形喷射区域，冷启动甲醇喷油器8喷孔中心距离超声波雾化发生器中心位置距离为30-80mm。振荡片为耐甲醇材料，振荡频率处于1.7MHz-2.4MHz之间，雾化量达到300mL/h，超声波雾化发生器5工作时会将喷到其工作表面的甲醇液滴重新打碎，向进气管6下部喷出，同时甲醇液滴也会带走超声波雾化5装置的热量，既为甲醇雾气加热又起到冷却的作用。由于单一喷油器并不能满足甲醇发动机冷气启动以及正常工作多工况对喷油器位置、方向、油压的要求，因此需要两个喷油器来实现发动机多工况的正常运行，因此，本专利中对两个喷油器的喷射压力和喷雾锥角进行了特别设计。
具体的，冷启动甲醇喷油器8位于甲醇发动机进气管上，其喷油锥角覆盖超声波物化发生器5布置位置，可通过布置在甲醇发动机的进气压力传感器、氧传感器等10的检测，甲醇发动机电子控制单元ECU通过进气温度、压力、氧传感器来计算和调控冷启动甲醇喷油器8的喷油量，通过控制甲醇发动机的过量空气系数进而实现甲醇发动机启动过程中缸内燃烧和排放的精准控制。
具体的，冷启动甲醇喷油器8和甲醇喷油器9采用两个高压共轨管分别连接，喷油器工作喷射压力分别为5-6bar、4-5bar，其中增设的冷启动甲醇喷油器8和甲醇喷油器9喷雾锥角为20°。
具体的，甲醇发动机水温传感器用于检测发动机冷却水温，触发超声波雾化装置的工作状态。
具体的，甲醇发动机电子控制单元ECU在发动机启动前通过发动机水温传感器12检测甲醇发动机的水温，若甲醇发动机环境低于第一预设温度或甲醇发动机水温低于第二预设温度，立即启动超声波雾化发生器5；触发上述两种情况时，甲醇发动机利用超声波雾化装置5，提升甲醇发动机冷启动能力，甲醇发动机启动正常工作后水温达到第三预设温度时，则关闭超声波雾化发生器5，开始正常工作；若甲醇发动机水温高于第三预设温度，则不启动超声波雾化发生器5。本发明第一预设温度为-16℃，第二预设温度为10℃，第三预设温度为20℃。
具体的，在发动机正常工作时，进气管6上部空气流速较慢，下部空气流速较快，喷射到超声波雾化装置的甲醇液珠经过超声波雾化发生器5震荡雾化后向进气管6下部扩散，利于进气管6下部的气流快速进入燃烧室，改善进入燃烧室混合器质量。
本发明具体工作过程如下：甲醇发动机在低温环境中启动时，甲醇发动机控制单元ECU通过水温传感器12检测发动机的水温，当甲醇发动机的水温低于第一预设温度/第二预设温度时，超声波雾化发生器5开始工作，当进气管冷启动甲醇喷油器喷射甲醇时，超声波雾化发生器5对冷启动甲醇喷油器喷射甲醇进行振荡雾化，雾化后的甲醇雾气向进气管6下部扩散，利用进气管下部快速气流将甲醇雾气带入燃烧室，改善甲醇发动机混合气质量，实现甲醇发动机在低温环境中的启动过程，当甲醇发动机冷却水温度达到要求时，冷启动甲醇喷油器8关闭，甲醇喷油器9开始工作。
本发明提供的控制方法：当甲醇发动机启动时，甲醇发动机电子控制单元ECU通过水温传感器12检测甲醇发动机的启动状态，若甲醇发动机的水温或环境温度低于预设温度，则超声波雾化发生器5开始工作，同时，甲醇发动机电子控制单元ECU通过进气温度、压力、氧传感器来调控冷启动甲醇喷油器8的喷油量，实现对甲醇发动机过量空气系数的控制，改善甲醇发动机冷启动过程中的燃烧和排放。
本发明设计甲醇发动机启动的具体情况包括：
1甲醇发动机启动时，甲醇发动机水温低于预设温度，超声波雾化发生装置5工作，甲醇发动机正常工作使水温达到温度上限，关闭超声波雾化装置5。
2甲醇发动机启动时，甲醇发动机环境低于预设温度，超声波雾化发生装置5工作，甲醇发动机正常工作使水温达到温度上限，关闭超声波雾化装置5。
3甲醇发动机启动时，甲醇发动机环境温度和油温低于预设温度，超声波雾化发生装置5工作，甲醇发动机正常工作使水温达到预设温度，关闭超声波雾化装置5。
最后应说明的是：上述内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明只局限于这些说明；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明方法构思的前提下，对其中部分技术特征进行修改或等同替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种甲醇发动机冷启动进气管装置，其特征在于：包括设置在甲醇发动机水套（11）内的甲醇发动机水温传感器（12）、设置在甲醇发动机进气管（6）中的冷启动甲醇喷油器（8）和甲醇喷油器（9），冷启动甲醇喷油器（8）喷雾锥角的位置处设置有超声波雾化发生器（5），甲醇发动机水温传感器（12）与甲醇发动机电子控制单元ECU信号连接，甲醇发动机电子控制单元ECU控制冷启动甲醇喷油器（8）和甲醇喷油器（9）。
2.根据权利要求1所述的甲醇发动机冷启动进气管装置，其特征在于：所述的超声波雾化发生器（5）嵌套在甲醇发动机进气管（6）上，超声波雾化器（5）与水平位置倾斜夹角为30°-60°，冷启动甲醇喷油器（8）的喷油锥角（7）覆盖超声波物化发生器（5）布置位置，超声波雾化发生器工作表面处于甲醇喷油器伞形喷射区域，冷启动甲醇喷油器（8）喷孔中心距离超声波雾化发生器（5）中心位置距离为30-80mm；振荡片为耐甲醇材料，振荡频率处于1.7MHz-2.4MHz之间，雾化量达到300mL/h。
3.根据权利要求1所述的甲醇发动机冷启动进气管装置，其特征在于：所述的冷启动甲醇喷油器（8）和甲醇喷油器（9）采用两个高压共轨管分别连接，喷油器工作喷射压力分别为5-6bar、4-5bar，其中增设的冷启动甲醇喷油器（8）和甲醇喷油器（9）的喷雾锥角为20°。
4.一种如权利要求1或2或3所述的甲醇发动机冷启动进气管装置的使用方法，其特征在于：甲醇发动机在低温环境中启动时，甲醇发动机控制单元ECU通过水温传感器（12）检测发动机的水温，当甲醇发动机的环境温度低于第一预设温度或水温低于第二预设温度时，超声波雾化发生器（5）开始工作，甲醇发动机进气管（6）内的冷启动甲醇喷油器（8）向超声波雾化器喷射甲醇时，超声波雾化发生器（5）对冷启动喷油器喷射甲醇进行二次振荡雾化并对其温度进行提高，雾化后的甲醇雾气向进气管（6）下部扩散，利用甲醇发动机进气管（6）下部快速气流将甲醇混合气带入燃烧室，改善甲醇发动机混合气质量，实现甲醇发动机在低温环境中的启动过程；甲醇发动机启动正常工作后水温达到第三预设温度时，则关闭超声波雾化发生器（5），开始正常工作；若甲醇发动机水温高于第三预设温度，则不启动超声波雾化发生器（5）。
5.根据权利要求4所述的甲醇发动机冷启动进气管装置的使用方法，其特征在于：所述的第一预设温度为-16℃，第二预设温度为10℃，第三预设温度为20℃。
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