CN114576052A - 一种甲醇燃料发动机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甲醇燃料发动机控制方法，首先通过设置火花塞辅助点火及伴热带对甲醇输油管进行预热，并根据输油管温度与旁通进气管入口处温度进行加热模式的智能切换，有效地保证了甲醇在压燃式发动机各工况点都能实现稳定着火，其次根据温差发电模块入口处排气温度进行供电模式的智能切换，以进一步充分利用发动机排气中的余热，实现系统整体能耗较低的目标，最后通过设置紫外灯及甲醛过滤器，有效地解决了甲醇发动机甲醛排放过高的问题。此外，本发明还设置了柴油备用燃料系统，以确保发动机系统的整体可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体为一种甲醇燃料发动机控制方法。
背景技术
传统发动机使用的燃料主要为汽油和柴油，但伴随石油资源日益短缺和排放法规日益严格，发动机清洁代用燃料的开发与应用迫在眉睫。甲醇具有含氧量高、燃烧速度快等特点，能显著改善发动机缸内燃烧过程，提高燃烧效率，有效降低碳烟颗粒物的排放，同时甲醇的分子量小，碳氢比小，相同质量的燃料燃烧后会生成更少的水和CO2，是一种极具潜力的发动机替代燃料。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，既可以实现资源的综合利用又可以减少环境污染。而我国煤炭资源丰富，发展煤制甲醇燃料，有利于促进煤炭的清洁利用，缓解我国能源紧张的局势，是保护生态环境的一条有效途径。此外，通过可再生能源直接制备甲醇，或是通过可再生能源电解水制氢，或是直接用水与捕集的CO2合成制备甲醇，可以实现燃料甲醇制备。相较于点燃式发动机，压燃式发动机的热效率更高，但由于甲烷十六烷值低、汽化潜热较高，使得发动机冷启动困难。因此甲醇在压燃式发动机运行工况下无法实现稳定着火。同时甲醇发动机排气中含有大量甲醛，当这些甲醛进入汽车尾气后处理系统后，会导致选择性催化还原器(SCR)失效，而甲醛与尿素水解产生的氨气发生反应更会生成剧毒的氰化氢，对人体健康造成极大危害。此外，目前针对发动机的排气余热利用方式大多是引入其至排气涡轮中继续膨胀做功，但其能量转化效率不高，仍有大量的排气余热能量尚未得到充分利用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有效保证甲醇在压燃式发动机各工况点都能实现稳定着火，并且实现有效去除发动机排气中的甲醛，同时充分利用发动机排气余热实现系统整体能耗最低的甲醇燃料发动机控制方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种甲醇燃料发动机控制方法，包括以下步骤：
步骤一、对现有的压燃式发动机系统进行改进，改进后的甲醇燃料发动机系统包括甲醇箱，所述的甲醇箱的出口通过甲醇管依次连接甲醇泵、甲醇滤清器、甲醇流量计以及混合箱的左侧燃料进口；备用柴油箱的出口通过柴油管依次连接柴油泵、柴油滤清器、柴油流量计、第一单向阀以及混合箱的右侧燃料进口，所述第一单向阀只允许柴油由备用柴油箱经柴油管单向流入混合箱；
所述混合箱出口通过输油管与甲醇喷油器连接，在靠近甲醇喷油器顶部的输油管内壁设置有第一温度传感器，所述甲醇喷油器固定于发动机端盖中心线处且下端点深入发动机端盖下端面3-5mm，在甲醇喷油器左右两侧的所述发动机端盖上分别开设有一个火花塞安装孔，在两个火花塞安装孔中分别安装一个下端点深入至发动机端盖下端面4-6mm的火花塞；在所述输油管外壁上缠绕有伴热带，所述伴热带外部及甲醇喷油器顶部均设置有保温层，在所述伴热带及保温层之间留有间隙；
在发动机排气管上依次设置有第二温度传感器、与旁通进气管的进口连通的第一排气口、第三温度传感器、温差发电模块、与旁通排气管的出口连通的第二排气口、紫外灯和甲醛过滤器，所述第二温度传感器设置于靠近旁通进气管进气口处的排气管的内壁上，沿排气流动方向，所述旁通进气管依次连接第一排气口、第二单向阀、风机并且出口端设置在伴热带和保温层之间的间隙，所述第二单向阀只允许排气由排气管进入旁通进气管，所述旁通排气管的进气端设置在伴热带和保温层之间的间隙内并且排气端通过第三单向阀与排气管的第二排气口连接，所述第三单向阀只允许排气由旁通排气管进入排气管，所述旁通进气管与旁通排气管之间的排气管上设置有温差发电模块；
所述的第一温度传感器、第二温度传感器，第三温度传感器的信号输出端均与ECU控制单元的信号输入端通过控制线连接，ECU控制单元的信号输出端分别与甲醇泵、甲醇喷油器、伴热带、第一单向阀、柴油泵、火花塞、风机、第二单向阀、温差发电模块、第三单向阀、紫外灯，蓄电池的信号输入端通过控制线连接；所述温差发电模块和火花塞，风机及紫外灯通过电线连接，所述蓄电池和火花塞，风机及紫外灯也通过电线连接；
步骤二、发动机启动后，打开第二单向阀和第三单向阀，使发动机排气经旁通进气管进入伴热带与保温层之间的间隙对伴热带加热，进而加热输油管中的甲醇，以促进甲醇的雾化蒸发，同时ECU控制单元通过第一温度传感器实时获取甲醇喷油器进口处的甲醇温度T1，若T1小于等于甲醇着火温度下限T1 min，此时ECU控制单元立即控制第一单向阀开启，并启动甲醇泵和柴油泵，ECU控制单元读取甲醇流量计和柴油流量计输出信号并调节甲醇泵和柴油泵转速以控制两者体积流量比为2:8，此时混合箱内流入甲醇和柴油，然后执行步骤三；否则关闭第一单向阀和柴油泵，只启动甲醇泵，此时混合箱内仅有甲醇流入，然后执行步骤三；
步骤三、加热模式选择，具体为：
步骤31，ECU控制单元通过第一温度传感器实时获取甲醇喷油器进口处的甲醇温度T1，若T1小于等于甲醇稳定着火温度T1 gz，则ECU控制单元再通过第二温度传感器实时获取旁通进气管进气口处的排气温度T2，若T2小于等于排气安全温度T2 max，保持第二单向阀和第三单向阀开启，同时ECU控制单元开启并调节蓄电池输出电流为伴热带中加热介质加热，使T1达到甲醇稳定着火温度T1 gz，加热伴热带后的排气由旁通排气管进入至排气管，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统，然后执行步骤四；若T2大于排气安全温度T2 max，保持第二单向阀和第三单向阀开启，加热伴热带后的排气由旁通排气管进入至排气管，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统，然后执行步骤四；若T1大于甲醇稳定着火温度T1 gz，则执行步骤32；
步骤32，判断T1是否大于等于甲醇安全温度下限T1 max，若T1大于等于甲醇安全温度下限T1 max，则关闭第二单向阀和第三单向阀，然后执行步骤四；否则保持第二单向阀和第三单向阀开启，加热伴热带后的排气由旁通排气管进入至排气管，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统，然后执行步骤四；
步骤四、供电模式选择，具体为：
步骤41，ECU控制单元通过第三温度传感器实时获取温差发电模块进口处的排气温度 T3，若T3小于等于发电最低温度T3 min，ECU控制单元控制蓄电池为火花塞，风机及紫外灯供电，同时被温差发电模块利用后的排气与经旁通排气管排出的加热伴热带后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统；否则执行步骤42；
步骤42，ECU控制单元判断T3是否大于等于发电使用温度T3 use，若T3大于等于发电使用温度T3 use，ECU控制单元控制温差发电模块为火花塞，风机及紫外灯供电，同时被温差发电模块利用后的排气与经旁通排气管排出的加热伴热带后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统；否则ECU控制单元控制温差发电模块为火花塞供电，同时控制蓄电池为风机和紫外灯供电，被温差发电模块利用后的排气与经旁通排气管排出的加热伴热带后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过设置火花塞辅助点火及备用燃料系统，有效地保证了发动机运行可靠性及实现甲醇在发动机各工况点都能实现稳定着火。
2.本发明通过设置紫外灯及甲醛过滤器，有效地解决了甲醇发动机甲醛排放过高的问题，避免了甲醛进入后处理系统导致选择性催化还原器(SCR)失效，并与尿素水解产生的氨气发生反应生成剧毒的氰化氢以危害人体健康的情况。
3.本发明通过设置发动机排气余热加热及余热发电模块，对发动机排气中的余热进行了充分利用，同时系统可根据汽车工况的不同自动进行加热模式及供电模式的切换，以实现系统整体能耗较低的目标。
附图说明
图1是本发明的一种甲醇燃料发动机控制方法采用的系统的整体结构正剖图；
图2是本发明图1中A处结构左视图放大图；
图3是本发明的一种甲醇燃料发动机控制方法的原理框图；
图4是本发明的一种甲醇燃料发动机控制方法的系统整体流程图；
图中附图标记为：1、甲醇箱；2、甲醇泵；3、甲醇管；4、甲醇滤清器；5、进气管；6、甲醇流量计；7、发动机端盖；8、甲醇喷油器；9、保温层；10、混合箱；11、伴热带；12、第一单向阀；13、柴油管；14、柴油流量计；15、柴油滤清器；16、柴油泵；17、备用柴油箱；18、发动机；19、活塞；20、输油管；21、第一温度传感器；22、火花塞；23、风机； 24、旁通进气管；25、第二温度传感器；26、第二单向阀；27、第三温度传感器；28、温差发电模块；29、排气管；30、第三单向阀；31、旁通排气管；32、紫外灯；33、甲醛过滤器； 34、蓄电池；35、ECU控制单元。
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。
如图1-4所示，本发明的一种甲醇燃料发动机控制方法，包括以下步骤：
步骤一、对现有的压燃式发动机系统进行改进，改进后的甲醇燃料发动机系统包括甲醇箱1，所述的甲醇箱1的出口通过甲醇管3依次连接甲醇泵2、甲醇滤清器4、甲醇流量计6 以及混合箱10的左侧燃料进口；备用柴油箱17的出口通过柴油管13依次连接柴油泵16、柴油滤清器15、柴油流量计14、第一单向阀12以及混合箱10的右侧燃料进口，所述第一单向阀12只允许柴油由备用柴油箱17经柴油管13单向流入混合箱10。
所述混合箱10出口通过输油管20与甲醇喷油器8连接，在靠近甲醇喷油器8顶部的输油管20内壁设置有第一温度传感器21，所述甲醇喷油器8固定于发动机端盖7中心线处且下端点深入发动机端盖7下端面3-5mm，在甲醇喷油器8左右两侧的所述发动机端盖7上分别开设有一个火花塞安装孔，在两个火花塞安装孔中分别安装一个下端点深入至发动机端盖7下端面4-6mm的火花塞22，优选的每个所述火花塞安装孔的轴线距甲醇喷油器8中心线的水平距离为30-50mm，以保证发动机端盖7的结构强度和保证其距进、排气门位置合理。
在所述输油管20外壁上缠绕有伴热带11，所述伴热带11外部及甲醇喷油器8顶部均设置有保温层9，在所述伴热带11及保温层9之间留有间隙。
在发动机排气管29上依次设置有第二温度传感器25、与旁通进气管24的进口连通的第一排气口、第三温度传感器27、温差发电模块28、与旁通排气管31的出口连通的第二排气口、紫外灯32和甲醛过滤器33，所述第二温度传感器25设置于靠近旁通进气管24进气口处的排气管29的内壁上，沿排气流动方向，所述旁通进气管24依次连接第一排气口、第二单向阀26、风机23并且出口端设置在伴热带11和保温层9之间的间隙，所述第二单向阀26 只允许排气由排气管29进入旁通进气管24，所述旁通排气管31的进气端设置在伴热带11 和保温层9之间的间隙内并且排气端通过第三单向阀30与排气管29的第二排气口连接，所述第三单向阀30只允许排气由旁通排气管31进入排气管29，所述旁通进气管24与旁通排气管31之间的排气管29上设置有温差发电模块28。
优选的，所述伴热带11为缠绕在管道外壁上的圆环形套管，其内部通有加热介质，所述温差发电模块28为紧贴排气管29外壁的二氧化钛半导体材料，沿排气管29周向均匀布置六个温差发电模块，且各温差发电模块之间为串联连接，伴热带11和温差发电模块28的布置均不会对管道内的气流速度造成影响，在控制气流温度的同时保证了不会对气体流动造成额外阻力。
优选的，所述风机23通过焊接形式与旁通进气管24相连，且风机23与旁通进气管24 焊接处四周设置有密封环以防止气体泄露，以有效促进气流流动，并控制风机23的叶片总面积不超过第一旁通进气管的横截面积三分之一，且叶片数量仅为4片，有效降低因风机不工作时叶片对气流流动造成的阻力。
优选的，所述紫外灯32下端点深入排气管29内壁垂直距离为6-8mm，紫外灯32轴线与水平线夹角为45度，同时紫外灯32下端点距甲醛过滤器33进口处距离为10-15mm，以使紫外灯32发出的紫外光能够有效地照射在甲醛过滤器33中的光触媒催化剂表面。
优选的，所述甲醛过滤器33为蜂窝状结构，其内部喷涂有光触媒催化剂，以最大效率地分布最多的催化剂，以提升甲醛过滤器33净化甲醛的性能。
优选的，为防止甲醇对供油系统金属部件的电化学腐蚀，供油系统涉醇金属部件如甲醇箱1，甲醇泵2，甲醇滤清器4，甲醇流量计6，甲醇喷油器8，混合箱10均采用不锈钢材料制作，为防止甲醇对甲醇管3和输油管20橡胶部件的溶胀腐蚀，甲醇管3和输油管20采用聚四氟乙烯材料制作。
优选的，所述发动机的活塞19形状为w形，以保证火花塞22有效对甲醇喷油器8喷射出的甲醇喷雾射流进行有效点火。
所述的第一温度传感器21、第二温度传感器25，第三温度传感器27的信号输出端均与 ECU控制单元35的信号输入端通过控制线连接，ECU控制单元35的信号输出端分别与甲醇泵2、甲醇喷油器8、伴热带11、第一单向阀12、柴油泵16、火花塞22、风机23、第二单向阀26、温差发电模块28、第三单向阀30、紫外灯32，蓄电池34的信号输入端通过控制线连接。所述温差发电模块28和火花塞22，风机23及紫外灯32通过电线连接，所述蓄电池 34和火花塞22，风机23及紫外灯32也通过电线连接。蓄电池34为现有汽车自带结构。
本发明使用时，ECU控制单元35控制甲醇喷油器8在活塞19到达上止点前向缸内喷射甲醇，随后ECU控制单元35控制火花塞22点火以使甲醇稳定着火，有效解决了现有压燃式柴油发动机甲醇难以压燃的难题。
该甲醇燃料发动机系统中涉及的各个结构如：温差发电模块、甲醇滤清器等均采用现有结构即可，未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
步骤二、发动机18启动后，打开第二单向阀26和第三单向阀30，使发动机排气经旁通进气管24进入伴热带11与保温层9之间的间隙对伴热带11加热，进而加热输油管20中的甲醇，以促进甲醇的雾化蒸发，保证甲醇的稳定着火，同时ECU控制单元35通过第一温度传感器21实时获取甲醇喷油器8进口处的甲醇温度T1，若T1小于等于甲醇着火温度下限T1 min(该值设定的原则是：在火花塞22辅助点火下，保证甲醇在缸内能够着火的最低预热温度)，则根据先前测试数据，若此时依靠排气对伴热带11加热或通过蓄电池34加热伴热带11的方式达到甲醇稳定着火温度T1 gz(该值设定的原则是：在火花塞22辅助点火下，保证甲醇在缸内能够稳定着火且使混合气分布较均匀的最低预热温度)，则会超过30分钟，因此，为不影响发动机18的正常运作，此时ECU控制单元35立即控制第一单向阀12开启，并启动甲醇泵2和柴油泵16，ECU控制单元35读取甲醇流量计6和柴油流量计14输出信号并调节甲醇泵2和柴油泵16转速以控制两者体积流量比为2:8，此时混合箱10内流入甲醇和柴油，然后执行步骤三；若T1大于甲醇着火温度下限T1 min，则关闭第一单向阀12和柴油泵16，只启动甲醇泵2，此时混合箱10内仅有甲醇流入，然后执行步骤三。
优选的，本发明所采用的甲醇是高辛烷值燃料，也包括醇类，醚类，天然气或者汽油，所采用的的柴油燃料是高十六烷值燃料，也包括生物柴油等。
步骤三、加热模式选择，具体为：
步骤31，ECU控制单元35通过第一温度传感器21实时获取甲醇喷油器8进口处的甲醇温度T1，若T1小于等于甲醇稳定着火温度T1 gz，则ECU控制单元35再通过第二温度传感器25实时获取旁通进气管24进气口处的排气温度T2，若T2小于等于排气安全温度T2 max(该值设定的原则是：根据先前测试数据，经30min时间传热后，能使输油管20中甲醇达到安全温度下限T1 max,安全温度下限T1 max设定的原则是：保证甲醇在输油管20中不发生意外着火的最低温度下限，实际应用中为确保安全，该值选择低于最低温度下限20℃))，则保持第二单向阀26和第三单向阀30开启，同时ECU控制单元35开启并调节蓄电池34输出电流为伴热带 11中加热介质加热，使T1达到甲醇稳定着火温度T1 gz(蓄电池34输出的加热电流调节原则： ECU控制单元35根据以往排气传热测试数据以及排气与输油管20之间的传热与导热系数，首先计算得到该排气温度能够使输油管20中的甲醇升高至多少温度，然后根据加热温度与目标温度的差值以及以往电流加热数据判断使输油管20中甲醇加热至目标值需要的蓄电池34输出的加热电流大小)，加热伴热带11后的排气由旁通排气管31进入至排气管29，在紫外灯32的照射下，甲醛过滤器33中的光触媒发生光催化反应，产生氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统进行常规污染物的净化并最终排入大气，然后执行步骤四；若T2大于排气安全温度T2 max，则保持第二单向阀26和第三单向阀30开启，加热伴热带11后的排气由旁通排气管31进入至排气管29，在紫外灯32的照射下，甲醛过滤器33中的光触媒发生光催化反应，产生氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统进行常规污染物的净化并最终排入大气，然后执行步骤四；若T1大于甲醇稳定着火温度T1 gz，则执行步骤32；
步骤32，判断T1是否大于等于甲醇安全温度下限T1 max(该值设定的原则是：保证甲醇在输油管20中不发生意外着火的最低温度下限，实际应用中为确保安全，该值选择低于最低温度下限20℃)，若T1大于等于甲醇安全温度下限T1 max，则关闭第二单向阀26和第三单向阀 30，然后执行步骤四；若T1小于甲醇安全温度下限T1 max，则保持第二单向阀26和第三单向阀30开启，加热伴热带11后的排气由旁通排气管31进入至排气管29，在紫外灯32的照射下，甲醛过滤器33中的光触媒发生光催化反应，产生氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统进行常规污染物的净化并最终排入大气，然后执行步骤四。
步骤四、供电模式选择，具体为：
步骤41，ECU控制单元35通过第三温度传感器27实时获取温差发电模块28进口处的排气温度T3，若T3小于等于发电最低温度T3 min(该值设定的原则是：根据以往测试数据得到温差发电模块28在每个排气温度下的发电电压，温差发电模块28输出电压恰好等于火花塞 22所需最低电压对应的排气温度记为发电最低温度T3 min)，ECU控制单元35控制蓄电池34 为火花塞22，风机23及紫外灯32供电，同时被温差发电模块28利用后的排气与经旁通排气管31排出的加热伴热带11后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器33，在紫外灯32的照射下，甲醛过滤器33中的光触媒发生光催化反应，产生氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统进行常规污染物的净化并最终排入大气；若T3大于发电最低温度T3 min，则执行步骤42；
步骤42，ECU控制单元35判断T3是否大于等于发电使用温度T3 use(该值设定的原则是：根据以往测试数据得到温差发电模块28在每个排气温度下的发电电压，温差发电模块28输出电压同时满足火花塞22、风机23及紫外灯32正常使用所需总电压对应的排气温度记为发电使用温度T3 use)，若T3大于等于发电使用温度T3 use，ECU控制单元35控制温差发电模块28 为火花塞22，风机23及紫外灯32供电，同时被温差发电模块28利用后的排气与经旁通排气管31排出的加热伴热带11后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器33，在紫外灯32的照射下，甲醛过滤器33中的光触媒发生光催化反应，产生氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统进行常规污染物的净化并最终排入大气；否则ECU控制单元35控制温差发电模块28为火花塞 22供电，同时控制蓄电池34为风机23和紫外灯32供电，被温差发电模块28利用后的排气与经旁通排气管31排出的加热伴热带11后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器33，在紫外灯32 的照射下，甲醛过滤器33中的光触媒发生光催化反应，产生氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统进行常规污染物的净化并最终排入大气。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种甲醇燃料发动机控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、对现有的压燃式发动机系统进行改进，改进后的甲醇燃料发动机系统包括甲醇箱(1)，所述的甲醇箱的出口通过甲醇管(3)依次连接甲醇泵(2)、甲醇滤清器(4)、甲醇流量计(6)以及混合箱(10)的左侧燃料进口；备用柴油箱(17)的出口通过柴油管(13)依次连接柴油泵(16)、柴油滤清器(15)、柴油流量计(14)、第一单向阀(12)以及混合箱(10)的右侧燃料进口，所述第一单向阀(12)只允许柴油由备用柴油箱经柴油管单向流入混合箱；
所述混合箱(10)出口通过输油管(20)与甲醇喷油器(8)连接，在靠近甲醇喷油器顶部的输油管内壁设置有第一温度传感器(21)，所述甲醇喷油器固定于发动机端盖(7)中心线处且下端点深入发动机端盖下端面3-5mm，在甲醇喷油器左右两侧的所述发动机端盖上分别开设有一个火花塞安装孔，在两个火花塞安装孔中分别安装一个下端点深入至发动机端盖下端面4-6mm的火花塞(22)；在所述输油管(20)外壁上缠绕有伴热带(11)，所述伴热带外部及甲醇喷油器顶部均设置有保温层(9)，在所述伴热带及保温层之间留有间隙；
在发动机排气管(29)上依次设置有第二温度传感器(25)、与旁通进气管(24)的进口连通的第一排气口、第三温度传感器(27)、温差发电模块(28)、与旁通排气管(31)的出口连通的第二排气口、紫外灯(32)和甲醛过滤器(33)，所述第二温度传感器(25)设置于靠近旁通进气管(24)进气口处的排气管(29)的内壁上，沿排气流动方向，所述旁通进气管依次连接第一排气口、第二单向阀(26)、风机(23)并且出口端设置在伴热带和保温层之间的间隙，所述第二单向阀只允许排气由排气管进入旁通进气管，所述旁通排气管的进气端设置在伴热带和保温层之间的间隙内并且排气端通过第三单向阀(30)与排气管的第二排气口连接，所述第三单向阀只允许排气由旁通排气管进入排气管，所述旁通进气管与旁通排气管之间的排气管上设置有温差发电模块；
所述的第一温度传感器(21)、第二温度传感器(25)，第三温度传感器(27)的信号输出端均与ECU控制单元(35)的信号输入端通过控制线连接，ECU控制单元的信号输出端分别与甲醇泵、甲醇喷油器、伴热带、第一单向阀、柴油泵、火花塞、风机、第二单向阀、温差发电模块、第三单向阀、紫外灯，蓄电池的信号输入端通过控制线连接；所述温差发电模块和火花塞，风机及紫外灯通过电线连接，所述蓄电池和火花塞，风机及紫外灯也通过电线连接；
步骤二、发动机(18)启动后，打开第二单向阀(26)和第三单向阀(30)，使发动机排气经旁通进气管进入伴热带与保温层之间的间隙对伴热带加热，进而加热输油管(20)中的甲醇，以促进甲醇的雾化蒸发，同时ECU控制单元通过第一温度传感器(21)实时获取甲醇喷油器进口处的甲醇温度T1，若T1小于等于甲醇着火温度下限T1 min，此时ECU控制单元立即控制第一单向阀(12)开启，并启动甲醇泵(2)和柴油泵(16)，ECU控制单元读取甲醇流量计和柴油流量计输出信号并调节甲醇泵和柴油泵转速以控制两者体积流量比为2:8，此时混合箱内流入甲醇和柴油，然后执行步骤三；否则关闭第一单向阀和柴油泵，只启动甲醇泵，此时混合箱内仅有甲醇流入，然后执行步骤三；
步骤三、加热模式选择，具体为：
步骤31，ECU控制单元通过第一温度传感器实时获取甲醇喷油器进口处的甲醇温度T1，若T1小于等于甲醇稳定着火温度T1 gz，则ECU控制单元再通过第二温度传感器(25)实时获取旁通进气管进气口处的排气温度T2，若T2小于等于排气安全温度
保持第二单向阀(26)和第三单向阀(30)开启，同时ECU控制单元开启并调节蓄电池输出电流为伴热带中加热介质加热，使T1达到甲醇稳定着火温度T1 gz，加热伴热带后的排气由旁通排气管进入至排气管(29)，在紫外灯(32)的照射下，甲醛过滤器(33)中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统，然后执行步骤四；若T2大于排气安全温度
保持第二单向阀和第三单向阀开启，加热伴热带后的排气由旁通排气管进入至排气管，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统，然后执行步骤四；若T1大于甲醇稳定着火温度T1 gz，则执行步骤32；
步骤32，判断T1是否大于等于甲醇安全温度下限T1 max，若T1大于等于甲醇安全温度下限T1 max，则关闭第二单向阀和第三单向阀，然后执行步骤四；否则保持第二单向阀和第三单向阀开启，加热伴热带后的排气由旁通排气管进入至排气管，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统，然后执行步骤四；
步骤四、供电模式选择，具体为：
步骤41，ECU控制单元通过第三温度传感器(27)实时获取温差发电模块(28)进口处的排气温度T3，若T3小于等于发电最低温度
ECU控制单元控制蓄电池为火花塞(22)，风机(23)及紫外灯(32)供电，同时被温差发电模块利用后的排气与经旁通排气管排出的加热伴热带后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统；否则执行步骤42；
步骤42，ECU控制单元判断T3是否大于等于发电使用温度
若T3大于等于发电使用温度
ECU控制单元控制温差发电模块为火花塞，风机及紫外灯供电，同时被温差发电模块利用后的排气与经旁通排气管排出的加热伴热带后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统；否则ECU控制单元控制温差发电模块为火花塞供电，同时控制蓄电池为风机和紫外灯供电，被温差发电模块利用后的排气与经旁通排气管排出的加热伴热带后的排气一起汇聚流向甲醛过滤器，在紫外灯的照射下，甲醛过滤器中的光触媒发生光催化反应，产生自由氢氧基和活性氧，将排气中的甲醛分解为无污染的水和二氧化碳，净化甲醛后的排气进入现有汽车的后处理系统。
2.根据权利要求1所述的甲醇燃料发动机控制方法，其特征在于：每个所述火花塞安装孔的轴线距甲醇喷油器中心线的水平距离为30-50mm。
3.根据权利要求1或者2所述的甲醇燃料发动机控制方法，其特征在于：所述伴热带为缠绕在管道外壁上的圆环形套管，其内部通有加热介质，所述温差发电模块为紧贴排气管外壁的二氧化钛半导体材料，沿排气管周向均匀布置六个温差发电模块，且各温差发电模块之间为串联连接。
4.根据权利要求3所述的甲醇燃料发动机控制方法，其特征在于：所述风机通过焊接形式与旁通进气管相连，且风机与旁通进气管焊接处四周设置有密封环，并控制风机的叶片总面积不超过第一旁通进气管的横截面积三分之一，且叶片数量仅为4片。
5.根据权利要求4所述的甲醇燃料发动机控制方法，其特征在于：所述紫外灯下端点深入排气管内壁垂直距离为6-8mm，紫外灯轴线与水平线夹角为45度，同时紫外灯下端点距甲醛过滤器进口处距离为10-15mm。
6.根据权利要求5所述的甲醇燃料发动机控制方法，其特征在于：所述甲醛过滤器为蜂窝状结构，在蜂窝状结构内部喷涂有光触媒催化剂。
7.根据权利要求6所述的甲醇燃料发动机控制方法，其特征在于：所述的甲醇箱、甲醇泵、甲醇滤清器、甲醇流量计、甲醇喷油器，混合箱均采用不锈钢材料，甲醇管和输油管采用聚四氟乙烯材料。
8.根据权利要求7所述的甲醇燃料发动机控制方法，其特征在于：所述发动机的活塞形状为w形。
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Citations (8)
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- 2022-02-17 CN CN202210147805.3A patent/CN114576052B/zh active Active
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|---|---|
| CN114576052B (zh) | 2023-10-03 |
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