專利名稱：點(diǎn)燃式單一醇燃料電控多點(diǎn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其由柴油機(jī)改造而成的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，適用于大排量增壓中冷柴油機(jī)燃用甲醇燃料的改造，屬內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油產(chǎn)品作為汽車燃料，隨著汽車保有量的迅速增加，因其不可再生的特點(diǎn)已日漸枯竭。多年來(lái)，人們不斷探索解決能源危機(jī)的方法，替代燃料，特別是醇類燃料，有望能夠緩解國(guó)際燃料可持續(xù)工業(yè)和環(huán)境安全的危機(jī)。過(guò)去幾十年的汽車研究中，多種醇類燃料——主要是甲醇、乙醇及其與碳?xì)浠衔锏幕旌先剂弦驯蛔C明既可改善NOx和固體顆粒物的排放，同時(shí)一定程度上還提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。
醇燃料具有熱效率高、比功率高、排放較低等優(yōu)點(diǎn)。由于其辛烷值高，因而能夠在高壓縮比下運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)早點(diǎn)火引起爆震；它的高汽化潛熱能使充氣密度提高；以及由于燃燒速度較高而允許在較稀或非常稀的混合氣下運(yùn)行。另外醇類的熱值普遍比較低，使NOx排放較低，燃燒噪音降低。
目前，重型汽車基本上都是使用柴油為燃料的柴油機(jī)為動(dòng)力，也是石油資源消耗的大戶。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外排放法規(guī)日益嚴(yán)厲，柴油機(jī)相對(duì)較差的排放對(duì)其發(fā)展也提出了新的挑戰(zhàn)。因而，有必要提供一種由柴油機(jī)改造而成的單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將柴油機(jī)改造為一種點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其由柴油機(jī)改造而成的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，主要包括甲醇泵4、燃油導(dǎo)軌1、燃油壓力調(diào)節(jié)器3、燃油噴嘴21、節(jié)流閥體16、電控單元ECU8、火花塞20和高能點(diǎn)火線圈19，其特征在于，節(jié)流閥體16安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管入口處，火花塞20安裝在原柴油機(jī)柴油噴嘴處，點(diǎn)火線圈19受電控單元ECU8直接控制，活塞壓縮比為10∶1。
其還具有冷啟動(dòng)輔助電控單元9、冷啟動(dòng)助燃添加劑泵14和冷啟動(dòng)噴嘴15。
借助進(jìn)氣溫度傳感器5、冷卻液溫度傳感器6、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器7、曲軸位置傳感器11、氧傳感器12、節(jié)氣門(mén)位置傳感器17、車速傳感器10、高能點(diǎn)火系統(tǒng)和怠速控制閥18、甲醇泵4、燃油噴嘴21、冷啟動(dòng)助燃添加劑泵14和冷啟動(dòng)噴嘴15，通過(guò)電控單元ECU8實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油脈寬、點(diǎn)火正時(shí)、怠速、空燃比以及其他附屬電氣設(shè)備的精確控制。
所述的電控單元EUC8對(duì)小負(fù)荷采用閉環(huán)控制，中大負(fù)荷采用稀薄燃燒的方式，分階段對(duì)空燃比進(jìn)行精確控制。
冷啟動(dòng)輔助電控單元9通過(guò)與電控單元ECU8的對(duì)話交流判斷冷啟動(dòng)開(kāi)始與結(jié)束的條件，向冷啟動(dòng)助燃添加劑泵14、冷啟動(dòng)噴嘴15發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作指令。
其適用的燃料有甲醇和乙醇。
采用本發(fā)明的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，可以使改裝后發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性達(dá)到原柴油機(jī)的水平，燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能都得到較大改善，解決單一醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)困難的難題。


圖1為本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的電控多點(diǎn)單一醇燃料噴射系統(tǒng)示意圖；圖2為電控單元ECU的燃油噴射量控制策略示意圖；圖3為電控單元ECU的點(diǎn)火提前角控制策略示意4為電控單元ECU的怠速控制策略示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)的電控多點(diǎn)單一醇燃料噴射系統(tǒng)示意中，1為燃油導(dǎo)軌、2為高壓阻尼線、3為燃油壓力調(diào)節(jié)器、4為專用甲醇泵、5為進(jìn)氣溫度傳感器、6為冷卻液溫度傳感器、7為進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器、8為電控單元ECU、9為冷啟動(dòng)輔助電控單元、10為車速傳感器、11為曲軸位置傳感器、12為氧傳感器、13為正時(shí)齒盤(pán)、14為冷啟動(dòng)助燃添加劑泵、15為冷啟動(dòng)噴嘴、16節(jié)流閥體、17節(jié)氣門(mén)位置傳感器、18為怠速控制閥、19為高能點(diǎn)火線圈、20為火花塞、21為燃油噴嘴。
本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)是對(duì)柴油機(jī)的改進(jìn)，點(diǎn)燃方式由壓燃式改為火花點(diǎn)燃式，靠進(jìn)氣空氣量調(diào)節(jié)負(fù)荷。本發(fā)明采用專用甲醇泵4將燃料從油箱(未示出)泵至燃油導(dǎo)軌1，在燃油壓力調(diào)節(jié)器3的作用下，以一定的壓力從電控單元ECU8控制的燃油噴嘴21噴入氣道。火花塞20位于原柴油噴嘴處；節(jié)流閥體16位于增壓器壓縮空氣出口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管之間，靠油門(mén)拉線帶動(dòng)節(jié)流閥體上的閥片轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)油門(mén)開(kāi)度，改變進(jìn)氣量。進(jìn)氣溫度傳感器5、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器7安裝在進(jìn)氣管上；冷卻液溫度傳感器6安裝在缸體上的預(yù)留孔上；氧傳感器12安裝在增壓器廢氣出口下游的排氣管上。另外，由于醇燃料具有很強(qiáng)的腐蝕性，原有的油箱不能滿足要求，因此將油箱更換為耐醇油箱。
正時(shí)齒盤(pán)13安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前端，曲軸位置傳感器12固定在齒盤(pán)上方的相應(yīng)位置，該傳感器傳送的信號(hào)作為控制系統(tǒng)信號(hào)判斷和機(jī)構(gòu)執(zhí)行的參考。
原柴油機(jī)壓縮比一般在20∶1左右，為使活塞適用本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)其進(jìn)行加工使壓縮比達(dá)到10∶1。
進(jìn)氣系統(tǒng)由節(jié)流閥體16、進(jìn)氣溫度傳感器5、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器7組成。節(jié)流閥體16根據(jù)負(fù)荷的需要調(diào)節(jié)空氣量，由進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器7采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)溫度及其他條件的修正給噴嘴21發(fā)出一定脈寬的噴油信號(hào)。節(jié)流閥體16上的節(jié)氣門(mén)位置傳感器17和怠速控制閥18用以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和怠速旁通氣量調(diào)節(jié)。
點(diǎn)火系統(tǒng)由高能點(diǎn)火線圈19、高壓阻尼線2和火花塞20組成。高能點(diǎn)火線圈19根據(jù)電控單元ECU8發(fā)出的最佳點(diǎn)火提前角的點(diǎn)火信號(hào)，通過(guò)高壓阻尼線2將火花塞20激活放電產(chǎn)生火花，點(diǎn)燃甲醇和空氣的混合氣。
控制系統(tǒng)主要由電控單元ECU8和上述傳感器、冷卻液溫度傳感器6、氧傳感器12和執(zhí)行器構(gòu)成(車速傳感器10在發(fā)動(dòng)機(jī)裝車后也是控制系統(tǒng)的一部分)。氧傳感器12是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的主要部件，電控單元ECU8根據(jù)它反饋的空燃比信號(hào)判斷混合氣的稀濃，對(duì)基本噴油脈寬進(jìn)行修正，通過(guò)對(duì)燃油噴嘴增減噴油脈寬來(lái)實(shí)現(xiàn)空燃比在理論值14.6附近很窄的范圍內(nèi)變化。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)采用三元催化器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的氣體進(jìn)行后處理，使之轉(zhuǎn)化為無(wú)害氣體排到大氣。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)還可以對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)及其他電氣系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制，以滿足各種使用要求。
本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)按照發(fā)動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行工況對(duì)空燃比的不同要求，將控制過(guò)程劃分為六種控制模式，即起動(dòng)模式、怠速模式、加速模式、滑行模式，常用工況模式和中大負(fù)荷工況模式。每種模式都充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的可操作性，對(duì)排放的影響以及燃油經(jīng)濟(jì)性。由于甲醇燃燒速度較高而可以在較稀或非常稀的混合氣下運(yùn)行，在某些工況采用甲醇稀薄燃燒的方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
啟動(dòng)工況分為冷起動(dòng)和常溫起動(dòng)，根據(jù)設(shè)定空燃比，計(jì)算噴油量再通過(guò)水溫修正后輸出。怠速工況時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)速控制噴油量，來(lái)維持穩(wěn)定怠速轉(zhuǎn)速。加速工況時(shí)電控單元ECU8給出一個(gè)附加噴油脈沖，滿足加速需要?；泄r時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于強(qiáng)制怠速，為節(jié)省燃料，控制單元停止發(fā)出噴油脈寬信號(hào)。常用工況時(shí)也就是小負(fù)荷時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量查取脈譜圖，得到相應(yīng)的供油量，通過(guò)氧傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制。中大負(fù)荷工況時(shí)，利用甲醇良好的稀燃特性，采用稀薄燃燒的空燃比控制。
單一醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)存在的主要問(wèn)題之一是冷啟動(dòng)，尤其是氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)供油方式。單一醇燃料的沸點(diǎn)在40℃左右，不像汽油存在多種沸點(diǎn)不同的成分使其在很低溫度時(shí)仍有部分燃料揮發(fā)而易于點(diǎn)燃，再加上單一醇燃料熱值差不多是汽油的一半，故多年來(lái)單一醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)一直是代用醇燃料推廣應(yīng)用的障礙。本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)作為重型車的動(dòng)力，為能提供穩(wěn)定、可靠、安全，易于操縱的運(yùn)行狀態(tài)，附加了一個(gè)冷啟動(dòng)輔助控制單元9，它能與電控單元ECU8進(jìn)行有效的對(duì)話，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送與傳輸，向執(zhí)行器冷啟動(dòng)助燃添加劑泵14和冷啟動(dòng)噴嘴15發(fā)出啟動(dòng)和工作指令，向氣道內(nèi)噴射助燃添加劑，使發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)幾秒鐘后終止冷啟動(dòng)功能，依靠單一醇燃料供給維持運(yùn)行。
圖2為電控單元ECU的燃油噴射量控制策略示意圖電控單元ECU8根據(jù)不同工況所設(shè)定的空燃比，通過(guò)轉(zhuǎn)速和空氣流量(由歧管壓力、進(jìn)氣溫度計(jì)算)查取脈譜圖得到基本噴油脈寬，綜合工況需要進(jìn)行相關(guān)修正，輸出實(shí)際噴油脈寬。電控單元ECU8存儲(chǔ)該工作參數(shù)，下一次可通過(guò)自學(xué)習(xí)完成計(jì)算。
圖3為電控單元ECU的點(diǎn)火提前角控制策略示意圖電控單元ECU8根據(jù)工況查得基本點(diǎn)火角，通過(guò)傳感器傳回的水溫、氣溫、氣壓等信號(hào)結(jié)合工況需要對(duì)點(diǎn)火角修正。
圖4為電控單元ECU的怠速控制策略示意圖怠速時(shí)電控單元ECU8考慮電瓶電壓、空調(diào)使用情況進(jìn)行轉(zhuǎn)速的補(bǔ)償修正；減速滑行時(shí)根據(jù)車速補(bǔ)償?shù)∷俎D(zhuǎn)速。
本發(fā)明試驗(yàn)分別采用甲醇和乙醇燃料，試驗(yàn)對(duì)比表明甲醇燃料在動(dòng)力性和排放性能方面都優(yōu)于乙醇。本發(fā)明同樣適用于非增壓中冷的柴油機(jī)，在對(duì)原柴油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造時(shí)，可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合試驗(yàn)來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)適合的壓縮比。
本發(fā)明的點(diǎn)燃式單一醇燃料電控多點(diǎn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)活塞、進(jìn)氣管以及調(diào)整進(jìn)氣、燃油和點(diǎn)火系統(tǒng)將壓燃式柴油機(jī)改為點(diǎn)燃式且采用了完全電子控制；燃料由柴油改變?yōu)槭褂眉状?，改變了原?lái)的粗暴燃燒狀況大大降低了噪音；改善了NOx和固體顆粒物的排放，提高了熱效率；附加冷啟動(dòng)控制裝置解決了發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)的困難。
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，主要包括甲醇泵(4)、燃油導(dǎo)軌(1)、燃油壓力調(diào)節(jié)器(3)、燃油噴嘴(21)、節(jié)流閥體(16)、電控單元ECU(8)、火花塞(20)和高能點(diǎn)火線圈(19)，其特征在于，節(jié)流閥體(16)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管入口處，火花塞(20)安裝在原柴油機(jī)柴油噴嘴處，點(diǎn)火線圈(19)受電控單元ECU(8)直接控制，活塞壓縮比為10∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，其還具有冷啟動(dòng)輔助電控單元(9)、冷啟動(dòng)助燃添加劑泵(14)和冷啟動(dòng)噴嘴(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，借助進(jìn)氣溫度傳感器(5)、冷卻液溫度傳感器(6)、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器(7)、曲軸位置傳感器(11)、氧傳感器(12)、節(jié)氣門(mén)位置傳感器(17)、車速傳感器(10)、高能點(diǎn)火系統(tǒng)和怠速控制閥(18)、甲醇泵(4)、燃油噴嘴(21)、冷啟動(dòng)助燃添加劑泵(14)和冷啟動(dòng)噴嘴(15)，通過(guò)電控單元ECU(8)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油脈寬、點(diǎn)火正時(shí)、怠速、空燃比以及其他附屬電氣設(shè)備的精確控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述的電控單元EUC(8)對(duì)小負(fù)荷采用閉環(huán)控制，中大負(fù)荷采用稀薄燃燒的方式，分階段對(duì)空燃比進(jìn)行精確控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，冷啟動(dòng)輔助電控單元(9)通過(guò)與電控單元ECU(8)的對(duì)話交流判斷冷啟動(dòng)開(kāi)始與結(jié)束的條件，向冷啟動(dòng)助燃添加劑泵(14)、冷啟動(dòng)噴嘴(15)發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，其適用的燃料有甲醇和乙醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種點(diǎn)燃式電控多點(diǎn)單一醇燃料氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，主要包括甲醇泵(4)、燃油導(dǎo)軌(1)、燃油壓力調(diào)節(jié)器(3)、燃油噴嘴(21)、節(jié)流閥體(16)、電控單元ECU(8)、火花塞(20)和高能點(diǎn)火線圈(19)，其特征在于，節(jié)流閥體(16)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管入口處，火花塞(20)安裝在原柴油機(jī)柴油噴嘴處，點(diǎn)火線圈(19)受電控單元ECU(8)直接控制，活塞壓縮比為10∶1。通過(guò)增加冷啟動(dòng)助燃添加劑泵(14)、冷啟動(dòng)噴嘴(15)、冷啟動(dòng)輔助電控單元(9)等，使得單一醇燃料冷啟動(dòng)難題得到解決。提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，大幅度降低NOx和顆粒物的排放，改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
文檔編號(hào)F02D41/06GK1936308SQ20061012710
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月6日
發(fā)明者朱自強(qiáng), 王向東, 孫建生 申請(qǐng)人:山西佳新能源化工實(shí)業(yè)有限公司