CN105114193B - 一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法 - Google Patents

Abstract

一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃料供给方法是由甲醇燃料供给系统与柴油燃料供给系统，通过电子控制单元ECU将甲醇预混合气柴油引燃的燃烧模式，实现双燃料柴油机燃油供给。本发明通过增加第二套缸内直喷的供油系统可以充分利用不同燃料的性质，通过改变两种燃料的喷射策略实现缸内燃油空气混合气的流场特性的控制，从而达到发动机实时工况的高效清洁燃烧。

Description

一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法

技术领域

本发明涉及一种发动机燃油供给系统，尤其是一种使用双燃料发动机燃油供给系统。

背景技术

传统发动机使用的燃料为石化燃料汽油和柴油，但石油能源日益紧缺，环境污染日趋严重，发动机清洁代用燃料的开发与应用迫在眉睫。目前醇类燃料、醚类燃料、天然气、F-T柴油和生物柴油等燃料已被公认为发动机的清洁代用燃料。

关于清洁燃料代替石油能源作为内燃机燃料的研究已经很多，取得了一定的成效。但是单纯的一种代用燃料在发动机上应用时均存在有一定的问题，如甲醇和二甲醚的沸点低，容易蒸发在油管或进气道形成气阻，阻碍燃料的供给；它们的气化潜热值很高，发动机在启动或小负荷运转时会进一步降低进气和缸内温度，导致熄火和运转不稳；甲醇粘度低，使柴油机输油泵和柱塞得不到很好的润滑，磨损较快；在排放方面，由于发动机工况复杂，对混合燃料的燃烧特性没有很好的掌握，导致部分工况的排放升高，燃烧不稳定，除了清洁燃料本身的性质，汽油机和柴油机燃烧方式的本质不同也影响着替代燃料的发展趋势。汽油机受到爆燃的限制，远小于柴油机的压缩比决定汽油机预混合燃烧比柴油机扩散燃烧的热效率低很多，虽然替代燃料在汽油机中的应用成熟，但较低的热效率无法得到很好的解决，导致替代燃料的利用率并不高，存在着多种疑难亟待解决。

为了促进发动机清洁代用燃料的利用，双燃料发动机的概念被提出，并有了一定的研究进展。目前双燃料柴油机的燃料是以清洁代用燃料辅助燃料与柴油形成混合燃料进入气缸燃烧，或通过进气道喷射代用燃料、缸内直喷柴油引燃代用燃料预混合气进行燃烧。这两种燃烧方式均不需对发动机结构进行大的改动、易于操作，但燃料混合方式对发动机的性能改善的效果有限，并且醇类燃料与柴油并不互溶；而预混合气引燃燃烧模式中，很难通过根据发动机工况的改变实现对缸内预混合气流场特性的控制，进而达到此工况下的最佳燃烧效率和低排放。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是如何控制缸内燃料空气混合气的流场特性，使之与发动机运行工况匹配的一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法。

本发明上述的具体技术问题是通过以下的技术方案解决的。

一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法，其所述方法是由甲醇燃料供给系统与柴油燃料供给系统，通过电子控制单元ECU将甲醇预混合气柴油引燃的燃烧模式，实现双燃料柴油机燃油供给；

所述甲醇燃料供给系统是甲醇燃料泵将甲醇燃料箱的甲醇燃料油经过甲醇燃料滤清器和压力调节器泵入甲醇燃料油轨，后通过甲醇燃料油轨的甲醇喷油器喷入缸体进行燃烧做功；

所述柴油燃料供给系统是柴油燃料泵将柴油燃料箱的柴油燃料油经过柴油燃料滤清器和压力调节器泵入柴油燃料油轨，后通过柴油燃料油轨的柴油喷油器喷入缸体进行燃烧做功；

所述甲醇预混合气柴油引燃燃烧模式是电子控制单元ECU接收来自曲轴转角位置传感器、发动机转速传感器和进气流量传感器传送过来的信号，并对其信号进行匹配分析，给出甲醇燃料喷射量，后将控制信号发送到甲醇喷油器与柴油喷油器；在进气行程初期，电子控制单元ECU发出命令控制甲醇喷油器进行甲醇的缸内喷射，并形成缸内甲醇的预混合气，在活塞接近上止点时，电子控制单元ECU向柴油喷油器发出命令控制柴油的喷射时刻和喷射脉宽，随后柴油在燃烧室中被压燃并引发其中的甲醇预混合气的多点着火，即实现甲醇预混合气的柴油引燃燃烧模式；

所述柴油引燃燃烧模式是电子控制单元ECU通过编程控制柴油喷油器在活塞接近上止点时开始喷射柴油，接着喷油器开始喷射甲醇，即在柴油被压燃的过程中持续向缸内喷入甲醇，甲醇在缸内边蒸发混合边被引燃；

在上述技术方案中，所述甲醇燃料是高辛烷值燃料，包括醇类、醚类、天然气或是汽油；所述柴油燃料是高十六烷值燃料，包括F-T柴油、生物柴油或是柴油；所述电子控制单元ECU将燃油喷射控制信号传送给所述燃油喷油器；所述甲醇燃料供给系统与柴油燃料供给系统是相互独立的耐腐蚀材料构成；所述甲醇燃料供给系统的压力调节器是控制油路中的燃油压力，实现主燃料喷射速率的改变。

本发明上述所提供的一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法，与现有技术相比的有益效果是本方法通过增加第二套缸内直喷的燃油供给系统，充分利用了不同燃料的性质，通过改变喷射策略实现了对缸内燃油空气混合气的流场特性的控制，从而达到发动机实时工况的高效清洁燃烧。

附图说明

图1是本发明燃料燃油供给系统结构示意图。

图2是本发明甲醇燃料燃油供给系统结构示意图。

图3是本发明柴油燃料燃油供给系统结构示意图。

图中：1：甲醇燃料箱；2：甲醇燃料泵；3：甲醇燃料滤清器；4：缸体；5：甲醇喷油器；6：进气门；7：柴油喷油器；8：柴油燃料泵；9：柴油燃料滤清器；10：柴油燃料箱；11：飞轮；12：连杆；13：曲轴；14：活塞；15：压力调节器；16：甲醇燃料油轨；17：低压油管；18：柴油燃料输油泵；19：调速器；20：拉杆位置传感器；21：柴油燃料喷油泵；22：限压阀；23：高压油管；24：回油管。

具体实施方式

下面对本发明的具体的实施方式做出进一步的说明。

实施一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法，是要解决如何控制缸内燃料空气混合气的流场特性，使之与发动机运行工况匹配的具体技术问题。解决本发明所提出的具体问题所采取的措施是首先设置甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给系统，然后通过电子控制单元ECU控制，实现甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法，具体技术方案如下。

一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法，该方法是由甲醇燃料供给系统与柴油燃料供给系统，通过电子控制单元ECU将甲醇预混合气柴油引燃的燃烧模式，实现双燃料柴油机燃油供给。

实施甲醇燃料供给系统是甲醇燃料泵2将甲醇燃料箱1的甲醇燃料油经过甲醇燃料滤清器3和压力调节器15泵入甲醇燃料油轨16，后通过甲醇燃料油轨16的甲醇喷油器5喷入缸体4进行燃烧做功。

实施柴油燃料供给系统是柴油燃料泵8将柴油燃料箱10的柴油燃料油经过柴油燃料滤清器9和压力调节器15泵入柴油燃料油轨16，后通过柴油燃料油轨16的柴油喷油器7喷入缸体4进行燃烧做功。

实施甲醇预混合气柴油引燃燃烧模式是电子控制单元ECU接收来自曲轴转角位置传感器、发动机转速传感器和进气流量传感器传送过来的信号，并对其信号进行匹配分析，给出甲醇燃料喷射量，后将控制信号发送到甲醇喷油器5与柴油喷油器7；在进气行程初期，电子控制单元ECU发出命令控制甲醇喷油器5进行甲醇的缸内喷射，并形成缸内甲醇的预混合气，在活塞接近上止点时，电子控制单元ECU向柴油喷油器[7]发出命令控制柴油的喷射时刻和喷射脉宽，随后柴油在燃烧室中被压燃并引发其中的甲醇预混合气的多点着火，即实现甲醇预混合气的柴油引燃燃烧模式；

实施柴油引燃燃烧模式是电子控制单元ECU通过编程控制柴油喷油器7在活塞接近上止点时开始喷射柴油，接着喷油器5开始喷射甲醇，即在柴油被压燃的过程中持续向缸内喷入甲醇，甲醇在缸内边蒸发混合边被引燃；

在上述实施方案中，所采用的甲醇燃料是高辛烷值燃料，也包括醇类、醚类、天然气等或是汽油；所采用的柴油燃料是高十六烷值燃料，也包括F-T柴油、生物柴油或是柴油；所采用的电子控制单元ECU是将燃油喷射控制信号传送给所述燃油喷油器；所采用的甲醇燃料供给系统与柴油燃料供给系统是相互独立的耐腐蚀材料构成；所采用的甲醇燃料供给系统的压力调节器是通过控制油路中的燃油压力，实现主燃料喷射速率的改变。

下面结合附图对本发明的具体的实施方式做出进一步的说明。

如图1所示，实施一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法，首先是实施本发明的甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给系统，该系统包括有油路、甲醇燃料油箱1、甲醇燃料油泵2、甲醇燃料滤清器3、甲醇喷油器5、柴油燃料油箱10、柴油燃料滤清器9、柴油燃料油泵8、柴油喷油器7和电子控制单元ECU。

如图2所示，本发明的甲醇燃料供给系统包括有油路、甲醇燃料油箱1、甲醇燃料油泵2、甲醇燃料滤清器3、甲醇喷油器5、甲醇燃料油轨16和甲醇燃料压力调节器15。

如图3所示，本发明的柴油燃料供给系统，包括：柴油燃料油箱10、柴油燃料滤清器9、柴油喷油器7、拉杆位置传感器20、高压油管23、低压油管17、回油管24、限压阀22、柴油燃料输油泵18、柴油燃料喷油泵21和调速器19。

其中：甲醇燃料供给系统中的油路包括油轨16和喷油器5，油轨16的一端和燃油输出端连接，油轨16的另一端通过喷油器5与发动机连接。

以甲醇/柴油双燃料发动机为例但不仅限于此，对本发明的工作过程进行阐述。以甲醇作为主燃料，由主燃料供油系统来供给，柴油作为副燃料，由副燃料供油系统供给，可以利用本发明实现甲醇预混合气柴油引燃和柴油引燃的甲醇扩散燃烧等类似的燃烧模式。

甲醇预混合气柴油引燃燃烧模式中，本方法的工作过程是电子控制单元ECU接收来自曲轴转角位置传感器、发动机转速传感器和进气流量传感器等传感器传送过来的信号，并对其进行匹配分析、做出主燃料的喷射量、喷射时刻等喷射策略，把相关控制信号发送到喷油器5和7上，对两种燃料的喷射进行精确控制；在进气行程初期，电子控制单元ECU发出命令控制主燃料喷油器5进行甲醇的缸内喷射，利用发动机缸内的高温环境形成缸内甲醇的预混合气，在活塞接近上止点时，电子控制单元ECU向副燃料喷油器7发出命令控制柴油的喷射时刻和喷射脉宽，随后柴油在燃烧室中被压燃并引发其中的甲醇预混合气的多点着火，即实现了甲醇预混合气的柴油引燃燃烧模式。缸内实现的此种预混引燃燃烧模式较进气道喷射甲醇缸内直喷柴油的方式能更好的实现甲醇混合气流场特性的控制、可实现更高的热效率，降低NO_X和碳烟排放，但HC和CO排放上升较多。

柴油引燃甲醇扩散燃烧模式中，本方法的工作过程是电子控制单元ECU通过编程控制柴油喷油器7在活塞接近上止点时开始喷射柴油，紧随其后，喷油器5开始喷射甲醇，即在柴油被压燃的过程中持续向缸内喷入甲醇，甲醇在缸内边蒸发混合边被引燃。此燃烧模式的热效率较上一燃烧模式的低，但HC和CO排放的增加幅度较小。

上述本发明岁提供的一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法中，所采用的双燃料的双喷油器燃油供给系统可以在汽车发动机上使用，也可在工程机械的大型柴油机中使用。在本方法中采用的甲醇燃料供给系统中的油管是由耐腐蚀材料制成，故本方法中甲醇燃料可以采用煤基醇类、醚类等燃料；而柴油燃料除了可以采用常规的石化柴油，还可以采用有煤直接液化合成的F-T柴油、由动植物脂肪或废弃油脂等制成的生物柴油等；使用本方法的双燃料发动机可有力的推进煤基代用燃料等的高效清洁利用，并降低常规发动机的排放，对实现内燃机行业的节能减排有重大意义

以上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，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本方法构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种甲醇/柴油双燃料柴油机燃油供给方法，其所述方法是由甲醇燃料供给系统与柴油燃料供给系统，通过电子控制单元ECU将甲醇预混合气柴油引燃的燃烧模式，实现双燃料柴油机燃油供给；

所述甲醇燃料供给系统是甲醇燃料泵(2)将甲醇燃料箱(1)的甲醇燃料油经过甲醇燃料滤清器(3)和压力调节器(15)泵入甲醇燃料油轨(16)，后通过甲醇燃料油轨(16)的甲醇喷油器(5)喷入缸体(4)进行燃烧做功；

所述柴油燃料供给系统是柴油燃料泵(8)将柴油燃料箱(10)的柴油燃料油经过柴油燃料滤清器(9)和压力调节器(15)泵入柴油燃料油轨(16)，后通过柴油燃料油轨(16)的柴油喷油器(7)喷入缸体(4)进行燃烧做功；

所述甲醇预混合气柴油引燃燃烧模式是电子控制单元ECU接收来自曲轴转角位置传感器、发动机转速传感器和进气流量传感器传送过来的信号，并对其信号进行匹配分析，给出甲醇燃料喷射量，后将控制信号发送到甲醇喷油器(5)与柴油喷油器(7)；在进气行程初期，电子控制单元ECU发出命令控制甲醇喷油器(5)进行甲醇的缸内喷射，并形成缸内甲醇的预混合气，在活塞接近上止点时，电子控制单元ECU向柴油喷油器(7)发出命令控制柴油的喷射时刻和喷射脉宽，随后柴油在燃烧室中被压燃并引发其中的甲醇预混合气的多点着火，即实现甲醇预混合气的柴油引燃燃烧模式；

所述柴油引燃燃烧模式是电子控制单元ECU通过编程控制柴油喷油器(7)在活塞接近上止点时开始喷射柴油，接着喷油器(5)开始喷射甲醇，即在柴油被压燃的过程中持续向缸内喷入甲醇，甲醇在缸内边蒸发混合边被引燃；

所述电子控制单元ECU将燃油喷射控制信号传送给所述燃油喷油器；

所述甲醇燃料供给系统的压力调节器是控制油路中的燃油压力，实现甲醇燃料喷射速率的改变；

所述甲醇燃料是天然气；

所述柴油燃料是生物柴油；

所述甲醇燃料供给系统与柴油燃料供给系统是相互独立的耐腐蚀材料构成。