專利名稱：柴油機的進氣噴醇裝置及噴射控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油機進氣噴射醇燃料裝置及噴射控制方法，屬于柴油機的柴油/醇燃料混合燃燒技術(shù)。
背景技術(shù)：
柴油機因為其良好的經(jīng)濟性以及可靠性，不僅在載重車、城市公交車中大量應(yīng)用，甚至在轎車中也得到越來越廣泛應(yīng)用。但是，由于柴油機燃燒本質(zhì)所決定，微粒和氮氧化物(NOx)排放達標(biāo)問題仍是制約其發(fā)展的關(guān)鍵。目前國際上解決同時降低NOx與微粒排放這一對矛盾的基本辦法有(一)在柴油機上采用高壓噴射結(jié)合廢氣后處理等多種高新技術(shù)。這一做法高、技術(shù)難度大，國內(nèi)目前難以實現(xiàn)。(二)采用超低含硫量的高品質(zhì)柴油，但目前國內(nèi)供應(yīng)的柴油品質(zhì)難以達標(biāo)。(三)在柴油中配以甲醇或乙醇含氧、高汽化潛熱的燃料實現(xiàn)混合燃燒，以減少NOx和微粒排放。這一做法目前采用較多的是柴油摻醇乳化后形成混合燃料進行燃燒，它的不足之處在于混合燃料儲存容易分層；由于混合燃料汽化潛熱的提高，燃料在低溫下難以著火，發(fā)動機冷起動困難；另外，在小負(fù)荷工況下未燃的HC排放嚴(yán)重。鑒于上述情況，為實現(xiàn)利用可再生的能源醇替代部分石油，并且盡量做到無煙燃燒的零排放，改進柴油/醇混合燃料的燃燒技術(shù)十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種柴油機的進氣噴醇裝置及噴射控制方法，依該噴射裝置實現(xiàn)在柴油機進氣中噴射醇燃料形成部分預(yù)混合氣，進入氣缸后由柴油引燃(醇燃料著火點高)，并與柴油進行混合燃燒，不但能保證柴油機原有的良好起動性能，小負(fù)荷排放品質(zhì)不變，而且能顯著降低柴油機中高負(fù)荷時的NOx與微粒排放，所述的方法操作運行可靠。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的根據(jù)發(fā)動機的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、配氣相位及冷卻水溫度諸多因素，實施定時、定量地向發(fā)動機進氣管或各缸進氣道噴射醇燃料形成預(yù)混合氣，進入氣缸由柴油引燃并與柴油進行混合燃燒的裝置。其特征在于該裝置主要由設(shè)置在發(fā)動機進氣管內(nèi)的噴嘴或者是設(shè)置在各缸進氣道內(nèi)的噴嘴及驅(qū)動噴嘴開關(guān)的電控單元和向電控單元傳遞信息的發(fā)動機負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、凸輪軸位置及冷卻水溫度的傳感器組成。
采用上述的噴醇裝置實現(xiàn)定時、定量向發(fā)動機噴射醇燃料進行混合燃燒的方法，其特征在于包括下列具體做法1)當(dāng)傳感器傳出發(fā)動機扭矩大于等于60％最大扭矩、轉(zhuǎn)速高于等于40％標(biāo)定轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度大于等于70℃的信號時，通過電控單元，啟動噴嘴向發(fā)動機噴射醇燃料，柴油機進行柴油/醇燃料混合燃燒。醇噴射量占純柴油的0～35％(按燃料熱值計)；實現(xiàn)多點噴射時，在上述發(fā)動機工況條件下，根掘發(fā)動機凸輪軸位置傳感器傳出各缸進氣門開啟信號時，噴嘴開始向各缸進氣道噴射醇燃料，醇噴射量占純柴油的0～35％(按燃料熱值計)。
2)當(dāng)傳感器傳出發(fā)動機扭矩小于60％最大扭矩、或轉(zhuǎn)速低于40％標(biāo)定轉(zhuǎn)速、或冷卻水溫度低于70℃，電控單元不向噴嘴發(fā)出啟動信號，發(fā)動機僅靠柴油工作，以保證柴油機良好的冷起動性能和小負(fù)荷的排放品質(zhì)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，在中高負(fù)荷(微粒與NOx排放都很高)工況，以部分醇燃料代替柴油。采用進氣噴醇后，柴油機的碳煙排放比純柴油燃燒時可降低40％，NOx可降低30％以上。
采用本發(fā)明的裝置對現(xiàn)有機型的柴油機，可以方便地進行改裝，在不影響其動力性能的前提下，使其排放品質(zhì)得到很大提高，不能滿足歐II排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機加裝該裝置后，可以很容易實現(xiàn)排放性能達到歐II排放標(biāo)準(zhǔn)。已達到歐II排放標(biāo)準(zhǔn)的機型，加裝該裝置并增加適當(dāng)?shù)呐艢夂筇幚硐到y(tǒng)，也可以較容易達到歐III排放標(biāo)準(zhǔn)；對新開發(fā)的機型，可以與柴油機供油系統(tǒng)進行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計，可以降低對原柴油機高壓油泵的要求，達到降低成本和提高排放品質(zhì)的雙重作用。


圖1為噴嘴設(shè)在進氣管內(nèi)單點噴射的本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為噴嘴設(shè)在進氣道內(nèi)多點噴射的本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1為空氣濾清器，2為噴嘴，3為進氣管，4為柴油機，5為電控單元，6為發(fā)動機負(fù)荷傳感器，7為發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，8為冷卻水溫度傳感器，9為凸輪軸位置傳感器，10為進氣歧管，11為醇燃料分配管，12為醇燃料壓力調(diào)節(jié)器，13為電動燃油泵，14為醇燃料箱。
具體實施例方式
柴油機因為其良好的經(jīng)濟性以及可靠性，不僅在載重車、城市公交車中大量應(yīng)用，甚至在轎車中也得到越來越廣泛應(yīng)用。但是，由于柴油機燃燒本質(zhì)所決定，降低NOx與微粒排放的措施往往是互相矛盾的，因此NOx與微粒排放達標(biāo)問題是制約柴油機發(fā)展的關(guān)鍵。按照國家的發(fā)展要求，我國柴油機排放將會迅速與國際接軌，減少柴油機的NOx與微粒排放刻不容緩。
本發(fā)明是通過進氣噴射醇燃料的方法來達到同時降低NOx與微粒的目的。甲醇和乙醇是含氧、高汽化潛熱的燃料，由于其高汽化潛熱，將會大幅度降低缸內(nèi)混合氣溫度，減少燃料裂解和NOx生成的機會。同時由于它們含氧，易揮發(fā)，形成的均質(zhì)混合氣燃燒時不會生成碳煙。醇類燃料來自煤炭和生物制品，資源非常豐富，也是石油燃料的最好替代品之一。醇燃料和柴油混合燃燒將不僅可以減少柴油機有害排放，還可以提高發(fā)動機熱效率，提高燃料利用率，符合國家長遠發(fā)展計劃的能源要求。
在發(fā)動機進氣中噴射醇燃料形成部分預(yù)混合氣，預(yù)混合氣進入氣缸后由柴油引燃，并與柴油進行混合燃燒，能有效降低發(fā)動機中高負(fù)荷時的NOx與微粒排放，但不同負(fù)荷工況下醇的最佳噴射量也不同，也即柴油/醇的比例不同，發(fā)動機在最佳噴射比例下工作，可以大幅度降低NOx與微粒的排放，而又基本不影響CO與HC的排放。本發(fā)明的柴油機進氣噴醇與噴射控制方法，可以根掘發(fā)動機負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度等來自動調(diào)整柴油機進氣中噴射量，實現(xiàn)在起動、暖車以及小負(fù)荷時柴油機僅以純柴油工作，不影響其良好的起動性能及小負(fù)荷的排放性能；在中高負(fù)荷時，根據(jù)發(fā)動機的工況來實時噴射最佳的醇量，達到最大程度上降低NOx與微粒排放的同時不增加HC和CO的排放。
2.柴油機轉(zhuǎn)速為2000r/min時，發(fā)動機以乙醇/柴油為30％(按熱值計)，進行雙燃料工作時，達到最大扭矩120N.m時的煙度比用純柴油工作達到120N.m時降低35％，NOx降低28％。
權(quán)利要求
1.一種柴油機的進氣噴醇裝置，該裝置根據(jù)發(fā)動機的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、配氣相位及冷卻水溫度諸多因素，實施定時、定量地向發(fā)動機進氣管或各缸進氣道噴射醇燃料形成部分預(yù)混合氣，其特征在于該裝置主要由設(shè)置在發(fā)動機進氣管內(nèi)的噴嘴或者是設(shè)置在各缸進氣道內(nèi)的噴嘴及驅(qū)動噴嘴開關(guān)的電控單元和向電控單元傳遞信息的發(fā)動機負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、凸輪軸位置及冷卻水溫度的傳感器組成。
2.一種采用按權(quán)利要求1所述的柴油機的進氣噴醇裝置進行噴射控制方法，其特征在于包括下列具體做法1)當(dāng)傳感器傳出發(fā)動機扭矩大于等于60％最大扭矩、轉(zhuǎn)速大于等于40％標(biāo)定轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度大于等于70℃的信號時，通過電控單元，啟動噴嘴向發(fā)動機噴射醇燃料，柴油機進行柴油-醇燃料混合燃燒。醇噴射量占純柴油的0～35％(按燃料熱值計)；實現(xiàn)多點噴射時，在上述發(fā)動機工況條件下，根據(jù)發(fā)動機凸輪軸位置傳感器傳出各缸進氣門開啟信號時，噴嘴開始向各缸進氣道噴射醇燃料，醇噴射量占純柴油的0～35％(按燃料熱值計)；2)當(dāng)傳感器傳出發(fā)動機扭矩小于60％最大扭矩、或轉(zhuǎn)速小于40％標(biāo)定轉(zhuǎn)速、或冷卻水溫度低于70℃，電控單元不向噴嘴發(fā)出啟動信號，發(fā)動機僅靠柴油工作，以保證柴油機良好的冷起動性能和小負(fù)荷的排放品質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柴油機的進氣噴醇裝置及噴射控制方法，屬于柴油機的柴油/醇燃料混合燃燒技術(shù)。該裝置主要由設(shè)置在發(fā)動機進氣管內(nèi)的噴嘴或者是設(shè)置在各缸進氣道內(nèi)的噴嘴及驅(qū)動噴嘴開關(guān)的電控單元和向電控單元傳遞信息的發(fā)動機負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、凸輪軸位置及冷卻水溫度的傳感器組成。其噴射控制方法是根據(jù)發(fā)動機扭矩、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、凸輪軸位置，定時定量向發(fā)動機噴射醇燃料。本發(fā)明的優(yōu)點在于在發(fā)動機中高負(fù)荷(微粒與NOx排放都很高)工況，以部分醇燃料代替柴油，碳煙排放比純柴油燃燒時可降低40％，同時NOx可降低30％以上。采用本發(fā)明裝置可以方便為現(xiàn)有柴油機進行改裝，在不影響其動力性能的前提下，使其排放性能得到很大提高。
文檔編號F02D41/04GK1470752SQ03148288
公開日2004年1月28日 申請日期2003年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者姚春德, 王銀山, 李云強, 鄭貴忠 申請人:天津大學(xué)