一种车载甲醇裂解反应器控制系统的制作方法

本发明属于双燃料汽车相关技术领域，更具体地，涉及一种车载甲醇裂解反应器控制系统。

背景技术：

当前能源短缺、环境污染已经成为制约人类发展的主要问题，对氢气、醇类、天然气、液化石油气等代用燃料的开发研究在不断地深入，并且取得了可喜的成果。甲醇密度与汽油相近，容易储存，便于运输。甲醇来源广泛，可以从天然气、煤、木材、农林业废弃物等生物质和城市废物中制取，它的辛烷值高，稀燃范围十分宽泛，是一种高效燃料。甲醇分子中含氧高达50％，燃烧速度快，自身含氧助燃，燃烧充分。在石油日益短缺和油价不断攀升的形势下，甲醇燃料的优势日渐突出。

由于甲醇本身具有的优势，使得甲醇燃料在发动机上得到了广泛应用。本领域相关技术人员已经针对甲醇燃料在发动机上的应用做出了一些研究，如专利CN103498732A公开了一种柴油/天然气双燃料内燃机控油系统，其双燃料控制器的输出端同切换电路相连，当内燃机转换在双燃料模式下运行时，原车ECU发出的喷油指令信号就被截取，各缸喷油器实际接收并执行的喷油指令信号由双燃料ECU发出，双燃料ECU根据测量值计算所需的柴油和天然气量，市面上的其他多数醇燃料发动机控制原理与之类似。然而，以上所述控制原理存在以下局限：1、双燃料控制ECU一般需另接用于测量进气温度的温度传感器、用于测量进气压力的压力传感器、用于检测发动机转速的传感器等才能保证自身正常工作，增加了系统复杂性；2、燃料喷射信号被截取到执行有一定滞后，不利于对车用发动机动态的调节；3、控制策略不灵活，只适用于发动机燃用甲醇燃料，而不适用于甲醇裂解气。相应地，本领域存在着开发一种结构简单的车载甲醇裂解反应器控制系统。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种车载甲醇裂解反应器控制系统，其基于双燃料发动机的工作特点，针对车载甲醇裂解反应器控制系统的结构及部件之间的联接关系进行了设计。所述车载甲醇裂解反应器控制系统通过CAN总线连接原机控制器来实现通讯，以实时自原机控制器获取发动机运行参数，同时采集甲醇裂解反应器的温度数据，辅助控制器根据发动机运行参数、温度数据及实验获得的甲醇供应量MAP图来控制甲醇泵及甲醇喷嘴以调节甲醇供应量，降低发动机的油耗及排放物的排放量，且结构简单，灵活性较高。

为实现上述目的，本发明提供了一种车载甲醇裂解反应器控制系统，其包括甲醇裂解反应器、温度传感器、甲醇喷嘴、甲醇泵、甲醇箱及辅助控制器，其特征在于：

所述甲醇裂解反应器与所述甲醇喷嘴相连通；所述温度传感器设置在所述甲醇裂解反应器上，其用于检测所述甲醇裂解反应器的温度；所述甲醇喷嘴通过供油管连接于所述甲醇泵，且其电性连接于所述辅助控制器；所述甲醇泵设置于所述甲醇箱内，所述甲醇箱用于存储所述甲醇裂解反应器反应所需的甲醇；

所述辅助控制器通过CAN总线与原机控制器实现通讯，以实时自所述原机控制器获取发动机运行参数；所述辅助控制器还分别电性连接于所述温度传感器及所述甲醇泵，其用于采集所述温度传感器检测到的温度数据；所述辅助控制器还具有手动工作模式及自动动作模式，在手动工作模式下，所述辅助控制器通过人为手动按键或串口下载数据以控制调节甲醇供应量；在自动工作模式下，所述辅助控制器根据所述发动机参数、所述温度数据及甲醇供应量MAP图来控制所述甲醇泵及所述甲醇喷嘴以调节甲醇供应量，以实现发动机的节能减排。

进一步的，所述辅助控制器设定了所述甲醇裂解反应器的预定温度，其将采集到的所述温度数据与所述预定温度进行比较，并根据比较结果来控制所述甲醇泵及所述甲醇喷嘴是否开启，进而决定发动机工作于纯油模式或者掺烧模式。

进一步的，所述预定温度为380℃。

进一步的，所述温度传感器为K型热电偶。

进一步的，所述车载甲醇裂解反应器控制系统还包括电性连接于所述辅助控制器的上位机，所述辅助控制器将所述甲醇裂解反应器的实时状态及报警信号传输给所述上位机，所述上位机用于实时显示接收到的信息以供使用者参考及查询。

进一步的，所述上位机还用于控制所述辅助控制器的工作模式；所述上位机为计算机。

进一步的，所述车载甲醇裂解反应器控制系统还包括加热模块，所述加热模块设置在所述甲醇裂解反应器上，其用于为所述甲醇裂解反应器加热。

进一步的，所述加热模块为PTC加热模块。

进一步的，所述甲醇箱内设置有液位传感器，所述液位传感器用于检测所述甲醇箱内的甲醇量，并将所述甲醇量信息传输给所述辅助控制器；所述辅助控制器根据接收到的所述甲醇量信息进行判断，当所述甲醇量小于预定甲醇量时，所述辅助控制器发出甲醇量不足报警信号，以提醒使用者及时向所述甲醇箱内补充甲醇。

进一步的，所述辅助控制器内还设置有电压转换芯片，所述电压转换芯片用于将接收到的电能进行电压转换，以供所述辅助控制器内的其他元件使用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的车载甲醇裂解反应器控制系统，其通过CAN总线连接原机控制器来实现通讯，以实时自原机控制器获取发动机运行参数，同时采集甲醇裂解反应器的温度数据，辅助控制器根据发动机运行参数、温度数据及实验获得的甲醇供应量MAP图来控制甲醇泵及甲醇喷嘴以调节甲醇供应量，降低发动机的油耗及排放物的排放量，且结构简单，灵活性较高。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的车载甲醇裂解反应器控制系统处于使用状态的示意图。

图2是图1中的车载甲醇裂解反应器控制系统的工作流程图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-甲醇裂解反应器，2-温度传感器，3-甲醇喷嘴，4-甲醇泵，5-甲醇箱，6-辅助控制器，7-上位机、8-加热模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式提供的车载甲醇裂解反应器控制系统适用于双燃料的汽油机、柴油机等。所述车载甲醇裂解反应器控制系统无需对原机进行改造及在原机上加装多个传感器，仅通过与原机控制器(Electronic Control Unit，ECU)进行通讯匹配以获取发动机的工作状态参数，根据所述工作状态参数来智能调节甲醇的供应量，达到节能减排的目的，且所述车载甲醇裂解反应器控制系统的结构简单，且能够实时检测甲醇裂解反应器的温度。

所述车载甲醇裂解反应器控制系统包括甲醇裂解反应器1、温度传感器2、甲醇喷嘴3、甲醇泵4、甲醇箱5、辅助控制器(Electronic Control Unit，ECU)6、上位机7及加热模块8。所述辅助控制器6电性连接于所述上位机7。所述甲醇泵4设置在所述甲醇箱5内，且其电性连接于所述辅助控制器6。所述甲醇喷嘴3与所述甲醇裂解反应器1相连通，且其电性连接于所述辅助控制器6，同时所述甲醇喷嘴3连接于所述甲醇泵4。所述温度传感器2设置于所述甲醇裂解反应器1上，且其电性连接于所述辅助控制器6。所述加热模块8设置在所述甲醇裂解反应器1的外周上，且其电性连接于所述辅助控制器6。本实施方式中，所述辅助控制器6与所述发动机所在的轿车的供电电源电性连接，所述供电电源用于为所述辅助控制器6提供电能。

所述甲醇裂解反应器1开设有排气进口、排气出口及裂解气出口，轿车的排气经所述排气进口进入所述甲醇裂解反应器1，并自所述排气出口自所述甲醇裂解反应器1排出。所述甲醇裂解反应器1还设置有特定的催化剂，所述催化剂使得甲醇能够在较低的温度下完全裂解，甲醇裂解气经所述裂解气出口自所述甲醇裂解反应器1排出。甲醇在预定温度下具有最佳的裂解效果，即所述甲醇裂解反应器1内存在使甲醇具有最佳裂解效果的预定温度t。本实施方式中，经过实际使用及实验验证得知所述甲醇裂解反应器1的最佳裂解温度为380℃，即所述预定温度t为380℃。

所述温度传感器2用于实时检测所述甲醇裂解反应器1的温度，并将检测到的温度数据传输给所述辅助控制器6，以作为所述辅助控制器6判断是否发出驱动信号驱动所述甲醇泵4进行工作以喷射甲醇的输入信号。本实施方式中，所述温度传感器2为K型热电偶。

所述甲醇喷嘴3通过供油管连接于所述甲醇泵4，其用于将来自所述甲醇泵4的甲醇喷射进所述甲醇裂解反应器1内。所述甲醇喷嘴3电性连接于所述辅助控制器6，所述辅助控制器6用于发出驱动信号以驱动所述甲醇喷嘴3开始向所述甲醇裂解反应器1内喷洒甲醇。

所述甲醇泵4连接所述甲醇喷嘴3及所述甲醇箱5，其用于将所述甲醇箱5内的甲醇泵出到所述甲醇喷嘴3。本实施方式中，所述甲醇泵4电性连接于所述辅助控制器6，所述辅助控制器6用于控制所述甲醇泵4的开关及转速。

所述甲醇箱5设置在所述轿车的后备箱中，其用于为所述甲醇裂解反应器1提供反应所需的甲醇。本实施方式中，所述甲醇箱5内设置有液位传感器，所述液位传感器用于检测所述甲醇箱5内的甲醇量，并将所述甲醇量信息传输给所述辅助控制器6。所述辅助控制器6根据接收到的所述甲醇量信息进行判断，当所述甲醇量小于预定甲醇量时，所述辅助控制器6发出甲醇量不足报警信号，以提醒使用者及时向所述甲醇箱5内补充甲醇。

所述辅助控制器6通过CAN总线(Controller Area Network)连接于所述原机控制器，其设置有CAN通讯接口、串口通讯接口、甲醇泵控制接口、甲醇喷嘴驱动控制模块、启动加热控制接口及热电偶变送模块。所述CAN通讯接口连接于所述原机ECU，所述原机控制器设置有其他控制器(如变速箱控制器TCU、车身控制模块BCM)之间的CAN通信口，以用于某些数据的实时共享，从而降低整车线束。本实施方式中，所述CAN通讯接口连接于所述原机控制器的CAN通信口。所述串口通讯接口连接于所述上位机7。所述甲醇泵控制接口连接于所述甲醇泵4。所述甲醇喷嘴驱动控制模块连接于所述甲醇喷嘴3。所述启动加热控制接口电性连接于所述加热模块8。所述热电偶变送模块电性连接于所述温度传感器2。本实施方式中，所述辅助控制器6内还设置有电压转换芯片，所述电压转换芯片用于将接收到的电能进行电压转换，以供所述控制器内的其他元件使用；所述加热模块8用于为所述甲醇裂解反应器1加热，其为PTC加热模块。

所述辅助控制器6上电时，所述上位机7对所述辅助控制器6的工作模式进行设定。本实施方式中，所述辅助控制器6在上电时采用默认的工作模式。所述辅助控制器6通过所述CAN通讯接口与所述原机控制器实现通讯连接，其实时接收和处理所述原机控制器所发送的发动机运行参数，以实时检测发动机的运行参数(如发动机的转速、发动机输出扭矩、发动机瞬时燃油消耗)；同时，所述辅助控制器6将所述发动机运行参数用于甲醇喷射量控制算法的输入信息。

所述辅助控制器6还通过所述热电偶变送模块连接于所述温度传感器2，其通过所述温度传感器2实时采集所述甲醇裂解反应器1运行过程中的温度。所述辅助控制器6将采集到的温度数据作为控制甲醇喷射量的参考和输入信号。

所述辅助控制器6设定了所述甲醇裂解反应器1的所述预定温度t，进而决定是否驱动所述甲醇泵4及所述甲醇喷嘴3来实现甲醇裂解气的掺烧，从而使发动机工作在纯油模式或者掺烧模式下。在掺烧模式下，所述辅助控制器6根据甲醇喷射量控制算法实现最佳甲醇喷射量的控制。当发动机启动时，所述辅助控制器6通过所述温度传感器2采集所述甲醇裂解反应器1的温度，当检测到的所述甲醇裂解反应器1的温度tc低于所述设定温度t时，不进行甲醇喷射，此时发动机工作在纯油工作模式下；而当检测到的所述甲醇裂解反应器1的温度tc达到所述设定温度t时，所述辅助控制器6控制所述甲醇泵4开启，并控制所述甲醇喷嘴3进行甲醇喷射，实现裂解气掺烧，此时所述发动机处于掺烧模式。

当甲醇进行喷射时，所述辅助控制器6能够获取原机控制器通过CAN总线实时发送的发动机转速n和输出扭矩T信号，而甲醇供应量q随发动机转速与负荷增加而增加，即：

q＝f(n,T) (1)

公式(1)即为甲醇供应量的Map图的公式表达，可通过模拟计算出初始Map图或者通过台架实验确定Map图。

所述辅助控制器6的工作模式有手动和自动两种，所述辅助控制器6的工作模式由所述上位机7来控制。本实施方式中，所述辅助控制器6上电时默认采用的工作模式为自动模式；所述上位机7为计算机，可以理解，在其他实施方式中，所述上位机7可以为触屏平板电脑，所述辅助控制器6内设置有无线通讯模块，所述辅助控制器6通过所述无线通讯模块与所述触屏平板电脑实现无线通讯。

自动工作模式下，所述辅助控制器6根据采集到的发动机运行参数及所述甲醇裂解反应器1的温度数据，并通过甲醇供应量控制算法自动控制甲醇供应的始点及最佳供应量。甲醇供应量算法是通过发动机转速n和扭矩T查表得到的，发动机在掺烧甲醇裂解气时，各个工况下最佳的甲醇供应量是通过发动机台架实验得到的。以发动机转速为2000rpm时，负荷分别为20N.m、40N.m、60N.m、80N.m和100N.m时不同甲醇替代比下所测到的台架数据为例，通过与原机在纯汽油模式下的数据对比，可获得在每一工况下最佳的甲醇供应量。

手动工作模式下，所述辅助控制器6主要用于对发动机运行参数的采集和甲醇喷射量的手动控制。手动工作模式主要用于发动机台架实验，通过调节甲醇喷射量，以确定发动机每一工况下的最佳甲醇供应量，此处所述的最佳甲醇供应量是在发动机固定工况且不发生爆震、发动机动力性基本不受影响的情况下最经济时对应的甲醇供应量。此外，通过扫描工况点以确定每一工况下的最佳甲醇供应量，并绘制甲醇供应量MAP图，以为甲醇供应量的自动控制提供依据。

所述手动工作模式还用于整车测试，手动控制甲醇供应量，通过固定某一甲醇供应量，使得整车在固定的甲醇供应量下都有较好的掺烧效果，该固定的甲醇供应量也是根据台架实验数据总结得到。

本实施方式中，在掺烧模式下，所述甲醇裂解反应器1内设置的催化剂借助排气余热能够将甲醇裂解生成甲醇裂解气(2H2+CO)，其蒸发、裂解过程如公式(2)及公式(3)所示：

CH₃OH(l)+Q＝CH₃OH(g) (2)

CH₃OH(g)+Q＝2H₂+CO (3)

所述上位机7电性连接于所述辅助控制器6，所述辅助控制器6将所述甲醇裂解反应器1的实时状态及报警信号传输给所述上位机7，所述上位机7用于实时显示接收到的信息以供使用者参考及查询。

本实施方式提供的车载甲醇裂解反应器控制系统应用在东风A16发动机上时，在部分负荷工况下油耗降低百分比可达8.8％，且碳氢化合物的排放量降低了28.7％，控制效果明显，

本发明提供的车载甲醇裂解反应器控制系统，其通过CAN总线连接原机控制器来实现通讯，以实时自原机控制器获取发动机运行参数，同时采集甲醇裂解反应器的温度数据，辅助控制器根据发动机运行参数、温度数据及实验获得的甲醇供应量MAP图来控制甲醇泵及甲醇喷嘴以调节甲醇供应量，降低发动机的油耗及排放物的排放量，且结构简单，灵活性较高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。