专利名称：柴油机的进气喷醇装置及喷射控制方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油机进气喷射醇燃料装置及喷射控制方法，属于柴油机的柴油/醇燃料混合燃烧技术。
背景技术：
柴油机因为其良好的经济性以及可靠性，不仅在载重车、城市公交车中大量应用，甚至在轿车中也得到越来越广泛应用。但是，由于柴油机燃烧本质所决定，微粒和氮氧化物(NOx)排放达标问题仍是制约其发展的关键。目前国际上解决同时降低NOx与微粒排放这一对矛盾的基本办法有(一)在柴油机上采用高压喷射结合废气后处理等多种高新技术。这一做法高、技术难度大，国内目前难以实现。(二)采用超低含硫量的高品质柴油，但目前国内供应的柴油品质难以达标。(三)在柴油中配以甲醇或乙醇含氧、高汽化潜热的燃料实现混合燃烧，以减少NOx和微粒排放。这一做法目前采用较多的是柴油掺醇乳化后形成混合燃料进行燃烧，它的不足之处在于混合燃料储存容易分层；由于混合燃料汽化潜热的提高，燃料在低温下难以着火，发动机冷起动困难；另外，在小负荷工况下未燃的HC排放严重。鉴于上述情况，为实现利用可再生的能源醇替代部分石油，并且尽量做到无烟燃烧的零排放，改进柴油/醇混合燃料的燃烧技术十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柴油机的进气喷醇装置及喷射控制方法，依该喷射装置实现在柴油机进气中喷射醇燃料形成部分预混合气，进入气缸后由柴油引燃(醇燃料着火点高)，并与柴油进行混合燃烧，不但能保证柴油机原有的良好起动性能，小负荷排放品质不变，而且能显著降低柴油机中高负荷时的NOx与微粒排放，所述的方法操作运行可靠。
本发明是通过下述技术方案加以实现的根据发动机的负荷、转速、配气相位及冷却水温度诸多因素，实施定时、定量地向发动机进气管或各缸进气道喷射醇燃料形成预混合气，进入气缸由柴油引燃并与柴油进行混合燃烧的装置。其特征在于该装置主要由设置在发动机进气管内的喷嘴或者是设置在各缸进气道内的喷嘴及驱动喷嘴开关的电控单元和向电控单元传递信息的发动机负荷、转速、凸轮轴位置及冷却水温度的传感器组成。
采用上述的喷醇装置实现定时、定量向发动机喷射醇燃料进行混合燃烧的方法，其特征在于包括下列具体做法1)当传感器传出发动机扭矩大于等于60％最大扭矩、转速高于等于40％标定转速、冷却水温度大于等于70℃的信号时，通过电控单元，启动喷嘴向发动机喷射醇燃料，柴油机进行柴油/醇燃料混合燃烧。醇喷射量占纯柴油的0～35％(按燃料热值计)；实现多点喷射时，在上述发动机工况条件下，根掘发动机凸轮轴位置传感器传出各缸进气门开启信号时，喷嘴开始向各缸进气道喷射醇燃料，醇喷射量占纯柴油的0～35％(按燃料热值计)。
2)当传感器传出发动机扭矩小于60％最大扭矩、或转速低于40％标定转速、或冷却水温度低于70℃，电控单元不向喷嘴发出启动信号，发动机仅靠柴油工作，以保证柴油机良好的冷起动性能和小负荷的排放品质。
本发明的优点在于，在中高负荷(微粒与NOx排放都很高)工况，以部分醇燃料代替柴油。采用进气喷醇后，柴油机的碳烟排放比纯柴油燃烧时可降低40％，NOx可降低30％以上。
采用本发明的装置对现有机型的柴油机，可以方便地进行改装，在不影响其动力性能的前提下，使其排放品质得到很大提高，不能满足欧II排放标准的柴油机加装该装置后，可以很容易实现排放性能达到欧II排放标准。已达到欧II排放标准的机型，加装该装置并增加适当的排气后处理系统，也可以较容易达到欧III排放标准；对新开发的机型，可以与柴油机供油系统进行联合优化设计，可以降低对原柴油机高压油泵的要求，达到降低成本和提高排放品质的双重作用。
图1为喷嘴设在进气管内单点喷射的本发明结构示意图。
图2为喷嘴设在进气道内多点喷射的本发明结构示意图。
图中1为空气滤清器，2为喷嘴，3为进气管，4为柴油机，5为电控单元，6为发动机负荷传感器，7为发动机转速传感器，8为冷却水温度传感器，9为凸轮轴位置传感器，10为进气歧管，11为醇燃料分配管，12为醇燃料压力调节器，13为电动燃油泵，14为醇燃料箱。
具体实施例方式
柴油机因为其良好的经济性以及可靠性，不仅在载重车、城市公交车中大量应用，甚至在轿车中也得到越来越广泛应用。但是，由于柴油机燃烧本质所决定，降低NOx与微粒排放的措施往往是互相矛盾的，因此NOx与微粒排放达标问题是制约柴油机发展的关键。按照国家的发展要求，我国柴油机排放将会迅速与国际接轨，减少柴油机的NOx与微粒排放刻不容缓。
本发明是通过进气喷射醇燃料的方法来达到同时降低NOx与微粒的目的。甲醇和乙醇是含氧、高汽化潜热的燃料，由于其高汽化潜热，将会大幅度降低缸内混合气温度，减少燃料裂解和NOx生成的机会。同时由于它们含氧，易挥发，形成的均质混合气燃烧时不会生成碳烟。醇类燃料来自煤炭和生物制品，资源非常丰富，也是石油燃料的最好替代品之一。醇燃料和柴油混合燃烧将不仅可以减少柴油机有害排放，还可以提高发动机热效率，提高燃料利用率，符合国家长远发展计划的能源要求。
在发动机进气中喷射醇燃料形成部分预混合气，预混合气进入气缸后由柴油引燃，并与柴油进行混合燃烧，能有效降低发动机中高负荷时的NOx与微粒排放，但不同负荷工况下醇的最佳喷射量也不同，也即柴油/醇的比例不同，发动机在最佳喷射比例下工作，可以大幅度降低NOx与微粒的排放，而又基本不影响CO与HC的排放。本发明的柴油机进气喷醇与喷射控制方法，可以根掘发动机负荷、转速、冷却水温度等来自动调整柴油机进气中喷射量，实现在起动、暖车以及小负荷时柴油机仅以纯柴油工作，不影响其良好的起动性能及小负荷的排放性能；在中高负荷时，根据发动机的工况来实时喷射最佳的醇量，达到最大程度上降低NOx与微粒排放的同时不增加HC和CO的排放。
2.柴油机转速为2000r/min时，发动机以乙醇/柴油为30％(按热值计)，进行双燃料工作时，达到最大扭矩120N.m时的烟度比用纯柴油工作达到120N.m时降低35％，NOx降低28％。
权利要求
1.一种柴油机的进气喷醇装置，该装置根据发动机的负荷、转速、配气相位及冷却水温度诸多因素，实施定时、定量地向发动机进气管或各缸进气道喷射醇燃料形成部分预混合气，其特征在于该装置主要由设置在发动机进气管内的喷嘴或者是设置在各缸进气道内的喷嘴及驱动喷嘴开关的电控单元和向电控单元传递信息的发动机负荷、转速、凸轮轴位置及冷却水温度的传感器组成。
2.一种采用按权利要求1所述的柴油机的进气喷醇装置进行喷射控制方法，其特征在于包括下列具体做法1)当传感器传出发动机扭矩大于等于60％最大扭矩、转速大于等于40％标定转速、冷却水温度大于等于70℃的信号时，通过电控单元，启动喷嘴向发动机喷射醇燃料，柴油机进行柴油-醇燃料混合燃烧。醇喷射量占纯柴油的0～35％(按燃料热值计)；实现多点喷射时，在上述发动机工况条件下，根据发动机凸轮轴位置传感器传出各缸进气门开启信号时，喷嘴开始向各缸进气道喷射醇燃料，醇喷射量占纯柴油的0～35％(按燃料热值计)；2)当传感器传出发动机扭矩小于60％最大扭矩、或转速小于40％标定转速、或冷却水温度低于70℃，电控单元不向喷嘴发出启动信号，发动机仅靠柴油工作，以保证柴油机良好的冷起动性能和小负荷的排放品质。
全文摘要
本发明公开了一种柴油机的进气喷醇装置及喷射控制方法，属于柴油机的柴油/醇燃料混合燃烧技术。该装置主要由设置在发动机进气管内的喷嘴或者是设置在各缸进气道内的喷嘴及驱动喷嘴开关的电控单元和向电控单元传递信息的发动机负荷、转速、凸轮轴位置及冷却水温度的传感器组成。其喷射控制方法是根据发动机扭矩、转速、冷却水温度、凸轮轴位置，定时定量向发动机喷射醇燃料。本发明的优点在于在发动机中高负荷(微粒与NOx排放都很高)工况，以部分醇燃料代替柴油，碳烟排放比纯柴油燃烧时可降低40％，同时NOx可降低30％以上。采用本发明装置可以方便为现有柴油机进行改装，在不影响其动力性能的前提下，使其排放性能得到很大提高。
文档编号F02D41/04GK1470752SQ03148288
公开日2004年1月28日 申请日期2003年7月3日 优先权日2003年7月3日
发明者姚春德, 王银山, 李云强, 郑贵忠 申请人:天津大学