专利名称：二甲醚改善点燃式内燃机性能的装置及控制方法
技术领域：
本发明提供一种采用二甲醚改善点燃式内燃机起动和怠速性能的装置及控制方法，具体涉及一种内燃机的燃料供给、燃烧控制与运行方式，属于内燃机领域。
背景技术：
随着汽车的不断普及应用，由其造成的能源紧缺和排放污染问题已经成为了社会关注的重点，同时也是制约其自身发展和亟待解决的问题之一。传统点燃式汽油发动机在冷起动和怠速时由于存在诸多客观问题，而成为了发动机改善及提高性能方面研究的重点。首先，环境温度及燃烧室壁面温度低导致液态燃料与空气混合气混合不均匀，当进入燃烧室后使得燃油蒸发不足且形成油膜；其次，当发动机冷起动及怠速时，由于转速较低、进气流动性差等原因造成油气混合不均匀、燃烧室内残余废气多、混合气燃烧不充分等问题; 最后，为保证发动机能够顺利起动，通常发动机电控单元会采取增加喷油量等方式加浓混合气，以保证在燃油蒸发量较小的情况下满足发动机的起动要求。而当发动机处于冷起动及怠速工况时，由于三元催化器温度较低而未开始工作，使得大量的HC、CO排放未经催化转化而直接排入大气。根据研究资料显示，车辆在整个使用过程中80-85%的HC和CO排放均是在汽油发动机冷起动及怠速特别是暖机怠速阶段产生的。综上，改善发动机冷起动及怠速时的燃烧、运转工况及排放状况就成为了当前发动机的主要研究方向。而利用气态新能源燃料作为发动机冷起动及怠速时的燃料就成为了一种比较理想的解决方案，气态燃料不仅在低温情况下易于与空气混合且不形成油膜，更提高了燃料的混合均匀程度，改善了燃烧状况，继而降低了有害物的排放。
发明内容
为了改善点燃式内燃机冷起动及怠速时的性能，本发明提出了一种二甲醚改善点燃式内燃机性能的装置及控制方法。本发明采用如下技术方案二甲醚改善点燃式内燃机性能的装置，该装置用于改善点燃式内燃机冷起动及怠速时的性能，包括二甲醚罐I、二甲醚调压器2、二甲醚喷嘴3以及二甲醚电子控制单元4和原机燃料喷嘴5，由发动机原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al、燃料喷射脉宽信号 a2、二甲醚喷射脉宽信号a3、喷射时刻信号a4以及由发动机原机电控单元收集并传递的车速传感器信号bl、加速踏板位置信号b2、发动机氧传感器信号b3、发动机爆震传感器信号 b4输入到二甲醚电子控制单元4 ；由二甲醚电子控制单元4发出的反馈信号c输入到原机电控单元；二甲醚罐I、二甲醚调压器2和二甲醚喷嘴3依次连接，二甲醚电子控制单元4从发动机原机电控单元读取和反馈数据信号，并与二甲醚喷嘴3相连使其能够喷射二甲醚， 二甲醚电子控制单元4还与原机燃料喷嘴5相连，二甲醚喷嘴3连接在进气歧管靠近进气道处，将二甲醚喷射到进气道中；所述的点燃式内燃机包括汽油、甲醇、乙醇燃料点燃式内燃机；2/4页所述的二甲醚改善点燃式内燃机性能的装置的控制方法，包括如下控制过程I)当接通发动机电源后，二甲醚电子控制单元4从发动机原机电控单元读取车速传感器信号bl为Okm/h且加速踏板位置信号b2位于初始O位置时，二甲醚电子控制单元 4关闭原机燃料喷嘴，同时将接收到的发动机原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al和燃料喷射脉宽信号a2进行编译，将相应的二甲醚喷射脉宽信号a3及二甲醚喷射时刻信号 a4传递给二甲醚喷嘴3，实现二甲醚在冷起动及怠速工况下作为点燃式发动机的燃料；在二甲醚作为燃料的运转过程中，燃料的喷射量、喷射时刻以及点火时刻等均由原机电控单元管理控制，二甲醚电子控制单元4依据二甲醚和汽油的空燃比以及热值将燃料喷射时刻
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信号al通过α3 =关系转化成二甲醚喷射脉宽信号a3并发送到二甲醚喷嘴3，将
y 2θ.θ
燃料喷射脉宽信号a2直接转化成为二甲醚喷嘴3的二甲醚喷射时刻信号a4，二甲醚喷射脉宽信号a3和二甲醚喷射时刻信号a4以发动机能够正常起动且不出现失火或爆震现象为准并有±3%的调整幅度；2)当二甲醚电子控制单元4检测到车速传感器信号bl车速大于Okm/h时，或加速踏板位置信号b2不处于O位置时，向发动机原机电控单元反馈二甲醚电子控制单元4的反馈信号c，关闭二甲醚喷嘴3，将发动机原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al、燃料喷射脉宽信号a2直接传递给原机燃料喷嘴5，由发动机原机电控单元对发动机运行进行控制；3)当二甲醚电子控制单元4检测到发动机氧传感器信号b3超过O. 2-0. 9V的变化范围3%以上或发动机爆震传感器信号超过O. 4-1. 3V的变化范围3%以上，或者爆震传感器各缸信号电压之间的偏差大于50%时,二甲醚电子控制单兀4向发动机原机电控单兀反馈二甲醚电子控制单元4的反馈信号C，对二甲醚的喷射量及喷射时刻进行调整，以满足发动机正常运转要求。本发明的有益效果是，针对传统点燃内燃机在冷启动和怠速时存在的燃烧及排放等问题，提出一种采用二甲醚改善点燃式内燃机起动和怠速性能的装置及控制方法。本发明的内燃机采用二甲醚点燃模式，根据内燃机运行的工况，由发动机原机电控单元对燃油喷射脉宽及喷射时刻进行调整并发送至二甲醚电子控制单元4，由二甲醚电子控制单元4 进行相关参数的调整并通过二甲醚喷嘴3喷射，以满足所述内燃机在冷起动及怠速阶段对燃料的要求。发动机冷起动及怠速工况采用二甲醚点燃式的燃烧方式来提高和改善发动机的燃烧及排放性能是一条方便可行的技术路线，通过二甲醚电子控制单元4将原机电控单元发出的燃油喷射脉宽及喷射时刻进行计算调整，并将数据传递到二甲醚喷嘴3以喷射二甲醚，提高发动机的冷启动及怠速时的性能，降低该运行工况的排放。当车辆起步或驾驶员踩下加速踏板时，二甲醚电子控制单元4关闭二甲醚喷嘴3，并将原机电控单元发出的燃油喷射脉宽及喷射时刻直接发送到原机燃料喷嘴，采取原机控制。通过采用以上二甲醚启动及怠速的燃烧模式，实现了传统点燃式内燃机在不同阶段的优化控制和燃烧，提高了起动性能、降低了油耗和排放，因此是一种改善内燃机性能的简单且实用的技术手段。
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图I本发明的结构和工作原理图；图2-1图2-2图2-3图2-4图2-5图中I 二甲醚罐、2 二甲醚调压器、3 二甲醚喷嘴、4电控单元二甲醚电子控制单元、 原机燃料喷嘴5、al燃料喷射时刻信号、a2燃料喷射脉宽信号、a3 二甲醚喷射脉宽信号、a4 二甲醚喷射时刻信号、bl车速传感器信号、b2加速踏板位置信号、b3发动机氧传感器信号、 b4发动机爆震传感器信号、c 二甲醚电子控制单元反馈信号
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对于本发明做进一步的说明二甲醚改善点燃式内燃机性能的装置，该装置用于改善点燃式内燃机冷起动及怠速时的性能，包括二甲醚罐I、二甲醚调压器2、二甲醚喷嘴3以及控制二甲醚喷射的电控单元二甲醚电子控制单元4和原机燃料喷嘴5，由发动机原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al、燃料喷射脉宽信号a2、二甲醚喷射脉宽信号a3、喷射时刻信号a4以及由发动机原机电控单元收集并传递的车速传感器信号bl、加速踏板位置信号b2、发动机氧传感器信号 b3、发动机爆震传感器信号b4输入到电控单元二甲醚电子控制单元4;由二甲醚电子控制单元4发出的反馈信号c输入到原机电控单元；二甲醚罐I、二甲醚调压器2和二甲醚喷嘴 3依次连接，电控单元二甲醚电子控制单元4从发动机原机电控单元读取和反馈数据信号， 并与二甲醚喷嘴3相连使其能够喷射二甲醚，电控单元二甲醚电子控制单元4还与原机燃料喷嘴5相连，二甲醚喷嘴3连接在进气歧管靠近进气道处，将二甲醚喷射到进气道中。上述装置对冷起动及怠速工况作了如下实验实验在一辆北京现代伊兰特上进行，该车装备的发动机为I台直列4缸I. 6L电喷汽油机，按图I所示加装二甲醚改善点燃式内燃机起动和怠速性能的装置。用一台日本堀场株式会社生产的Horiba-7100DEGR排放分析仪，分别测量内燃机各个运行工况下的HC、 CO和NOx排放。起动发动机，电控单元二甲醚电子控制单元4接收车速传感器信号bl和加速踏板位置信号b2，两信号处于零位置，之后电控单元二甲醚电子控制单元4将原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al和燃料喷射脉宽信号a2进行转化，并将信号传递给二甲醚喷嘴 3，由二甲醚喷嘴3喷射二甲醚。当发动机顺利起动后，电控单元二甲醚电子控制单元4继续接收并检测车速传感器信号bl和加速踏板位置信号b2是否处于零位置，当检测信号表明车速为O且加速踏板位置处于初始O位置时，电控单元二甲醚电子控制单元4继续将原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al和燃料喷射脉宽信号a2进行转化，并将信号传递给二甲醚喷嘴3，由二甲醚喷嘴3喷射二甲醚。在发动机正常运转过程中，踩下加速踏板至5%位置，电控单元二甲醚电子控制单元4检测加速踏板位置信号b2不为零时，停止二甲醚喷嘴3喷射二甲醚，将原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al和燃料喷射脉宽信号a2直接传递给汽油喷嘴。当挂档并踩下加速踏板至10%位置，车辆起步，车速20km/h，电控单元二甲醚电子控制单元4检测车速传感器信号bl和加速踏板位置信号b2均不处于零位置时，继续关闭二甲醚喷嘴3并将原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al和燃料喷射脉宽信号a2直接传递给汽油喷嘴。车辆在车速为15km/h情况下滑行，不踩加速踏板，电控单元二甲醚电子控制单元 4检测车速传感器信号bl不为零时，继续关闭二甲醚喷嘴3并将原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al和燃料喷射脉宽信号a2直接传递给汽油喷嘴。当车辆停止，车速为零，不踩加速踏板，发动机转速稳定在791r/min，电控单元二甲醚电子控制单元4检测车速传感器信号bl和加速踏板位置信号b2均回归到零位置时， 关闭原机汽油喷嘴并打开二甲醚喷嘴3，将原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al和燃料喷射脉宽信号a2经过编译传递给二甲醚喷嘴3。在实施例中采用二甲醚改善点燃式内燃机起动和怠速性能的装置与汽油原机冷起动和怠速的能量流量、发动机转速以及由Horiba-7100DEGR排放分析仪测得的CO排放、 HC排放、NOx排放等参数如图2-1至图2-5所示。由于DME属于高十六烷值气态燃料，闪点为-24°C，着火性能良好，易于点燃，特别是DME存在明显的低温放热现象，因此不仅实现了节能的效果，更使得燃料的着火性能、雾化均匀程度等较汽油相比大大提高。同时，由于其冷起动容易，燃烧迅速，因此排放物得到较大降低。通过对安装了二甲醚改善点燃式内燃机起动和怠速性能装置的发动机进行试验， 其结果表明，采用本发明提供的二甲醚改善点燃式内燃机起动和怠速性能的装置及控制方法，可以有效地改善传统点燃式发动机在冷起动和怠速工况下的燃烧热效率，同时降低排放。该技术将为车用内燃机达到欧V及以上排放标准和降低石油及燃料的使用和消耗提供一条有效的技术途径。
权利要求
1.二甲醚改善点燃式内燃机性能的装置，其特征在于该装置用于改善点燃式内燃机冷起动及怠速时的性能，包括二甲醚罐(I)、二甲醚调压器(2)、二甲醚喷嘴(3)以及控制二甲醚喷射的二甲醚电子控制单元(4)，由发动机原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号 al、燃料喷射脉宽信号a2、二甲醚喷射脉宽信号a3、喷射时刻信号a4以及由发动机原机电控单元收集并传递的车速传感器信号bl、加速踏板位置信号b2、发动机氧传感器信号b3、 发动机爆震传感器信号b4输入到二甲醚电子控制单元(4);由二甲醚电子控制单元(4)发出的反馈信号c输入到原机电控单元；二甲醚罐(I)、二甲醚调压器(2)和二甲醚喷嘴(3) 依次连接，二甲醚电子控制单元(4)从发动机原机电控单元读取和反馈数据信号，并与二甲醚喷嘴(3)相连使其能够喷射二甲醚，二甲醚电子控制单元(4)还与原机燃料喷嘴(5) 相连，二甲醚喷嘴(3)连接在进气歧管靠近进气道处，将二甲醚喷射到进气道中。
2.根据权利要求I所述的二甲醚改善点燃式内燃机性能的装置，其特征在于，所述的点燃式内燃机包括汽油、甲醇、乙醇燃料点燃式内燃机。
3.权利要求I所述的二甲醚改善点燃式内燃机性能的装置的控制方法，其特征在于.1)当接通发动机电源后，二甲醚电子控制单元(4)从发动机原机电控单元读取车速传感器信号bl为Okm/h且加速踏板位置信号b2位于初始O位置时，二甲醚电子控制单元(4) 关闭原机燃料喷嘴，同时将接收到的发动机原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al和燃料喷射脉宽信号a2进行编译，将相应的二甲醚喷射脉宽信号a3及二甲醚喷射时刻信号 a4传递给二甲醚喷嘴(3)，实现二甲醚在冷起动及怠速工况下作为点燃式发动机的燃料; 在二甲醚作为燃料的运转过程中，燃料的喷射量、喷射时刻以及点火时刻等均由原机电控单元管理控制，二甲醚电子控制单元(4)依据二甲醚和汽油的空燃比以及热值将燃料喷射.14 7 44 4时刻信号al通过α3 =关系转化成二甲醚喷射脉宽信号a3并发送到二甲醚喷嘴y 2θ.θ(3)，将燃料喷射脉宽信号a2直接转化成为二甲醚喷嘴(3)的二甲醚喷射时刻信号a4，二甲醚喷射脉宽信号a3和二甲醚喷射时刻信号a4以发动机能够正常起动且不出现失火或爆震现象为准并有±3%的调整幅度；.2)当二甲醚电子控制单元(4)检测到车速传感器信号bl车速大于Okm/h时，或加速踏板位置信号b2不处于O位置时，向发动机原机电控单元反馈二甲醚电子控制单元(4)的反馈信号c，关闭二甲醚喷嘴(3)，将发动机原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号al、燃料喷射脉宽信号a2直接传递给原机燃料喷嘴(5)，由发动机原机电控单元对发动机运行进行控制；.3)当二甲醚电子控制单元(4)检测到发动机氧传感器信号b3超过O.2-0. 9V的变化范围3%以上或发动机爆震传感器信号超过O. 4-1. 3V的变化范围3%以上，或者爆震传感器各缸信号电压之间的偏差大于50%时,二甲醚电子控制单兀(4)向发动机原机电控单兀反馈二甲醚电子控制单元(4)的反馈信号C，对二甲醚的喷射量及喷射时刻进行调整，以满足发动机正常运转要求。
全文摘要
一种采用二甲醚改善点燃式内燃机起动和怠速性能的装置及控制方法，属于内燃机领域。该装置主要包括二甲醚罐、二甲醚调压器、二甲醚喷嘴以及控制二甲醚喷射的二甲醚电子控制单元，同时还包括由发动机原机电控单元发出的燃料喷射时刻信号、燃料喷射脉宽信号以及传输的车速传感器信号、加速踏板位置信号、氧传感器信号和爆震传感器信号等。其优点是可以明显改善发动机在怠速和冷起动工况下燃料与空气的雾化混合状况，提高发动机的整体燃烧性能，降低有害物排放。该装置设计结构简单、易于安装且成本较低，同时该系统还具有良好的适应性和扩展性，可以很方便的安装在不同型号发动机，具有广泛的市场前景和较好的经济效益。
文档编号F02D41/08GK102588135SQ201210061898
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者梁晨, 纪常伟, 高彬彬, 魏宝建 申请人:北京工业大学