甲醇发动机及车辆的制作方法

本发明涉及甲醇发动机领域，特别是涉及一种甲醇发动机及车辆。

背景技术

随着能源压力和污染问题的加剧，汽车保有量的提高，汽车燃料趋向于多样化，而甲醇属于清洁能源，不仅经济、低碳环保，也降低了二氧化碳排放量，甲醇燃料发动机正逐步渐趋于市场化。

目前，国内重型甲醇发动机燃料供给主要采用柴油和甲醇的双燃料燃烧方式，即在一台传统柴油发动机进气弯管上加装一个甲醇喷射系统进行单点喷射，在起动、暖车及小负荷工作时，发动机以纯柴油工作实行扩散燃烧；在中高负荷，向柴油机进气弯管中喷射部分甲醇燃料，使之与进气形成均质混合气进入气缸，由柴油引燃实现混合气燃烧。

上述重型甲醇发动机存在以下问题：

发动机结构和控制复杂，分别需要两套控制系统和燃油喷射系统，发动机成本高；

在起动、暖车和小负荷工况甲醇不参与燃烧，只柴油燃烧使发动机排放差；

发动机中高负荷工作时，目前双燃料甲醇发动机的燃料替代率仅有30％，发动机nox和颗粒物排放仅能达到柴油机国ⅲ排放水平，经济优势不明显。

技术实现要素：

本发明的一个目的是要提供一种甲醇发动机及车辆，采用纯甲醇燃料，以降低发动机排气污染物排放量。

本发明一个进一步的目的是采用新的燃料供给系统，解决纯甲醇作为车用燃料所带来的低温启动问题。

一方面，本发明提供了一种甲醇发动机，包括：

发动机本体；

具有进气歧管的进气系统，用于向所述发动机本体内的气缸提供空气，所述进气歧管包括进气稳压腔和与所述进气稳压腔连通的多个歧管，所述多个歧管之间两两相互独立；以及

用于为所述发动机本体提供燃料的燃料供给系统，其包括一个喷油器总成；其中，所述喷油器总成包括一个用于直接向所述多个歧管内喷射甲醇的甲醇喷油组件和一个用于直接向所述多个歧管内喷射汽油的汽油喷油组件，所述甲醇喷油组件与所述汽油喷油组件相互独立，所述汽油喷油组件用于实现所述甲醇发动机冷启动。

可选地，所述甲醇喷油组件包括甲醇油轨和设置于所述甲醇油轨上且与所述多个歧管一一对应的多个甲醇喷油器，所述甲醇喷油器用于向所述歧管内喷射甲醇；

所述汽油喷油组件包括汽油油轨和设置于所述汽油油轨上的与所述多个歧管一一对应的多个汽油冷启动喷油器，所述汽油冷启动喷油器用于向所述歧管内喷射汽油。

可选地，所述汽油冷启动喷油器配置成通过喷油器喷口沿所述歧管的轴向方向向所述歧管内喷射汽油；

所述甲醇喷油器配置成通过喷油器喷口沿所述歧管的轴向方向向所述歧管内喷射甲醇。

可选地，所述燃料供给系统配置成根据发动机冷却液的温度控制所述甲醇喷油器或所述汽油冷启动喷油器择一地向所述歧管内喷射燃料。

可选地，所述燃料供给系统还配置成当所述发动机冷却液的温度低于预设温度时控制所述汽油冷启动喷油器向所述歧管内喷射汽油以实现所述甲醇发动机冷启动。

可选地，所述预设温度为15℃-25℃。

可选地，所述进气系统还包括废气再循环egr混合器和电子节气门，所述egr混合器包括一个出气口和两个进气口，其中，所述出气口与所述进气稳压腔的进气口相连通，一个进气口与所述电子节气门相连，另一个进气口与废气再循环管路连通。

可选地，曲轴箱通风系统，用于处理曲轴箱内的窜气以平衡所述曲轴箱内的压力。

可选地，所述曲轴箱通风系统为闭式曲轴箱通风系统；

所述闭式曲轴箱通风系统包括进气管、油气分离器、出气管和回油管；其中，所述出气管分支为第一出气管和第二出气管，所述第一出气管连至空气滤清器后，所述第二出气管与所述进气稳定腔相连通，所述第二出气管上串联有单向阀。

另一方面，本发明还提供了一种车辆，所述车辆上述的甲醇发动机。

本发明的甲醇发动机，由于采用纯甲醇作为燃料，可以实现燃料的清洁燃烧，降低发动机排气污染物排放量。进一步地，甲醇发动机的喷油器总成布置在发动机进气歧管上，喷油器总成包括相互独立的汽油喷油组件和甲醇喷油组件，甲醇发动机内每个气缸的对应歧管处均单独设有一个甲醇喷油器和一个汽油冷启动喷油器，可直接向歧管内喷射甲醇和汽油。由于每一气缸的歧管处均设有汽油冷启动喷油器，直接将汽油喷射到进气歧管的歧管内与空气混合，而并不是直接将汽油喷射到进气歧管的进气稳压腔内与空气混合后再分配到歧管，这样可以有效控制汽油的喷射量，避免甲醇发动机在冷启动时因供油不足而引起的发动机冷启动失败的问题，且避免甲醇发动机在冷启动时因喷油过多而导致排放超标的问题。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的甲醇发动机的示意性装配图；

图2是图1所示甲醇发动机中的喷油器总成的示意性装置图；

图3是图2所示喷油器总成安装到甲醇发动机时的示意性装置图；

图4是根据本发明另一个实施例的喷油器总成安装到甲醇发动机的示意性装置图；

图5是图1所示甲醇发动机中的进气系统的示意性装置图；

图6是图1所示甲醇发动机中的进气系统在另一角度下的示意性装置图；

图7是图1所示甲醇发动机中的闭式曲轴箱通风系统的示意性装置图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的重型甲醇发动机的示意性装配图。图2是图1所示甲醇发动机中的喷油器总成的示意性装置图。图3是图2所示喷油器总成安装到甲醇发动机时的示意性装置图。图4是根据本发明另一个实施例的喷油器总成安装到甲醇发动机的示意性装置图。图5是图1所示甲醇发动机中的进气系统的示意性装置图。图6是图1所示甲醇发动机中的进气系统在另一角度下的示意性装置图。图7是图1所示甲醇发动机中的闭式曲轴箱通风系统的示意性装置图。下面参照图1至图7来描述本发明实施例的甲醇发动机。

参考图1，一种甲醇发动机100，可以是轻型甲醇发动机，还可以是重型甲醇发动机。甲醇发动机100采用m100纯甲醇作为燃料，其包括发动机本体1、进气系统2和燃料供给系统3。进一步参考图4，发动机本体1可以为天然气发动机本体，其内设置有多个气缸11。进气系统2用于向气缸11内提供空气。进气系统2上的进气歧管20包括进气稳压腔21和与进气稳压腔21相连且相互独立的多个歧管22。歧管22的数量与气缸11的数量相同且两者一一对应，歧管22贯穿发动机缸盖12，以向气缸11内喷射空气。燃料供给系统3用于向发动机本体1提供燃料，燃料供给系统3包括至少一个直接向每个歧管22内单独喷射燃料的喷油器总成30，燃料喷入歧管22后与空气均匀混合后进入气缸11。喷油器总成30的大小和具体结构可根据甲醇发动机100的型号和尺寸来定。

本发明实施例中的甲醇发动机100为采用纯甲醇作为燃料的点燃式发动机，由于甲醇相对于其它燃料在来源、动力、成本及环保等方面具有相对优势，可以实现燃料的清洁燃烧，降低发动机排气污染物排放量，更有利于市场的推广应用。进一步地，喷油器总成30直接向每个歧管22内单独喷射燃料，以确保每个气缸11内的空气和燃料混合均匀，使混合气体保持在理论空燃比范围附近燃烧，提高燃烧效率。

参考图2，在一个实施例中，喷油器总成30采用双油轨，每个油轨单独配置有喷射该燃料的喷射器，供油压强为4.5bar。喷油器总成30还设置有回油系统。具体地，每个喷油器总成30均包括一个用于直接向歧管22内喷射甲醇的甲醇喷油组件31和一个用于直接向歧管22内喷射汽油的汽油喷油组件32，甲醇喷油组件31与汽油喷油组件32相互独立。甲醇喷油组件31包括甲醇油轨311和设置于甲醇油轨311上且与进气歧管20上歧管22数量相同的甲醇喷油器312，甲醇喷油器312与歧管22一一对应，用于向歧管22内喷射甲醇。汽油喷油组件32包括汽油油轨321和设置于汽油油轨321上且与歧管22数量相同的汽油冷启动喷油器322，汽油冷启动喷油器322与歧管22一一对应，用于向歧管22内喷射汽油。汽油喷油组件32仅用于实现甲醇发动机冷启动。甲醇喷油器和汽油冷启动喷油器工作电压为24v。

采用上述喷油器总成30，由于每一气缸11的歧管22处均设有汽油冷启动喷油器322，使每个气缸11中喷射的汽油量既能保证发动机冷启动，又可以有效避免为了保证发动机冷启动成功，向进气歧管20内喷射大量汽油而导致排放不达标。

进一步地，由于喷油器喷口喷出的油束喷射到气管壁面上容易造成湿壁，影响汽油汽化和冷启动发动机排放，因此，在一个优选的实施例中，汽油冷启动喷油器322配置成通过喷油器喷口沿歧管22的轴向方向喷射汽油，同时，甲醇喷油器312配置成通过喷油器喷口沿歧管22的轴向方向向歧管22内喷射甲醇。参考图3，发动机的缸盖12竖直设置，歧管22的末端出口与缸盖12垂直，因此，在设置喷油器的喷油方向时，优选地将喷油器的喷口喷射出的燃料也垂直于缸盖12，燃料与空气混合后直接进入气缸11，避免喷到管壁上。也即是，喷油器配置成通过喷油器喷口沿歧管22的轴向方向喷射甲醇。

进一步地，燃料供给系统3配置成根据发动机冷却液的温度通过甲醇喷油器312或汽油冷启动喷油器322择一地向歧管22内喷射燃料。具体地，喷油器总成30还配置成当发动机冷却液的温度低于预设温度时通过汽油冷启动喷油器322向歧管22内喷射汽油以实现发动机的冷启动，在发动机实现冷启动以后，如果发动机冷却液的温度高于预设温度，则控制汽油冷启动喷油器322停止向歧管22内喷射汽油，并控制甲醇喷油器312向歧管22内喷射甲醇。预设温度为15℃-25℃，具体地，可以根据发动机不同型号或所在地区实际设定，可以为15℃、20℃或25℃，还可以是15℃-25℃范围中的任意数值。

甲醇发动机冷启动时，歧管22上的汽油冷起动喷油器受控地向歧管22喷射汽油，汽油汽化并与空气形成可燃混合气，进入气缸11，火花塞13点火燃烧，发动机启动运转，待暖机后，切换到甲醇喷油器312喷油，汽油冷起动喷油器停止喷油，发动机正常运转。这样，燃料供给可以利用一套控制系统，集成灵活控制甲醇和汽油两种燃料的无扰动切换，实现甲醇的多点顺序喷射，系统结构简单，成本低廉，同时也解决了纯甲醇作为车用燃料所带来的低温启动难题。

继续参考图2，为了避免整机零件数量增加而不利于质量控制及生产管理，喷油器总成30还包括固定喷油器总成30的油轨支架33，其中，甲醇油轨311和汽油油轨321通过组合支架固定连接在一起或直接固定到一起。在图2所示实施例中，考虑安装布置的便利性，将甲醇油轨311和汽油油轨321焊接在一起，通过两个油轨支架33将喷油器总成30固定到发动机上。在将喷油器总成30安装到发动机之前，先将喷油器总成30内零部件组装到一起，可以避免在安装时差生误差，对发动机造成影响。具体地，甲醇油轨311和汽油油轨321是两个相互独立的油轨，油轨截面可以设置成方形。圆形或椭圆形等形状。油轨上设有用于安装喷油器的喷油器安装座，以将喷油器固定到油轨上。油轨上还设有进油接头，通过进油接头与油箱相连通。

参考图4，图中虚线中所示的区域即为图3中所示的一个喷油器总成30，在该实施例中，一种重型甲醇发动机100上安装有两个喷油器总成30，由于重型甲醇发动机100的体积比较大，采用一个喷油器总成30，油轨比较长，会影响安装精度，此外，发动机在运行过程中产生振动，容易对长油轨造成影响。在其他实施例中，还可以设置多个喷油器总成，具体数量可根据发动机型号而定。

如图4所示，一套甲醇-汽油油轨喷油器总成含3个甲醇喷油器312和3个汽油冷启动喷油器322，每台重型甲醇发动机100使用两套甲醇-汽油油轨321喷油器总成30。冷启动工况时，汽油泵工作，甲醇泵不工作，6只汽油冷启动喷油器322直接向与气缸11相连的歧管22内喷射汽油，汽油喷射到歧管22后与空气充分混合，进入气缸11后被火花塞13点燃；当温度达到预设阈值后，发动机处于正常工况下，甲醇泵工作，汽油泵不工作，6只甲醇喷油器312向歧管22内喷射甲醇。在本实施中，任何工况下ecu最多需控制6个喷油器。采用该燃料供给系统3，机构简单，控制逻辑也简洁，成本低。

参考图5和图6进气系统2还包括废气再循环混合器(egr混合器)和电子节气门，egr混合器包括一个出气口和两个进气口，其中，出气口与进气稳压腔21的进气口相连通，一个进气口与电子节气门相连，另一个进气口与废气再循环管路连通。进一步地，每个歧管22上均开设有两个喷油嘴安装孔，分别用来安装甲醇喷嘴和汽油冷启动喷嘴。进气系统2可通过优化进气模型来提高进气歧管20各缸进气均匀性，以使各缸空燃比均衡，实现各缸均匀燃烧，从而提升发动机经济性、动力性和排放。在进气歧管20的每个歧管22上均布置喷油器安装孔以实现燃料的多点顺序喷射。

继续参考图1，甲醇发动机100还包括用于处理曲轴箱内的窜气以平衡曲轴箱的压力的曲轴箱通风系统4。发动机中可以采用开式曲轴箱通风系统4或闭式曲轴箱通风系统4。

参考图7，在本实施例中，为了进一步使排放满足法规要求，甲醇发动机采用闭式曲轴箱通风系统。通过闭式曲轴箱通风系统与燃料供给系统3相配合，可以使曲轴箱排放物重新回到发动机本体1参与燃烧，降低污染物排放量。闭式曲轴箱通风系统4包括进气管41、油气分离器42、出气管43和回油管44；其中，出气管43分支为第一出气管431和第二出气管432，第一出气管431连至空气滤清器后，第二出气管432与进气稳定腔相连通，第二出气管432上串联有单向阀45。

闭式曲轴箱通风系统工作原理如下：发动机在怠速及低负荷时，进气歧管20真空度大，曲轴箱窜气经油气分离器42与pcv阀进入进气歧管20；此时由于曲轴箱窜气量少，并且通过pcv阀能有效排出，曲轴箱压力会比空滤后进气软管内压力低，会有部分气体通过空滤侧通风管进入曲轴箱内，以平衡曲轴箱压力。发动机在大中负荷时，由于节气门开度较大，且增压器压气后压力较高，进气歧管20内压力升高为正压，pcv阀关闭，此时曲轴箱窜气通过空滤侧通风管排出，防止曲轴箱压力过高。单向阀45配置成在进气稳定腔的压力大于曲轴箱的压力时关闭，在进气稳定腔的压力小于曲轴箱的压力时开启。

上述实施例中的甲醇发动机100，可以实现了对排放、甲醇供给、点火、理论空燃比、爆震、egr、碳罐电磁阀、发动机冷启动、eobd诊断等的控制，满足重型甲醇发动机100对电控系统的功能需求。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。