本发明涉及一种两用燃料汽车发动机领域，特别是涉及一种甲醇燃料发动机低温冷起动装置。
背景技术：
随着石油资源的日趋减少，以甲醇、乙醇为燃料的发动机在汽车上的运用也越来越多。由于甲醇的汽化潜热较大，在汽化过程中大量吸热，如果环境温度过低将导致甲醇燃料雾化不良，造成冷起动困难。一般在环境温度低于5℃时，便难以将发动机由冷态起动。在零下30℃的高寒地区，没有辅助装置，则根本无法起动冷态的发动机。
目前，现有的几种解决方案包括：1、从燃料本身入手，利用甲醇与汽油一定比例的混合型燃料，如M85燃料，即85％的甲醇燃料与15％汽油添加剂调制而成的燃料，其很难达到理想效果且未能完全摆脱对汽油燃料的依赖；2、电加热方法，其加热时间过长，耗电量大，对蓄电池要求高，必须配备大容量蓄电池，因此增加成本、冷起动时间过长；3、在缸盖与进气腔之间增加加热器，其缺陷在于加热器具有挡气的弊端，在发动机高转速大负荷时，气阻会更大，从而影响充气系数而使发动机动力大幅降低。因此，如何稳定、高效地解决甲醇燃料发动机冷起动困难，是一个亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的一个目的是将天然气技术应用在甲醇发动机上，稳定、高效地解决甲醇燃料发动机低温冷起动困难的问题。
特别地，本发明提供了一种用于甲醇燃料发动机的低温冷起动装置，其特征在于，发动机本体、甲醇供油系统、天然气供气系统和发动机管理系统，所述发动机管理系统根据所述发动机本体的水温控制所述甲醇供油系统和所述天然气供气系统之间的工作模式判断和/或切换。
进一步地，天然气供气系统包括：天然气存储装置、天然气输送装置、天然气流量控制装置、天然气混合装置。
进一步地，天然气存储装置为高压气瓶；所述天然气输送装置包括高压过滤器、初级截止电磁阀、高压压力表、三级减压阀；所述天然气流量控制装置指步进电机功率调节阀；所述天然气混合装置包括天然气混合器。
进一步地，天然气供气系统还包括气量显示器，所述气量显示器用于显示所述天然气存储装置中的天然气气量。
进一步地，气量显示器设置有提醒功能，以用于在所述天然气气量低于预定值时提醒驾驶员补充天然气。
进一步地，工作模式包括：低温冷起动模式和正常工作模式；所述低温冷起动模式为所述发动机本体与所述天然气供气系统工作，所述正常工作模式为所述发动机本体与甲醇供油系统工作。
进一步地，发动机管理系统根据所述发动机本体的水温控制时设置有水温预定值；所述发动机管理系统配置成：当所述发动机本体的水温低于所述水温预定值时，所述发动机管理系统控制所述发动机本体与所述天然气供气系统工作；当所述发动机本体的水温高于所述水温预定值时，所述发动机管理系统控制所述发动机本体与甲醇供油系统工作。
进一步地，水温预定值根据燃料雾化质量调节。
进一步地，水温预定值为50～60℃。
进一步地，发动机管理系统通过控制所述甲醇供油系统和所述天然气供气系统的燃料输送线路的开闭以实现所述工作模式的切换。
本发明提供的一种甲醇燃料发动机低温冷起动装置，通过将天然气作为气体燃料，不存在液体燃料的雾化问题，因此可燃混合气形成质量不受环境温度影响；使得在甲醇燃料发动机低温冷起动时采用天然气作为燃料，发动机起动后，发动机的温度达到预定温度值时，在切换为甲醇燃料，从而解决甲醇燃料发动机低温冷起动困难的问题。
本发明提供的一种甲醇燃料发动机低温冷起动装置，使用天然气作为低温冷起动的燃料；天然气作为清洁能源，排放比汽油和柴油好；应用性广，天然气燃料在发动机上应用比较成熟，其起动稳定高效，且天然气勘探开发、生产、运输、储存、销售和利用早已形成完备产业链，国内外应用和分布比较普及；经济性好，相比汽油和柴油而言，天然气的价格较便宜。
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是本发明一个实施例的甲醇燃料发动机低温冷起动装置的组成结构示意图。
图中各符号表示含义如下：
1压缩天然气气瓶；2钢瓶阀；3高压燃气管线；4天然气高压过滤器；5初级截止电磁阀；6高压压力表；7三级减压阀；8低压燃气管线；9步进电机功率调节阀；10天然气混合器；11电控节流阀体；12发动机本体；13发动机管理系统；14点火开关；15气量显示器；16蓄电池；17甲醇供油系统。
具体实施方式
图1是本发明一个实施例的甲醇燃料发动机低温冷起动装置的组成结构示意图。如图1所示，本发明提供的用于甲醇燃料发动机的低温冷起动装置，包括：发动机本体12、甲醇供油系统17、天然气供气系统和发动机管理系统13，发动机管理系统13根据发动机本体12的水温控制甲醇供油系统17和天然气供气系统之间的工作模式判断和/或切换。发动机管理系统13通过控制甲醇供油系统17和天然气供气系统的燃料输送线路的开闭以实现工作模式的切换。
具体地，天然气供气系统包括：天然气存储装置、天然气输送装置、天然气点火装置。天然气存储装置为高压气瓶1；天然气输送装置包括天然气高压过滤器4、初级截止电磁阀5、高压压力表6、三级减压阀7、步进电机功率调节阀9；天然气点火装置包括天然气混合器10、电控节流阀体11、点火开关14。天然气存储装置为压缩天然气气瓶1；天然气供气系统用于在甲醇燃料发动机低温冷起动时提供天然气燃料，以使得甲醇燃料发动机能够稳定高效地起动。
在一个具体的实施方式中，天然气供气系统还包括气量显示器15，气量显示器15用于显示天然气存储装置中的天然气气量。优选地，气量显示器15设置有提醒功能，以用于在天然气气量低于预定值时提醒驾驶员补充天然气。
本发明提供的用于甲醇燃料发动机的低温冷起动装置，其工作模式包括：低温冷起动模式和正常工作模式；低温冷起动模式为发动机本体12与天然气供气系统工作，正常工作模式为发动机本体12与甲醇供油系统17工作。发动机管理系统13根据发动机本体12的水温控制时设置有水温预定值；发动机管理系统13配置成：当发动机本体的水温低于水温预定值时，发动机管理系统13控制发动机本体12与天然气供气系统工作；当发动机本体12的水温高于水温预定值时，发动机管理系统13控制发动机本体12与甲醇供油系统17工作。水温预定值根据燃料雾化质量调节。优选地，水温预定值为50～60℃，以便于确保燃料雾化质量。
在实际使用的一个具体的实施方式中，在甲醇发动机上增设一套天然气供给及制系统，天然气供给系统主要由压缩天然气气瓶1、钢瓶阀2、高压燃气管线3、天然气高压过滤器4、初级截止电磁阀5、高压压力表6、三级减压阀7、步进电机功率调节阀9、天然气混合器10及低压燃气管线8、发动机本体12、发动机管理系统13、点火开关14、气量显示器15、蓄电池16、甲醇供油系统17等组成。
压缩天然气气瓶1通常安装在车架上的合适位置，主要用于存储压缩天然气，公称压力为20MPa；根据车辆具体空间选择气瓶的尺寸和容积，原则上保证有效容积越大越好，以延长车辆的续驶里程。钢瓶阀2安装在压缩天然气气瓶1口处，用于充气、输出天然气和开闭压缩天然气气瓶1使用。
天然气高压过滤器4安装在钢瓶阀2与初级截止电磁阀5之间的高压管路中，用于滤除天然气内的杂质和油污。初级截止电磁阀5安装在天然气高压过滤器4与三级减压阀7之间的高压管路中，用于控制高压天然气管路的开闭，并起到安全的作用。为常闭式，通电打开，断电关闭。
高压压力表6安装在三级减压阀7的高压进口处，用于显示天然气气瓶1内的压力，量程为40MPa，如果显示压力低于3MPa，驾驶员需考虑进行加气。三级减压阀7安装在初级截止电磁阀5与步进电机功率调节阀9之间的燃气管路中，用于将天然气气瓶1出来的高压气通过减压和稳压作用，将气压降至零压。
步进电机功率调节阀9安装在三级减压阀7与天然气混合器10之间的低压燃气管路中，用于调节进入发动机燃气的流量，以确保获得合适的空燃比。天然气混合器10安装在电控节流阀体11前方的进气管路中，其作用是保证天然气和空气充分混合形成可燃混合气。
气量显示器15安装在驾驶室内仪表板上靠近驾驶员的位置，通过采集高压压力表上光电传感器的信号，粗略显示天然气气瓶内的气量多少，提醒驾驶员加气。
发动机管理系统用于自动控制甲醇燃料供给系统和天然气供给系统之间的工作模式判断和切换，要求发动机管理系统根据发动机水温判定燃料工作模式，水温值可人为设定，要求在50～60℃之间为宜，确保燃料雾化质量。
本发明提供的用于甲醇燃料发动机的低温冷起动装置，其工作过程描述如下：
甲醇燃料发动机在低温冷起动之前，发动机水温低于发动机管理系统13中的设定值(要求设定在50～60℃之间)，此时发动机管理系统13控制天然气供气系统参与工作，而甲醇燃料供给系统停止工作。
首先确保天然气气瓶的钢瓶阀2和手动截止阀处于打开状态。
驾驶员拧动点火开关钥匙14至ON档，此时，要求初级截止电磁阀5通电打开，与此同时，三级减压阀7上的次级截止电磁阀也通电打开，高压天然气通过天然气高压过滤器4、初级截止电磁阀5而进入三级减压阀7，经过二级减压和稳压作用，天然气的压力下降，进入到三级腔，压力接近零压。此时，驾驶员继续拧动点火开关钥匙14至起动档，此时，起动机带动发动机曲轴进行旋转，开始起动。
曲轴带动活塞进行上下往复运动，当发动机某一缸处于进气行程时，进气门打开，由于活塞下行，气缸内部产生负压，将进气管道中的气体吸入缸内，此时，具有一定流速的空气流经天然气混合器8，由于虹吸效应，在混合器10吸管斜切口的下方产生负压，在压差的作用下，三级减压阀7内的天然气被吸出，并且被高速空气流吹散并与之混合形成可燃混合气，而进入气缸。火花塞点燃可燃混合气进行燃烧膨胀推动活塞做功，进行正常的工作循环。
发动机顺利起动后，在燃气供给状态下工作，可燃混合气的空燃比由发动机管理系统13根据发动机氧传感器信号，判断混合气的浓稀程度，按照发动机管理系统13内设定的λ(过量空气系数)目标值，控制步进电机功率调节阀9的开起幅度来自动调节燃气流量，实现闭环控制。
发动机水温达到50～60℃的设定值时，发动机管理系统13控制切断天然气主管线上的初级截止电磁阀5和三级减压阀7上的次级截止电磁阀供电，停止天然气燃料供给，同时激活甲醇燃料供给系统进行工作，完成燃料的自动切换，发动机在纯甲醇的模式下进行工作。
本发明提供的一种甲醇燃料发动机低温冷起动装置，通过将天然气作为气体燃料，不存在液体燃料的雾化问题，因此可燃混合气形成质量不受环境温度影响；使得在甲醇燃料发动机低温冷起动时采用天然气作为燃料，发动机起动后，发动机的温度达到预定温度值时，在切换为甲醇燃料，从而解决甲醇燃料发动机低温冷起动困难的问题。
本发明提供的一种甲醇燃料发动机低温冷起动装置，使用天然气作为低温冷起动的燃料；天然气作为清洁能源，排放比汽油和柴油好；应用性广，天然气燃料在发动机上应用比较成熟，其起动稳定高效，且天然气勘探开发、生产、运输、储存、销售和利用早已形成完备产业链，国内外应用和分布比较普及；经济性好，相比汽油和柴油而言，天然气的价格较便宜。
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。