醇类燃料发动机的启动系统及启动方法与流程

本发明涉及发动机技术领领域，且特别是涉及一种醇类燃料发动机的启动系统及启动方法。

背景技术：

随着市场对石油需求量不断增加，石油资源逐渐减少，开发和使用污染较少，经济便宜的代用燃料得到各大汽车主机厂的重视，甲醇是其中之一。甲醇生产过程比较简单，原料来源多样，煤、石油和天然气均可制甲醇。甲醇具有良好的燃烧性能，且排放低、生产工艺成熟、成本低、运输存储方便，被人们视为是一种最有希望的车用替代燃料。

但是，甲醇汽化潜热大(1101kJ·kg)，为汽油(蒸发潜热为297kJ·kg)的3.7倍，在相同温度(例如为20℃)下，甲醇燃料的蒸发量仅为汽油的1/4。因此，在环境温度较低(低于16℃)的情况下，进入发动机气缸的甲醇燃料蒸发量不够，从而导致混合气浓度达不到着火界限，在实际开发燃烧甲醇的发动机的过程中，存在发动机冷启动较困难的问题。

通常汽油发动机的冬季的冷启动也是比较困难的。但是，由于汽油是一种多种烃的混合物，在低温情况下，可以增加燃料供给加浓可燃混合气，混合气中轻馏分(沸点为30～35℃)蒸发增加，使解决或至少缓解了冷启动的问题。与汽油不同的是甲醇是一种沸点为64.7℃的纯物质。甲醇喷入发动机进气道进入气缸后，由于甲醇的汽化潜热大，所以蒸发时所吸收的热量多，当环境温度较低时，甲醇蒸发需要的热量发动机未能提供，导致甲醇发动机进气道及气缸的温度急剧下降，恶化了甲醇的蒸发条件，可燃混合气中甲醇蒸发数量不够，甲醇浓度达不到着火界限，甲醇发动机将无法启动。

由于甲醇发动机的冷启动问题限制了甲醇发动机的推广应用，现有技术中解决甲醇发动机冷启动的问题主要是采用两种燃料方式，冷启动时用汽油，正常运转后再切换到甲醇。这样的方法虽说可以解决冷启动问题，但汽车必须具有甲醇油箱和汽油油箱，同时加两种燃料，而汽油箱因体积较大会造成安装较复杂的问题，另外汽油在发动机冷启动过程中的用量较大也会增加成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种醇类燃料发动机的启动系统及启动方法，以解决现有环境温度较低时发动机冷启动的问题。

本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供一种醇类燃料发动机的启动系统，包括发动机、醇类燃料罐、温度传感器和发动机控制器，醇类燃料罐通过进气管与发动机相连，温度传感器用于探测发动机温度，启动系统还包括冷启动装置，冷启动装置包括冷启动液罐、加热罐、第一电磁阀、第二电磁阀和混合器，冷启动液罐与加热罐之间通过第一导管相连，加热罐与混合器之间通过第二导管相连，混合器设置在进气管上，第一电磁阀设置在第一导管上并用于控制第一导管的导通或关闭，第二电磁阀设置在第二导管上并用于控制第二导管的导通或关闭，温度传感器、第一电磁阀和第二电磁阀分别与发动机控制器电连接，当温度传感器探测到的发动机温度低于预设阈值时，发动机控制器控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，由冷启动装置协助发动机进行冷启动。

进一步地，启动系统还包括设置在进气管上的节气门和空气滤清器，混合器设置在节气门与空气滤清器之间。

进一步地，混合器为三通结构，混合器的三个端口分别通过管道与节气门、空气滤清器和加热罐连接。

进一步地，冷启动装置还包括设置在第二导管上的调压阀，调压阀与发动机控制器电连接。

进一步地，冷启动装置还包括设置在第二导管上的机械功率阀，机械功率阀与发动机控制器电连接。

进一步地，冷启动装置还包括压力传感器，压力传感器用于监测加热罐内的压力。

进一步地，加热罐加热的能量由蓄电池和加热器提供，蓄电池与加热器相连。

本发明还提供一种利用如上所述的醇类燃料发动机的启动系统的醇类燃料发动机的启动方法，包括步骤：

温度传感器探测发动机温度T并传输到发动机控制器；

当发动机温度T低于第一预设阈值T_th1时，发动机控制器控制该冷启动装置启动，由发动机控制器控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，冷启动液罐中的冷启动液经由第一导管进入加热罐中加热，加热罐内的燃气经由第二导管流出后在混合器中与新鲜空气混合再进入发动机中，使发动机冷启动成功；

在发动机冷启动成功后，当发动机温度T高于第二预设阈值T_th2时，发动机控制器控制该冷启动装置停止工作，冷启动液罐停止向发动机提供燃料，使发动机切换至纯醇类燃料工作模式，其中第一预设阈值T_th1小于第二预设阈值T_th2。

进一步地，在该冷启动装置启动时，发动机控制器控制第一电磁阀先打开，冷启动液罐中的冷启动液经由第一导管进入加热罐中，发动机控制器控制加热罐加热，当加热罐内的压力达到一定值时，发动机控制器再控制第二电磁阀打开。

进一步地，第一预设阈值T_th1取值为-15～-5摄氏度，第二预设阈值T_th2取值为20～30摄氏度。

本发明提供的醇类燃料发动机的启动系统及启动方法，发动机以甲醇或者乙醇为燃料，通过在发动机外安装一个冷启动液罐和加热罐，在发动机冷启动较困难时，通过发动机控制器控制电磁阀使冷启动液在加热罐中气化后再与新鲜空气在混合器中充分混合，然后共同进入发动机中燃烧，在发动机正常启动后切换至醇类燃料工作模式，以此解决发动机冷启动困难的问题，另外，冷启动液罐和加热罐体积较小、安装方便，有利于整车布置和减轻整车质量，另外，在发动机启动的过程中，冷启动液的消耗量较小，可以减小成本。

附图说明

图1为本发明实施例中醇类燃料发动机的启动系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中醇类燃料发动机的启动方法的原理流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1为本发明实施例中醇类燃料发动机的启动系统的结构示意图，请参图1，该启动系统包括发动机10、醇类燃料罐20、发动机控制器80、节气门60、空气滤清器70、温度传感器34和冷启动装置11，该冷启动装置11包括冷启动液罐31、加热罐32、第一电磁阀41、第二电磁阀42和混合器50。

空气滤清器70通过进气管100与发动机10相连，节气门60设置在进气管100内，醇类燃料罐20通过歧管连接至进气管100，且醇类燃料罐20与进气管100的连接点位于节气门60的后方。

混合器50设置在进气管100上且位于节气门60的前方，混合器50具体是设置在节气门60与空气滤清器70之间。冷启动液罐31与加热罐32之间通过第一导管101相连，加热罐32与混合器50之间通过第二导管102相连。第一电磁阀41设置在第一导管101上并用于控制第一导管101的导通或关闭，第二电磁阀42设置在第二导管102上并用于控制第二导管102的导通或关闭，温度传感器34、第一电磁阀41和第二电磁阀42分别与发动机控制器80电连接。本实施例中，醇类燃料罐20内的醇燃料为甲醇或乙醇。

温度传感器34用于探测发动机10的温度并将探测到的发动机温度信息传输到发动机控制器80。本实施例中，温度传感器34设置在发动机10上，例如设置在发送机10的水箱(图未示)上。

第一电磁阀41和第二电磁阀42均与发动机控制器80电连接，两个电磁阀的开启或关闭均由发动机控制器80控制，第一电磁阀41和第二电磁阀42处于打开状态时，冷启动液罐31中的冷启动液经由第一导管101进入加热罐32，冷启动液在加热罐32中加热形成燃气，加热罐32加热的能量可以由蓄电池38和加热器36(例如电阻丝)提供，其中蓄电池38与加热器36相连，加热器36可以设置在加热罐32中或者加热罐32的外部。加热罐32中的燃气经由第二导管102与通过空气滤清器70过滤后的新鲜空气在混合器50内充分混合，再提供给发动机10进行冷启动用。

进一步地，该冷启动装置11还包括压力传感器33、调压阀43和机械功率阀44，压力传感器33用于监测加热罐32内的压力并将其转化为电信号传输到发动机控制器80，调压阀43和机械功率阀44均由发动机控制器80控制，调压阀43用于控制加热罐32流出的燃气处在稳定的压力范围内，机械功率阀44用于控制加热罐32流出的燃气进入混合器50内的流量。

本实施例中，混合器50为三通结构，混合器50的三个端口分别通过管道与节气门60、空气滤清器70和加热罐32连接。

图2为本发明实施例中醇类燃料发动机启动方法的原理流程图，请结合图2，发动机10启动时，温度传感器34探测发动机温度T并传输到发动机控制器80，发动机控制器80中预先设置有温度阈值T_th1和T_th2，其中T_th1小于T_th2。本实施例中，T_th1取值优选为-15～-5摄氏度，T_th2取值优选为20～30摄氏度。

发动机控制器80根据温度传感器34探测的发动机温度T判断发动机10是否为冷启动，当发动机温度T低于T_th1时，发动机控制器80判断发动机10正在进行冷启动，发动机控制器80控制该冷启动装置启动，以利用该冷启动装置协助发动机10启动。发动机控制器80控制第一电磁阀41先打开，冷启动液罐31中的冷启动液经由第一导管101进入加热罐32中，发动机控制器80控制加热罐32加热，加热器36工作，蓄电池38为加热罐32和加热器36提供能量，同时压力传感器33监测加热罐32内的压力，当加热罐32内的压力达到一定值(例如3bar)时，发动机控制器80再控制第二电磁阀42打开。

加热罐32内的燃气经由第二导管102从第二电磁阀42流出后，调压阀43将燃气的压力调节至合适范围(例如为2.5bar到3bar)，机械功率阀44控制燃气的流量，压力与流量均调整至合适范围的燃气在混合器50中与新鲜空气混合后再经过节气门60进入发动机10中，使得发动机10冷启动成功。

发动机10冷启动成功后，醇类燃料罐20中的醇类燃料开始向发动机10中喷射，此时醇类燃料罐20和冷启动液罐31同时给发动机10提供燃料，当发动机温度T高于T_th2时，发动机控制器80控制该冷启动装置停止工作，即发动机控制器80控制第一电磁阀41和第二电磁阀42均关闭，冷启动液罐31停止向发动机10提供燃料，使发动机10切换至纯醇类燃料工作模式。

本发明还提供一种醇类燃料发动机的启动方法，其步骤包括：

温度传感器34探测发动机温度T并传输到发动机控制器80；其中，温度传感器34可以设置在发送机10的水箱上。

当发动机温度T低于第一预设阈值T_th1时，发动机控制器80控制该冷启动装置11启动，由发动机控制器80控制第一电磁阀41和第二电磁阀42打开，冷启动液罐31中的冷启动液经由第一导管101进入加热罐32中加热，加热罐32内的燃气经由第二导管102流出后在混合器50中与新鲜空气混合再进入发动机10中，使发动机10冷启动成功；其中，发动机控制器80中可以预先设置有温度阈值T_th1和T_th2，其中T_th1小于T_th2。本实施例中，T_th1取值优选为-15～-5摄氏度，T_th2取值优选为20～30摄氏度。

在发动机10冷启动成功后，当发动机温度T高于第二预设阈值T_th2时，发动机控制器80控制该冷启动装置停止工作，冷启动液罐31停止向发动机10提供燃料，使发动机10切换至纯醇类燃料工作模式。

与现有技术相比，本发明提供的醇类燃料发动机的启动系统及其启动方法，通过在发动机10外安装一个由冷启动液罐31、加热罐32和其他相关部件构成的冷启动装置11，在发动机10冷启动较困难时，通过发动机控制器80控制第一电磁阀41和第二电磁阀42打开，使冷启动液在加热罐32中气化后与新鲜空气在混合器50中充分混合，然后进入发动机10中燃烧，在发动机10正常启动后切换至醇燃料工作模式，以此解决发动机冷启动困难的问题，另外，冷启动液罐31和加热罐32体积较小且安装方便，有利于整车布置和减轻整车质量，且冷启动液在车辆冷启动过程中消耗量较小，成本更低。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

以上仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。