CN201206498Y - 甲醇/汽油灵活喷射控制系统及新型甲醇燃料汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种甲醇/汽油灵活喷射控制系统，涉及汽车动力控制领域。所述系统包括甲醇、汽油两套燃料供给装置，还包括：灵活喷射电子控制单元，用于根据车辆综合性能及运行工况信息，灵活控制所述甲醇、汽油两种燃料向发动机燃烧室内喷射甲醇燃料或汽油燃料或同时喷射定量的甲醇燃料和汽油燃料。应用本实用新型提供的系统，可以有效解决甲醇－汽油混合燃料的分层所引起的燃料供给失控，车辆启动性、驾驶性等综合性能下降、相关材料的腐蚀、溶胀以及使用甲醇燃料或甲醇－汽油混合燃料所带来的车辆低温启动困难、非常规排放等问题。相应地，本实用新型还公开了一种应用所述甲醇/汽油灵活喷射控制系统的新型甲醇燃料汽车。

Description

甲醇/汽油灵活喷射控制系统及新型甲醇燃料汽车

技术领域

本实用新型涉及汽车动力控制领域，特别是一种甲醇/汽油灵活喷射控制系统及新型甲醇燃料汽车。

背景技术

能源缺乏和环境安全已经成为世界各国面临的共同难题，能耗大、污染重的汽车行业，寻求新的车用替代能源成为必然的发展趋势。现有技术中，一种新的车用替代能源为甲醇。甲醇生产原料广泛，产品的运输、储存、分装加注和使用，与目前市场上所供应的内燃机用汽油、柴油燃料特点相近；甲醇辛烷值高、自身含氧燃烧彻底、引火温度比汽油高，燃烧过程安全。因此，甲醇是后石油时代最现实、最理想的车用替代燃料。

汽车对于甲醇燃料的应用技术主要有两种方式：第一种是以一定的比例，将甲醇与汽油预先配制成混合燃料，汽车直接使用这种混合燃料，使发动机做功，驱动汽车前进。另一种方式是灵活燃料汽车，即可以向汽车的燃料箱内加注甲醇、加注汽油或加注甲醇-汽油的混合物，实现甲醇、汽油两种燃料在燃料箱内的任意混合，根据甲醇和汽油的不同特性(如密度、光的折射率)，通过燃料箱中的燃料识别传感器，来分辩不同的甲醇汽油比例，按热值量供给不同的燃料数量。

但是，甲醇汽车以上述方式使用甲醇燃料，存在以下问题：

(1)甲醇含羟基，具有较强的极性，可与水无限互溶而难溶于烃类燃料。汽油是由各种烃类化合物组成的非极性物质，它与甲醇的混合物是一个部分互溶系统，存在一个上部互溶温度。一旦环境温度低于上部互溶温度(或低于一定组成下的分相温度)，甲醇汽油将发生相分离而影响使用。另一方面，水的存在也会严重影响甲醇汽油的相溶性

甲醇-汽油混合燃料在储存和使用过程中，会自动从空气中吸收水分。当混合燃料中水的含量增加时，甲醇与汽油的互溶性就会下降；当混合燃料的水分含量达到一定程度时，就出现油水分离现象。水分会影响甲醇汽车中某些类型的综合传感器的调整，还会降低燃料的能量因而对车辆的经济性及动力性能产生不利影响。

显然，由于甲醇-汽油混合燃料互溶性、稳定性差，这种混合燃料极易导致燃料供给失控，从而引起发动机性能不稳定、车辆行驶失稳等问题。

(2)甲醇-汽油混合燃料对金属、非金属材料存在腐蚀、溶涨作用，而且这种影响存在不规律性，以混合燃料对橡胶材料的溶涨为例来分析。在甲醇汽油混合燃料中，橡胶材料发生体积溶胀是甲醇与汽油复合作用的结果。从分子间的相互作用力的角度看，甲醇分子首先浸入到橡胶分子链中，与链上的极性基因发生作用，从而削弱了高分子极性基团间的作用力，然后汽油分子再向其中扩散，使其膨胀。随着混合燃料中甲醇含量的增加，甲醇-汽油混合燃料油对橡胶材料的影响也会增加；甲醇-汽油混合油中选择不同的掺混剂，对橡胶材料耐油性能的影响也不同。因此，要改善甲醇-汽油混合燃料油对橡胶性能的影响，达到抵抗甲醇汽油复合侵蚀的目的，具体方法只能针对某一特定混合比例的甲醇-汽油混合燃料，开发新型的橡胶材料或对现有的胶种进行改性。而甲醇-汽油混合燃料的比例发生变化，需重新对材料进行研究。

此外，由于甲醇和汽油两种燃料的复合作用，混合燃料对车辆燃料系统金属、塑料部件的影响也存在不规律性。

(3)发动机冷启动时(特别是冬季)转速低，空气流速慢，加上外界气温低，因而燃料蒸发困难。甲醇的汽化潜热是汽油的2-3倍，故甲醇汽油蒸发时所吸收的热量多，会导致发动机进气歧管处的温度急剧下降，进一步恶化了进气蒸发条件。加上甲醇的饱和蒸汽压比汽油低1/2左右，故在冷启动时只有少量的燃料能蒸发，若蒸发形成的可燃混合气的浓度达不到着火浓度下限，则混合气不能着火燃烧，发动机启动困难。因此使用甲醇-汽油混合燃料(尤其高比例甲醇-汽油混合燃料)的汽车存在冷启动、低温启动困难问题。

(4)非常规排放问题。由于甲醇的汽化潜热高，甲醇汽车在从低温启动工况，经过暖机到怠速运转工况整个过程，发动机温度较低，混和气雾化差。因此，甲醇燃烧不完全。此时，甲醇燃烧的中间产物-甲醛，以及未燃的甲醇，将会在排气过程中，随着废气一起排出。甲醛和未燃甲醇这两种非常规排放，会引起催化剂中毒，加速其老化，同时对环境造成污染。

(5)甲醇燃料热值低，使用甲醇-汽油混合燃料的汽车，由于其电子控制单元未对燃料的喷射量、点火时间等参数进行调整、匹配、优化。因此，车辆动力性差、加速无力。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的是提供一种甲醇/汽油灵活喷射控制系统，可以有效解决使用甲醇-汽油混合燃料的汽车由于混合燃料分层所引起的燃料供给失控、车辆启动性、驾驶性等综合性能下降问题；解决所述甲醇-汽油混合燃料对车辆相关金属、非金属零部件材料的腐蚀、溶胀问题；解决使用所述甲醇燃料或甲醇-汽油混合燃料的汽车所带来的低温启动困难、非常规排放和车辆动力性差等问题。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种甲醇/汽油灵活喷射控制系统，包括：甲醇、汽油两套燃料供给装置和灵活喷射电子控制单元；

其中所述电子控制单元用于根据车辆综合性能及运行工况信息，控制所述甲醇、汽油两种燃料向发动机燃烧室内喷射甲醇燃料或汽油燃料或同时喷射定量的甲醇燃料和汽油燃料。

优选地，所述系统还包括冷却液温度传感器，用于监测发动机水温，发送所述水温至所述电子控制单元；所述电子控制单元用于判断所述水温达到预先设定的标定值时，控制所述甲醇燃料供给装置向发动机内喷射甲醇；反之控制所述汽油燃料供给装置向发送机内喷射汽油。

优选地，所述系统还包括甲醇液位传感器，用于监测所述甲醇燃料供给装置中甲醇的液位，发送所述液位至所述电子控制单元；所述电子控制单元用于判断所述液位为报警位时，控制所述甲醇燃料供给装置停止向发动机内喷射甲醇，同时控制汽油燃料供给装置向发动机内喷射汽油。

相应地，本实用新型实施例还提供一种新型甲醇燃料汽车，所述汽车包括如上所述的甲醇/汽油灵活喷射控制系统。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有甲醇、汽油两套独立的燃料供给装置和电子控制单元，灵活控制所述甲醇、汽油两种燃料向发动机燃烧室内喷射甲醇燃料或汽油燃料或同时喷射定量的甲醇燃料和汽油燃料，在发动机燃烧室内燃烧、做功。

本实用新型实施例能够实现甲醇汽车的正常启动；实现甲醇汽车在使用甲醇或汽油两种燃料状况下的不间断、无扰动、平顺切换；保证车辆使用甲醇或汽油任意一种燃料状态下的正常喷射供给和高性能运转；当甲醇燃料消耗至报警位，或由于区域限制，难以方便的加到甲醇，或车辆在使用甲醇燃料状态下，发生故障，可实现由甲醇燃料到汽油燃料工作状态的自动切换，保证车辆的正常、高性能运行。

本实用新型实施例可以有效解决直接使用甲醇-汽油混合燃料的汽车由于混合燃料分层所引起的燃料供给失控、车辆启动性、驾驶性等综合性能下降问题；解决所述甲醇-汽油混合燃料对车辆相关金属、非金属零部件材料的腐蚀、溶胀问题；解决使用所述甲醇燃料或甲醇-汽油混合燃料的汽车所带来的低温启动困难、非常规排放和车辆动力性差等问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例甲醇、汽油两套燃料供给装置结构图；

图2是本实用新型实施例混合电喷控制系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作详细的说明。在本实用新型的实施例中，所采用的两种燃料供给装置分别为甲醇燃料供给装置和汽油燃料供给装置，请参阅图1所示，所述甲醇燃料供给装置和汽油燃料供给装置在结构上相互独立，并行布置在汽车的地板之上，它们既可以在车身地板上同侧布置，也可以对称布置。其中，所述甲醇燃料供给装置包括甲醇加注管总成101，甲醇燃料箱102，甲醇滤清器105，甲醇进油管路106，甲醇回油管路107，甲醇蒸发回收管路108，甲醇喷嘴109，甲醇调压阀110和甲醇分配管111，其中所述甲醇燃料箱102包括甲醇泵103和甲醇液位传感器104；所述汽油燃料供给装置包括汽油加注管总成101’，汽油燃料箱102’，汽油滤清器105’，汽油进油管路106’，汽油回油管路107’，汽油蒸发回收管路108’，汽油喷嘴109’，汽油调压阀110’和汽油分配管111’，其中，所述汽油燃料箱102’还包括集成液位传感器式的汽油泵103’。

汽油燃料箱102’也可采用汽油泵和液位传感器相互独立的型式。

另外，汽车的发动机120的进气歧管上布置有甲醇、汽油两种燃料喷油器，分别为甲醇喷油器109和汽油喷油器109’，所述两套喷油器可以在进气歧管上前后布置，或根据不同进气歧管的具体情况以其它方式布置。此处，优选前排(靠近燃烧室)为甲醇喷油器喷射甲醇燃料，后排为汽油喷油器喷射汽油。

车辆采用所述甲醇燃料供给装置和汽油燃料供给装置，分别存储甲醇燃料和汽油燃料，并分别选用的是耐甲醇的材料和耐汽油的材料。即对于甲醇供给装置中的甲醇加注管总成、甲醇燃料箱、甲醇泵、甲醇液位传感器、甲醇滤清器、甲醇管路、甲醇供油导轨、甲醇喷油器等全部采用耐甲醇的金属及非金属材料；而对于汽油供给装置中的汽油加油管总成、汽油燃料箱、汽油泵、汽油液位传感器、汽油滤清器、汽油管路、汽油供油导轨、汽油喷油器等全部采用耐汽油的金属及非金属材料。现有技术中，对于单一的M100甲醇燃料和成品汽油，各自的材料适应性问题较易解决。

在所述车辆的动力系统中，采用甲醇/汽油灵活喷射控制技术，根据所述两种燃料的不同理化特性，灵活控制两种燃料供给装置的协同工作。实现甲醇汽车的正常启动；实现甲醇汽车在使用甲醇或汽油两种燃料状况下的不间断、无扰动、平顺切换；保证车辆使用甲醇或汽油任意一种燃料状态下的正常喷射供给和高性能运转；当甲醇燃料消耗至报警位，或由于区域限制，难以方便的加注甲醇，或车辆在使用甲醇燃料状态下，发生故障，可实现由甲醇燃料到汽油燃料工作状态的自动切换，保证车辆的正常、高性能运行。

所述甲醇/汽油灵活喷射控制系统的结构图请参阅图2所示，所述甲醇/汽油灵活喷射控制装置为电子控制单元201，用于分析和处理各传感器提供的数据信息，根据所述信息发送指令至各种执行部件，从而实现对所述甲醇、汽油两种燃料供给系统的灵活喷射控制。

所述传感器包括进气温度压力传感器202，冷却温度传感器203，转速传感器204及氧传感器205等。应用本实用新型优选实施例的甲醇/汽油灵活喷射控制系统，实现对所述两种燃料供给的控制过程具体为：

由于甲醇的汽化潜热高于汽油，在环境温度低于某一温度的条件下，车辆使用甲醇燃料，难以正常启动。在低温条件下，甲醇燃料雾化效果差，燃烧不充分，将会生成较多燃烧中间产物-甲醛。同时，由于温度低，汽车的排气系统未能对尾气进行正常的催化转化，因此甲醛等非常规排放物的排放量较大。

车辆启动时，所述电子控制单元201控制打开汽油电子油泵206，根据进气温度压力传感器202信号和冷却液温度传感器203信号，计算出需要喷射的汽油量，精确控制汽油喷嘴207喷射定量汽油。同时，所述转速传感器204获取到当前发动机的转速，控制点火线圈208在适当的点火提前角放电点火。进入怠速和运行工况后，所述电子控制单元201根据发动机负荷计算喷油量，并根据氧传感器205反馈的信号，调整怠速旁通空气阀209或点火提前角，对发动机进行闭环控制，从而实现汽车发动机的顺利启动。

随着车辆运行，发动机水温逐渐升高，所述冷却液温度传感器203监测到发动机水温达到预先设定的标定值T时，所述电子控制单元201自动实现燃料供给控制系统的切换，系统进入甲醇燃料工作状态下。在甲醇燃料工作状态，自动打开甲醇电子油泵210，建立甲醇燃料供给系统压力，关闭汽油电子油泵206，根据进气温度压力传感器202信号和冷却液温度传感器203信号，计算出需要喷射的甲醇量，精确控制甲醇喷嘴211喷射定量甲醇，同时执行甲醇燃料相应的点火提前角，根据氧传感器205反馈的信号，调整怠速旁通空气阀209或点火提前角，对发动机进行闭环控制。从而保证了甲醇汽车的顺利启动，解决了其低温非常规排放问题，实现了车辆在甲醇、汽油两种燃料使用状态下的自动、平稳转换。

在本实用新型的优选实施例中，正常情况下，系统利用汽油启动，在条件满足后自动切换到甲醇运行。这样将极大地节省汽油消耗并带来经济效益。另外，本实用新型还可以扩展到强制汽油运行。根据车辆行驶区域，如果甲醇燃料供给受到区域限制，导致供给不足；或车辆的甲醇燃料供给系统发生故障，系统将自动切换到汽油状态。

在本实用新型的优选实施例的车辆启动过程中，所述电子控制单元首先控制所述汽油燃料供给装置向发动机喷射汽油燃料，启动所述发动机。在所述发动机启动后，判断所述发动机的水温是否达到应用甲醇燃料的标准，若否，则不进行燃料供给的切换，继续控制所述汽油燃料供给装置供给汽油燃料；若是，则可以将燃料供给装置切换为所述甲醇燃料供给装置，控制所述汽油燃料供给装置停止向发动机燃烧室内喷射汽油燃料，同时控制所述甲醇燃料供给装置向发动机燃烧室内喷射甲醇燃料，从而实现了控制燃料供给装置由所述汽油燃料供给装置切换为所述甲醇燃料供给装置。

另外，在应用所述甲醇燃料供给装置的情况下，所述电子控制单元还可以自动将燃料供给装置切换回所述汽油燃料供给装置。所述电子控制单元判断所述甲醇燃料供给装置是否能够继续甲醇燃料供给，比如，若甲醇燃料将要耗尽，或者所述甲醇燃料供给装置出现故障，不能够继续供给甲醇燃料。

在这种情况下，所述电子控制单元控制所述甲醇燃料供给装置停止向发动机燃烧室内喷射甲醇燃料，同时控制所述汽油燃料供给装置向发动机燃烧室内喷射汽油燃料，从而实现了控制燃料供给装置由所述甲醇燃料供给装置切换为所述汽油燃料供给装置。

应用本实用新型实施例提供的甲醇/汽油灵活喷射控制系统，可以根据两种燃料的理化、燃烧特性、整车运行工况，控制甲醇燃料供给装置或汽油燃料供给装置分别向发动机喷射燃料，或者也可以实现向发动机缸内喷射甲醇/汽油任意比例的混合燃料，进行发动机性能的优化；另外，还可以根据驾驶员的喜好，安装手动切换开关，实现在所述两种燃料工作状态下的任意切换，或者所述系统的电子控制单元可以根据发动机的具体工作状况，判断所使用的燃料供给装置，从而实现所述两种燃料供给装置分别独立对车辆的燃料供给控制。以上控制功能也在本实用新型范围之内。

相应地，本实用新型还提供一种新型甲醇燃料汽车，所述汽车包括如上所述的甲醇/汽油灵活喷射控制系统。所述汽车配备有甲醇、汽油两套独立的燃料供给装置，可以通过所述灵活混合电子控制单元控制所述两个独立的燃料供给装置向所述汽车供给甲醇燃料或汽油燃料或甲醇-汽油混合燃料，所述甲醇/汽油灵活喷射控制系统结构请参阅上述甲醇/汽油灵活喷射控制系统的应用论述，其实现控制两套燃料供给装置对车辆进行燃料供给的具体过程为：

所述电子控制单元首先控制所述汽油燃料供给装置向发动机喷射汽油燃料，启动所述发动机。在所述发动机启动后，判断所述发动机的水温是否达到应用甲醇燃料的标准，若否，则不进行燃料供给的切换，继续控制所述汽油燃料供给装置供给汽油燃料；若是，则可以根据需要，将燃料供给装置切换为所述甲醇燃料供给装置，控制所述汽油燃料供给装置停止向发动机燃烧室内喷射汽油燃料，同时控制所述甲醇燃料供给装置向发动机燃烧室内喷射甲醇燃料，从而实现了控制燃料供给装置由所述汽油燃料供给装置切换为所述甲醇燃料供给装置。

另外，在应用所述甲醇燃料供给装置的情况下，所述电子控制单元还可以自动将燃料供给装置切换回所述汽油燃料供给装置。所述电子控制单元判断所述甲醇燃料供给装置是否能够继续甲醇燃料供给，比如，若甲醇燃料将要耗尽，或者所述甲醇燃料供给装置出现故障，则不能够继续供给甲醇燃料。

在这种情况下，所述电子控制单元控制所述甲醇燃料供给装置停止向发动机燃烧室内喷射甲醇燃料，同时控制所述汽油燃料供给装置向发动机燃烧室内喷射汽油燃料，从而实现了控制燃料供给装置由所述甲醇燃料供给装置切换为所述汽油燃料供给装置。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1、一种甲醇/汽油灵活喷射控制系统，其特征在于:包括甲醇、汽油两套燃料供给装置和灵活喷射电子控制单元；

其中所述电子控制单元用于根据车辆综合性能及运行工况信息，控制所述甲醇、汽油两种燃料向发动机燃烧室内喷射甲醇燃料或汽油燃料或同时喷射定量的甲醇燃料和汽油燃料。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括冷却液温度传感器，用于监测发动机水温，发送所述水温至所述电子控制单元；所述电子控制单元用于判断所述水温达到预先设定的标定值时，控制所述甲醇燃料供给装置向发动机内喷射甲醇；反之控制所述汽油燃料供给装置向发送机内喷射汽油。

3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括甲醇液位传感器，用于监测所述甲醇燃料供给装置中甲醇的液位，发送所述液位至所述电子控制单元；所述电子控制单元用于判断所述液位为报警位时，控制所述甲醇燃料供给装置停止向发动机内喷射甲醇，同时控制汽油燃料供给装置向发动机内喷射汽油。

4、一种新型甲醇燃料汽车，其特征在于，所述汽车包括如权利要求1-3任一项所述的甲醇/汽油灵活喷射控制系统。

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