專利名稱：二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機混合燃料控制領(lǐng)域，尤其涉及一種二甲醚、天然氣(頁巖氣、煤 層氣)混燃發(fā)動機的燃料供給控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓燃式發(fā)動機一般使用柴油作為燃料，由于其熱效率高，一直受到人們的高度重 視。但是它排放的有害炭煙和氮氧化合物很高，人們采取很多技術(shù)措施來降低其排放，都很 難同時將他們降低。二甲醚(DME)作為一種新興的清潔代用燃料，具有很高的十六烷值，其 分子結(jié)構(gòu)中無C-C鍵，霧化性能好，具有優(yōu)良的壓縮性，因此非常適合壓燃式發(fā)動機。加之 其來源廣泛、沸點較低、可使發(fā)動機具有良好的冷啟動性能，燃燒時不會產(chǎn)生黑煙，不含硫， 因此二甲醚替代柴油可降低氮氧化物排放，實現(xiàn)無煙燃燒，是理想的壓燃式發(fā)動機的潔凈 燃料。
天然氣是一種多組分的混合氣態(tài)化石燃料，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多 數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。在常壓下，冷卻至約_162°C時，則由氣態(tài)變成液態(tài)，稱為 液化天然氣(LNG)，熱值約為9200大卡/m3，它存在于油田和天然氣田、煤層，是較為安全的 燃?xì)庵弧?br> 由于二甲醚在理化性質(zhì)上和柴油的差異，使得柴油發(fā)動機直接燃用二甲醚存在諸 多問題，影響發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性。而在二甲醚-柴油混合燃料發(fā)動機中，二甲醚的低熱 值，加上在系統(tǒng)中的替代率不高，只能達(dá)到10%左右，需要在發(fā)動機進(jìn)氣道上做增氧改造， 使得二甲醚-柴油發(fā)動機的熱效率及經(jīng)濟性也不高，推廣的價值不大?，F(xiàn)有的柴油-天然 氣雙燃料發(fā)動機則在柴油發(fā)動機上增加一套柴油、天然氣配給控制機構(gòu)，其雖然對柴油發(fā) 動機改動較少、易于實現(xiàn)，但在運轉(zhuǎn)過程中天然氣進(jìn)入發(fā)動機時，擠壓了進(jìn)氧空間，降低了 燃燒性，天然氣、柴油約有10%的熱效率被浪費。再者，現(xiàn)有的柴油、天然氣雙燃料發(fā)動機對 柴油和天然氣兩種燃料之間的配比控制精度不高，不能適應(yīng)各種復(fù)雜工況的要求，因此發(fā) 動機的動力性、燃油經(jīng)濟性以及尾氣排放難以達(dá)到較高的水平。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其可 以在保持原發(fā)動機的壓燃模式下，實現(xiàn)發(fā)動機經(jīng)濟、環(huán)保、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系 統(tǒng)，其包括ECU、發(fā)動機，以及相對于發(fā)動機設(shè)置且與ECU控制連接的多個噴油閥，其還包 括分別與發(fā)動機連通設(shè)置的二甲醚供氣系統(tǒng)及天然氣供氣系統(tǒng)，該二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)包括 有連通設(shè)置的二甲醚儲罐及流量傳感器，該流量傳感器一端與ECU通信連接，流量傳感器 另一端分別與多個噴油閥連通設(shè)置；所述天然氣供氣系統(tǒng)內(nèi)包括有連通設(shè)置的燃?xì)鈨蕖?電磁閥、控流閥及混合器，該電磁閥及控流閥均與E⑶電性連接，該混合器一端與空氣相連 通，混合器另一端與發(fā)動機連通設(shè)置；所述ECU在發(fā)動機運行時，采集流量傳感器處的二甲醚流量信號或者噴油閥開啟的頻率脈寬信號，經(jīng)ECU內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行運算、處理、判 斷，將運算的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?，并輸出信號指令，以對噴油閥、電磁閥及控流閥進(jìn)行控 制。
其中，所述二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)還包括連通設(shè)置的第一濾清器及增壓泵，該第一濾 清器一端與二甲醚儲罐連通設(shè)置，增壓泵一端與流量傳感器連通設(shè)置。
本發(fā)明的二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)還包括一泄壓閥，該泄壓閥一端連通設(shè)置于第一濾清 器與增壓泵之間，另一端連通設(shè)置于增壓泵與流量傳感器之間。
進(jìn)一步地，所述流量傳感器與多個噴油閥之間還連通設(shè)置有一穩(wěn)壓罐。
本發(fā)明中，所述的噴油閥前端設(shè)有噴油嘴，該噴油嘴尖端伸入設(shè)置于發(fā)動機內(nèi)。
具體的，所述天然氣供氣系統(tǒng)的電磁閥與控流閥之間還依次連通設(shè)置有減壓器及 第二濾清器，該電磁閥與減壓器之間設(shè)有第一壓力傳感器，該減壓器與第二濾清器之間設(shè) 有第二壓力傳感器。
再者，所述天然氣供氣系統(tǒng)的混合器通過一空氣進(jìn)氣道與空氣相連通，該混合器 與空氣進(jìn)氣道之間設(shè)有一渦輪增壓器。
此外，所述發(fā)動機一端通過一排氣道與空氣相連通，該發(fā)動機與排氣道之間依次 設(shè)有排氣溫度傳感器及寬域氧傳感器，該寬域氧傳感器與混合器均通過渦輪增壓器與空氣 相連通。
更進(jìn)一步地，所述發(fā)動機內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器及曲軸傳感器，所述第一 壓力傳感器、第二壓力傳感器、排氣溫度傳感器、寬域氧傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器及 曲軸傳感器均與ECU通信連接。
本發(fā)明中，所述E⑶還與一油門位置傳感器通信連接。
本發(fā)明的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其適用范圍廣，可使用在 車用、船用、柴油發(fā)電機組等多領(lǐng)域；其可以在保持原發(fā)動機的壓燃模式下，只增加一套數(shù) 控供氣系統(tǒng)，不僅彌補了天然氣燃燒時供氧不足的問題，又彌補了二甲醚燃燒時熱值不高 的問題，使發(fā)動機在功效性、經(jīng)濟性上得到最大限度的提高，大大降低了制造成本；同時，其 通過對發(fā)動機在各種條件下的實際燃料消耗進(jìn)行實時監(jiān)測，以該燃料消耗作為控制參數(shù)進(jìn) 行精確控制，從而確保發(fā)動機在各種情況下均能實現(xiàn)二甲醚和天然氣供給配比、燃料總耗 的精確控制，控制方式易于實現(xiàn)，最終達(dá)到穩(wěn)定發(fā)動機動力、提高燃油經(jīng)濟性、降低尾氣排 放的目的。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)一種具體實施例的結(jié) 構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其包 括E⑶10、發(fā)動機20，以及相對于發(fā)動機20設(shè)置且與E⑶10控制連接的多個噴油閥31，其 還包括分別與發(fā)動機20連通設(shè)置的二甲醚供氣系統(tǒng)及天然氣供氣系統(tǒng)。本發(fā)明可使用在 車用、船用、柴油發(fā)電機組等多領(lǐng)域，其采用二甲醚與天然氣雙燃料混燃方式，在發(fā)動機燃 燒過程中，因二甲醚自帶34. 8%的氧，進(jìn)入發(fā)動機20與天然氣混合后，相互彌補，使二甲醚 彌補了天然氣燃燒時供氧不足的問題，天然氣彌補了二甲醚燃燒時熱值不高的問題，混燃 較為充分，比全柴油運行按目前市價可降低燃料成本成本35%以上。同時，由于二甲醚無 C-C鍵，只有C-O和C-H鍵，且含氧量高，因此，燃燒后生成的微粒小，發(fā)動機能承受較高的排 氣循環(huán)率，徹底解決了傳統(tǒng)柴油機不能同時降低顆粒和氮氧化合物排放的矛盾。
本發(fā)明中，所述二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)包括有連通設(shè)置的二甲醚儲罐30(上方為氣相， 下方為液相)及流量傳感器32，該流量傳感器32 —端與ECUlO通信連接，流量傳感器32另 一端分別與多個噴油閥31連通設(shè)置；所述天然氣供氣系統(tǒng)內(nèi)包括有連通設(shè)置的燃?xì)鈨?40、電磁閥41、控流閥42及混合器43，該電磁閥41及控流閥42均與E⑶10電性連接。該 混合器43 —端與空氣相連通，混合器43另一端與發(fā)動機20連通設(shè)置。所述E⑶10為該控 制系統(tǒng)的運算中心，其在發(fā)動機20運行時，可以采集流量傳感器32處的二甲醚流量信號， 或者采集噴油閥31開啟的頻率脈寬信號，根據(jù)ECUlO內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行運算、處理、判 斷，將運算的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?，并輸出信號指令，通過對噴油閥31、電磁閥41及控流閥 42進(jìn)行控制，完成發(fā)動機在所需功率下的運行過程。
其中，所述二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)還包括連通設(shè)置的第一濾清器33及增壓泵34，該第 一濾清器33 —端與二甲醚儲罐30連通設(shè)置，增壓泵34 —端與流量傳感器32連通設(shè)置。該 第一濾清器33可以濾除將要進(jìn)入發(fā)動機20內(nèi)的二甲醚中的有害雜質(zhì)，以減少氣缸、活塞、 活塞環(huán)、氣門及氣門座的早期磨損。同時，由于固二甲醚的氣化壓力會隨溫度的升高而升 高，因此需安裝增壓泵，而為了防止設(shè)備或管道內(nèi)壓力過大發(fā)生意外，本發(fā)明還在二甲醚供 氣系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有一泄壓閥35，該泄壓閥35 —端連通設(shè)置于第一濾清器33與增壓泵34之間， 另一端連通設(shè)置于增壓泵34與流量傳感器32之間。當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)壓力超過泄壓閥35 設(shè)定壓力時，即自動開啟泄壓，保證設(shè)備和管道內(nèi)介質(zhì)壓力在設(shè)定壓力之下，保護設(shè)備和管 道。再者，本發(fā)明在所述流量傳感器32與多個噴油閥31之間還連通設(shè)置有一穩(wěn)壓罐36，該 穩(wěn)壓罐36的設(shè)置，可以進(jìn)一步的確保設(shè)備和管道內(nèi)壓力的動態(tài)平衡。
本發(fā)明中，所述的噴油閥31前端設(shè)有噴油嘴21，該噴油嘴21尖端伸入設(shè)置于發(fā)動 機20內(nèi)。在本發(fā)明具體實施例中，所述噴油閥31與噴油嘴21的數(shù)量均為6個，該多個噴 油閥31與噴油嘴21的設(shè)置，可以在同等量油的情況下，可縮短噴射的時間，便于燃料和空 氣更多的時間去混合；同時，多噴油閥31與噴油嘴21可達(dá)到更細(xì)的油霧，便于燃料和空氣 混合，提高燃燒的質(zhì)量，確保動力的充沛和節(jié)油。
由于純二甲醚的潤滑性極差，在發(fā)動機20上運行一段時間后，發(fā)動機20磨損嚴(yán) 重。因此作為本發(fā)明的一種選擇性實施例，可以在二甲醚儲罐30灌裝時加入一定量的潤滑添加劑，以改善發(fā)動機的磨損情況。
進(jìn)一步的，本發(fā)明中天然氣供氣系統(tǒng)的電磁閥41與控流閥42之間還依次連通設(shè) 置有減壓器44及第二濾清器45，該電磁閥41與減壓器44之間設(shè)有第一壓力傳感器46，該 減壓器44與第二濾清器45之間設(shè)有第二壓力傳感器47。其中，該第一壓力傳感器46為一 高壓傳感器，其用于對經(jīng)過電磁閥41后的高壓天然氣進(jìn)行壓力檢測；該第二壓力傳感器47 為一低壓傳感器，其用于對經(jīng)過減壓器44減壓后的低壓天然氣進(jìn)行壓力檢測。
再者，本發(fā)明的天然氣供氣系統(tǒng)的混合器43通過一空氣進(jìn)氣道51與空氣相連通， 該混合器43與空氣進(jìn)氣道51之間設(shè)有一渦輪增壓器48。此外，所述發(fā)動機20 —端通過一 排氣道52與空氣相連通，該發(fā)動機20與排氣道52之間依次設(shè)有排氣溫度傳感器22及寬 域氧傳感器23，該寬域氧傳感器23與混合器43均通過渦輪增壓器48與空氣相連通。
更進(jìn)一步地，所述發(fā)動機20內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器24、水溫傳感器25及曲軸傳感器 26，所述第一壓力傳感器46、第二壓力傳感器47、排氣溫度傳感器22、寬域氧傳感器23、轉(zhuǎn) 速傳感器24、水溫傳感器25及曲軸傳感器26均與ECUlO通信連接。作為本發(fā)明的一種具 體實施例，所述E⑶10還與一油門位置傳感器27通信連接。
本發(fā)明的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)在具體應(yīng)用中，二甲醚依次 通過二甲醚儲罐30、第一濾清器33、增壓泵34、泄壓閥35、流量傳感器32、穩(wěn)壓罐36、噴油 閥31，經(jīng)噴油嘴21進(jìn)入發(fā)動機20。該過程中，既可以由流量傳感器32來對E⑶10輸出信號， 或者，還可以由噴油閥31的開啟頻率、脈寬信號對ECUlO輸出信號。而天然氣則依次由燃 氣儲罐30、電磁閥41、第一壓力傳感器46、減壓器44、第二壓力傳感器47、第二濾清器45、 控流閥42，由混合器43與空氣在空氣進(jìn)氣道51且在渦輪增壓器48后混合，從而進(jìn)入發(fā)動 機20。在上述工作過程中，最大的難度就是發(fā)動機20運行中對二甲醚和天然氣配比供給的 控制。在本發(fā)明中，ECUlO在發(fā)動機20運行時，可以采集流量傳感器32處的二甲醚流量信 號或者噴油閥31開啟的頻率脈寬信號，以對噴油閥31、電磁閥41及控流閥42進(jìn)行控制，控 制方式易于實現(xiàn)，且可以確保發(fā)動機在各種情況下均能實現(xiàn)二甲醚和天然氣供給配比、燃 料總耗的精確控制，最終達(dá)到穩(wěn)定發(fā)動機動力、提高燃油經(jīng)濟性、降低尾氣排放的目的。在 本發(fā)明具體實施例中，所述ECUlO可以通過采集二甲醚流量信號或者噴油閥31開啟的頻率 脈寬信號，同時結(jié)合油門位置傳感器27處的油門位置信號、轉(zhuǎn)速傳感器24處的轉(zhuǎn)速信號、 寬域氧傳感器23處的氧傳感器信號、水溫傳感器25處的發(fā)動機溫度信號、排氣溫度傳感器 22處的排溫信號、曲軸傳感器26處的發(fā)動機曲軸信號、第一壓力傳感器46處的燃?xì)飧邏盒?號、第二壓力傳感器47燃?xì)獾蛪盒盘枺蒙鲜鲚斎胄盘柎_定發(fā)動機20當(dāng)前工況的燃?xì)夤?給及進(jìn)氣量等信息，通過基本數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)修正程式對當(dāng)前各工況負(fù)荷、轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較計算， 輸出正確的指令信息控制噴油閥31、電磁閥41及控流閥42，從而控制發(fā)動機20有合適的 燃?xì)饬髁恳缘玫礁鞴r下的理想的目標(biāo)空燃比。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，包括E⑶、發(fā)動機，以及相對于發(fā)動機設(shè)置且與ECU控制連接的多個噴油閥，其特征在于，還包括分別與發(fā)動機連通設(shè)置的二甲醚供氣系統(tǒng)及天然氣供氣系統(tǒng)，該二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)包括有連通設(shè)置的二甲醚儲罐及流量傳感器，該流量傳感器一端與ECU通信連接，流量傳感器另一端分別與多個噴油閥連通設(shè)置；所述天然氣供氣系統(tǒng)內(nèi)包括有連通設(shè)置的燃?xì)鈨?、電磁閥、控流閥及混合器，該電磁閥及控流閥均與ECU電性連接，該混合器一端與空氣相連通，混合器另一端與發(fā)動機連通設(shè)置；所述ECU在發(fā)動機運行時，采集流量傳感器處的二甲醚流量信號或者噴油閥開啟的頻率脈寬信號，經(jīng)ECU內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行運算、處理、判斷，將運算的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?，并輸出信號指令，以對噴油閥、電磁閥及控流閥進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)還包括連通設(shè)置的第一濾清器及增壓泵，該第一濾清器一端與二甲醚儲罐連通設(shè)置，增壓泵一端與流量傳感器連通設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)還包括一泄壓閥，該泄壓閥一端連通設(shè)置于第一濾清器與增壓泵之間，另一端連通設(shè)置于增壓泵與流量傳感器之間。
4.如權(quán)利要求3所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述流量傳感器與多個噴油閥之間還連通設(shè)置有一穩(wěn)壓罐。
5.如權(quán)利要求4所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述噴油閥前端設(shè)有噴油嘴，該噴油嘴尖端伸入設(shè)置于發(fā)動機內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣供氣系統(tǒng)的電磁閥與控流閥之間還依次連通設(shè)置有減壓器及第二濾清器，該電磁閥與減壓器之間設(shè)有第一壓力傳感器，該減壓器與第二濾清器之間設(shè)有第二壓力傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣供氣系統(tǒng)的混合器通過一空氣進(jìn)氣道與空氣相連通，該混合器與空氣進(jìn)氣道之間設(shè)有一渦輪增壓器。
8.如權(quán)利要求7所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機一端通過一排氣道與空氣相連通，該發(fā)動機與排氣道之間依次設(shè)有排氣溫度傳感器及寬域氧傳感器，該寬域氧傳感器與混合器均通過渦輪增壓器與空氣相連通。
9.如權(quán)利要求8所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器及曲軸傳感器，所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、排氣溫度傳感器、寬域氧傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器及曲軸傳感器均與ECU通信連接。
10.如權(quán)利要求9所述的二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其特征在于，所述E⑶還與一油門位置傳感器通信連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)動機混合燃料控制領(lǐng)域，具體公開了一種二甲醚天然氣混燃發(fā)動機燃料供給控制系統(tǒng)，其包括ECU、發(fā)動機，以及多個噴油閥，還包括分別與發(fā)動機連通設(shè)置的二甲醚供氣系統(tǒng)及天然氣供氣系統(tǒng)，二甲醚供氣系統(tǒng)內(nèi)包括有連通設(shè)置的二甲醚儲罐及流量傳感器，流量傳感器一端與ECU通信連接，流量傳感器另一端分別與多個噴油閥連通設(shè)置；天然氣供氣系統(tǒng)內(nèi)包括有連通設(shè)置的燃?xì)鈨?、電磁閥、控流閥及混合器，電磁閥及控流閥均與ECU電性連接，混合器一端與空氣相連通，混合器另一端與發(fā)動機連通設(shè)置。本發(fā)明采用二甲醚與天然氣雙燃料混燃方式，不僅控制方式易于實現(xiàn)，大大降低了制造成本，還可以在保持原發(fā)動機的壓燃模式下，實現(xiàn)發(fā)動機經(jīng)濟、環(huán)保、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
文檔編號F02D19/10GK102996269SQ20121052064
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者周繼光, 鄒曉明 申請人:周繼光, 鄒曉明