超低排放甲醇燃料发动机 所属领域：
本发明属于一种发动机，特别涉及一种以甲醇为燃料的超低排放甲醇燃料发动机。
背景技术：
随着石油资源日益匮乏和汽车排放法规越来越严格，人们一直在寻找高效清洁的燃烧新技术，代用燃料是解决石油资源危机和内燃机污染的有效途径。石油资源危机可以上升到一个国家的能源安全，我国从1993年成为原油净进口国，油品进口以每年800-1000万吨的幅度增加。2000年我国进口原油约7000万吨，预测2010年我国石油总需求的47％需进口，石油的供应将严重不足。我国是一个煤资源相对丰富的国家，合理利用煤资源是解决我国经济发展中能源问题的必要手段。甲醇可以由煤和天然气制取，其燃烧速度快，燃烧时无烟、无焰，NOx排放低，而且甲醇相对于气体燃料输运方便，热值约为汽油的一半。全球的煤资源与石油相比要大的多，按目前的能源消耗水平，至少还可以用几百年，因此，甲醇是最有发展前景的发动机燃料。甲醇作为发动机代用燃料传统上主要采用两种燃烧模式，即在汽油机基础上采用均质点燃方式和柴油机基础上采用压燃方式，前者的热效率低，后者排放较高。而均质充量压缩燃烧(HCCI)结合了传统的压燃式发动机和点燃式发动机的优点：同传统压燃式发动机相比，HCCI是均质混合气压燃，没有扩散燃烧，因此大大降低了微粒的排放：与传统的点燃式发动机相比，HCCI是压燃着火，没有节流损失，且可以采用较大地压缩比，因此具有较高的热效率；并且，HCCI与传统的压燃和点燃式发动机的燃烧不同，其燃烧过程在整个气缸容积内同时、均质发生，而不是发生在火焰前沿，使燃烧温度较低，从而大大降低了氮氧化合物(NOx)的排放。
【发明内容】
本发明的目的就在于提供一种采用甲醇为燃料，采用HCCI燃烧和压燃双燃烧模式的超低排放甲醇燃料发动机，该发动机可最大限度地降低发动机的排放和提高其热效率。
本发明的技术方案是：一种超低排放甲醇燃料发动机，其特征在于：由发动机、甲醇罐、带有加热装置的催化转化器和电子控制单元ECU组成；甲醇罐通过电控中压共轨燃油喷射装置与发动机连接；甲醇罐通过输油泵和流量控制阀与安装在发动机排气管上的催化转化器中的反应器连接，催化转化器经压力容器与安装在进气歧管的二甲醚电磁阀连接；发动机排气管与EGR阀连接，EGR阀与进气管连接；电子控制单元的输入端接收发动机输出的发动机运行工况参数信号、进气温度和压力信号、冷却水温度信号、催化转化器的温度和压力信号、油门位置信号、上止点信号、转速信号、曲轴转角信号和爆震传感器信号，输出端与流量控制阀、二甲醚电磁阀、甲醇电控喷油器、电热塞、EGR阀和反应器中的电加热装置连接。
上述电控中压共轨燃油喷射装置由安装在发动机气缸上甲醇电控喷油器、电热塞、高压油管和回油管组成；甲醇电控喷油器通过高压油管装在其上的高压油泵与甲醇罐上的输油泵连接、通过回油管与甲醇罐连接。
本发明的优点是：1、大大降低了微粒的排放：2、没有节流损失，具有较高的热效率；3、采用HCCI燃烧模式其燃烧过程在整个气缸容积内同时、均质发生，而不是发生在火焰前沿，使燃烧温度较低，从而大大降低了氮氧化合物(NOx)的排放。4、可节约大量的石油资源。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明的控制框图
图3为燃烧装置示意图
图4为二甲醚气道喷射装置示意图
图5为电子控制单元控制原理示意图
图6为发动机在负荷到中高负荷的工况时的控制流程图
图7为发动机在冷启动和热车工况时的控制流程图
图8为发动机的工作模式为大负荷工况时的控制流程图
具体实施方式：
如图1、3、4所示：一种超低排放甲醇燃料发动机(以四缸机为例)，由发动机1、甲醇罐2、带有加热装置催化转化器3、压力容器4、和电子控制单元ECU组成；甲醇罐通过电控中压共轨燃油喷射装置与发动机连接；甲醇罐通过输油泵5和流量控制阀6与安装在发动机排气管7上的催化转化器中的反应器8连接，该反应器与压力容器连接；压力容器与安装在发动机上且与进气歧管9连接的二甲醚电磁阀10连接；发动机排气管与EGR阀连接，EGR阀与进气道连接；
如图3所示：上述电控中压共轨燃油喷射装置由安装在发动机气缸上甲醇电控喷油器11、电热塞12、高压油管13和回油管14组成；甲醇电控喷油器通过高压油管装在其上的高压油泵15与甲醇罐上的输油泵16连接、通过回油管与甲醇罐连接。
如图5所示：电子控制单元的输入端接收发动机输出的发动机运行工况参数信号、进气温度和压力信号、冷却水温度信号、催化转化器的温度和压力信号、油门位置信号、上止点信号、转速信号、曲轴转角信号和爆震传感器信号，输出端与流量控制阀、二甲醚电磁阀、甲醇电控喷油器、电热塞、EGR阀和反应器中的电加热装置连接。
如图2所示：本发明采用以甲醇为燃料的新型发动机，即在传统的压燃式发动机上使用纯甲醇燃料。甲醇燃料分为两路，一部分直接通过电控中压共轨燃油喷射系统直接喷入气缸，另一路经催化转化器生成二甲醚，由气道喷入气缸。实现冷起动时二甲醚单一燃料的HCCI燃烧模式、中高负荷以下工况的二甲醚与甲醇双燃料HCCI燃烧模式，以及大负荷工况通过电热塞加热甲醇压缩燃烧的双燃烧模式燃烧方案。通过废气再循环(EGR)技术在较大的工况范围实现HCCI燃烧模式，并使缸内当量比空燃比控制为1。同时，采用成熟的三元催化转化技术降低HC和CO排放，使发动机在全部的工况范围内实现高效、低污染的目的，满足欧洲IV标准以上的排放法规的要求。该技术的采用将会产生较好的经济效益和社会效益。
本发明的工作流程为：ECU读取发动机油门位置、发动机转速、进气温度和压力、冷却水温度、催化反应器的温度和压力等信号，首先判断发动机的运行工况，当发动机处于启动和热车工况时，催化转化器的电加热装置启动，甲醇流量计启动，此时燃料通过催化转化器转化成二甲醚由进气道喷入气缸，电热塞和甲醇喷油器关闭，其控制流程图如图7所示。
如图6所示：当发动机处于小负荷至中高负荷时，电热塞关闭，甲醇经电控中压共轨系统直接喷入缸内，另一路经转换器转换成二甲醚由气道喷入，在充气过程进入缸内，根据工况调节流量计的甲醇流量和二甲醚的喷射量，并根据反应器的温度调整或关闭电加热装置。
如图8所示：当发动机处于HCCI不能实现运行的大负荷工况，关闭电加热装置和电控甲醇流量阀，此时甲醇只通过电控中压共轨系统直接喷入缸内，并需要根据发动机运行的状况开启或关闭电热塞，甲醇根据工况采用脉动多次喷油控制，实现甲醇燃料准均质分层燃烧。在发动机全负荷工况范围内都需要控制EGR比例，使发动机在全负荷工况范围内实现燃空当量比为1。