一种甲醇燃料发动机低温启动的控制方法及系统.pdf

一种甲醇燃料发动机低温启动的控制方法及系统属于汽车领域。本发明其特征在于：在原车电脑和喷油执行单元之间还依次包括输入电路，微控制器和输出电路，且在原车供油系统基础上加装低温启动单元；所述的微控制器由多个微控制芯片及外围电路组成；其中与发动机气缸数相同个数微控制芯片及其外围电路称为控制信号处理模块，负责对发动机各个缸的控制信号分别进行处理；另一个微控制芯片及其外围电路为管理模块，负责对其余芯片的工作状态进行管理并实现对低温启动单元的精确控制；低温启动单元包括燃料识别传感器、温度传感器、副油箱及汽油泵；燃料识别传感器、温度传感器及汽油泵分别连接至上述管理模块。本发明能实现甲醇燃料的低温启动问题。

1.  一种甲醇燃料发动机低温启动的控制系统，包括原车电脑和喷油执行单元，其特征在于：在原车电脑和喷油执行单元之间还依次包括输入电路，微控制器和输出电路，且在原车供油系统基础上加装低温启动单元；
所述的微控制器由多个微控制芯片及外围电路组成；其中与发动机气缸数相同个数微控制芯片及其外围电路称为控制信号处理模块，负责对发动机各个缸的控制信号分别进行处理；另有一个微控制芯片及其外围电路为管理模块，负责对其余芯片的工作状态进行管理并实现对低温启动单元的精确控制；所述的低温启动单元包括燃料识别传感器、温度传感器、副油箱及汽油泵；燃料识别传感器、温度传感器及汽油泵分别连接至上述管理模块，副油箱连接汽油泵。

2.  应用权利要求1所述的系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
原车电脑发出的控制信号经过输入电路处理后被送入微控制器，微控制器在软件控制下对原车控制信号进行处理，经过处理后的信号通过输出电路控制喷油执行单元，使发动机得到足够的甲醇燃料以正常工作；当燃烧为汽油时可通过手动开关或者由负责管理的微控制芯片自动对控制信号作出相应改变，使发动机正常工作；
燃料识别传感器用来识别油箱内甲醇混合燃料的配比，并将测试结果传给微控制器，微控制器根据甲醇燃料的不同配比对原车控制信号作出不同长度的延时处理；温度传感器用来检测发动机是否满足低温启动的条件，如满足则微控制器关闭甲醇泵，打开汽油泵，发动机正常启动后微控制器根据温度判断是否可以转换为甲醇燃料，转换温度达到或者经过10到60秒时间后控制器打开甲醇泵，关闭汽油泵，恢复到甲醇燃料情况；发动机停止工作后，微控制器根据发动机的温度决定是否对管道内燃料进行置换，如达到设定的温度，则微控制器打开副油泵向管道内泵入汽油，将供油管道内残存的甲醇推出管道；泵入汽油的时间根据管道长度预先设定。

一种甲醇燃料发动机低温启动的控制方法及系统
技术领域：
本发明涉及一种汽车发动机低温启动的控制系统，尤其是能解决甲醇燃料低温启动困难的控制系统。
背景技术：
能源枯竭和环境污染是当今全世界面临的严重问题。随着汽车数量的迅速增加，在全世界范围内石油系燃料的供需矛盾日益突出，汽车发动机消耗汽油数量巨大，汽车尾气也成为大气污染的最主要来源之一。从资源、环境、经济、实用等各方面考虑研究开发新的清洁代用能源已成为当务之急。而甲醇来源广泛，理化特性接近汽油，具有比汽油高的辛烷值和自燃点，理论混合气热值与汽油接近，可燃极限宽，汽化潜热大，具有良好的燃烧特性，是汽油的良好替代燃料。
现在实用的汽车发动机多以汽油为燃料，要使以汽油为燃料的发动机以甲醇为替代燃料并能正常工作，必须对汽油发动机的控制系统进行改进。从甲醇和汽油的物理化学性质比较可以知道甲醇燃烧热比汽油的燃烧热低，为了能使发动机在燃烧甲醇的情况下获得足够的能量必须使发动机每个工作循环得到的甲醇燃料多于汽油状态下得到的燃料。
另外，甲醇的汽化潜热约为汽油汽化潜热的两倍。在甲醇进入气缸的过程中可以吸收沿途管壁的热量，降低发动机的温度，提高热效率。但是，因为较大的汽化潜热甲醇燃料发动机的低温启动性能较差，一般认为温度低于10摄氏度甲醇燃料发动机启动就会困难(根据车况及甲醇燃料的不同配比此温度值会有不同)。这也成为甲醇汽车研究的难点所在。
发明内容：
为了使汽车发动机在不同燃料的情况下能正常工作，本发明提供一种微控制系统。该控制系统对原车电脑的控制信号进行处理，使发动机在燃烧不同配比甲醇燃料的情况下都能正常工作。同时，本控制器能实现对低温启动装置的精确控制，解决甲醇燃料的低温启动问题。
为了实现上述目的，本发明采取的设计方案如下：如图10所示，包括原车电脑和喷油执行单元，其特征在于：在原车电脑和喷油执行单元之间还依次包括输入电路，微控制器和输出电路，且在原车供油系统基础上加装低温启动单元；所述的微控制器由多个微控制芯片及外围电路组成；其中与发动机气缸数相同个数微控制芯片及其外围电路称为控制信号处理模块，负责对发动机各个缸的控制信号分别进行处理；另有一个微控制芯片及其外围电路为管理模块，负责对其余芯片的工作状态进行管理并实现对低温启动单元的精确控制；所述的低温启动单元包括燃料识别传感器、温度传感器、副油箱及汽油泵；燃料识别传感器、温度传感器及汽油泵分别连接至上述管理模块，副油箱连接汽油泵。
本发明的工作过程如下：在原车汽油发动机基础上加装本控制器。如图1所示，原车电脑发出的控制信号经过输入电路处理后被送入微控制器，微控制器在软件控制下对原车控制信号进行处理，经过处理后的信号通过输出电路控制喷油执行单元，使发动机得到足够的甲醇燃料以正常工作。当燃烧为汽油时可通过手动开关或者由负责管理的微控制芯片自动对控制信号作出相应改变，使发动机正常工作。
为了解决甲醇发动机低温启动的问题，本发明在原车基础上增加了燃料识别传感器、副油箱以及温度传感器。燃料识别传感器用来识别油箱内甲醇燃料的配比，并将测试结果传给微控制器。微控制器根据甲醇燃料的不同配比对原车控制信号作出不同长度的延时处理。副油箱的作用是低温启动时为发动机提供汽油燃料。温度传感器用来检测发动机冷却液的温度以决定是否对管道内燃料进行置换，以及是否达到低温启动的温度。如满足低温启动的条件则微控制器控制执行元件关闭主油泵，打开副油泵，发动机正常启动后微控制器根据温度判断是否可以转换为甲醇燃料，达到转换温度或经过10到60秒的时间(此处时间根据发动机工况、甲醇燃料配比及发动机温度决定)后控制器打开主油泵，关闭副油泵。发动机停止工作后，微控制器根据发动机的温度决定是否对管道内燃料进行置换，如达到设定的温度(一般为10摄氏度)，则微控制器打开副油泵向管道内泵入汽油，将供油管道内残存的甲醇推出管道。泵入汽油的时间根据管道长度预先设定。
本发明的有益效果是：
1：成功地解决了甲醇燃料发动机低温启动困难的问题。
2：在对原车改动较少的基础上使发动机在使用不同配比甲醇燃料的情况下都能正常工作，并使发动机动力、排放等关键指标不低于原车。
附图说明：
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1是本发明原理示意图。
图2是本发明供油系统改装原理示意图一。
图3是本发明供油系统控制原理示意图。
图4是本发明控制信号处理模块电路原理图。
图5是本发明管理模块电路原理图。
图6本发明供油系统改装原理示意图二。
图7本发明供油系统改装示意图三。
图8本发明供油系统改装示意图四。
图9是本发明控制信号处理模块电路图。
图10本发明控制器原理示意图。
图11本发明应用流程图一。
图12本发明应用流程图二。
具体实施方式：
本实施例选定的微控制芯片型号为AT89S52。
如图1所示，在原车电脑与喷油执行单元之间增加微控制器系统。
该微控制器控制信号处理模块的具体电路如图4所示。由输入电路、输出电路和微控制芯片组成。微控制芯片的RESET脚接一个电容C2，电容C2的一端接Vcc，另一端接一个电阻R6，电阻R6的另一端接地。微控制芯片的P1.0脚接一个光耦U2，光耦U2的1脚接稳压二极管D2的负极，稳压二极管D2的正极接+12伏电源，光耦U2的2脚接电阻R8，电阻R8的另一端原车电脑，光耦U2的3脚接Vcc，光耦U2的4脚接一个电阻R7，电阻R7的另一端接地。
微控制芯片的P1.1脚接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接光耦U1的2脚，光耦U1的1脚接Vcc，光耦U1的3脚接电阻R2，电阻R2的另一端接电阻R3，电阻R3的另一端接地，光耦U1的4脚接+12伏电源。电阻R2和R3的中间接电阻R4，电阻R4的另一端接场效应管FET1的G极，场效应管FET1的D极接喷油执行单元，场效应管FET1的S极接地。
该模块实施例2如图9所示，由三极管Q1和Q2代替光耦U1和U2。
该发明的管理模块实施例电路如图5所示。微控制芯片的RESET脚接一个电容C2，电容C2的一端接Vcc，另一端接一个电阻R6，电阻R6的另一端接地。微控制芯片的INT0脚接三极管Q1的C极，三极管Q1的C极接电阻R4，电阻R4的另一端接Vcc。三极管Q1的B极接电阻R3，电阻R3另一端接电阻R1，电阻R1的另一端接汽车点火开关。三极管Q1的E极接电阻R2，电阻R2通过电阻R1接汽车点火开关。微控制芯片的TXD脚接电阻R5，电阻R5的另一端接光耦U3的2脚，光耦U3的1脚接Vcc，光耦U3的3脚接电阻R7，电阻R7另一端接电阻R8，电阻R8的另一端接地，光耦U3的4脚接+12V电源。电阻R9一端接电阻R8，另一端接场效应管FET2的G极，接场效应管FET2的D极接汽油泵的负极，汽油泵的正极接+12V电源，场效应管FET2的S极接地。
微控制芯片的RXD脚接电阻R10，电阻R10的另一端接光耦U2的2脚，光耦U2的1脚接Vcc，光耦U2的3脚接电阻R11，电阻R11另一端接电阻R12，电阻R12的另一端接地，光耦U2的4脚接+12V电源。电阻R13一端接电阻R12，另一端接场效应管FET1的G极，接场效应管FET1的D极接甲醇泵的负极，甲醇泵的正极接+12V电源，场效应管FET1的S极接地。
低温启动单元的特征为，在原车供油系统的基础上增加温度传感器、副油箱、副油泵以及输油管。实施例1如图2所示，温度传感器用来测量发动机温度，安装温度传感器时可使其与发动机机体面接触，或者浸入发动机冷却液内。汽油输油管起点为副油箱在油轨进油端通过三通连接到进油管路。回油管在油轨出油端，经减压阀后延伸至主油箱。
低温启动执行部分的实施例2如图6所示，对于某些车型，如夏利A+等，油轨进油回油在同一侧。此种情况下，要求以副油箱为起点的汽油输油管与进油管的连接尽量靠近油轨进油端。油轨的出油端通过减压阀连接到回油管，并延伸至主油箱。
低温启动单元的实施例3如图7所示，该实施实例中甲醇输油管和汽油输油管通过一个三通连接到油轨的进油端。在油轨的出油端回油管分为两条，分别回主油箱和副油箱。回主油箱的的管路接有压力阀控制，回副油箱的管路由电磁阀控制。当主油泵工作时电磁阀关闭，回油进入主油箱。当副泵工作时电磁阀打开，因为另一条管路装有压力阀，回油进入副油箱。电磁阀的打开和关闭由微控制器控制。
低温启动单元的实施例4如图8所示，对于奇瑞等某些车型，减压阀在原车油箱内部，在进油管中间通过三通引出回油管，再经过油箱内减压阀回到主油箱。这种情况下要求汽油输油管与进油管的连接尽量靠近油轨进油端。
该发明控制流程实施例如图11所示，发动机开始工作以后首先检测发动机冷却液的温度，如果温度高于设定温度(一般为10摄氏度)则进入热启，打开甲醇泵关闭汽油泵。如果温度低10摄氏度就进入冷启打开汽油泵，关闭甲醇泵。当发动机温度上升到设定温度(一般为10摄氏度)以后，控制器关闭汽油泵打开甲醇泵。当发动机熄火后，温度传感器检测发动机温度，如果低于设定温度(一般为10摄氏度)则打开汽油泵对管内燃料进行置换。此处汽油泵的打开时间根据输油管长度预先设定。
该发明控制流程实施例2如图12所示，发动机开始工作以后首先检测发动机冷却液的温度，如果温度高于设定温度(一般为10摄氏度)则进入热启，打开甲醇泵关闭汽油泵。如果温度低于设定温度(一般为10摄氏度)则进入冷启打开汽油泵，关闭甲醇泵。经10到60秒时间后，控制器关闭汽油泵打开甲醇泵。当发动机熄火后，温度传感器检测发动机温度，如果低于设定温度(一般为10摄氏度)则打开汽油泵对管内燃料进行置换。此处汽油泵的打开时间根据输油管长度预先设定。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的几种，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的技术范围以内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。