專利名稱：燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)及植物油供油方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于柴油機(jī)領(lǐng)域，尤其是一種燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng) 及該柴油機(jī)系統(tǒng)的植物油供油方法。
技術(shù)背景石油是不可再生資源，隨著石油儲(chǔ)量的逐漸減少，探索石油制品的替代 品已成為全球的研究熱點(diǎn)。目前將動(dòng)植物油用化學(xué)法或酶法轉(zhuǎn)化獲得生物柴 油替代石化柴油是比較成熟的技術(shù)，但是這類方法成本太高，在目前居高不 下的石油價(jià)格下沒(méi)有實(shí)際的推廣意義。最近國(guó)外嘗試采用植物油(一些植物 的果實(shí)、根、莖、葉所提煉出的油)替代柴油已經(jīng)取得初步成功，在未對(duì)現(xiàn) 有的柴油機(jī)結(jié)構(gòu)做任何改動(dòng)情況下，僅是在原有的柴油供油裝置的管路上連 通一個(gè)由植物油箱、過(guò)濾器組成的植物油供油裝置和一個(gè)燃油分配器其使 用方法是在啟動(dòng)柴油機(jī)時(shí)首先使用柴油啟動(dòng)，在柴油機(jī)正常運(yùn)行一段時(shí)間后， 操作人員手工將供油管路進(jìn)行切換，即燃油分配器將植物油供油裝置的供油 管路接通，同時(shí)柴油供油裝置的供油管路切斷，柴油機(jī)直接燃燒植物油工作， 從而實(shí)現(xiàn)用植物油替代柴油；在柴油機(jī)停止工作前，再手工切換到柴油管路， 停止植物油供油。由于植物油是可再生資源，因此，采用植物油替代柴油作 為燃料的這種方式具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，值得重視和推廣。但是這種替代技 術(shù)也具有一些不可克服的缺點(diǎn)1.由于植物油的黏度大于柴油的黏度，直接 釆用常溫的植物油勢(shì)必會(huì)造成油路的堵塞，因此必須予以加熱以降低植物油 的黏度，而目前的替代技術(shù)自身不能對(duì)植物油的加熱溫度進(jìn)行精確控制，導(dǎo) 致植物油的黏度難于控制，造成植物油燃燒不充分，氣缸積炭嚴(yán)重，從而加劇 了機(jī)械磨損，使柴油機(jī)工作狀況惡化，設(shè)備故障率增加；同時(shí)伴隨著植物油 的不完全燃燒，也加重了對(duì)機(jī)油的污染，會(huì)造成環(huán)境的嚴(yán)重污染。2.由亍植 物油與柴油是手I:切換，操作人員大多憑經(jīng)驗(yàn)、感覺(jué)操作，供油的切換銜接 不精確，容易造成柴油機(jī)燃燒故障，從而影響柴油機(jī)的正常工作。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)監(jiān)控柴油機(jī)工況和 植物油溫度并可自動(dòng)在柴油與植物油之間進(jìn)行供油切換的燃用植物油的柴油 機(jī)供油控制系統(tǒng)及植物油供油方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的-.
本植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)，由柴油供油裝置、植物油供油裝置構(gòu) 成，柴油供油裝置由柴油儲(chǔ)存裝置、過(guò)濾器構(gòu)成并通過(guò)供油管路連接到燃油 分配器；植物油供油裝置由植物油儲(chǔ)存裝置、過(guò)濾器構(gòu)成并通過(guò)供油管路連 接到燃油分配器，該燃油分配器連接柴油機(jī)，其特征在于在植物油儲(chǔ)存裝 置與其過(guò)濾器之間的供油管路上安裝有一加熱器，該加熱器上安裝有一可精 確測(cè)量植物油溫度的溫度傳感器，在燃油分配器上連接一可完成油料自動(dòng)轉(zhuǎn) 換的控制器，該控制器通過(guò)其輸入信號(hào)線與安裝在柴油機(jī)上的轉(zhuǎn)速傳感器、 水溫傳感器和安裝在加熱器上的植物油溫度傳感器相連接，該控制器的工作 狀態(tài)在工況顯示器上予以顯示。而且，所述的植物油油箱底部安裝有一預(yù)熱器。而且，所述的控制器的控制電路由主控電路、驅(qū)動(dòng)電路、電源電路、顯 示電路構(gòu)成，主控電路連接植物油溫度傳感器、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器及水溫傳 感器，驅(qū)動(dòng)電路連接植物油加熱器及燃油分配器，顯示電路通過(guò)一工況指示 對(duì)控制器的工作狀態(tài)予以顯示。而且，所述的主控電路由一個(gè)Microchip公司的PIC系列高性能單片機(jī)、 永久性存儲(chǔ)器(EEPR0M)、運(yùn)算放大電路組成，該單片機(jī)帶有內(nèi)部存儲(chǔ)器和 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換電路；驅(qū)動(dòng)電路為IR公司的場(chǎng)效應(yīng)晶體功率管IRF540N;顯示電 路由LED或LCD組成。一種燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)的植物油供油方法，其特征在于其植物油供油方法是(1) 柴油機(jī)啟動(dòng)啟動(dòng)柴油機(jī)，控制器開(kāi)始工作，輸出的信號(hào)即默認(rèn)信號(hào) 令燃油分配器使柴油供油裝置投入工作；(2) 控制器比較柴油機(jī)的水溫、轉(zhuǎn)速以及加熱器中植物油的溫度數(shù)值經(jīng) 傳感器通過(guò)控制線送入控制器中，與其內(nèi)部永久存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的設(shè)定值進(jìn)行 比較；(3) 供油切換a. 當(dāng)柴油機(jī)水溫達(dá)到40 6(TC、轉(zhuǎn)速為500 1000r.p.m、燃油加熱器屮 植物油的溫度為101 12(TC時(shí)，控制器控制燃油轉(zhuǎn)換器使植物油供油裝置投 入工作，實(shí)現(xiàn)柴油與植物油混合使用；b. 當(dāng)柴油機(jī)水溫為60 90。C、轉(zhuǎn)速為1000 6000r.p.m、燃油加熱器中植 物油的溫度為121 15(TC時(shí)，植物油供油裝置工作，柴油供油裝置停止工作；c. 當(dāng)柴油機(jī)水溫為50 7(TC、轉(zhuǎn)速為500 1000r.p.m、燃油加熱器中植 物油的溫度為101 12(TC時(shí)，各個(gè)參數(shù)的數(shù)值低于控制器寄存器中存放的設(shè) 定值，控制器給燃油分配器的控制信號(hào)使柴油供油裝置再投入工作，柴油與植 物油在燃油分配器中混合后供柴油機(jī)使用；d.柴油機(jī)水溫為0 50。C、轉(zhuǎn)速為240 500r. p. m，植物油供油裝置停止工 作，柴油機(jī)完全使用柴油工作。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1. 在植物油油箱上安裝預(yù)熱^，可以有效降低植物油的黏度；而且，在 該植物油的供油管路上還加裝了一植物油加熱器，可有效保證了柴油機(jī)燃燒 所需要的植物油黏度，使植物油燃燒充分完全，減少了積炭現(xiàn)象。2. 本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)上加裝了一控制器，在植物油加熱 器上安裝了植物油溫度傳感器，控制器控制植物油加熱器；此外，該控制器還通過(guò)控制線分別連接燃油分配器及柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器及水溫傳感器。通 過(guò)這種控制方式，可以智能地檢測(cè)植物油的供油溫度、柴油機(jī)工況，實(shí)現(xiàn)在 植物油的溫度和黏度在與柴油機(jī)工況相匹配時(shí)適時(shí)進(jìn)行燃油切換，有效地保證了柴油機(jī)能夠工作在最佳工況，降低了機(jī)械磨損，降低了設(shè)備故障率；而 且，良好的燃燒使廢氣中的有害氣體含量得到了有效的控制，減輕丫對(duì)環(huán)境 的污染。本發(fā)明可根據(jù)工作參數(shù)的不同自動(dòng)轉(zhuǎn)換油料，尤其在混合供油階段， 控制器以柴油機(jī)水溫變化的梯度為指標(biāo)，以植物油燃燒量大于柴油燃燒量為 目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，由此降低了柴油的消耗，增加了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。


圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的控制器的電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施 例是陳述性的，而不是限定性的，不應(yīng)以此來(lái)縮小本發(fā)明的保護(hù)范圍。燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)包括柴油供油裝置、植物油供油裝置 和與這兩個(gè)供油裝置在進(jìn)入柴油機(jī)的前端相連接的燃油分配器12組成，其中 柴油供油裝置由柴油儲(chǔ)存裝置IO、柴油機(jī)高壓油泵l、柴油機(jī)噴油器2、油箱 油泵9及在其輸油管路上設(shè)置的過(guò)濾裝置11構(gòu)成；植物油供油裝置是由其底部 安裝有預(yù)熱器5的植物油儲(chǔ)存裝置3及在其輸油管路上安裝的油箱油泵4、加熱器7、過(guò)濾裝置8組成。在燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)中設(shè)有 個(gè)相于 控制燃油分配器完成油料自動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制器14,該控制器通過(guò)其輸入信號(hào)線 與安裝在柴油機(jī)上的轉(zhuǎn)速傳感器16、水溫傳感器15和安裝在加熱器上的植物 油溫度傳感器6相連接，該控制器的控制線還連接燃油分配器；另外，該控制 器還有一路輸出線連接在工況顯示器13上。燃油分配器可采用電磁閥或氣動(dòng)閥控制柴油和植物油的油路，實(shí)現(xiàn)油的 轉(zhuǎn)換；控制器的控制線連接在油路的電磁閥上或氣路上的電磁閥上。本發(fā)明控制器的控制電路如下-
控制器由主控電路、電源電路、驅(qū)動(dòng)電路和顯示電路組成。主控電路由一個(gè)Microchip公口1的PIC系列高性能單片機(jī)、永久性存儲(chǔ)器(EEPROM)、運(yùn) 算放大電路等組成，該單片機(jī)帶有內(nèi)部存儲(chǔ)器和A/D、 D/A轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)速傳 感器、水溫傳感器和安裝在加熱器上的植物油溫度傳感器傳來(lái)的信號(hào)經(jīng)運(yùn)算 放大電路調(diào)理成A/D電路可接受的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，單片機(jī)經(jīng)分析和運(yùn)算處理后，向 驅(qū)動(dòng)電路和顯示電路發(fā)出控制和顯示指令。電源電路的作用是將蓄電池的電 壓轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的系統(tǒng)工作電壓。驅(qū)動(dòng)電路主要由IR公司的場(chǎng)效應(yīng)晶體功率管 IRF540N組成，作用是控制燃油分配器和植物油加熱器。顯示電路由LED或LCD 組成，用于顯示柴油機(jī)工況參數(shù)和系統(tǒng)故障指示。上述控制電路的各個(gè)組成部件為現(xiàn)有技術(shù)，因此本實(shí)施例中沒(méi)有給屮,具 體的電路圖。本發(fā)明燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)中植物油供油方法為 啟動(dòng)柴油機(jī)時(shí)，控制器開(kāi)始工作。輸出的信號(hào)即默認(rèn)信號(hào)令燃油分配器 使柴油供油裝置投入工作，柴油箱中的柴油經(jīng)過(guò)濾器、燃油分配器進(jìn)入柴油 機(jī)，使柴油機(jī)啟動(dòng)，此時(shí)植物油供油系統(tǒng)未投入工作。安裝在植物油箱上的 預(yù)熱器給植物油箱內(nèi)的植物油加熱，以降低其黏度，增強(qiáng)其流動(dòng)性。預(yù)熱器 可以使用柴油機(jī)的排氣、冷卻水或電作為其加熱源。預(yù)熱后的植物油進(jìn)入到植物油加熱器中進(jìn)一步加熱，使其溫度進(jìn)一歩增 加，黏度進(jìn)一步降低。安裝在植物油加熱器上的溫度傳感器將植物油的溫度 數(shù)值送入控制器。安裝在柴油機(jī)上的轉(zhuǎn)速傳感器和水溫傳感器將柴油機(jī)的水 溫、轉(zhuǎn)速數(shù)值也送入到控制器?？刂破髯x入上述參數(shù)后，將其與控制器內(nèi)部 的永久存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的設(shè)定值進(jìn)行比較，該設(shè)定值是進(jìn)行燃油切換或混合的 臨界值。當(dāng)柴油機(jī)水溫達(dá)到40 6(TC、轉(zhuǎn)速為500 1000r.p.m、燃油加熱器中植 物油的溫度為101 12(TC時(shí)，控制器控制燃油轉(zhuǎn)換器使植物油供油裝置投入 工作，實(shí)現(xiàn)柴油與植物油混合使用。在此階段，控制器以柴油機(jī)水溫變化的 梯度為指標(biāo)，以植物油燃燒量大于柴油燃燒量為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。當(dāng)柴油機(jī)水溫為60 9(TC、轉(zhuǎn)速為1000 6000r.p.m、燃油加熱器中植物 油的溫度為121 15(TC時(shí)，輸入控制器的各參數(shù)等于或高于其相應(yīng)轉(zhuǎn)換設(shè)定 值，控制器按控制算法給燃油分配器一個(gè)控制信號(hào)，使其完成從燃油與植物 油混合使用到完全使用植物油的轉(zhuǎn)換；此時(shí)植物油供油裝置工作，柴油供油 裝置停止工作。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，發(fā)送給控制器的各個(gè)參數(shù)會(huì)相應(yīng)降低，即當(dāng)柴油機(jī)水 溫為50 7(TC、轉(zhuǎn)速為500 1000r.p.m、燃油加熱器中植物油的溫度為101 12(TC時(shí)，各個(gè)參數(shù)的數(shù)值低于控制器寄存器中存放的設(shè)定值，控制器給燃油
分配器的控制信號(hào)使柴油供油裝置再投入工作，柴油與植物油在燃油分配器 中混合后供柴油機(jī)使用。在此階段，控制器也是以柴油機(jī)水溫變化的梯度為 指標(biāo)，植物油燃燒量大于柴油燃燒量為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低時(shí)，.即柴油機(jī)水溫為0 5(TC、轉(zhuǎn)速為240 500r.p.m，各個(gè)參數(shù)的數(shù)值低于控制器的寄存器中存放的設(shè)定值，控制器給 燃油分配器的控制信號(hào)為默認(rèn)信號(hào)，植物油供油裝置停止工作，柴油機(jī)完全 使用柴油工作。
權(quán)利要求
1.一種燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)，由柴油供油裝置、植物油供油裝置構(gòu)成，柴油供油裝置由柴油儲(chǔ)存裝置、過(guò)濾器構(gòu)成并通過(guò)供油管路連接到燃油分配器；植物油供油裝置由植物油儲(chǔ)存裝置、過(guò)濾器構(gòu)成并通過(guò)供油管路連接到燃油分配器，該燃油分配器連接柴油機(jī)，其特征在于在植物油儲(chǔ)存裝置與其過(guò)濾器之間的供油管路上安裝有一加熱器，該加熱器上安裝有一可精確測(cè)量植物油溫度的溫度傳感器，在燃油分配器上連接一可完成油料自動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制器，該控制器通過(guò)其輸入信號(hào)線與安裝在柴油機(jī)上的轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器和安裝在加熱器上的植物油溫度傳感器相連接，該控制器的工作狀態(tài)在工況顯示器上予以顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)，其特征在 于所述的植物油油箱底部安裝有一預(yù)熱器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)，其特征在 于所述的控制器的控制電路由主控電路、驅(qū)動(dòng)電路、電源電路、顯示電路 構(gòu)成，主控電路連接植物油溫度傳感器、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器及水溫傳感器， 驅(qū)動(dòng)電路連接植物油加熱器及燃油分配器，顯示電路通過(guò)一工況指示對(duì)控制 器的工作狀態(tài)予以顯示。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)，其特征在 于所述的主控電路由一個(gè)Microchip公司的PIC系列高性能單片機(jī)、永久性 存儲(chǔ)器(EEPR0M)、運(yùn)算放大電路組成，該單片機(jī)帶有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和A/D、 D/A轉(zhuǎn)換電路；驅(qū)動(dòng)電路為IR公司的場(chǎng)效應(yīng)晶體功率管IRF540N;顯示電路山 LED或LCD組成，
5. —種如權(quán)利要求1所述的燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)的植物油 供油方法，其特征在于其植物油供油方法是(1) 柴油機(jī)啟動(dòng)啟動(dòng)柴油機(jī)，控制器開(kāi)始工作，輸出的信號(hào)即默認(rèn)信號(hào) 令燃油分配器使柴油供油裝置投入工作；(2) 控制器比較柴油機(jī)的水溫、轉(zhuǎn)速以及加熱器中植物油的溫度數(shù)值經(jīng)傳感器通過(guò)控制線送入控制器中，與其內(nèi)部永久存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的設(shè)定值進(jìn)行比較；(3) 供油切換a.當(dāng)柴油機(jī)水溫達(dá)到40 60。C、轉(zhuǎn)速為500 1000r.p.m、燃油加熱器中 植物油的溫度為101 12(TC時(shí)，控制器控制燃油轉(zhuǎn)換器使植物油供油裝置投 入工作，實(shí)現(xiàn)柴油與植物油混合使用；b. 當(dāng)柴油機(jī)水溫為60 9(TC、轉(zhuǎn)速為1000 6000r.p.m、燃油加熱器中植 物油的溫度為121 150。C時(shí)，植物油供油裝置工作，柴油供油裝置停止工作；c. 當(dāng)柴油機(jī)水溫為50 7(TC、轉(zhuǎn)速為500 1000r.p.m、燃油加熱器中植 物油的溫度為101 120。C時(shí)，各個(gè)參數(shù)的數(shù)值低于控制器寄存器中存放的設(shè) 定值，控制器給燃油分配器的控制信號(hào)使柴油供油裝置再投入工作，柴油與植 物油在燃油分配器中混合后供柴油機(jī)使用；d. 柴油機(jī)水溫為0 50。C 、轉(zhuǎn)速為240 500r. p. m，植物油供油裝置停止工 作，柴油機(jī)完全使用柴油工作。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種燃用植物油的柴油機(jī)供油控制系統(tǒng)及其供油方法。主要技術(shù)特點(diǎn)是該柴油機(jī)的供油裝置由柴油供油裝置、植物油供油裝置和與這兩個(gè)供油裝置在進(jìn)入柴油機(jī)一端相連接的燃油分配器組成。該供油控制系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)控制燃油分配器的控制器。植物油的供油方法是啟動(dòng)柴油機(jī)時(shí)，控制器輸出的信號(hào)令燃油分配器僅使柴油供油裝置工作；將柴油機(jī)的工況參數(shù)以及加熱裝置中植物油的溫度經(jīng)傳感器送入控制器與控制器內(nèi)部的設(shè)定值進(jìn)行比較；控制器按已編好的控制算法給燃油分配器一個(gè)控制信號(hào)，使柴油與植物油進(jìn)行混合或進(jìn)行油料轉(zhuǎn)換；在混合供油階段，控制器以柴油機(jī)水溫變化的梯度為指標(biāo)，以植物油燃燒量大于柴油燃燒量為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。
文檔編號(hào)F02D19/00GK101153563SQ20061001599
公開(kāi)日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者勇 衛(wèi), 張偉玉 申請(qǐng)人:天津農(nóng)學(xué)院