二甲醚共軌式電控噴射系統的製作方法

2023-05-29 21:02:11 2

專利名稱：二甲醚共軌式電控噴射系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種共軌式電控噴射系統，具體涉及一種用於內燃機缸內噴 射二甲醚或與二甲醚物性類似的低粘度燃料的共軌式電控噴射系統。
背景技術：
二甲醚(DME)被譽為"二十一世紀的柴油機綠色替代燃料"，但是二甲 醚在常溫常壓是一種氣體，存在粘度低、密封性差的特點，噴射系統中柱 塞偶件的密封和磨損問題是應用中的難題。除二甲醚之外其它低粘度燃料 如液化石油氣(LPG),用於內燃機缸內噴射時同樣存在由於燃料的低粘度 而造成的噴射系統柱塞偶件的密封和磨損問題。AVL公司在美國專利 US006119664A中公開了 一種低粘度燃料的共軌式電控噴射系統，包括高壓 泵、共軌管、電控噴射器、電控單元，所用的高壓泵將燃料加壓到200 -350bar送到共軌管內，在共軌管與噴射器之間，接有一二位三通電磁閥， 當二位三通電磁閥將共軌與噴射器接通時，噴射器開始噴射，當二位三通 閥與回油管接通時，噴射器停止噴射。這種設計的缺點是用高壓油泵直 接對二甲醚進行加壓，油泵柱塞偶件的密封和磨損問題不可避免。 發明內容
本發明的目的，提出一種二甲醚共軌式電控噴射系統新方案，能避免燃 料的低粘度而造成的油泵柱塞偶件的密封和磨損問題，從而大幅度提高系 統的壽命和可靠性。
上述目的是通過如下設計實現的 一種二甲醚共軌式電控噴射系統，包括容納二甲醚或其它低粘度燃 料的燃料箱3、高壓泵8、共軌管2、電控噴射器9、電控單元6，電控噴油 器經高壓管5與共軌管2聯通，還包括
一容納加壓工質12的工質箱11、 一用於切換工質輸送方向的換向元件 13、 一將工質壓力傳遞給燃料的壓力轉換裝置32;上述工質箱ll、高壓泵
48、換向元件13、壓力轉換裝置21經管道依次連接。壓力轉換裝置的輸入
端21與燃料箱3內的燃料4相通，壓力轉換裝置的輸出端23與共軌管2 連接。
上述壓力轉換裝置32包括至少2個並聯連接的工作單元31,上述工作 單元由一隔離元件22分隔成燃料腔25和工質腔28。上述隔離元件22在壓 差作用下在燃料腔25與工質腔28之間自由變形或移動。工作單元數量優 選2個。
上述燃料腔25並聯一進油單向間22和一出油單向閥24,進油單向閥 與輸入端相連，出油單向閥與輸出端相連。燃料腔內充燃料。
上述工質腔28經工質出入口 29、管道26與換向元件的輸出口 14連接。
工質腔內充液態工質12。
作為優選方案，上述液態工質12為柴油、發動機潤滑油、液壓油三者 中的任何一種。
作為優選方案，上述的隔離元件27是一柔性膜片，柔性膜片的外圍無 洩漏地固定在工作單元殼體30的內壁上。進一步優選，上述的柔性膜片是 由氟橡膠製成。
上述的換向元件13優選受電控單元6控制的二位四通電磁閥，二位四 通電磁閥的壓力輸入口 17與高壓泵的出油口 IO連接，二位四通電磁閥的 回液口 16與工質箱11連通。
作為工質壓力控制的優選方案，在高壓泵8與二位四通電磁閥之間連 接的受電控單元6控制的卸壓閥7,卸壓閥回液口 15與工質箱11連接。作 為進一步提高共軌壓力控制精度的改進方案，還包括安裝在上述共軌管2 上一個用於測量共軌管2內燃料壓力的壓力傳感器1，壓力傳感器1的輸出 信號線與電控單元6相連。作為降低發動機停機燃料洩漏，進一步提高系統可靠性的改進方案， 在壓力轉換裝置出油總管34與共軌管2之間串接一受電控單元控制的電控 單向閥35，當電控單向閩35通電時，該閥雙嚮導通，當電控單想閥35斷 電時，共軌管2內的液體或氣體可以通過該閥流出，而反向則截止。
上述設計使得油泵避免直接對低粘度燃料進行加壓，也就徹底避免了 因燃料的低粘度而造成的高壓泵柱塞的洩漏和磨損問題，從而大大提高系 統的使用壽命，並且可以使用液壓行業通用的高壓泵作為高壓油泵，降低 了系統的成本。經過長時間的考核證明，上述設計的二甲醚共軌式電控噴 射系統，油泵的柱塞偶件無異常磨損。

圖1為二甲醚共軌式電控噴射系統的示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖，對這種二甲醚共軌式電控噴射系統的結構和工作原理作 進一步說明。
如圖1所示， 一種二甲醚共軌式電控噴射系統，包括燃料箱容納二甲 醚或其他低粘度燃料4的燃料箱3、高壓泵8、共軌管2、電控噴射器9、 電控單元6,電控噴油器9經高壓管5與共軌管2聯通，還包括 一容納加 壓工質12的工質箱11、 一用於切換工質輸送方向的換向元件13、 一將工 質壓力傳遞給燃料的壓力轉換器32，工質箱ll、高壓泵8、換向元件13、 壓力轉換裝置32經管道依次連接。壓力轉換裝置32由兩個工作單元31組 成，每個工作單元由一個隔離元件27將工作單元31的內腔隔離成一個充 填燃料4的燃料腔25和充填工質12的工質腔28。隔離元件27可以在壓差 作用下在兩個腔室之間自由變形或移動，從而將工質腔28內的壓力傳遞給 燃料腔25。
燃料腔25並聯一進油單向閥22和一出油單向閥24，進油單向閥22與輸入端21相連，出油單向閩24與輸出端23相連。工質腔28經工質出入 口 29、管道26與換向元件的輸出口 14連接。
圖l所示的壓力轉換裝置32中的隔離元件27,是一柔性膜片，柔性膜 片的外圍無洩漏地固定在工作單元殼體30的內壁上，為了提髙膜片的抗腐 蝕和抗溶脹能力，該膜片由氟橡膠製成。隔離元件27還可以用其它方案， 比如釆用隔離活塞作為隔離元件27，隔離活塞通過在兩個腔室之間的自由 移動傳遞壓力。壓力轉換裝置32中工作單元31的數量還可以是大於二的 偶數。
本實施例工質箱11及高壓泵內部的工質12在常溫常壓下是液體，該 液體可以是液壓油、發動機潤滑油或者柴油，本實施例採用發動機潤滑油， 而工質箱11就是發動機的油底殼。
圖1所示的換向元件13是一受電控單元6控制的二位四通電磁閥，二 位四通電磁閥的壓力輸入口 17與高壓泵的出油口 IO連接，二位四通電磁 閩的回液口 16與工質箱11連通。 一個二位四通電磁閥可以控制兩個工作 單元31,當使用2個以上工作單元時，二位四通電磁閥數量成比例增多。 二位四通電磁閥還可以用其它元件替代，比如釆用4個電磁通斷閥的組合 替代 一個二位四通電磁閥。
如圖1所示，在高壓油泵8的出油口 10與換向元件13的高壓輸入口 17 之間的管道上，連接一個受電控單元6控制的電磁洩壓閥7,其回液口 15 與工質箱ll相連。為了進一步提高共軌壓力的控制精度，在共軌管2上安 裝了一個用於測量共軌管2內燃料壓力的壓力傳感器l，壓力傳感器l的輸 出信號線與電控單元6相連。由於高壓油泵8的輸出壓力與共軌管2內燃 料的壓力是基本相同的，所以該壓力傳感器1還可以安裝在高壓油泵8與 二位四通閥電磁閥之間的管路上。當系統性能要求不高時，電磁洩壓閥7 可以用一個恆壓洩壓閥取代，壓力傳感器1取消，這樣高壓泵輸出的壓力
7恆定不可調。
如圖1所示，燃料腔25並聯一進油單向閥22和一出油單向閥23。進油 單向閥22經進油總管19與燃料箱3連接，在進油總管19上，串接一手動 關斷閥18和一受電控單元6控制的電磁關斷閥20，當發動機長時間不工作 時，手動閥關閉，當發動機遇到緊急情況，比如洩漏，電控關斷閥關閉。 出油單向閥24經出油總管34與共軌管2連接，在出油總管34與共軌管2 之間串接一受電控單元6控制的電控單向閥35，當電控單向閥35通電時， 該閥雙嚮導通，當斷電時，共軌管2內的液體或氣體可以通過該閥流出， 而反向則截止。在二甲醚的出油通道與進油通道之間，還連接有一受電控 單元6控制的電磁關斷閥33，其一端連接在壓力轉換裝置32與電控單向閥 之間的出油總管34上，其另一端連接在壓力轉換裝置32與燃料箱3之間 的進油總管19上。該閥的作用是當發動機停機之後，該閥導通，共軌管內 二甲醚的壓力被釋放，降低到接近二甲醚油箱的壓力，從而減少電控噴射 器向發動機缸內的洩漏量，提高系統的安全性。 二甲醚共軌式電控噴射系統的工作過程如下
燃料壓力的產生與控制發動機工作時，帶動高壓油泵8轉動，發動 機潤滑油從工質箱11吸入高壓油泵8，加壓後從出油口 IO輸出，電控單元 8通過電控卸壓閥7調節油泵的輸出壓力。加壓後的發動機潤滑油輸出到二 位四通閥的壓力輸入口 17。 二位四通閥有兩個輸出口，這兩個輸出口中的 一個與壓力輸入口 17接通，從而向工質腔28輸出高壓潤滑油，同時另一 個輸出口與回液口 16接通，從而回收來自工質腔28的潤滑油。進入壓力 轉換裝置32工作腔28內的高壓機油，隔著膜片27對燃料腔25內的燃料 進行加壓，此時進油單向閥22關閉，出油單向閥24打開，加壓後的燃料 經管道輸送到共軌管2。與此同時，壓力轉換裝置32的另一個工作腔內， 來自燃料箱3的低壓燃料4，通過進油單向閥進入工作腔，隔著膜片推動潤 滑油從壓力裝換裝置32排出，並經過二位四通電磁閥的回液口 16回到工質箱11，完成燃料的吸入和工質的排出過程。二位四通電磁閥受電控單元 的控制，周期性切換兩個輸出口工質的流向，從而使工質交換器的兩個工 作腔交替完成燃料的排出和吸入過程。上述過程共軌2內燃料的壓力控制 是通過控制潤滑油壓力實現的，共軌管上連接的壓力傳感器向電控單元反 饋共軌壓力信號，實現共軌壓力的閉環控制。在這個過程中，電控單向閥
35處於雙向開通狀態，電控關斷閥20開通，電控關斷閥33關閉。
二甲醚的噴射電控單元6根據發動機的各種輸入信號，判斷發動機 的運行工況，得出不同的噴射相位和噴射量，通過驅動信號，控制電控噴 油器9的噴射和停止。
停機發動機停機之後，電控關斷閥20斷電關閉，電控關斷閥33開 通，電控單向閥35斷電進入單向導通狀態，共軌管內高壓燃油經過電控單 向閥35、電控關斷閥33回流到燃料箱3，共軌壓力迅速降低到接近燃料箱 壓力。由於此時發動機周圍溫度較高，電控噴油器和共軌管內液態二甲醚 氣化，並經過電控單向閥35繼續繼續排空，直到共軌管2與電控噴油器9 之間沒有液態燃料。排空完成之後，電控單向閥35自動截止防止燃料倒流。 應急處理在正常工作情況下，電控關斷閥20是開通的，當發現系統 出現異常情況，比如發現洩漏，電控單元6和司機都可以關閉電控關斷閥 20。
權利要求1、一種二甲醚共軌式電控噴射系統，包括容納燃料(4)的燃料箱(3)、高壓泵(8)、共軌管(2)、電控噴射器(9)、電控單元(6)，電控噴油器經高壓管(5)與共軌管(2)聯通，其特徵在於，還包括一容納加壓工質(12)的工質箱(11)、一用於切換工質輸送方向的換向元件(13)、一將工質壓力傳遞給燃料的壓力轉換裝置(32)；所述工質箱(11)、高壓泵(8)、換向元件(13)、壓力轉換裝置(32)經管道依次連接；壓力轉換裝置的輸入端(21)與燃料箱(3)內的燃料(4)相通，輸出端(23)與共軌管(2)連接；所述壓力轉換裝置(32)包括至少2個並聯連接的工作單元(31)，所述工作單元由一隔離元件(27)分隔成燃料腔(25)和工質腔(28)，所述隔離元件(27)在壓差作用下在燃料腔(25)與工質腔(28)之間自由變形或移動；所述燃料腔(25)並聯一進油單向閥(22)和一出油單向閥(24)，進油單向閥(22)與輸入端(21)相連，出油單向閥(24)與輸出端(23)相連；燃料腔(25)內充燃料(4)；所述工質腔(28)經工質出入口(29)、管道(26)與換向元件的輸出口(14)連接；工質腔(28)內充液態工質(12)。
2、 根據權利要求1所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統，其特徵在於， 所述的隔離元件(27)是一柔性膜片，柔性膜片的外圍無洩漏地固定在工 作單元殼體(30)的內壁上。
3、 根據權利要求1所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統，其特徵在於， 所述的換向元件(13)是一受電控單元(6)控制的二位四通電磁閥，二位 四通電磁閥的壓力輸入口 (17)與高壓泵的出油口 (IO)連接，二位四通 電磁閥的回液口 (16)與工質箱(11)連通。
4、 根據權利要求1所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統，其特徵在於，還包括在高壓泵(8)與二位四通電磁閩之間連接的受電控單元(6)控制的電控卸壓閥(7),卸壓閥回液口 (15)與工質箱(11)連接。
5、 根據權利要求l所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統，其特徵在於，在壓力轉換裝置出油總管(34)與共軌管(2)之間串接一受電控單元(6)控制的電控單向閥(35)，當電控單向閥(35)通電時，該閥雙嚮導通，當電控單向閥(35)斷電時，共軌管(2)內的液體或氣體可以通過該閥流出，而反向則截止。
6、 根據權利要求l所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統，其特徵在於，在壓力轉換裝置(32)到燃料箱(3)之間的進油總管(19)上，串接一個受電控單元(6)控制的一個電磁關斷閥(20)和一個手動關斷閥(18)。
7、 根據權利要求1所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統，其特徵在於，還包 括一受電控單元(6)控制的電磁關斷閥(33)，其一端連接在壓力轉換裝置(32)與電控單向閥之間的出油總管(34)上，其另一端連接在壓力轉換裝置(32)與燃料箱(3)之間的進油總管(19)上。
8、 根據權利要求l-7中任何一項所述的一種二甲醚共軌式電控噴射系統，其特徵在於，在共軌管(2)上安裝一個用於測量共軌管(2)內燃料壓力的壓力傳感器(1),壓力傳感器U)的輸出信號線與電控單元(6)相連。
專利摘要本實用新型涉及內燃機電控噴射系統，進一步涉及用於內燃機缸內噴射二甲醚或與二甲醚物性類似的低粘度燃料的共軌式電控噴射系統。該系統包括燃料箱、高壓泵、共軌管、電控噴射器、電控單元，還包括工質箱、換向元件、壓力轉換裝置；所述壓力轉換裝置包括至少2個並聯連接的工作單元，工作單元由一隔離元件分隔成燃料腔和工質腔，所述隔離元件在壓差作用下在燃料腔與工質腔之間自由變形或移動。本實用新型徹底避免了因燃料的低粘度而造成的高壓泵柱塞的洩漏和磨損問題，從而大大提高系統的使用壽命，並且可以使用液壓行業通用的高壓泵作為高壓油泵，降低了系統的成本。
文檔編號F02M45/12GK201401247SQ20092009595
公開日2010年2月10日 申請日期2009年3月20日 優先權日2009年3月20日
發明者方 何, 曉 張, 濤 朱, 洋 汪, 田青雲, 超 蓋 申請人:天津大學