發動機燃用二甲醚或柴油的低壓燃料供給系統的製作方法
2023-07-01 21:25:36
專利名稱：發動機燃用二甲醚或柴油的低壓燃料供給系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於汽車、內燃機和動力機械其技術範疇，涉及壓燃式發動機應用燃用二甲醚和柴油的供給系統，特別涉及一種發動機燃用二甲醚或柴油的低壓燃料供給系統。
二甲醚的十六烷值高，含氧34.8％，作為柴油機的替代燃料時，NOx排放僅為燃用柴油時的30％左右，在全部轉速負荷範圍內實現無煙燃燒，能夠滿足歐III和美國超低排放(ULEV)標準，因而是柴油機優良的對環境友好的替代燃料。二甲醚可由煤汽化後採用一步法直接合成，來源廣，大量生產時成本為1100元/噸左右。但二甲醚(DME)的沸點低(-24.9℃)，易汽化造成發動機燃料供給系統的汽阻，影響發動機的正常工作。
現有二甲醚發動機低壓燃料供給系統均難以保證在各種工況下的正常工作。瑞典和日本的二甲醚示範車採用氮氣對二甲醚加壓的方法，車上需增加一個高壓容器，且系統壓力隨二甲醚的消耗而降低，影響發動機的正常工作。奧地利AVL LIST研究所採用了彈性隔膜的方法，膜的一邊是液化石油氣(LPG)，另一側為DME，試圖用較高的LPG飽和蒸汽壓力擠壓DME，由於二者的飽和蒸汽壓差較小，難以保證二甲醚的輸運以及噴油泵(通常安裝在發動機的側面，工作溫度高)等零部件處不產生汽阻；後又採用對LPG加熱的方法，以提高二者之間的壓差，但膜片的變形量有限且不安全，後再用活塞代替膜片，仍使用LPG擠壓輸送二甲醚，難以解決活塞環處LPG向二甲醚端的洩露。
常規的柴油機供油系統切換到二甲醚後，由於二甲醚沸點低，易汽化和發生汽阻，發動機不能正常工作。現有關於二甲醚燃料供給系統的專利達不到實用要求，未在發動機上對二甲醚供給系統進行系統研究和實際考核。
實現上述發明目的的技術方案是該系統包括至少包括以下部件一啟動開關；一燃料選擇開關；兩個低壓燃油泵和一加壓泵；兩個電磁控制三通閥；一高壓油泵；高壓油泵上連接有噴油器；一用於測量燃油系統的壓力表；一溫度反饋二甲醚調壓閥；一柴油單向閥；一個二甲醚箱，二甲醚箱內設置有一個低壓泵；一個柴油箱，柴油箱內設置有一個低壓泵；二甲醚箱內的低壓泵和二甲醚箱體外的加壓泵連通，加壓泵通過供油三通閥與高壓油泵連通；柴油箱內的低壓泵同樣通過供油三通閥與高壓油泵連通；壓力表7設置在高壓油泵與回油三通閥的管路之間；二甲醚或柴油的回油經過回油三通閥選擇後，二甲醚系統由帶溫度反饋調壓閥調節系統內二甲醚的壓力，使之始終高於二甲醚的飽和蒸汽壓，以避免汽阻，多餘的二甲醚經調壓閥溢流回到二甲醚箱。柴油則經過單向閥後直接回到柴油箱。
本發明的發動機燃用二甲醚的低壓燃料供給系統，高壓油泵入口處的壓力達到1.8MPa～2MPa，完全解決了低壓油路的汽阻問題，汽車的怠速穩定性和加速性好，換擋不熄火，從而獲得了優越的駕駛性能。燃用柴油時與原機柴油低壓供給系統壓力接近。
參見
圖1，依照本發明的技術方案，本發明的發動機燃用二甲醚或柴油的低壓燃料供給系統，至少包括以下部件一啟動開關10；一燃料選擇開關11；一低壓燃油泵3，包括低壓泵3-1、3-3；一加壓泵3-2；電磁控制三通閥4，包括三通閥4-1、4-2；一高壓油泵5；高壓油泵5上連接有噴油器6；一用於測量燃油系統的壓力表7；一溫度反饋二甲醚調壓閥8；一柴油單向閥9；一個二甲醚箱1，二甲醚箱1內設置有低壓泵3-1；一個柴油箱2；柴油箱2內設置有低壓泵3-3；二甲醚箱1內的低壓泵3-1和二甲醚箱體外的加壓泵3-2連通，加壓泵3-2通過三通閥4-1與高壓油泵5連通；柴油箱2內的低壓泵3-3同樣通過三通閥4-1與高壓油泵5連通；壓力表7設置在高壓油泵5與三通閥4-2的管路之間；二甲醚箱或柴油箱的回油經過回油三通閥選擇後，二甲醚系統由帶溫度反饋調壓閥調節系統內二甲醚的壓力，使之始終高於二甲醚的飽和蒸汽壓，以避免汽阻，多餘的二甲醚經調壓閥溢流回到二甲醚箱。柴油則經過單向閥後直接回到柴油箱。
低壓系統由兩級小流量轉子泵、調壓閥、感溫包、單向閥和濾清器等組成。轉子泵依據發動機的功率將一定量的二甲醚燃料增壓至1.8MPa～2.0MPa，低壓系統的實際壓力是由調壓閥設定的，並通過感溫包反饋發動機或大氣環境溫度，自動調整低壓系統內二甲醚的壓力，使之始終高於其當地飽和蒸汽壓力，並克服系統流動阻力，消除汽阻，保障二甲醚的正常供給。
高壓系統是由傳統的柴油高壓泵改造而成。二甲醚的熱值低，可壓縮性高，要使發動機獲得柴油機同樣的功率，需增加循環供油量。本專利通過優化，採用增加柱塞升程和擴大柱塞直徑的方法，增加二甲醚的循環供油量。
二甲醚易於汽化，在柱塞往復運動時，二甲醚由柱塞套進油孔流入時會出現因節流而汽化的現象，為此擴大柱塞套進回油孔的尺寸，由原來的3mm～4mm擴至5mm～6mm，可以減少汽化，滿足發動機對循環供油量的需求。
柴油機的低壓輸油壓力約0.1MPa，高壓柴油泵的出油閥開啟壓力低。在使用二甲醚燃料時，為了克服低壓系統的汽阻，將輸油壓力提高至1.8MPa以上；二甲醚噴射霧化性能好，噴射器針閥開啟壓力低，高壓系統殘餘壓力也較低。因此需調整出油閥上方彈簧預緊力，提高開啟壓力，以保證出油閥的減壓作用和高壓系統較高的殘餘壓力，實現優化的噴油速率，並避免穴蝕。
本發明的工作原理是，當汽車或發動機以二甲醚為燃料時，燃料選擇開關撥到二甲醚一側，發動機起動，電源接通，電磁控制三通閥形成二甲醚燃料迴路。置於二甲醚箱1中的低壓泵3-1工作，二甲醚被加壓輸送到3-2泵進一步提壓到達1.8MPa～2.0MPa，經精濾器後流經三通閥4-1之二甲醚油路進入高壓泵5。在高壓泵內，通過柱塞套上的進油孔進入柱塞上部工作腔，高壓二甲醚經高壓油管由噴油器6噴入發動機內燃燒。泵內多餘的二甲醚及由噴油器洩露的二甲醚匯集後，經三通閥4-2順二甲醚油路到達帶溫度反饋二甲醚調壓閥8的入口，一旦二甲醚低壓系統壓力超過設定值後，二甲醚形成溢流回到二甲醚油箱1。在二甲醚油路中，燃料泵3-1和3-2的供油壓力差要求高於1.0MPa，整個燃油系統的壓力可由壓力表7指示。
而汽車或發動機以柴油為燃料時，燃料選擇開關撥到柴油一側，發動機起動，電源接通，電磁控制三通閥形成柴油燃料迴路。置於柴油箱2中的低壓泵3-3工作，將柴油加壓輸送到柴油精濾器過濾後，經三通閥4-1之柴油油路進入高壓泵5。在高壓泵內被柱塞加壓，由噴油器6噴入發動機內燃燒。泵內多餘的柴油及由噴油器洩露的柴油匯集後，經三通閥4-2順柴油油路到達單向閥9。柴油低壓系統的壓力約為0.1MPa，一旦柴油低壓系統壓力超過單向閥的彈簧作用力，柴油回流到柴油油箱2。在柴油油路中，所選擇的燃料泵3-3的供油壓力在0.2～0.3MPa。
本發明可以將二甲醚燃料泵3-1和3-2合併，用一個更高壓力的泵取代的設計方案和將電磁控制三通閥4-1、4-2用電磁截止閥的控制方案。
油泵從油箱中吸油，油泵前設粗濾器，在油箱出口處設置手動截止閥和精濾器、單向閥。
汽車或發動機起動前，首先將開關K撥至相應的燃料位置，汽車鑰匙起動，電瓶即對燃料系統供電，三通閥在相應的燃料迴路工作。此處電磁控制三通閥亦可由獨立的電磁截止閥取而代之。當汽車或發動機停機時間較長後起動，可在正常工作位置停頓1s～2s，然後給起動馬達通電，使發動機順利起動。
本發明是建立在數年的研究工作經驗基礎之上，該系統還在西安交通大學研究開發的我國首臺超低排放二甲醚發動機和汽車上得到不斷改進和提高，在理論和實踐兩方面均已成熟，可以推廣到生產實際中使用。
權利要求
1.一種發動機燃用二甲醚或柴油的低壓燃料供給系統，其特徵在於，至少包括以下部件一啟動開關10；一燃料選擇開關11；一低壓燃油泵3，包括低壓泵3-13-3；一加壓泵3-2；電磁控制三通閥4，包括三通閥4-14-2；一高壓油泵5；高壓油泵5上連接有噴油器6；一用於測量燃油系統的壓力表7；一溫度反饋二甲醚調壓閥8；一柴油單向閥9；一個二甲醚箱1，二甲醚箱1內設置有低壓泵3-1；一個柴油箱2；柴油箱2內設置有低壓泵3-3；二甲醚箱1內的低壓泵3-1和二甲醚箱體外的加壓泵3-2連通，加壓泵3-2通過三通閥4-1與高壓油泵5連通；柴油箱2內的低壓泵3-3同樣通過三通閥4-1與高壓油泵5連通；壓力表設置在7高壓油泵5與三通閥4-2的管路之間；二甲醚或柴油通過三通閥4-2，分別與二甲醚調壓閥8或柴油單向閥9與二甲醚箱1或柴油箱2相連通。
2.如權利要求1所述的發動機燃用二甲醚或柴油的低壓燃料供給系統，其特徵在於，所述燃料泵3-1和3-2的供油壓力高於1.0MPa，二甲醚系統內的壓力在1.8MPa～2.0MPa；燃料泵3-3的供油壓力為0.2MPa～0.3MPa。
3.如權利要求1所述的發動機燃用二甲醚或柴油的低壓燃料供給系統，其特徵在於，所述的三通閥4-14-2可以由一個電磁截止閥替代，所述的低壓燃油泵3-1和加壓泵3-2可以由一個高壓的燃油泵替代。
全文摘要
本發明公開了一種發動機燃用二甲醚或柴油的低壓燃料供給系統，包括，一啟動開關；一燃料選擇開關；一低壓燃油泵，一加壓泵；電磁控制三通閥，一高壓油泵；高壓油泵上連接有噴油器；一用於測量燃油系統的壓力表；一溫度反饋二甲醚調壓閥；一柴油單向閥；一個二甲醚箱，二甲醚箱內設置有低壓泵；一個柴油箱；柴油箱內設置有低壓泵；採用本發明的燃料供給系統，高壓油泵入口處的壓力達到1.8MPa～2MPa，燃用柴油時與原機柴油低壓供給系統壓力接近。發動機的怠速轉速可以穩定在600r/min，最大轉矩由原機的200Nm提高到220Nm，最高車速可達120km/小時。完全解決了低壓油路的汽阻問題，汽車的怠速穩定性和加速性好，換擋不熄火，從而獲得了優越的駕駛性能。
文檔編號F02M21/02GK1447019SQ0310803
公開日2003年10月8日 申請日期2003年5月14日 優先權日2003年5月14日
發明者周龍保, 劉聖華, 王賀武, 曾科 申請人:西安交通大學