CN102966465A

CN102966465A - 大流量回流二甲醚燃料供应系统

Info

Publication number: CN102966465A
Application number: CN2012104982518A
Authority: CN
Inventors: 吴君华; 张光德
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-03-13

Abstract

一种大流量回流二甲醚燃料供应系统，属于内燃机领域。本发明的DME储罐通过出液阀和DME输送泵相连，DME输送泵出口与喷射泵相连，小部分二甲醚燃料高压油管与喷嘴相连，大部分二甲醚燃料通过冷却器、压力控制阀后回到了DME储罐。DME输送泵可将DME压力提高1.0MPa,使得二甲醚在燃料供应系统中始终处于液态。且输送泵的额定流量是喷射泵最大流量的5倍，二甲醚与喷射泵通过热交换降低了发动机运转过程中喷射泵的温度，从而保证喷射时二甲醚的温度在设定范围之内，实现了二甲醚燃料发动机功率的稳定性。

Description

大流量回流二甲醚燃料供应系统

技术领域

本发明涉及的是一种二甲醚燃料供应系统，特别是一种大流量回流的二甲醚燃料供应系统，属于内燃机领域。

背景技术

近些年世界石油资源的不足、石油价格的大幅上扬及各国的排放法规日益严厉，对柴油机的代用燃料的研究提出了新的挑战。二甲醚燃料是近年来新出现的汽车代用燃料。二甲醚(Dimethyl ether)，简称DME,它的化学分子式为CH3-O-CH3，是一种最简单的醚结构。DME分子中氧的重量百分比为34.8%，没有C-C键。另外，二甲醚是一种无色略带气味的气体，沸点为-24.9℃，环境温度下的饱和蒸汽压为0.51MPa。DME无腐蚀性、几乎没有毒性，长期同空气接触不易被进一步氧化。其物理性能类似LPG，能迅速与新鲜空气形成良好的混合气，缩短着火延迟，使发动机具有较好的冷启动性能。二甲醚的十六烷值大于55，高于柴油，具有良好的自燃特性，非常适合于压燃式发动机。

由于二甲醚沸点低、易汽化，会造成喷射系统发生气阻而使发动机不能正常运转，采用高压氮气瓶对低压管路二甲醚加压，以确保喷射系统中二甲醚燃料为液态，这种方式不适于实际机动车辆的应用。

当液相DME温度升高时，二甲醚的密度将下降。温度上升引起二甲醚饱和蒸汽压升高，蒸汽压升高更易引起气阻，油泵出油阀落座时产生空泡的倾向加大，导致发动机功率下降。温度上升引起二甲醚弹性模量下降，二甲醚更易于压缩。高压油管内DME音速的下降，相同油门位置下进入喷嘴实际二甲醚量少也导致二甲醚发动机功率下降。

可见，二甲醚燃料温度升高引起二甲醚发动机功率下降，实际应用时必须控制二甲醚燃料的温度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提供一种大流量回流的二甲醚燃料供应系统，采用直流电动泵给二甲醚燃料加压，保证喷射系统中二甲醚处于液态。通过回流的二甲醚液体和喷射泵的热交换，降低二甲醚燃料喷射泵的温度，解决发动机管路的汽化现象，确保在发动机运转过程中功率的稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：DME储罐、出液阀、燃料滤清器、DME输送泵、压力表、蓄能器、单向阀、压力控制阀、喷射泵、高压油管、喷油器、冷却器、电磁阀、温度传感器、回流阀，其连接方式为：DME储罐通过出液阀和管路与DME输送泵相连，DME输送泵出口经过三通接头一端与燃料滤清器和喷射泵相连，构成燃料输送系统。三通接头的另一端连接安全阀并通过管路回到DME储罐。DME输送泵和喷射泵之间的管路上安装有压力表和蓄能器，蓄能器用来稳定低压燃料输送系统的压力。喷射泵出口通过高压油管与喷油器相连接，回油管则单向阀与压力控制阀入口相连，在经过冷却器、回流阀回到DME储罐。冷却器上布置有冷却液进口和出口，进口前安装电磁阀，冷却器出口管路上安装有温度传感器，用于测量供油系统内二甲醚的温度。在DME储罐上，还安装有充液阀。

DME输送泵为直流电动泵，由12V或24V直流电压驱动，增压泵的额定压力为1MPa,泵的最大流量为二甲醚最大喷射量的5倍。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用高增压、大回流量的DME输送泵，高增压使二甲醚在系统中始终处于液态，而通过大回流量的二甲醚和喷射泵的热交换降低了喷射泵燃料的温度，并采用冷却器控制系统中二甲醚的温度在设定范围以内，从而实现运转过程中二甲醚发动机的功率的稳定性。

附图说明

图1 本发明结构示意图。

图2 二甲醚的密度随温度的变化曲线。

图3 二甲醚温度对二甲醚发动机功率的影响。

图4 采用本发明后二甲醚发动机功率和扭矩和原柴油机的对比

具体实施方式

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的描述。

发明人在新研制的六缸、直喷、增压中冷二甲醚发动机上进行试用本发明系统。表1为二甲醚发动机的主要技术参数。

表1 二甲醚发动机主要技术参数

。

如图1所示，本发明包括：DME储罐1、出液阀2、安全阀3、过滤器4、DME输送泵5、压力表6、蓄能器7、高压油管8、喷射泵9、喷油器10、单向阀11、压力控制阀12、温度传感器13、冷却器14、电磁阀15、回油阀16，其连接方式为：DME储罐1通过出液阀2和DME输送泵5相连，DME输送泵5出口经过三通接头一端与喷射泵9相连，构成低压燃料输送系统，喷射泵9出口通过高压油管8与喷油器10相连接，构成燃料高压管路，三通过接头另一端通过安全阀3连接到DME储罐。系统管路上安装有压力表6和蓄能器7。喷射泵9出口经过单向阀11连接到压力控制阀12，压力控制阀12出口连接到冷却器14，而后通过回流阀16连接到DME储罐1。冷却器前段布置有温度传感器13，冷却液入口A上安装有电磁阀15。

DME输送泵5将液态二甲醚燃料输送到喷射泵9，其作用是确保燃料在足够的压力下保持液态形式进入喷射泵9，而蓄能器7起到稳定压力的作用。而后大部分二甲醚液体压力控制阀12回流到DME储罐1。

如图1所示，其中A为流入冷却液，B为流出冷却液。通过电磁阀15控制冷却液的开闭，设定二甲醚的温度在39℃～41℃ 范围内，当温度传感器测得的温度高于41℃时，电磁阀开启，冷却液进入冷却器，通过热交换降低二甲醚的温度。当温度低于41℃时，电磁阀开启，冷却液不进入冷却器循环。

由于DME输送泵流量大，发动机运转过程中，大部分二甲醚燃料在DME储罐、DME输送泵、喷射泵、冷却器之间进行循环。发动机运转过程通过二甲醚和喷射泵之间的热交换，确保在喷射时二甲醚燃料温度始终在40℃左右，从而保证了二甲醚发动机功率的稳定性。

从图2可知，当二甲醚温度上升时，其密度将下降。液相DME温度为28℃时，其密度为0.645 g/ml，当液相DME温度为40℃时，其密度为0.628 g/ml，二甲醚燃料温度从28℃升高到40℃，密度下降了2.6%。二甲醚密度的下降将导致二甲醚发动机功率的下降。

从图3可以看出，二甲醚燃料温度对发动机功率影响较大。当高压油泵入口的燃料温度由28℃升高到40 ℃时, 2200r/min时功率由192.1kW下降到168kW，下降12.0%。也就是说，额定工况点下，二甲醚温度每升高1℃,二甲醚发动机功率平均下降1.0%。为了确保二甲醚发动机功率的稳定性，应用中必须控制二甲醚的温度。

由图4可知，采用大流量回流的二甲醚燃料供应系统后，二甲醚的温度可保持在40℃左右，试验结果表明二甲醚发动机功率具有良好的稳定性。并且在发动机的所有转速范围内，二甲醚发动机的外特性扭矩比原柴油机都要大，相应的功率也增大。特别是在发动机转速低于1400r/min时，二甲醚发动机的外特性扭矩有较大的提高。

Claims

1.一种大流量回流二甲醚燃料供应系统，包括：DME储罐（1）、出液阀（2）、安全阀（3）、燃料滤清器（4）、压力表（6）、蓄能器（7）、高压油管（8）、喷射泵（9）、喷油器（10）、单向阀（11）、压力控制阀（12）、温度传感器（13）电磁阀（15）、回流阀（3），其特征在于还包括：DME输送泵(5)、冷却器（14），其连接方式为：DME储罐(1)通过出液阀(2) 、过滤器（4）和DME输送泵(5)相连，构成低压燃料输送系统，DME输送泵(5)出口经过三通接头一端与安全阀（3）连接到DME储罐（1），喷射泵(9)出口通过高压油管(8)与喷油器(10)相连接，构成燃料高压管路，喷油泵回油通过单向阀(11)连接到压力控制阀(12)，压力控制阀(12)出口则通过冷却器（14）、回流阀(16)连接到DME储罐(1)。

2.根据权利要求1所述的种大流量回流二甲醚燃料供应系统，其特征是，DME输送泵为直流电动泵，由12V或24V直流电压驱动，泵的额定增压压力为1.0MPa,泵的额定流量为二甲醚最大喷射量的5倍。

3.根据权利要求1所述的种大流量回流二甲醚燃料供应系统，其特征是，冷却器前布置电磁阀，控制冷却液的开启和断开，二甲醚的温度控制在39℃～41℃ 范围内。