CN1447019A - 发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统，包括，一启动开关；一燃料选择开关；一低压燃油泵，一加压泵；电磁控制三通阀，一高压油泵；高压油泵上连接有喷油器；一用于测量燃油系统的压力表；一温度反馈二甲醚调压阀；一柴油单向阀；一个二甲醚箱，二甲醚箱内设置有低压泵；一个柴油箱；柴油箱内设置有低压泵；采用本发明的燃料供给系统，高压油泵入口处的压力达到1.8MPa～2MPa，燃用柴油时与原机柴油低压供给系统压力接近。发动机的怠速转速可以稳定在600r/min，最大转矩由原机的200Nm提高到220Nm，最高车速可达120km/小时。完全解决了低压油路的汽阻问题，汽车的怠速稳定性和加速性好，换挡不熄火，从而获得了优越的驾驶性能。

Description

发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统

一、所属技术领域

本发明属于汽车、内燃机和动力机械其技术范畴，涉及压燃式发动机应用燃用二甲醚和柴油的供给系统，特别涉及一种发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统。

二、背景技术

世界上的石油资源尚可供开采40年，我国的仅为15～20年，石油替代燃料的研究及应用迫在眉睫。柴油机的热效率高，动力性经济性好，但碳烟颗粒和氮氧化物排放高，对环境造成的污染大。

二甲醚的十六烷值高，含氧34.8％，作为柴油机的替代燃料时，NOx排放仅为燃用柴油时的30％左右，在全部转速负荷范围内实现无烟燃烧，能够满足欧III和美国超低排放(ULEV)标准，因而是柴油机优良的对环境友好的替代燃料。二甲醚可由煤汽化后采用一步法直接合成，来源广，大量生产时成本为1100元/吨左右。但二甲醚(DME)的沸点低(-24.9℃)，易汽化造成发动机燃料供给系统的汽阻，影响发动机的正常工作。

现有二甲醚发动机低压燃料供给系统均难以保证在各种工况下的正常工作。瑞典和日本的二甲醚示范车采用氮气对二甲醚加压的方法，车上需增加一个高压容器，且系统压力随二甲醚的消耗而降低，影响发动机的正常工作。奥地利AVL LIST研究所采用了弹性隔膜的方法，膜的一边是液化石油气(LPG)，另一侧为DME，试图用较高的LPG饱和蒸汽压力挤压DME，由于二者的饱和蒸汽压差较小，难以保证二甲醚的输运以及喷油泵(通常安装在发动机的侧面，工作温度高)等零部件处不产生汽阻；后又采用对LPG加热的方法，以提高二者之间的压差，但膜片的变形量有限且不安全，后再用活塞代替膜片，仍使用LPG挤压输送二甲醚，难以解决活塞环处LPG向二甲醚端的泄露。

常规的柴油机供油系统切换到二甲醚后，由于二甲醚沸点低，易汽化和发生汽阻，发动机不能正常工作。现有关于二甲醚燃料供给系统的专利达不到实用要求，未在发动机上对二甲醚供给系统进行系统研究和实际考核。

三、发明内容

本发明的目的在于，提出一种发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统。能够有效解决二甲醚低压和高压供给系统中的汽阻问题，而且柴油和二甲醚二种燃料可方便的切换，保障发动机在分别燃用柴油和二甲醚时均能正常工作。

实现上述发明目的的技术方案是：该系统包括至少包括以下部件：

一启动开关；

一燃料选择开关；

两个低压燃油泵和一加压泵；

两个电磁控制三通阀；

一高压油泵；高压油泵上连接有喷油器；

一用于测量燃油系统的压力表；

一温度反馈二甲醚调压阀；

一柴油单向阀；

一个二甲醚箱，二甲醚箱内设置有一个低压泵；

一个柴油箱，柴油箱内设置有一个低压泵；

二甲醚箱内的低压泵和二甲醚箱体外的加压泵连通，加压泵通过供油三通阀与高压油泵连通；

柴油箱内的低压泵同样通过供油三通阀与高压油泵连通；

压力表7设置在高压油泵与回油三通阀的管路之间；

二甲醚或柴油的回油经过回油三通阀选择后，二甲醚系统由带温度反馈调压阀调节系统内二甲醚的压力，使之始终高于二甲醚的饱和蒸汽压，以避免汽阻，多余的二甲醚经调压阀溢流回到二甲醚箱。柴油则经过单向阀后直接回到柴油箱。

本发明的发动机燃用二甲醚的低压燃料供给系统，高压油泵入口处的压力达到1.8MPa～2MPa，完全解决了低压油路的汽阻问题，汽车的怠速稳定性和加速性好，换挡不熄火，从而获得了优越的驾驶性能。燃用柴油时与原机柴油低压供给系统压力接近。

四、附图说明

图1是本发明的二甲醚低压燃料供给系统示意图，图中所示的符号为，1二甲醚箱 2柴油箱 3低压燃油泵 4电磁控制三通阀 5高压油泵 6喷油器 7压力表 8温度反馈二甲醚调压阀 9柴油单向阀 10起动开关 11燃料选择开关。

五、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详细描述。

参见图1，依照本发明的技术方案，本发明的发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统，至少包括以下部件：

一启动开关10；

一燃料选择开关11；

一低压燃油泵3，包括低压泵3-1、3-3；

一加压泵3-2；

电磁控制三通阀4，包括三通阀4-1、4-2；

一高压油泵5；高压油泵5上连接有喷油器6；

一用于测量燃油系统的压力表7；

一温度反馈二甲醚调压阀8；

一柴油单向阀9；

一个二甲醚箱1，二甲醚箱1内设置有低压泵3-1；

一个柴油箱2；柴油箱2内设置有低压泵3-3；

二甲醚箱1内的低压泵3-1和二甲醚箱体外的加压泵3-2连通，加压泵3-2通过三通阀4-1与高压油泵5连通；

柴油箱2内的低压泵3-3同样通过三通阀4-1与高压油泵5连通；

压力表7设置在高压油泵5与三通阀4-2的管路之间；

二甲醚箱或柴油箱的回油经过回油三通阀选择后，二甲醚系统由带温度反馈调压阀调节系统内二甲醚的压力，使之始终高于二甲醚的饱和蒸汽压，以避免汽阻，多余的二甲醚经调压阀溢流回到二甲醚箱。柴油则经过单向阀后直接回到柴油箱。

低压系统由两级小流量转子泵、调压阀、感温包、单向阀和滤清器等组成。转子泵依据发动机的功率将一定量的二甲醚燃料增压至1.8MPa～2.0MPa，低压系统的实际压力是由调压阀设定的，并通过感温包反馈发动机或大气环境温度，自动调整低压系统内二甲醚的压力，使之始终高于其当地饱和蒸汽压力，并克服系统流动阻力，消除汽阻，保障二甲醚的正常供给。

高压系统是由传统的柴油高压泵改造而成。二甲醚的热值低，可压缩性高，要使发动机获得柴油机同样的功率，需增加循环供油量。本专利通过优化，采用增加柱塞升程和扩大柱塞直径的方法，增加二甲醚的循环供油量。

二甲醚易于汽化，在柱塞往复运动时，二甲醚由柱塞套进油孔流入时会出现因节流而汽化的现象，为此扩大柱塞套进回油孔的尺寸，由原来的3mm～4mm扩至5mm～6mm，可以减少汽化，满足发动机对循环供油量的需求。

柴油机的低压输油压力约0.1MPa，高压柴油泵的出油阀开启压力低。在使用二甲醚燃料时，为了克服低压系统的汽阻，将输油压力提高至1.8MPa以上；二甲醚喷射雾化性能好，喷射器针阀开启压力低，高压系统残余压力也较低。因此需调整出油阀上方弹簧预紧力，提高开启压力，以保证出油阀的减压作用和高压系统较高的残余压力，实现优化的喷油速率，并避免穴蚀。

本发明的工作原理是，当汽车或发动机以二甲醚为燃料时，燃料选择开关拨到二甲醚一侧，发动机起动，电源接通，电磁控制三通阀形成二甲醚燃料回路。置于二甲醚箱1中的低压泵3-1工作，二甲醚被加压输送到3-2泵进一步提压到达1.8MPa～2.0MPa，经精滤器后流经三通阀4-1之二甲醚油路进入高压泵5。在高压泵内，通过柱塞套上的进油孔进入柱塞上部工作腔，高压二甲醚经高压油管由喷油器6喷入发动机内燃烧。泵内多余的二甲醚及由喷油器泄露的二甲醚汇集后，经三通阀4-2顺二甲醚油路到达带温度反馈二甲醚调压阀8的入口，一旦二甲醚低压系统压力超过设定值后，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的供油压力差要求高于1.0MPa，整个燃油系统的压力可由压力表7指示。

而汽车或发动机以柴油为燃料时，燃料选择开关拨到柴油一侧，发动机起动，电源接通，电磁控制三通阀形成柴油燃料回路。置于柴油箱2中的低压泵3-3工作，将柴油加压输送到柴油精滤器过滤后，经三通阀4-1之柴油油路进入高压泵5。在高压泵内被柱塞加压，由喷油器6喷入发动机内燃烧。泵内多余的柴油及由喷油器泄露的柴油汇集后，经三通阀4-2顺柴油油路到达单向阀9。柴油低压系统的压力约为0.1MPa，一旦柴油低压系统压力超过单向阀的弹簧作用力，柴油回流到柴油油箱2。在柴油油路中，所选择的燃料泵3-3的供油压力在0.2～0.3MPa。

本发明可以将二甲醚燃料泵3-1和3-2合并，用一个更高压力的泵取代的设计方案和将电磁控制三通阀4-1、4-2用电磁截止阀的控制方案。

油泵从油箱中吸油，油泵前设粗滤器，在油箱出口处设置手动截止阀和精滤器、单向阀。

汽车或发动机起动前，首先将开关K拨至相应的燃料位置，汽车钥匙起动，电瓶即对燃料系统供电，三通阀在相应的燃料回路工作。此处电磁控制三通阀亦可由独立的电磁截止阀取而代之。当汽车或发动机停机时间较长后起动，可在正常工作位置停顿1s～2s，然后给起动马达通电，使发动机顺利起动。

本发明是建立在数年的研究工作经验基础之上，该系统还在西安交通大学研究开发的我国首台超低排放二甲醚发动机和汽车上得到不断改进和提高，在理论和实践两方面均已成熟，可以推广到生产实际中使用。

实施例：

本发明已在张家港牡丹19座中巴客车中使用，发动机为一汽集团大连柴油机生产的CA498A，功率为62kW。发动机燃用二甲醚后，在采用氮气挤带二甲醚时，系统压力不稳，随二甲醚燃料的消耗需不断调整系统压力，发动机怠速高(高于1000r/min)，换挡常熄火，加速性能差，其动力性也很难达到原柴油机的水平。采用本发明的低压燃料供给系统后，发动机的怠速转速可以稳定在600r/min，换挡正常，加速性能提高，最大转矩由原机的200Nm提高到220Nm，最高功率与原柴油机相当，最高车速可达120km/小时，具有优越的驾驶性能。

Claims (3)

1.一种发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统，其特征在于，至少包括以下部件：

一启动开关【10】；

一燃料选择开关【11】；

一低压燃油泵【3】，包括低压泵【3-1】、【3-3】；

一加压泵【3-2】；

电磁控制三通阀【4】，包括三通阀【4-1】、【4-2】；

一高压油泵【5】；高压油泵【5】上连接有喷油器【6】；

一用于测量燃油系统的压力表【7】；

一温度反馈二甲醚调压阀【8】；

一柴油单向阀【9】；

一个二甲醚箱【1】，二甲醚箱【1】内设置有低压泵【3-1】；

一个柴油箱【2】；柴油箱【2】内设置有低压泵【3-3】；

二甲醚箱【1】内的低压泵【3-1】和二甲醚箱体外的加压泵【3-2】连通，加压泵【3-2】通过三通阀【4-1】与高压油泵【5】连通；

柴油箱【2】内的低压泵【3-3】同样通过三通阀【4-1】与高压油泵【5】连通；

压力表设置在【7】高压油泵【5】与三通阀【4-2】的管路之间；

二甲醚或柴油通过三通阀【4-2】，分别与二甲醚调压阀【8】或柴油单向阀【9】与二甲醚箱【1】或柴油箱【2】相连通。

2.如权利要求1所述的发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统，其特征在于，所述燃料泵【3-1】和【3-2】的供油压力高于1.0MPa，二甲醚系统内的压力在1.8MPa～2.0MPa；燃料泵【3-3】的供油压力为0.2MPa～0.3MPa。

3.如权利要求1所述的发动机燃用二甲醚或柴油的低压燃料供给系统，其特征在于，所述的三通阀【4-1】、【4-2】可以由一个电磁截止阀替代，所述的低压燃油泵【3-1】和加压泵【3-2】可以由一个高压的燃油泵替代。

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