CN1470758A - 二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

一种二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统，属于内燃机领域。本发明的DME储罐通过出液阀和低压燃料输送泵相连，低压燃料输送泵出口经过三通接头一端与燃料滤清器和强化型喷油泵相连，强化型喷油泵出口通过高压油管与超多喷孔喷油器相连，超多喷孔喷油器设置在发动机气缸盖上，与燃烧室相配合，废气再循环控制阀出口与废气再循环冷却器入口相连，而其入口则连接到排气管，废气再循环冷却器出口通过管路连接到进气管，喷油器回油管通过回油三通接头相连接，并经过单向阀连接到压力控制阀，压力控制阀出口则通过回流阀连接到DME储罐，充液阀设置在DME储罐上。本发明可是发动机大幅降低NOx排放，提高热效率，最终达到二甲醚燃料发动机的高效和超低排放。

Description

二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统
技术领域
本发明涉及的是一种二甲醚发动机燃烧系统，特别是一种二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统，属于内燃机领域。
背景技术
压燃式发动机作为热效率最高的车用发动机，一直受到人们的高度重视。经过几代人的努力，传统燃烧系统已发展得比较完善。但近些年世界石油资源的不足、石油价格的大幅波动及各国的排放法规日益严厉，对柴油机的代用燃料和低排放燃烧研究提出了新的挑战。能从煤、天然气、生物质制得的二甲醚燃料是近年来新出现的汽车代用燃料。二甲醚常温常压下为气态，与液化石油气相似的物性。特别是二甲醚的十六烷值大于55，可适合于压燃式发动机。
国内外关于二甲醚作为压燃式发动机代用燃料的技术大都是在传统柴油机上经过燃油系统的局部改装，进行二甲醚燃料对柴油的替代。经对已有的技术的检索，发现文献：“Engine Performance and Exhaust Characteristics ofDirect-injection Diesel Engine Operated with DME”，SAE972973，S.Kajitani，Ibaraki University(直喷式柴油机燃用二甲醚时的发动机性能与排放特性，美国汽车工程师学会论文，编号：SAE Paper 972973)，该文介绍了直喷式柴油机使用二甲醚为燃料时，采用原发动机的燃烧系统和喷油系统，喷油系统主要由Bosch型柱塞式喷油泵和4孔喷油嘴构成；由于二甲醚沸点低、易汽化，会造成喷油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，来保证喷油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。另外，该技术采用的缸内喷雾燃烧方式，存在氮氧化物(NOX)排放高，相当于原柴油机的水平的，因此需要采取有效措施进一步降低二甲醚发动机的NOX排放，使二甲醚发动机排放性能符合日趋严厉的排放法规。
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，提供一种二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统，使其利用二甲醚燃料沸点低易于汽化的特点，采用超多喷孔喷油嘴、强化型喷油泵、深坑缩口燃烧室、冷却废气再循环技术和大幅推迟燃料喷射措施等，在着火之前形成准均质混合气，实现低温压燃燃烧，具有超低NOX排放和高热效率的优点，解决直喷式压燃式发动机燃用二甲醚燃料时NOX排放较高的问题。
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、回流阀、压力控制阀、低压燃料输送泵、回油三通接头、三通接头、蓄压器、压力表、单向阀、燃料滤清器、喷油泵回油管、强化喷油泵、喷油器回油管、高压油管、超多喷孔喷油器、缸盖、进气管、燃烧室、废气再循环冷却器、废气再循环控制阀、排气管、充液阀，其连接方式为：DME储罐通过出液阀和管路与低压燃料输送泵相连，低压燃料输送泵出口经过三通接头一端与燃料滤清器和强化型喷油泵相连，构成低压燃料输送系统。低压燃料输送泵由24V直流电源驱动将液态二甲醚燃料输送到强化型喷油泵。三通接头的另一端与蓄压器相连，蓄压器用来稳定低压燃料输送系统的压力，在蓄压器上安装有压力表。强化型喷油泵出口通过高压油管与超多喷孔喷油器相连接，构成燃料高压管路。超多喷孔喷油器安装在发动机气缸盖上，其位置与燃烧室相配合。在强化型喷油泵的作用下，燃料压力升高使超多喷孔喷油器开启将燃料喷射入燃烧室内形成可燃混合气。喷油器回油管和喷油泵回油管经过回油三通接头、单向阀与压力控制阀入口相连，压力控制阀出口则通过回流阀连接到DME储罐。通过压力控制阀来调节回油管路以及强化型喷油泵中的压力，压力过高时打开使燃料经回流阀回流到DME储罐。发动机排气管中部分废气通过废气再循环控制阀引入到废气再循环冷却器入口，废气经废气再循环冷却器冷却，通过管路输送到进气管。废气再循环控制阀控制吸入进气管的废气量。在DME储罐上，还安装有充液阀。
超多喷孔喷油器的喷油嘴的喷孔沿轴线方向分上下两层布置，沿圆周向均匀布置，并且沿周向上下喷孔交错排列。燃烧室为深坑缩口形。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用具有高通流截面、高扩散度的超多喷孔喷油器，和与之相匹配以获得高供油能力和高喷油率为目标的强化型喷油泵，来缩短喷油持续期和提高燃料空间扩散度；同时采用大幅推迟喷油措施和冷却废气再循环技术，延长滞燃期，使着火点延迟到上止点后，在滞燃期内将二甲醚燃料全部喷入燃烧室内；利用二甲醚燃料沸点低、高蒸汽压，易于汽化形成混合气的优点，采用具有深坑缩口燃烧室，组织与燃料喷射相匹配的较强的复合空气运动，使燃料喷束迅速雾化与空气混合，并均匀分布于燃烧室空间；在着火前形成准均质充量，实现快速低温压燃燃烧，大幅降低NOX排放，提高热效率，最终达到二甲醚燃料发动机的高效和超低排放。
附图说明
图1本发明结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：DME储罐1、出液阀2、回流阀3、压力控制阀4、低压燃料输送泵5、回油三通接头6、三通接头7、蓄压器8、压力表9、单向阀10、燃料滤清器11、喷油泵回油管12、强化喷油泵13、喷油器回油管14、高压油管15、超多喷孔喷油器16、缸盖17、进气管18、燃烧室19、废气再循环冷却器20、废气再循环控制阀21、排气管22、充液阀23，其连接方式为：DME储罐1通过出液阀2和低压燃料输送泵5相连，低压燃料输送泵5出口经过三通接头7一端与燃料滤清器11和强化型喷油泵13相连，构成低压燃料输送系统，强化型喷油泵13出口通过高压油管15与超多喷孔喷油器16相连接，构成燃料高压管路，在蓄压器8上设有压力表9，超多喷孔喷油器16设置在发动机气缸盖17上，超多喷孔喷油器16安装位置与燃烧室19相配合，废气再循环控制阀21出口与废气再循环冷却器20入口相连，而其入口则连接到排气管22，废气再循环冷却器20出口通过管路连接到进气管18，喷油器回油管14和喷油泵回油管12通过回油三通接头6相连接，并经过单向阀10连接到压力控制阀4，压力控制阀4出口则通过回流阀3连接到DME储罐1，充液阀23设在DME储罐1上。
低压燃料输送泵5出口通过三通接头7的另一端与蓄压器8连接。燃烧室19为深坑缩口形。超多喷孔喷油器16的喷油嘴的喷孔沿轴线方向分上下两层布置，沿圆周向均匀布置，并且沿周向上下喷孔交错排列。
如图1所示，其中A为流入冷却液，B为流出冷却液，低压燃料输送泵5将液态二甲醚燃料抽出经燃料滤清器11输送到强化型喷油泵13，其作用是保证燃料供给，并使燃料在足够的压力下保持液态形式进入强化型喷油泵13，而蓄压器8起到稳定压力的作用。超多喷孔喷油器16与强化型喷油泵13的多余燃料经过压力控制阀4回流到DME储罐1。通过废气再循环控制阀21的控制，将发动机负荷所需要的定量废气从排气管22经废气再循环冷却器20冷却后输送到进气管18，从而与新鲜空气混合进入气缸。进气中引入废气的作用是一方面稀释缸内燃烧区氧浓度，另一方面增加高比热容气体降低缸内温度，从而延长滞燃期并减少氮氧化物生成。在接近压缩上止点时，强化型喷油泵13以高压将二甲醚燃料输送到超多喷孔喷油器16，当压力超过启喷压力后，二甲醚燃料经超多喷孔喷油器16以高速、高扩散度射入燃烧室19，燃料喷入后快速汽化与空气混合，并在着火前均匀分布在燃烧室空间。当燃烧室19内混合气温度达到着火点时，准均质混合气多点同时着火燃烧。新型燃烧室19的设计与燃料喷射匹配，同时在缸内形成强烈气体流动，加快二甲醚燃料混合，促进燃烧过程进展，形成高效、低排放燃烧。

Claims (4)

1、一种二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统，包括：DME储罐(1)、出液阀(2)、回流阀(3)、回油三通接头(6)、三通接头(7)、蓄压器(8)、压力表(9)、单向阀(10)、燃料滤清器(11)、喷油泵回油管(12)、喷油器回油管(14)、高压油管(15)、缸盖(17)、进气管(18)、废气再循环冷却器(20)、废气再循环控制阀(21)、排气管(22)、充液阀(23)，其特征在于还包括：压力控制阀(4)、低压燃料输送泵(5)、强化型喷油泵(13)、超多喷孔喷油器(16)、燃烧室(19)，其连接方式为：DME储罐(1)通过出液阀(2)和低压燃料输送泵(5)相连，低压燃料输送泵(5)出口经过三通接头(7)一端与燃料滤清器(11)和强化型喷油泵(13)相连，构成低压燃料输送系统，强化型喷油泵(13)出口通过高压油管(15)与超多喷孔喷油器(16)相连接，构成燃料高压管路，超多喷孔喷油器(16)设置在发动机气缸盖(17)上，超多喷孔喷油器(16)与燃烧室(19)相配合，废气再循环控制阀(21)出口与废气再循环冷却器(20)入口相连，而其入口则连接到排气管(22)，废气再循环冷却器(20)出口通过管路连接到进气管(18)，喷油器回油管(14)和喷油泵回油管(12)通过回油三通接头(6)相连接，并经过单向阀(10)连接到压力控制阀(4)，压力控制阀(4)出口则通过回流阀(3)连接到DME储罐(1)，充液阀(23)设置在DME储罐(1)上。
2、根据权利要求1所述的二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统，其特征是，超多喷孔喷油器(16)的喷油嘴的喷孔沿轴线方向分上下两层布置，沿圆周向均匀布置，并且沿周向上下喷孔交错排列。
3、根据权利要求1所述的二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统，其特征是，燃烧室(19)为深坑缩口形。
4、根据权利要求1所述的二甲醚发动机高效、超低排放燃烧系统，其特征是，低压燃料输送泵(5)出口通过三通接头(7)与蓄压器(8)连接。
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