CN201401247Y - 二甲醚共轨式电控喷射系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及内燃机电控喷射系统，进一步涉及用于内燃机缸内喷射二甲醚或与二甲醚物性类似的低粘度燃料的共轨式电控喷射系统。该系统包括：燃料箱、高压泵、共轨管、电控喷射器、电控单元，还包括：工质箱、换向元件、压力转换装置；所述压力转换装置包括至少2个并联连接的工作单元，工作单元由一隔离元件分隔成燃料腔和工质腔，所述隔离元件在压差作用下在燃料腔与工质腔之间自由变形或移动。本实用新型彻底避免了因燃料的低粘度而造成的高压泵柱塞的泄漏和磨损问题，从而大大提高系统的使用寿命，并且可以使用液压行业通用的高压泵作为高压油泵，降低了系统的成本。

Description

二甲醚共轨式电控喷射系统

技术领域

本发明涉及一种共轨式电控喷射系统，具体涉及一种用于内燃机缸内喷射二甲醚或与二甲醚物性类似的低粘度燃料的共轨式电控喷射系统。

背景技术

二甲醚(DME)被誉为“二十一世纪的柴油机绿色替代燃料”，但是二甲醚在常温常压是一种气体，存在粘度低、密封性差的特点，喷射系统中柱塞偶件的密封和磨损问题是应用中的难题。除二甲醚之外其它低粘度燃料如液化石油气(LPG)，用于内燃机缸内喷射时同样存在由于燃料的低粘度而造成的喷射系统柱塞偶件的密封和磨损问题。AVL公司在美国专利US006119664A中公开了一种低粘度燃料的共轨式电控喷射系统，包括高压泵、共轨管、电控喷射器、电控单元，所用的高压泵将燃料加压到200-350bar送到共轨管内，在共轨管与喷射器之间，接有一二位三通电磁阀，当二位三通电磁阀将共轨与喷射器接通时，喷射器开始喷射，当二位三通阀与回油管接通时，喷射器停止喷射。这种设计的缺点是：用高压油泵直接对二甲醚进行加压，油泵柱塞偶件的密封和磨损问题不可避免。

发明内容

本发明的目的，提出一种二甲醚共轨式电控喷射系统新方案，能避免燃料的低粘度而造成的油泵柱塞偶件的密封和磨损问题，从而大幅度提高系统的寿命和可靠性。

上述目的是通过如下设计实现的：

一种二甲醚共轨式电控喷射系统，包括：容纳二甲醚或其它低粘度燃料的燃料箱3、高压泵8、共轨管2、电控喷射器9、电控单元6，电控喷油器经高压管5与共轨管2联通，还包括：

一容纳加压工质12的工质箱11、一用于切换工质输送方向的换向元件13、一将工质压力传递给燃料的压力转换装置32；上述工质箱11、高压泵8、换向元件13、压力转换装置21经管道依次连接。压力转换装置的输入端21与燃料箱3内的燃料4相通，压力转换装置的输出端23与共轨管2连接。

上述压力转换装置32包括至少2个并联连接的工作单元31，上述工作单元由一隔离元件22分隔成燃料腔25和工质腔28。上述隔离元件22在压差作用下在燃料腔25与工质腔28之间自由变形或移动。工作单元数量优选2个。

上述燃料腔25并联一进油单向阀22和一出油单向阀24，进油单向阀与输入端相连，出油单向阀与输出端相连。燃料腔内充燃料。

上述工质腔28经工质出入口29、管道26与换向元件的输出口14连接。工质腔内充液态工质12。

作为优选方案，上述液态工质12为柴油、发动机润滑油、液压油三者中的任何一种。

作为优选方案，上述的隔离元件27是一柔性膜片，柔性膜片的外围无泄漏地固定在工作单元壳体30的内壁上。进一步优选，上述的柔性膜片是由氟橡胶制成。

上述的换向元件13优选受电控单元6控制的二位四通电磁阀，二位四通电磁阀的压力输入口17与高压泵的出油口10连接，二位四通电磁阀的回液口16与工质箱11连通。

作为工质压力控制的优选方案，在高压泵8与二位四通电磁阀之间连接的受电控单元6控制的卸压阀7，卸压阀回液口15与工质箱11连接。作为进一步提高共轨压力控制精度的改进方案，还包括安装在上述共轨管2上一个用于测量共轨管2内燃料压力的压力传感器1，压力传感器1的输出信号线与电控单元6相连。

作为降低发动机停机燃料泄漏，进一步提高系统可靠性的改进方案，在压力转换装置出油总管34与共轨管2之间串接一受电控单元控制的电控单向阀35，当电控单向阀35通电时，该阀双向导通，当电控单想阀35断电时，共轨管2内的液体或气体可以通过该阀流出，而反向则截止。

上述设计使得油泵避免直接对低粘度燃料进行加压，也就彻底避免了因燃料的低粘度而造成的高压泵柱塞的泄漏和磨损问题，从而大大提高系统的使用寿命，并且可以使用液压行业通用的高压泵作为高压油泵，降低了系统的成本。经过长时间的考核证明，上述设计的二甲醚共轨式电控喷射系统，油泵的柱塞偶件无异常磨损。

附图说明

图1为二甲醚共轨式电控喷射系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对这种二甲醚共轨式电控喷射系统的结构和工作原理作进一步说明。

如图1所示，一种二甲醚共轨式电控喷射系统，包括燃料箱容纳二甲醚或其他低粘度燃料4的燃料箱3、高压泵8、共轨管2、电控喷射器9、电控单元6，电控喷油器9经高压管5与共轨管2联通，还包括：一容纳加压工质12的工质箱11、一用于切换工质输送方向的换向元件13、一将工质压力传递给燃料的压力转换器32，工质箱11、高压泵8、换向元件13、压力转换装置32经管道依次连接。压力转换装置32由两个工作单元31组成，每个工作单元由一个隔离元件27将工作单元31的内腔隔离成一个充填燃料4的燃料腔25和充填工质12的工质腔28。隔离元件27可以在压差作用下在两个腔室之间自由变形或移动，从而将工质腔28内的压力传递给燃料腔25。

燃料腔25并联一进油单向阀22和一出油单向阀24，进油单向阀22与输入端21相连，出油单向阀24与输出端23相连。工质腔28经工质出入口29、管道26与换向元件的输出口14连接。

图1所示的压力转换装置32中的隔离元件27，是一柔性膜片，柔性膜片的外围无泄漏地固定在工作单元壳体30的内壁上，为了提高膜片的抗腐蚀和抗溶胀能力，该膜片由氟橡胶制成。隔离元件27还可以用其它方案，比如采用隔离活塞作为隔离元件27，隔离活塞通过在两个腔室之间的自由移动传递压力。压力转换装置32中工作单元31的数量还可以是大于二的偶数。

本实施例工质箱11及高压泵内部的工质12在常温常压下是液体，该液体可以是液压油、发动机润滑油或者柴油，本实施例采用发动机润滑油，而工质箱11就是发动机的油底壳。

图1所示的换向元件13是一受电控单元6控制的二位四通电磁阀，二位四通电磁阀的压力输入口17与高压泵的出油口10连接，二位四通电磁阀的回液口16与工质箱11连通。一个二位四通电磁阀可以控制两个工作单元31，当使用2个以上工作单元时，二位四通电磁阀数量成比例增多。二位四通电磁阀还可以用其它元件替代，比如采用4个电磁通断阀的组合替代一个二位四通电磁阀。

如图1所示，在高压油泵8的出油口10与换向元件13的高压输入口17之间的管道上，连接一个受电控单元6控制的电磁泄压阀7，其回液口15与工质箱11相连。为了进一步提高共轨压力的控制精度，在共轨管2上安装了一个用于测量共轨管2内燃料压力的压力传感器1，压力传感器1的输出信号线与电控单元6相连。由于高压油泵8的输出压力与共轨管2内燃料的压力是基本相同的，所以该压力传感器1还可以安装在高压油泵8与二位四通阀电磁阀之间的管路上。当系统性能要求不高时，电磁泄压阀7可以用一个恒压泄压阀取代，压力传感器1取消，这样高压泵输出的压力恒定不可调。

如图1所示，燃料腔25并联一进油单向阀22和一出油单向阀23。进油单向阀22经进油总管19与燃料箱3连接，在进油总管19上，串接一手动关断阀18和一受电控单元6控制的电磁关断阀20，当发动机长时间不工作时，手动阀关闭，当发动机遇到紧急情况，比如泄漏，电控关断阀关闭。出油单向阀24经出油总管34与共轨管2连接，在出油总管34与共轨管2之间串接一受电控单元6控制的电控单向阀35，当电控单向阀35通电时，该阀双向导通，当断电时，共轨管2内的液体或气体可以通过该阀流出，而反向则截止。在二甲醚的出油通道与进油通道之间，还连接有一受电控单元6控制的电磁关断阀33，其一端连接在压力转换装置32与电控单向阀之间的出油总管34上，其另一端连接在压力转换装置32与燃料箱3之间的进油总管19上。该阀的作用是当发动机停机之后，该阀导通，共轨管内二甲醚的压力被释放，降低到接近二甲醚油箱的压力，从而减少电控喷射器向发动机缸内的泄漏量，提高系统的安全性。

二甲醚共轨式电控喷射系统的工作过程如下：

燃料压力的产生与控制：发动机工作时，带动高压油泵8转动，发动机润滑油从工质箱11吸入高压油泵8，加压后从出油口10输出，电控单元8通过电控卸压阀7调节油泵的输出压力。加压后的发动机润滑油输出到二位四通阀的压力输入口17。二位四通阀有两个输出口，这两个输出口中的一个与压力输入口17接通，从而向工质腔28输出高压润滑油，同时另一个输出口与回液口16接通，从而回收来自工质腔28的润滑油。进入压力转换装置32工作腔28内的高压机油，隔着膜片27对燃料腔25内的燃料进行加压，此时进油单向阀22关闭，出油单向阀24打开，加压后的燃料经管道输送到共轨管2。与此同时，压力转换装置32的另一个工作腔内，来自燃料箱3的低压燃料4，通过进油单向阀进入工作腔，隔着膜片推动润滑油从压力装换装置32排出，并经过二位四通电磁阀的回液口16回到工质箱11，完成燃料的吸入和工质的排出过程。二位四通电磁阀受电控单元的控制，周期性切换两个输出口工质的流向，从而使工质交换器的两个工作腔交替完成燃料的排出和吸入过程。上述过程共轨2内燃料的压力控制是通过控制润滑油压力实现的，共轨管上连接的压力传感器向电控单元反馈共轨压力信号，实现共轨压力的闭环控制。在这个过程中，电控单向阀35处于双向开通状态，电控关断阀20开通，电控关断阀33关闭。

二甲醚的喷射：电控单元6根据发动机的各种输入信号，判断发动机的运行工况，得出不同的喷射相位和喷射量，通过驱动信号，控制电控喷油器9的喷射和停止。

停机：发动机停机之后，电控关断阀20断电关闭，电控关断阀33开通，电控单向阀35断电进入单向导通状态，共轨管内高压燃油经过电控单向阀35、电控关断阀33回流到燃料箱3，共轨压力迅速降低到接近燃料箱压力。由于此时发动机周围温度较高，电控喷油器和共轨管内液态二甲醚气化，并经过电控单向阀35继续继续排空，直到共轨管2与电控喷油器9之间没有液态燃料。排空完成之后，电控单向阀35自动截止防止燃料倒流。

应急处理：在正常工作情况下，电控关断阀20是开通的，当发现系统出现异常情况，比如发现泄漏，电控单元6和司机都可以关闭电控关断阀20。

Claims (8)

1、一种二甲醚共轨式电控喷射系统，包括：容纳燃料(4)的燃料箱(3)、高压泵(8)、共轨管(2)、电控喷射器(9)、电控单元(6)，电控喷油器经高压管(5)与共轨管(2)联通，其特征在于，还包括：一容纳加压工质(12)的工质箱(11)、一用于切换工质输送方向的换向元件(13)、一将工质压力传递给燃料的压力转换装置(32)；

所述工质箱(11)、高压泵(8)、换向元件(13)、压力转换装置(32)经管道依次连接；压力转换装置的输入端(21)与燃料箱(3)内的燃料(4)相通，输出端(23)与共轨管(2)连接；

所述压力转换装置(32)包括至少2个并联连接的工作单元(31)，所述工作单元由一隔离元件(27)分隔成燃料腔(25)和工质腔(28)，所述隔离元件(27)在压差作用下在燃料腔(25)与工质腔(28)之间自由变形或移动；

所述燃料腔(25)并联一进油单向阀(22)和一出油单向阀(24)，进油单向阀(22)与输入端(21)相连，出油单向阀(24)与输出端(23)相连；燃料腔(25)内充燃料(4)；

所述工质腔(28)经工质出入口(29)、管道(26)与换向元件的输出口(14)连接；工质腔(28)内充液态工质(12)。

2、根据权利要求1所述一种二甲醚共轨式电控喷射系统，其特征在于，所述的隔离元件(27)是一柔性膜片，柔性膜片的外围无泄漏地固定在工作单元壳体(30)的内壁上。

3、根据权利要求1所述一种二甲醚共轨式电控喷射系统，其特征在于，所述的换向元件(13)是一受电控单元(6)控制的二位四通电磁阀，二位四通电磁阀的压力输入口(17)与高压泵的出油口(10)连接，二位四通电磁阀的回液口(16)与工质箱(11)连通。

4、根据权利要求1所述一种二甲醚共轨式电控喷射系统，其特征在于，还包括：在高压泵(8)与二位四通电磁阀之间连接的受电控单元(6)控制的电控卸压阀(7)，卸压阀回液口(15)与工质箱(11)连接。

5、根据权利要求1所述一种二甲醚共轨式电控喷射系统，其特征在于，在压力转换装置出油总管(34)与共轨管(2)之间串接一受电控单元(6)控制的电控单向阀(35)，当电控单向阀(35)通电时，该阀双向导通，当电控单向阀(35)断电时，共轨管(2)内的液体或气体可以通过该阀流出，而反向则截止。

6、根据权利要求1所述一种二甲醚共轨式电控喷射系统，其特征在于，在压力转换装置(32)到燃料箱(3)之间的进油总管(19)上，串接一个受电控单元(6)控制的一个电磁关断阀(20)和一个手动关断阀(18)。

7、根据权利要求1所述一种二甲醚共轨式电控喷射系统，其特征在于，还包括一受电控单元(6)控制的电磁关断阀(33)，其一端连接在压力转换装置(32)与电控单向阀之间的出油总管(34)上，其另一端连接在压力转换装置(32)与燃料箱(3)之间的进油总管(19)上。

8、根据权利要求1-7中任何一项所述的一种二甲醚共轨式电控喷射系统，其特征在于，在共轨管(2)上安装一个用于测量共轨管(2)内燃料压力的压力传感器(1)，压力传感器(1)的输出信号线与电控单元(6)相连。

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