CN202510266U

CN202510266U - 一种二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵

Info

Publication number: CN202510266U
Application number: CN2012200393990U
Authority: CN
Inventors: 张光德; 陈引; 郑安文; 郭健忠; 吕天浩; 王卫华; 游彩霞
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2022-02-08

Abstract

本实用新型涉及一种二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵。其技术方案是：凸轮轴(15)上设有2～4个凸轮；下泵体(10)设有的与凸轮数相同的挺柱孔中装有挺柱体部件，凸轮轴(15)上的凸轮与对应的滚轮(14)活动接触，挺柱(13)的上端装有调整垫块(11)；上泵体(5)装有的柱塞套(6)中的柱塞(8)下端与对应的调整垫块(11)活动接触；柱塞套孔上装有的泵头上盖(1)与泵头下盖(3)间设有隔膜(2)；泵头上盖(1)上的进油阀(23)和出油阀(22)的油道与泵头上盖(1)的2～5个油孔相通，泵头下盖(3)的孔状液压油腔与泵头下盖(3)的2～5个油孔相通；泵头下盖(3)与隔膜(2)构成的油腔通过油管(25)与油杯部件(26)相通。本实用新型具有体积小、压力高和压力脉动小等特点，能有效解决柱塞偶件磨损问题。

Description

一种二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵

技术领域

本实用新型属于二甲醚发动机技术领域。具体涉及一种二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展和机动车保有量的高速增长，对能源的需求量不断增加，同时机动车排放污染对环境的影响也越来越严重，二者之间的矛盾越来越尖锐。能源短缺和环境污染已成为我国亟待解决的重要问题，因此，寻找合适的代用清洁燃料已迫在眉睫。

二甲醚（Dimethyl Ether，简称DME），分子结构为CH₃-O-CH₃。二甲醚在常温下为气态，几乎没有毒性，沸点低，自然温度低；其十六烷值超过55（高于柴油），来源广泛，成本低，作为柴油机代用燃料受到了广泛关注。二甲醚和柴油及其他代用燃料相比，具有高效、低排放、低噪音和无烟燃烧等优点。研究表明，二甲醚燃料能使传统的直喷式柴油机的功率提高16%，热效率提高2%～3%，NOx排放降低约40%，压力升高率由原来的0.6MPa/°CA下降到0.28～0.47MPa/°CA，实现无烟燃烧，噪声也明显降低；甚至能够满足严格的欧洲第Ⅳ阶段排放限制标准和美国加州超低排放车辆（ULEV）标准。

由于二甲醚的物化特性与柴油相比存在明显差别，因而，二甲醚并不适合直接在柴油机上使用，二甲醚的低粘性（黏度约为柴油的1/10～1/20）容易导致高压供油系统中的喷油泵的柱塞偶件极易磨损，造成燃料供应量不足及泵油压力低等后果。要使二甲醚在柴油机上能够方便使用，需要对柴油机的燃料供给系统进行相应的改进。

在已有的研究中，主要有两种方案来解决喷油泵柱塞偶件的磨损与泄漏问题：一种是将二甲醚与柴油高比例混合使用（李本正，郭增杰，胡真，等.高比例二甲醚与柴油混合燃料对高压油泵柱塞偶件磨损的试验研究[J].柴油机，2006，28（3）：21-23）；另一种是在二甲醚燃料中加入润滑改进剂（黄卓勇，胡铁刚，周龙保，等.改进二甲醚燃料润滑性能的研究[J].西安交通大学学报，2005，39（3）：233～237）。研究表明，高比例二甲醚与柴油混合燃料相对于纯二甲醚虽可有效地改善高压柱塞偶件早期磨损及泄漏，但从长远角度来看，并未根本解决喷油泵柱塞偶件的磨损与泄漏问题；另外，在二甲醚燃料中加入润滑改进剂后，虽能从一定程度上减轻偶件磨损，但对燃烧和排放性能将造成负面影响，当添加量超过一定比例后会明显产生颗粒（PM）排放。

在已有的研究中，基于二甲醚易雾化性和均质压燃（HCCI）理论，设计可控预混合燃烧（CPC）系统，燃料供给系统可采用低压共轨喷射方案（陶军，王卫华，游彩霞，等.二甲醚发动机低压共轨燃料喷射系统的设计及试验[J].武汉大学学报（工学版），2010，（06）：770-773+783）。前期研究表明共轨喷射压力为6.0MPa，甚至更低便能实现较好的喷射与燃烧，且共轨管压力稳定在10MPa左右就能使发动机获得比较满意的功率、燃油消耗率和排放指标，因此对向共轨管输送二甲醚燃料的加压泵的增压性要求并不高。

液压隔膜泵依靠柔性隔膜的来回鼓动达到吸入和排出液体介质目的，其柱塞偶件和被加压介质完全被隔膜隔开，使输送介质既不外漏也不与有关运动部件相接触，因而不存在介质从柱塞偶件间隙泄漏的问题；柱塞偶件界面间依靠独立润滑系统实现运动过程中的润滑与密封。初步实验表明，液压隔膜泵虽能解决二甲醚燃料的磨损与密封问题，但现有的液压隔膜泵一般靠电机驱动，存在体积大、输出压力相对较低、运动过程中往复次数少、压力脉动较大等缺点，因而不具备直接用于车辆发动机的条件，必须对现有的液压隔膜泵结构进行改进与优化。

发明内容

为实现上述目的，本实用新型旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种结构简单、体积小、压力高、压力脉动小、操作方便、使用安全、能有效解决因二甲醚低粘性带来的柱塞偶件磨损问题及满足车用化要求的二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：泵体由上泵体与下泵体通过螺柱连接组成。凸轮轴水平地安装在下泵体的下部，凸轮轴上设有2～4个凸轮；下泵体设有与凸轮个数相等的挺柱孔，每个挺柱孔位于对应凸轮的正上方，每个挺柱孔中均装有挺柱体部件，挺柱体部件由挺柱、滚轮和滚轮销组成，滚轮通过滚轮销安装在挺柱中，凸轮轴上的每个凸轮与各自对应的滚轮活动接触，挺柱的上端装有调整垫块。

在上泵体中设有与凸轮个数相等的柱塞套孔，每个柱塞套孔均装有柱塞套，每个柱塞套中的柱塞下端与对应的调整垫块活动接触；柱塞弹簧的上端支承在上泵体的下平面，柱塞弹簧的下端支承在柱塞下部的弹簧座上。

每个泵头下盖的凸起部分嵌入对应的柱塞套孔的上部，泵头上盖与泵头下盖通过螺柱固定在上泵体上，泵头上盖与泵头下盖之间的中心位置处设有隔膜；泵头上盖安装有进油阀和出油阀，进油阀的出口通过油道和出油阀的进口相通，所述油道与泵头上盖下平面的中心位置处设有的2～5个油孔相通；泵头下盖下部设有孔状液压油腔，所述孔状液压油腔的顶部与泵头下盖上平面的中心位置处设有的2～5个油孔相通，所述孔状液压油腔的底部与柱塞套的柱塞孔同中心相通；每个泵头下盖与对应的隔膜间的空间构成的油腔通过各自对应的油管与油杯部件相通。

泵头下盖与柱塞套之间安装有高压密封圈。

所述凸轮轴安装在左、右两个圆锥滚子轴承中，凸轮轴的输入端设有联轴器。

所述下泵体上部一侧开有窗口，窗口装有窗口盖；下泵体中部一侧装有油标尺，下泵体的底部装有放油螺钉。

所述挺柱的圆柱面沿竖直方向开有直槽，定位螺钉置入直槽内。

所述柱塞和柱塞套构成柱塞偶件，柱塞偶件数与凸轮轴上的凸轮数、油杯部件数相等，柱塞的圆柱面中部开有环形减压槽；柱塞偶件的材质为优质合金钢，柱塞8和柱塞套6的间隙为0.0012～0.0025mm。

所述油杯部件由油杯罩、卸压阀、放气阀、补油阀和阀座组成。卸压阀、放气阀、补油阀均匀地布置在阀座上，阀座中设有油道，卸压阀、放气阀和补油阀通过所述油道与油管相通。

由于采用上述方案，本实用新型的凸轮轴上的凸轮与滚轮活动接触，凸轮的偏心旋转运动带动柱塞在柱塞套中上下往复运动；柱塞的往复运动使液压油来回挤压隔膜，隔膜反复鼓动，从而达到吸排二甲醚燃料的目的；凸轮轴的动力直接来源于发动机，足以提供10MPa以上的输出压力；凸轮轴上设有2～4个凸轮，凸轮与凸轮之间的间隔角相等，在凸轮轴转动时，各个凸轮交替工作，提高了供油频率，减少了柱塞的行程和每行程供油量，从而减小了隔膜的挠曲度，在保证二甲醚燃料流量的同时，可增加隔膜的寿命。因此，本装置结构简单，压力高，压力脉动小，工作寿命长。

本实用新型采用的柱塞偶件一般用优质合金钢制造，经过精细加工和配对研磨，使柱塞和柱塞套之间的配合间隙在0.0012～0.0025mm之间，保证了柱塞偶件间的密封性，与传统的填料密封方式相比，进一步减小了本装置的体积；柱塞偶件靠液压油实现自润滑，液压油可选用柴油或与柴油粘度相近的液压油；柱塞的圆柱面上开有环形减压槽，形成减压带，减少液压油的泄漏量，进一步提高了密封性；二甲醚燃料与液压油通过隔膜隔开，且二甲醚燃料不与柱塞偶件接触。因此，本装置有效地解决了因二甲醚低粘性带来的柱塞偶件磨损问题。

本实用新型采用的油杯部件为液压油供给控制系统，隔膜与柱塞上端面之间相通的空间构成液压腔，液压油从油杯部件中通过油管进入到液压腔。在向液压腔内灌注液压油时，打开放气阀，排出液压腔内的气体；当液压腔内压力异常升高时，卸压阀起跳，对隔膜和泵头起到了保护作用，卸压阀的起跳压力设为二甲醚燃料排出压力的1.1倍左右；当液压腔的液压油达到一定的泄漏量时，补油阀开启，实现自动补油。油杯部件通过油管与泵头下盖连接，使液压油供给控制系统与泵体分开，增加了安装和操作的便利性。因此，本装置操作便利，使用安全。

因此，本实用新型具有结构简单、体积小、压力高、压力脉动小、操作便利、使用安全等特点，能有效解决二甲醚因低粘性带来的柱塞偶件磨损问题，并能满足车用化要求。

附图说明

图l为本实用新型的一种结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为图2中的油杯部件26的结构示意图；

图4为图3的右视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

实施例1

一种二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵，如图1和图2所示，泵体由上泵体5与下泵体10通过螺柱连接组成。凸轮轴15水平地安装在下泵体10的下部，凸轮轴15上设有2个凸轮；下泵体10设有2个挺柱孔，每个挺柱孔位于对应凸轮的正上方，每个挺柱孔中均装有挺柱体部件，挺柱体部件由挺柱13、滚轮14和滚轮销12组成，滚轮14通过滚轮销12安装在挺柱13中，凸轮轴15上的每个凸轮与各自对应的滚轮14活动接触，挺柱13的上端装有调整垫块11。

在上泵体5中设有2个柱塞套孔，每个柱塞套孔均装有柱塞套6，每个柱塞套6中的柱塞8下端与对应的调整垫块11活动接触；柱塞弹簧7的上端支承在上泵体5的下平面，柱塞弹簧7的下端支承在柱塞8下部的弹簧座9上。

每个泵头下盖3的凸起部分嵌入对应的柱塞套孔的上部，泵头上盖1与泵头下盖3通过螺柱固定在上泵体5上，泵头上盖1与泵头下盖3之间的中心位置处设有膈膜2；泵头上盖1安装有进油阀23和出油阀22，进油阀23的出口通过油道和出油阀22的进口相通，所述油道与泵头上盖1下平面的中心位置处设有的2～5个油孔相通；泵头下盖3下部设有孔状液压油腔，所述孔状液压油腔的顶部与泵头下盖3上平面的中心位置处设有的2～5个油孔相通，所述孔状液压油腔的底部与柱塞套6的柱塞孔同中心相通；每个泵头下盖3与对应的隔膜2间的空间构成的油腔通过各自的油管25与油杯部件26相通。

泵头下盖3与柱塞套6之间安装有高压密封圈4。

所述凸轮轴15安装在左、右两个圆锥滚子轴承18中，凸轮轴15的输入端设有联轴器19。

所述下泵体10上部一侧开有窗口，窗口装有窗口盖21；下泵体10中部一侧装有油标尺17，下泵体10的底部装有放油螺钉16。

所述挺柱13的圆柱面沿竖直方向开有直槽，定位螺钉24置入直槽内。

所述柱塞8和柱塞套6构成柱塞偶件，柱塞偶件数与凸轮轴15上的凸轮数、油杯部件26数均为2个，柱塞8的圆柱面中部开有环形减压槽20；柱塞偶件的材质为优质合金钢，柱塞8和柱塞套6的间隙为0.0012～0.0025mm。

如图3和图4所示，所述油杯部件26由油杯罩27、卸压阀30、放气阀31、补油阀28和阀座29组成。卸压阀30、放气阀31、补油阀28均匀地布置在阀座29上，阀座29中设有油道，卸压阀30、放气阀31和补油阀28通过所述油道与油管25相通。

实施例2

一种二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵。除凸轮轴15上设有的凸轮、柱塞偶件、油杯部件26、挺柱体部件、泵头上盖1、泵头下盖3和隔膜2均为3～4个外，其余同实施例1。

本具体实施方式的凸轮轴15上的凸轮与滚轮14活动接触，凸轮的偏心旋转运动带动柱塞8在柱塞套6中上下往复运动；柱塞8的往复运动使液压油来回挤压隔膜2，隔膜2反复鼓动，从而达到吸排二甲醚燃料的目的；凸轮轴15的动力直接来源于发动机，足以提供10MPa以上的输出压力；凸轮轴15上设有2～4个凸轮，凸轮与凸轮之间的间隔角相等，在凸轮轴15转动时，各个凸轮交替工作，提高了供油频率，减少了柱塞8的行程和每行程供油量，从而减小了隔膜2的挠曲度，在保证二甲醚燃料流量的同时，可增加隔膜2的寿命。因此，本装置结构简单，压力高，压力脉动小，工作寿命长。

本具体实施方式采用的柱塞偶件用优质合金钢制造，经过精细加工和配对研磨，使柱塞8和柱塞套6之间的配合间隙在0.0012～0.0025mm之间，保证了柱塞偶件间的密封性，与传统的填料密封方式相比，进一步减小了本装置的体积；柱塞偶件靠液压油实现自润滑，液压油选用柴油或与柴油粘度相近的液压油；柱塞8的圆柱面上开有环形减压槽20，形成减压带，减少液压油的泄漏量，进一步提高了密封性；二甲醚燃料与液压油通过隔膜2隔开，且二甲醚燃料不与柱塞偶件接触。因此，本装置有效地解决了因二甲醚低粘性带来的柱塞偶件磨损问题。

本具体实施方式采用的油杯部件26为液压油供给控制系统，隔膜2与柱塞8上端面之间相通的空间构成液压腔，液压油从油杯部件26中通过油管25进入到液压腔。在向液压腔内灌注液压油时，打开放气阀31，排出液压腔内的气体；当液压腔内压力异常升高时，卸压阀30起跳，对隔膜2和泵头起到了保护作用，卸压阀30的起跳压力设为二甲醚燃料排出压力的1.1倍左右；当液压腔的液压油达到一定的泄漏量时，补油阀28开启，实现自动补油。油杯部件26通过油管25与泵头下盖3连接，使液压油供给控制系统与泵体分开，增加了安装和操作的便利性。因此，本装置操作便利，使用安全。

因此，本具体实施方式具有结构简单、体积小、压力高、压力脉动小、操作便利、使用安全等特点，能有效解决二甲醚因低粘性带来的柱塞偶件磨损问题，并能满足车用化要求。

Claims

1.一种二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵，其特征在于：泵体由上泵体(5)与下泵体(10)通过螺柱连接组成；凸轮轴(15)水平地安装在下泵体(10)的下部，凸轮轴(15)上设有2～4个凸轮；下泵体(10)设有与凸轮个数相等的挺柱孔，每个挺柱孔位于对应凸轮的正上方，每个挺柱孔中均装有挺柱体部件，挺柱体部件由挺柱(13)、滚轮(14)和滚轮销(12)组成，滚轮(14)通过滚轮销(12)安装在挺柱(13)中，凸轮轴(15)上的每个凸轮与各自对应的滚轮(14)活动接触，挺柱(13)的上端装有调整垫块(11)；

在上泵体(5)中设有与凸轮个数相等的柱塞套孔，每个柱塞套孔均装有柱塞套(6)，每个柱塞套(6)中的柱塞(8)下端与对应的调整垫块(11)活动接触；柱塞弹簧(7)的上端支承在上泵体(5)的下平面，柱塞弹簧(7)的下端支承在柱塞(8)下部的弹簧座(9)上；

每个泵头下盖(3)的凸起部分嵌入对应的柱塞套孔的上部，泵头上盖(1)与泵头下盖(3)通过螺柱固定在上泵体(5)上，泵头上盖(1)与泵头下盖(3)之间的中心位置处设有隔膜(2)；泵头上盖(1)安装有进油阀(23)和出油阀(22)，进油阀(23)的出口通过油道和出油阀(22)的进口相通，所述油道与泵头上盖(1)下平面的中心位置处设有的2～5个油孔相通；泵头下盖(3)下部设有孔状液压油腔，所述孔状液压油腔的顶部与泵头下盖(3)上平面的中心位置处设有的2～5个油孔相通，所述孔状液压油腔的底部与柱塞套(6)的柱塞孔同中心相通；每个泵头下盖(3)与对应的隔膜(2)间的空间构成的油腔通过各自的油管(25)与油杯部件(26)相通；

泵头下盖(3)与柱塞套(6)之间安装有高压密封圈(4)。

2.根据权利要求1所述的二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵，其特征在于所述凸轮轴(15)安装在左、右两个圆锥滚子轴承(18)中，凸轮轴(15)的输入端设有联轴器(19)。

3.根据权利要求1所述的二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵，其特征在于所述下泵体(10)上部一侧开有窗口，窗口装有窗口盖(21)；下泵体(10)中部一侧装有油标尺(17)，下泵体(10)的底部装有放油螺钉(16)。

4.根据权利要求1所述的二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵，其特征在于所述挺柱(13)的圆柱面沿竖直方向开有直槽，定位螺钉(24)置入直槽内。

5.根据权利要求1所述的二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵，其特征在于所述柱塞(8)和柱塞套(6)构成柱塞偶件，柱塞偶件数与凸轮轴(15)上的凸轮数、油杯部件(26)数相等，柱塞(8)的圆柱面中部开有环形减压槽(20)；柱塞偶件的材质为优质合金钢，柱塞(8)和柱塞套(6)的间隙为0.0012～0.0025mm。

6.根据权利要求1所述的二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵，其特征在于所述油杯部件(26)由油杯罩(27)、卸压阀(30)、放气阀(31)、补油阀(28)和阀座(29)组成，卸压阀(30)、放气阀 (31)、补油阀(28)均匀地布置在阀座(29)上，阀座(29)中设有油道，卸压阀(30)、放气阀(31)和补油阀(28)通过所述油道与油管(25)相通。