CN215109070U - 二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种二甲醚‑天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，包括：供气组件；执行组件；所述执行组件包括气液执行机构，所述气液执行机构与所述供气组件相连接；所述气液执行机构包括气液转换件和液压执行件，所述气液转换件与所述液压执行件相连接，所述液压执行件与所述二甲醚‑天然气发动机的上阀门弹簧座相连接。本实用新型在满足二甲醚‑天然气发动机预混压燃系统阀门控制功能的前提下，具有实现阀门正时和升程可变并保持阀门一定时间开启状态的特点。

Description

二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置

技术领域

本实用新型涉及发动机的技术领域，具体地，主要涉及二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置。

背景技术

随着中国经济的快速发展，电子商务的繁荣，物流行业的迅速崛起，用于货运的中重型汽车保有量大幅增加，电动卡车存在着续航、重量、成本的问题，传统的发动机汽车仍存在较大优势，为节约能源，减小环境污染，因此发展发动机的新型环保清洁的替代能源显得尤为重要。目前能够在发动机上使用的替代燃料包括甲醇、乙醇、天然气、液化石油气、二甲醚、和生物柴油等。

天然气的主要成分是甲烷(CH4)，是碳氢原子比最小的烃类化合物，在产生相同的热量下CH4与汽油和柴油相比产生更少的CO2和NOX，而且天然气资源丰富。

二甲醚分子式为C2H6O，同等热量条件下，二甲醚比天然气、液化石油气的燃烧效率更高，二甲醚十六烷值较高，特性与柴油相近，排放性能优越。

均质压燃(HCCI)可使发动机在中等负荷工况下不用点燃即可实现压燃燃烧，具有排放低、效率高等优点，但难以应用于内燃机低负荷和高负荷工况，且存在混合气制备和燃烧控制的问题。

因此，预混压燃(PCCI)燃烧方式得到发展，PCCI燃烧方式中混合气通过喷油策略在气缸内实现了温度和浓度梯度分层，使不同浓度梯度的混合气在缸内扩散燃烧，以此控制燃烧速度，降低燃烧放热率，所以PCCI燃烧可以应用在低高负荷工况下。

为进一步减少碳烟和NOX排放，宋钧等人提出一种二甲醚可控预混合新型燃烧(CPC)概念(Jun Song,Zhen Huang,Xinqi Qiao.Performance of a controllablepremixed combustion engine fueled with dimethyl ether.Energy Conversion andManagement.2004,45：2223–2232)。采用控制阀解决了预混合燃烧方式中存在的预混合气制备与着火及燃烧过程的控制问题。

现有的二甲醚发动机预混压燃燃烧系统由主燃烧室和副燃烧室构成，主副燃烧室通道阀门的开闭动作是由电液控制装置来实现的，(张光德，周吉伟.用于二甲醚发动机预混压燃系统阀门电液控制装置：CN201620192862.3[P].2016-07-12)实现了控制阀的正时和升程可变，可维持一定时间阀门的较大开度，但也依赖凸轮传递驱动力，不能满足发动机缸内实际燃烧最佳控制，且机械传动部件增加，不利于发动机整体布置，成本较高。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置。

本实用新型公开的一种二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置包括：供气组件；执行组件；所述执行组件包括气液执行机构，所述气液执行机构与所述供气组件相连接；所述气液执行机构包括气液转换件和液压执行件，所述气液转换件与所述液压执行件相连接，所述液压执行件与所述二甲醚-天然气发动机的上阀门弹簧座相连接。

优选地，所述供气组件包括气源装置、气压分配件和调压件，所述气源装置与所述气压分配件相连接，所述调压件安装于所述气压分配件上。

优选地，所述气液执行机构还包括第一电磁阀，所述第一电磁阀与所述气压分配件和所述气液转换件相连接；所述执行组件还包括泄气缓冲机构和电控机构，所述泄气缓冲机构包括第二电磁阀，所述第二电磁阀与所述第一电磁阀相连接，且所述第二电磁阀与大气相接通；所述电控机构与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀相连接。

优选地，所述第二电磁阀通过管道与大气接通，且所述管道的端部安装有消音器。

优选地，所述泄气缓冲机构还包括节流阀，所述第一电磁阀与所述第二电磁阀通过管道相连接，所述节流阀的一个接口通过管道与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀之间的管道相连接，另一个接口与安装有所述消音器的管道相连接。

优选地，所述电控机构包括压力传感器、电子控制单元ECU和电磁阀控制模块，所述压力传感器安装于所述气压分配件上，所述电子控制单元ECU与所述压力传感器和所述电磁阀控制模块相连接，所述电磁阀控制模块与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀相连接。

优选地，所述气源装置通过管道与所述气压分配件相连接，所述供气组件还包括单向阀，所述单向阀安装于所述气源装置和所述气压分配件之间的管道上。

优选地，所述液压执行件为液压缸，所述液压缸上安装有锁紧套筒。

优选地，所述第一电磁阀采用三位三通电磁阀，所述第二电磁阀采用两位两通电磁阀。

优选地，所述气液转换件为气液转换器，所述气压分配件为气压分配管，所述调压件为可调泄压阀，所述压力传感器为管压传感器。

通过采用上述技术方案，发动机工作时，供气组件向气液执行机构供气，由气液转换件驱动液压执行件动作，进而控制发动机的阀门，因此，由气压力驱动的液压回路，克服了气动加载冲击大、负载不稳，以及液压加载需配置的油源、管件和泵阀的成本高等问题，兼顾气动加载和液压加载的优点。液压油位于封闭的回路中，若发生泄漏可以调节气压分配管输送较高压力的气体来补偿，使阀门的最大升程不受影响。

气源装置可由气压制动的汽车或具有干净高压气源的汽车提供，成本低，而且本实用新型结构简单，有利于发动机的整体布置，减轻了发动机的整备质量。在保证动力性、稳定性较好的情况下，大大降低成本。此外，气动系统中空气来源方便，处理方便，无污染。气动系统对工作环境适应性好，安全可靠性高，利用空气的可压缩性可以储存能量。

气压信号实现自动控制，反应快，电控单元ECU可以通过控制两位两通电磁阀和三位三通电磁阀的开闭时刻，精准灵活地控制阀门的开闭时刻并保持阀门一定时间的开启状态；阀门关闭时，通过泄气缓冲回路可以有效减缓阀门与阀门座之间的冲击，减小噪声并延长阀门使用寿命。

气液转换器泄气过程中，当阀门接近落座时，电磁阀控制模块关闭两位两通电磁阀，高压空气经过节流阀和消音器再排入大气，空气回流速度减缓，完成缓冲泄气过程，有利于实现阀门的平稳关闭。

此外，在发动机压缩行程的末期，为了防止阀门开度过大或速度过快，除精确控制三位三通电磁阀的开启时间之外，还能够控制锁紧套筒及时锁紧液压缸活塞杆。

综上所述，本实用新型的有益效果在于：在满足二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门控制功能的前提下，具有实现阀门正时和升程可变并保持阀门一定时间开启状态的特点，从而使发动机具有燃烧效率高、噪声小、成本低、污染小、阀门使用寿命长、整备质量轻等优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中二甲醚-天然气发动机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的整体结构示意图。

附图标记说明：01、副燃烧室；011、电控直喷喷油器；02、主燃烧室；03、发动机活塞；04、阀门；041、阀杆；042、头部；05、上阀门弹簧座；06、下阀门弹簧座；07、阀门弹簧；1、供气组件；11、气源装置；12、单向阀；13、气压分配件；14、调压件；2、执行组件；21、气液执行机构；211、第一电磁阀；212、气液转换件；213、液压执行件；2131、锁紧套筒；22、泄气缓冲机构；221、第二电磁阀；222、消音器；223、节流阀；23、电控机构；231、压力传感器；232、电子控制单元ECU；233、电磁阀控制模块。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参照图1，现有的二甲醚-天然气发动机包括副燃烧室01、主燃烧室02、发动机活塞03、阀门04、上阀门弹簧座05、下阀门弹簧座06和阀门弹簧07，其中，副燃烧室01固定在主燃烧室02的上方，并具有一与主燃烧室02相连通的通道，副燃烧室01上还安装有电控直喷喷油器011，用于向副燃烧室01内喷入燃料；阀门04安装于副燃烧室01和主燃烧室02之间的通道处，而发动机活塞03安装于主燃烧室02内，用于与主燃烧室02相配合完成发动机工作循环的四个冲程。下阀门弹簧座06固定于副燃烧室01的上部，上阀门弹簧座05设置在下阀门弹簧座06的上方，阀门弹簧07安装于下阀门弹簧座06和上阀门弹簧座05之间，阀门弹簧07采用圆簧，其下端固定在下阀门弹簧座06上，上端固定在上阀门弹簧座05上。

此外，阀门04包括一个长杆状的阀杆041和固定在阀杆041一端的头部042，阀杆041穿过副燃烧室01和主燃烧室02之间的通道，头部042用于将副燃烧室01和主燃烧室02之间的通道封闭，阀杆041自由穿过副燃烧室01、下阀门弹簧座06及阀门弹簧07的内圈，而阀杆041背离头部042的端部固定在上阀门弹簧座05的下部。

参照图2，本实用新型实施例公开的一种二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置包括供气组件1和执行组件2，其中，供气组件1包括气源装置11、单向阀12、气压分配件13和调压件14，气源装置11由气压制动的汽车或具有干净高压气源的汽车提供，在本实施例中，它包括空气压缩机、后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器、分水过滤器、减压阀、压力表和油雾器，用于提供去除水蒸气、粉尘、变质油雾等多余杂质的空气，气源装置11的结构为本领域技术人员容易获知的现有技术，在此不再赘述。

参照图2，在本实施例中，气压分配件13为气压分配管，调压件14为可调泄压阀，气源装置11的出气口通过管道与气压分配管的进气口相连通，且单向阀12安装于该管道上，单向阀12用于使气体从气源装置11单向进入气压分配管中，在本实施例中，单向阀12采用球形阀芯直通式、柱形阀芯直通式和锥形阀芯直通式中的一种；另外，可调泄压阀安装于气压分配管上，用于调节从气压分配管的出气口处所送出的气体的气压。

参照图2，执行组件2包括气液执行机构21、泄气缓冲机构22和电控机构23，其中，气液执行机构21包括第一电磁阀211、气液转换件212和液压执行件213，泄气缓冲机构22包括第二电磁阀221、消音器222和节流阀223，在本实施例中，第一电磁阀211采用三位三通电磁阀，第二电磁阀221采用两位两通电磁阀，三位三通电磁阀具有O、T、P三个接口，P接口同一时刻与O、T两接口其中之一相接通，或与O、T两接口均不接通，两位两通电磁阀具有A、P两个接口，A、P两接口同一时刻为接通或断开状态。

参照图1和图2，在本实施例中，气液转换件212为气液转换器，液压执行件213为液压缸，气液转换器的进气口与第一电磁阀211的P接口相连通，出油口与液压缸无杆腔的顶部相连通，气液转换器内的活塞及隔膜会根据其两侧气压和油压的不同，而向进气口或出油口的方向移动；液压缸的活塞杆与二甲醚-天然气发动机的阀门弹簧07和阀杆041位于同一中心线上，液压缸的活塞杆穿出缸筒后抵在二甲醚-天然气发动机的上阀门弹簧座05的上部，从而液压缸活塞杆的动作可以控制上阀门弹簧座05的动作，此外，液压缸上安装有锁紧套筒2131，具有对活塞杆进行锁紧定位的功能。

参照图2，第一电磁阀211的O接口通过管道与气压分配管的排气口相连通、T接口通过管道与第二电磁阀221的A接口相连通，第二电磁阀221的P接口通过管道连接有消音器222，消音器222安装在管道背离第二电磁阀221的端部，使第二电磁阀221的P接口通过消音器222与大气连通；此外，节流阀223的一个接口通过管道与第二电磁阀221的A接口所连接的管道相连通，另一个接口通过管道与第二电磁阀221的P接口所连接的管道相连通。

参照图2，电控机构23包括压力传感器231、电子控制单元ECU232和电磁阀控制模块233，其中，压力传感器231安装在气压分配件13上，用于检测气压分配件13内的气压，在本实施例中，压力传感器231采用管压传感器；电磁阀控制模块233分别与第一电磁阀211和第二电磁阀221电性连接，而电子控制单元ECU232分别与压力传感器231和电磁阀控制模块233电性连接，电子控制单元ECU232能够根据压力传感器231的信号向电磁阀控制模块233发出指令，从而控制第一电磁阀211和第二电磁阀221的动作，此为本领域技术人员容易获知的现有技术，在此不再赘述。

本实施例的工作原理和有益效果：

当汽车的发动机开始工作时，进入第一个工作循环，电子控制单元ECU232向电磁阀控制模块233发出指令，电磁阀控制模块233控制第一电磁阀211的O口和P口接通，T口关闭，高压空气通过第一电磁阀211进入气液转换器，高压空气推动气液转换器中的液压油进入液压缸的无杆腔中，当液压油作用在液压缸活塞表面上的压力等于阀门弹簧07的预紧力时，阀门04处于关闭的临界状态。此时，电磁阀控制模块233收到指令，关闭第一电磁阀211，第一电磁阀211的O口、P口和T口互不接通，完成气动系统的初次供气。除第一个工作循环外，上述气动系统的初次供气在发动机压缩行程完成。

在发动机第一个工作循环的进气行程时，电子控制单元ECU232向电磁阀控制模块233发出指令，电磁阀控制模块233控制第一电磁阀211的O口和P口接通，高压空气通过第一电磁阀211进入气液转换器，液压油进入液压缸的无杆腔中，当液压油作用在液压缸活塞表面上的压力大于阀门弹簧07的预紧力时，活塞向下运动，活塞通过上阀门弹簧座05推动阀门04向下运动，阀门04开启，天然气和空气在进气道形成混合气由进气门进入主燃烧室02，空气进入副燃烧室01。随着气液转换器内供气的持续，阀门04逐渐增大，当阀门04达到一定升程时，液压缸的活塞上端面受到的液压油压力等于阀门弹簧07的弹力，活塞处于静止状态，关闭第一电磁阀211，此时阀门04达到空气进入副燃烧室01所需一定升程。阀门04的升程可根据二甲醚发动机的实际工况，通过调压件14来输送不同压力的气体来进行相应的调节，改善了混合气质量，进而有效提高发动机的燃烧效率，减少燃烧污染物的排放。

在发动机进气行程末期时，电子控制单元ECU232向电磁阀控制模块233发出指令，电磁阀控制模块233控制第一电磁阀211的T口和P口接通，并开启第二电磁阀221，这时阀门弹簧07的弹力大于液压缸内的压力，阀门弹簧07通过推动上阀门弹簧座05使液压缸的活塞上移，液压油被压入气液转换器中，压缩气体此刻被压进泄气缓冲回路，经过第二电磁阀221和消音器222排入大气。当阀门04接近落座时，电磁阀控制模块233关闭第二电磁阀221，高压空气经过节流阀223和消音器222再排入大气，空气回流速度减缓，完成缓冲泄气过程，实现阀门04的平稳关闭。

在发动机压缩行程中，发动机活塞03对主燃烧室02内的混合气体进行压缩。在压缩行程初期，电控直喷喷油器011向副燃烧室01喷入一定量二甲醚。在压缩行程末期，电子控制单元ECU232向电磁阀控制模块233发出指令，电磁阀控制模块233控制第一电磁阀211的O口和P口接通，压缩空气通过第一电磁阀211进入气液转换器，液压油又进入液压缸的无杆腔中，液压缸的活塞向下运动，活塞通过上阀门弹簧座05推动阀门04向下运动，阀门04开启且开度逐渐增大，到达某一极限时，关闭第一电磁阀211。为了防止阀门04开度过大或速度过快，除精确控制第一电磁阀211的开启时间之外，还可以控制锁紧套筒2131及时锁紧液压缸活塞杆。阀门04开启时，被压缩的高温高压的天然气和空气混合气瞬间进入到副燃烧室01，二甲醚、空气混合气与天然气、空气混合气混合并在副燃烧室01内着火燃烧，副燃烧室01的温度和压力瞬间增大，燃气和未燃混合气从副燃烧室01冲入主燃烧室02中，从而可燃混合气在主燃烧室02内燃烧膨胀做功完成做功行程。

做功行程完毕后进入排气行程，此时阀门04依然保持开启，主燃烧室02和副燃烧室01中的废气在排气行程中被排出，准备进入下一工作循环的进气行程，完成第一个工作循环。

在发动机第一个工作循环之后的工作循环中，进气行程初期，天然气和空气在进气道形成混合气进入主燃烧室02，而阀门04已在上一工作循环的压缩行程末期打开，气体能够进入副燃烧室01，阀门04在进气行程末端时关闭，压缩行程末期时打开，完成工作循环。

上仅为本实用新型的实施方式而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，包括：

供气组件(1)；

执行组件(2)；所述执行组件(2)包括气液执行机构(21)，所述气液执行机构(21)与所述供气组件(1)相连接；

所述气液执行机构(21)包括气液转换件(212)和液压执行件(213)，所述气液转换件(212)与所述液压执行件(213)相连接，所述液压执行件(213)与所述二甲醚-天然气发动机的上阀门弹簧座(05)相连接。

2.根据权利要求1所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述供气组件(1)包括气源装置(11)、气压分配件(13)和调压件(14)，所述气源装置(11)与所述气压分配件(13)相连接，所述调压件(14)安装于所述气压分配件(13)上。

3.根据权利要求2所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述气液执行机构(21)还包括第一电磁阀(211)，所述第一电磁阀(211)与所述气压分配件(13)和所述气液转换件(212)相连接；

所述执行组件(2)还包括泄气缓冲机构(22)和电控机构(23)，所述泄气缓冲机构(22)包括第二电磁阀(221)，所述第二电磁阀(221)与所述第一电磁阀(211)相连接，且所述第二电磁阀(221)与大气相接通；

所述电控机构(23)与所述第一电磁阀(211)和所述第二电磁阀(221)相连接。

4.根据权利要求3所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述第二电磁阀(221)通过管道与大气接通，且所述管道的端部安装有消音器(222)。

5.根据权利要求4所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述泄气缓冲机构(22)还包括节流阀(223)，所述第一电磁阀(211)与所述第二电磁阀(221)通过管道相连接，所述节流阀(223)的一个接口通过管道与所述第一电磁阀(211)和所述第二电磁阀(221)之间的管道相连接，另一个接口与安装有所述消音器(222)的管道相连接。

6.根据权利要求3-5任一所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述电控机构(23)包括压力传感器(231)、电子控制单元ECU(232)和电磁阀控制模块(233)，所述压力传感器(231)安装于所述气压分配件(13)上，所述电子控制单元ECU(232)与所述压力传感器(231)和所述电磁阀控制模块(233)相连接，所述电磁阀控制模块(233)与所述第一电磁阀(211)和所述第二电磁阀(221)相连接。

7.根据权利要求2-5任一所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述气源装置(11)通过管道与所述气压分配件(13)相连接，所述供气组件(1)还包括单向阀(12)，所述单向阀(12)安装于所述气源装置(11)和所述气压分配件(13)之间的管道上。

8.根据权利要求1-5任一所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述液压执行件(213)为液压缸，所述液压缸上安装有锁紧套筒(2131)。

9.根据权利要求3-5任一所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述第一电磁阀(211)采用三位三通电磁阀，所述第二电磁阀(221)采用两位两通电磁阀。

10.根据权利要求6所述的二甲醚-天然气发动机预混压燃系统阀门气液控制装置，其特征在于，所述气液转换件(212)为气液转换器，所述气压分配件(13)为气压分配管，所述调压件(14)为可调泄压阀，所述压力传感器(231)为管压传感器。

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