專利名稱：二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共軌式電控噴射系統(tǒng)，具體涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴 射二甲醚或與二甲醚物性類似的低粘度燃料的共軌式電控噴射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
二甲醚(DME)被譽(yù)為"二十一世紀(jì)的柴油機(jī)綠色替代燃料"，但是二甲 醚在常溫常壓是一種氣體，存在粘度低、密封性差的特點(diǎn)，噴射系統(tǒng)中柱 塞偶件的密封和磨損問題是應(yīng)用中的難題。除二甲醚之外其它低粘度燃料 如液化石油氣(LPG),用于內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴射時(shí)同樣存在由于燃料的低粘度 而造成的噴射系統(tǒng)柱塞偶件的密封和磨損問題。AVL公司在美國專利 US006119664A中公開了 一種低粘度燃料的共軌式電控噴射系統(tǒng)，包括高壓 泵、共軌管、電控噴射器、電控單元，所用的高壓泵將燃料加壓到200 -350bar送到共軌管內(nèi)，在共軌管與噴射器之間，接有一二位三通電磁閥， 當(dāng)二位三通電磁閥將共軌與噴射器接通時(shí)，噴射器開始噴射，當(dāng)二位三通 閥與回油管接通時(shí)，噴射器停止噴射。這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是用高壓油泵直 接對二甲醚進(jìn)行加壓，油泵柱塞偶件的密封和磨損問題不可避免。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，提出一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)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損問題，從而大幅度提高系 統(tǒng)的壽命和可靠性。
上述目的是通過如下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的 一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，包括容納二甲醚或其它低粘度燃 料的燃料箱3、高壓泵8、共軌管2、電控噴射器9、電控單元6，電控噴油 器經(jīng)高壓管5與共軌管2聯(lián)通，還包括
一容納加壓工質(zhì)12的工質(zhì)箱11、 一用于切換工質(zhì)輸送方向的換向元件 13、 一將工質(zhì)壓力傳遞給燃料的壓力轉(zhuǎn)換裝置32;上述工質(zhì)箱ll、高壓泵
48、換向元件13、壓力轉(zhuǎn)換裝置21經(jīng)管道依次連接。壓力轉(zhuǎn)換裝置的輸入
端21與燃料箱3內(nèi)的燃料4相通，壓力轉(zhuǎn)換裝置的輸出端23與共軌管2 連接。
上述壓力轉(zhuǎn)換裝置32包括至少2個(gè)并聯(lián)連接的工作單元31,上述工作 單元由一隔離元件22分隔成燃料腔25和工質(zhì)腔28。上述隔離元件22在壓 差作用下在燃料腔25與工質(zhì)腔28之間自由變形或移動(dòng)。工作單元數(shù)量優(yōu) 選2個(gè)。
上述燃料腔25并聯(lián)一進(jìn)油單向間22和一出油單向閥24,進(jìn)油單向閥 與輸入端相連，出油單向閥與輸出端相連。燃料腔內(nèi)充燃料。
上述工質(zhì)腔28經(jīng)工質(zhì)出入口 29、管道26與換向元件的輸出口 14連接。
工質(zhì)腔內(nèi)充液態(tài)工質(zhì)12。
作為優(yōu)選方案，上述液態(tài)工質(zhì)12為柴油、發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油、液壓油三者 中的任何一種。
作為優(yōu)選方案，上述的隔離元件27是一柔性膜片，柔性膜片的外圍無 泄漏地固定在工作單元?dú)んw30的內(nèi)壁上。進(jìn)一步優(yōu)選，上述的柔性膜片是 由氟橡膠制成。
上述的換向元件13優(yōu)選受電控單元6控制的二位四通電磁閥，二位四 通電磁閥的壓力輸入口 17與高壓泵的出油口 IO連接，二位四通電磁閥的 回液口 16與工質(zhì)箱11連通。
作為工質(zhì)壓力控制的優(yōu)選方案，在高壓泵8與二位四通電磁閥之間連 接的受電控單元6控制的卸壓閥7,卸壓閥回液口 15與工質(zhì)箱11連接。作 為進(jìn)一步提高共軌壓力控制精度的改進(jìn)方案，還包括安裝在上述共軌管2 上一個(gè)用于測量共軌管2內(nèi)燃料壓力的壓力傳感器1，壓力傳感器1的輸出 信號(hào)線與電控單元6相連。作為降低發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)燃料泄漏，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性的改進(jìn)方案， 在壓力轉(zhuǎn)換裝置出油總管34與共軌管2之間串接一受電控單元控制的電控 單向閥35，當(dāng)電控單向閩35通電時(shí)，該閥雙向?qū)?，?dāng)電控單想閥35斷 電時(shí)，共軌管2內(nèi)的液體或氣體可以通過該閥流出，而反向則截止。
上述設(shè)計(jì)使得油泵避免直接對低粘度燃料進(jìn)行加壓，也就徹底避免了 因燃料的低粘度而造成的高壓泵柱塞的泄漏和磨損問題，從而大大提高系 統(tǒng)的使用壽命，并且可以使用液壓行業(yè)通用的高壓泵作為高壓油泵，降低 了系統(tǒng)的成本。經(jīng)過長時(shí)間的考核證明，上述設(shè)計(jì)的二甲醚共軌式電控噴 射系統(tǒng)，油泵的柱塞偶件無異常磨損。

圖1為二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對這種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理作 進(jìn)一步說明。
如圖1所示， 一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，包括燃料箱容納二甲 醚或其他低粘度燃料4的燃料箱3、高壓泵8、共軌管2、電控噴射器9、 電控單元6,電控噴油器9經(jīng)高壓管5與共軌管2聯(lián)通，還包括 一容納加 壓工質(zhì)12的工質(zhì)箱11、 一用于切換工質(zhì)輸送方向的換向元件13、 一將工 質(zhì)壓力傳遞給燃料的壓力轉(zhuǎn)換器32，工質(zhì)箱ll、高壓泵8、換向元件13、 壓力轉(zhuǎn)換裝置32經(jīng)管道依次連接。壓力轉(zhuǎn)換裝置32由兩個(gè)工作單元31組 成，每個(gè)工作單元由一個(gè)隔離元件27將工作單元31的內(nèi)腔隔離成一個(gè)充 填燃料4的燃料腔25和充填工質(zhì)12的工質(zhì)腔28。隔離元件27可以在壓差 作用下在兩個(gè)腔室之間自由變形或移動(dòng)，從而將工質(zhì)腔28內(nèi)的壓力傳遞給 燃料腔25。
燃料腔25并聯(lián)一進(jìn)油單向閥22和一出油單向閥24，進(jìn)油單向閥22與輸入端21相連，出油單向閩24與輸出端23相連。工質(zhì)腔28經(jīng)工質(zhì)出入 口 29、管道26與換向元件的輸出口 14連接。
圖l所示的壓力轉(zhuǎn)換裝置32中的隔離元件27,是一柔性膜片，柔性膜 片的外圍無泄漏地固定在工作單元?dú)んw30的內(nèi)壁上，為了提髙膜片的抗腐 蝕和抗溶脹能力，該膜片由氟橡膠制成。隔離元件27還可以用其它方案， 比如釆用隔離活塞作為隔離元件27，隔離活塞通過在兩個(gè)腔室之間的自由 移動(dòng)傳遞壓力。壓力轉(zhuǎn)換裝置32中工作單元31的數(shù)量還可以是大于二的 偶數(shù)。
本實(shí)施例工質(zhì)箱11及高壓泵內(nèi)部的工質(zhì)12在常溫常壓下是液體，該 液體可以是液壓油、發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油或者柴油，本實(shí)施例采用發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油， 而工質(zhì)箱11就是發(fā)動(dòng)機(jī)的油底殼。
圖1所示的換向元件13是一受電控單元6控制的二位四通電磁閥，二 位四通電磁閥的壓力輸入口 17與高壓泵的出油口 IO連接，二位四通電磁 閩的回液口 16與工質(zhì)箱11連通。 一個(gè)二位四通電磁閥可以控制兩個(gè)工作 單元31,當(dāng)使用2個(gè)以上工作單元時(shí)，二位四通電磁閥數(shù)量成比例增多。 二位四通電磁閥還可以用其它元件替代，比如釆用4個(gè)電磁通斷閥的組合 替代 一個(gè)二位四通電磁閥。
如圖1所示，在高壓油泵8的出油口 10與換向元件13的高壓輸入口 17 之間的管道上，連接一個(gè)受電控單元6控制的電磁泄壓閥7,其回液口 15 與工質(zhì)箱ll相連。為了進(jìn)一步提高共軌壓力的控制精度，在共軌管2上安 裝了一個(gè)用于測量共軌管2內(nèi)燃料壓力的壓力傳感器l，壓力傳感器l的輸 出信號(hào)線與電控單元6相連。由于高壓油泵8的輸出壓力與共軌管2內(nèi)燃 料的壓力是基本相同的，所以該壓力傳感器1還可以安裝在高壓油泵8與 二位四通閥電磁閥之間的管路上。當(dāng)系統(tǒng)性能要求不高時(shí)，電磁泄壓閥7 可以用一個(gè)恒壓泄壓閥取代，壓力傳感器1取消，這樣高壓泵輸出的壓力
7恒定不可調(diào)。
如圖1所示，燃料腔25并聯(lián)一進(jìn)油單向閥22和一出油單向閥23。進(jìn)油 單向閥22經(jīng)進(jìn)油總管19與燃料箱3連接，在進(jìn)油總管19上，串接一手動(dòng) 關(guān)斷閥18和一受電控單元6控制的電磁關(guān)斷閥20，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間不工作 時(shí)，手動(dòng)閥關(guān)閉，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)遇到緊急情況，比如泄漏，電控關(guān)斷閥關(guān)閉。 出油單向閥24經(jīng)出油總管34與共軌管2連接，在出油總管34與共軌管2 之間串接一受電控單元6控制的電控單向閥35，當(dāng)電控單向閥35通電時(shí)， 該閥雙向?qū)?，?dāng)斷電時(shí)，共軌管2內(nèi)的液體或氣體可以通過該閥流出， 而反向則截止。在二甲醚的出油通道與進(jìn)油通道之間，還連接有一受電控 單元6控制的電磁關(guān)斷閥33，其一端連接在壓力轉(zhuǎn)換裝置32與電控單向閥 之間的出油總管34上，其另一端連接在壓力轉(zhuǎn)換裝置32與燃料箱3之間 的進(jìn)油總管19上。該閥的作用是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)之后，該閥導(dǎo)通，共軌管內(nèi) 二甲醚的壓力被釋放，降低到接近二甲醚油箱的壓力，從而減少電控噴射 器向發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的泄漏量，提高系統(tǒng)的安全性。 二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)的工作過程如下
燃料壓力的產(chǎn)生與控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，帶動(dòng)高壓油泵8轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng) 機(jī)潤滑油從工質(zhì)箱11吸入高壓油泵8，加壓后從出油口 IO輸出，電控單元 8通過電控卸壓閥7調(diào)節(jié)油泵的輸出壓力。加壓后的發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油輸出到二 位四通閥的壓力輸入口 17。 二位四通閥有兩個(gè)輸出口，這兩個(gè)輸出口中的 一個(gè)與壓力輸入口 17接通，從而向工質(zhì)腔28輸出高壓潤滑油，同時(shí)另一 個(gè)輸出口與回液口 16接通，從而回收來自工質(zhì)腔28的潤滑油。進(jìn)入壓力 轉(zhuǎn)換裝置32工作腔28內(nèi)的高壓機(jī)油，隔著膜片27對燃料腔25內(nèi)的燃料 進(jìn)行加壓，此時(shí)進(jìn)油單向閥22關(guān)閉，出油單向閥24打開，加壓后的燃料 經(jīng)管道輸送到共軌管2。與此同時(shí)，壓力轉(zhuǎn)換裝置32的另一個(gè)工作腔內(nèi)， 來自燃料箱3的低壓燃料4，通過進(jìn)油單向閥進(jìn)入工作腔，隔著膜片推動(dòng)潤 滑油從壓力裝換裝置32排出，并經(jīng)過二位四通電磁閥的回液口 16回到工質(zhì)箱11，完成燃料的吸入和工質(zhì)的排出過程。二位四通電磁閥受電控單元 的控制，周期性切換兩個(gè)輸出口工質(zhì)的流向，從而使工質(zhì)交換器的兩個(gè)工 作腔交替完成燃料的排出和吸入過程。上述過程共軌2內(nèi)燃料的壓力控制 是通過控制潤滑油壓力實(shí)現(xiàn)的，共軌管上連接的壓力傳感器向電控單元反 饋共軌壓力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)共軌壓力的閉環(huán)控制。在這個(gè)過程中，電控單向閥
35處于雙向開通狀態(tài)，電控關(guān)斷閥20開通，電控關(guān)斷閥33關(guān)閉。
二甲醚的噴射電控單元6根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種輸入信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī) 的運(yùn)行工況，得出不同的噴射相位和噴射量，通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制電控噴 油器9的噴射和停止。
停機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)之后，電控關(guān)斷閥20斷電關(guān)閉，電控關(guān)斷閥33開 通，電控單向閥35斷電進(jìn)入單向?qū)顟B(tài)，共軌管內(nèi)高壓燃油經(jīng)過電控單 向閥35、電控關(guān)斷閥33回流到燃料箱3，共軌壓力迅速降低到接近燃料箱 壓力。由于此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)周圍溫度較高，電控噴油器和共軌管內(nèi)液態(tài)二甲醚 氣化，并經(jīng)過電控單向閥35繼續(xù)繼續(xù)排空，直到共軌管2與電控噴油器9 之間沒有液態(tài)燃料。排空完成之后，電控單向閥35自動(dòng)截止防止燃料倒流。 應(yīng)急處理在正常工作情況下，電控關(guān)斷閥20是開通的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng) 出現(xiàn)異常情況，比如發(fā)現(xiàn)泄漏，電控單元6和司機(jī)都可以關(guān)閉電控關(guān)斷閥 20。
權(quán)利要求1、一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，包括容納燃料(4)的燃料箱(3)、高壓泵(8)、共軌管(2)、電控噴射器(9)、電控單元(6)，電控噴油器經(jīng)高壓管(5)與共軌管(2)聯(lián)通，其特征在于，還包括一容納加壓工質(zhì)(12)的工質(zhì)箱(11)、一用于切換工質(zhì)輸送方向的換向元件(13)、一將工質(zhì)壓力傳遞給燃料的壓力轉(zhuǎn)換裝置(32)；所述工質(zhì)箱(11)、高壓泵(8)、換向元件(13)、壓力轉(zhuǎn)換裝置(32)經(jīng)管道依次連接；壓力轉(zhuǎn)換裝置的輸入端(21)與燃料箱(3)內(nèi)的燃料(4)相通，輸出端(23)與共軌管(2)連接；所述壓力轉(zhuǎn)換裝置(32)包括至少2個(gè)并聯(lián)連接的工作單元(31)，所述工作單元由一隔離元件(27)分隔成燃料腔(25)和工質(zhì)腔(28)，所述隔離元件(27)在壓差作用下在燃料腔(25)與工質(zhì)腔(28)之間自由變形或移動(dòng)；所述燃料腔(25)并聯(lián)一進(jìn)油單向閥(22)和一出油單向閥(24)，進(jìn)油單向閥(22)與輸入端(21)相連，出油單向閥(24)與輸出端(23)相連；燃料腔(25)內(nèi)充燃料(4)；所述工質(zhì)腔(28)經(jīng)工質(zhì)出入口(29)、管道(26)與換向元件的輸出口(14)連接；工質(zhì)腔(28)內(nèi)充液態(tài)工質(zhì)(12)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，其特征在于， 所述的隔離元件(27)是一柔性膜片，柔性膜片的外圍無泄漏地固定在工 作單元?dú)んw(30)的內(nèi)壁上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，其特征在于， 所述的換向元件(13)是一受電控單元(6)控制的二位四通電磁閥，二位 四通電磁閥的壓力輸入口 (17)與高壓泵的出油口 (IO)連接，二位四通 電磁閥的回液口 (16)與工質(zhì)箱(11)連通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，其特征在于，還包括在高壓泵(8)與二位四通電磁閩之間連接的受電控單元(6)控制的電控卸壓閥(7),卸壓閥回液口 (15)與工質(zhì)箱(11)連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，其特征在于，在壓力轉(zhuǎn)換裝置出油總管(34)與共軌管(2)之間串接一受電控單元(6)控制的電控單向閥(35)，當(dāng)電控單向閥(35)通電時(shí)，該閥雙向?qū)?，?dāng)電控單向閥(35)斷電時(shí)，共軌管(2)內(nèi)的液體或氣體可以通過該閥流出，而反向則截止。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，其特征在于，在壓力轉(zhuǎn)換裝置(32)到燃料箱(3)之間的進(jìn)油總管(19)上，串接一個(gè)受電控單元(6)控制的一個(gè)電磁關(guān)斷閥(20)和一個(gè)手動(dòng)關(guān)斷閥(18)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，其特征在于，還包 括一受電控單元(6)控制的電磁關(guān)斷閥(33)，其一端連接在壓力轉(zhuǎn)換裝置(32)與電控單向閥之間的出油總管(34)上，其另一端連接在壓力轉(zhuǎn)換裝置(32)與燃料箱(3)之間的進(jìn)油總管(19)上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l-7中任何一項(xiàng)所述的一種二甲醚共軌式電控噴射系統(tǒng)，其特征在于，在共軌管(2)上安裝一個(gè)用于測量共軌管(2)內(nèi)燃料壓力的壓力傳感器(1),壓力傳感器U)的輸出信號(hào)線與電控單元(6)相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及內(nèi)燃機(jī)電控噴射系統(tǒng)，進(jìn)一步涉及用于內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴射二甲醚或與二甲醚物性類似的低粘度燃料的共軌式電控噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括燃料箱、高壓泵、共軌管、電控噴射器、電控單元，還包括工質(zhì)箱、換向元件、壓力轉(zhuǎn)換裝置；所述壓力轉(zhuǎn)換裝置包括至少2個(gè)并聯(lián)連接的工作單元，工作單元由一隔離元件分隔成燃料腔和工質(zhì)腔，所述隔離元件在壓差作用下在燃料腔與工質(zhì)腔之間自由變形或移動(dòng)。本實(shí)用新型徹底避免了因燃料的低粘度而造成的高壓泵柱塞的泄漏和磨損問題，從而大大提高系統(tǒng)的使用壽命，并且可以使用液壓行業(yè)通用的高壓泵作為高壓油泵，降低了系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)F02M45/12GK201401247SQ20092009595
公開日2010年2月10日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者方 何, 曉 張, 濤 朱, 洋 汪, 田青云, 超 蓋 申請人:天津大學(xué)