二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置

摘要

本发明涉及一种二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置。其技术方案是：与凸轮(4)相接触的凸轮从动件(3)的一端与第一活塞缸(1)的活塞杆端部固定连接，第一活塞缸(1)的无杆腔与第一两位两通电磁阀(22)的A口和第一单向阀(21)的入口相通，第一两位两通电磁阀(22)的P口与溢流阀(5)入口和第二单向阀(6)的出口相通，第二单向阀(6)的出口处装有蓄能器(2)，第二单向阀(6)入口与油泵(8)出口相通。第一单向阀(21)的出口与第二活塞缸(18)的无杆腔和第二两位两通电磁阀(19)的A口分别相通，第二两位两通电磁阀(19)的P口与第三两位两通电磁阀(9)的A口分别相通。第二活塞缸(18)的活塞杆与阀门(13)尾部相接触。本装置实现了阀门升程可变并维持适当开度的控制。

权利要求

1.一种二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置，其特征在于所述装置由凸轮及液压驱动机构、燃烧室通道开闭装置执行机构、供油回路和泄油缓冲回路组成；

凸轮及液压驱动机构由凸轮(4)、凸轮从动件(3)和第一活塞缸(1)组成；凸轮(4)安装在进气凸轮轴或者排气凸轮轴上，凸轮从动件(3)的传动杆一端安装有滚轮，滚轮与凸轮(4)相接触；传动杆的另一端与第一活塞缸(1)的活塞杆端部固定连接；

燃烧室通道开闭装置执行机构由第二活塞缸(18)、上阀门弹簧座(17)、阀门弹簧(16)、下阀门弹簧座(15)和阀门(13)组成；阀门(13)头部位于主燃烧室(12)和副燃烧室(14)间的通道，阀门(13)尾部依次从下往上穿过副燃烧室(14)、下阀门弹簧座(15)、阀门弹簧(16)和上阀门弹簧座(17)与第二活塞缸(18)的活塞杆的端部相接触，下阀门弹簧座(15)固定在副燃烧室(14)的顶部，上阀门弹簧座(17)固定在阀门(13)尾部的端部处，阀门弹簧(16)安装在下阀门弹簧座(15)和上阀门弹簧座(17)间；下阀门弹簧座(15)、阀门(13)、上阀门弹簧座(17)和第二活塞缸(18)的活塞杆的中心线位于同一中心线；

供油回路由第一两位两通电磁阀(22)、蓄能器(2)、油泵(8)、电机(7)、溢流阀(5)、第一单向阀(21)和第二单向阀(6)组成；第一两位两通电磁阀(22)的油口A与第一活塞缸(1)的无杆腔和第一单向阀(21)的入口分别相通，第一两位两通电磁阀(22)的油口P与溢流阀(5)入口和第二单向阀(6)的出口分别相通，第二单向阀(6)的出口处装有蓄能器(2)；第二单向阀(6)入口与油泵(8)出口相通，电机(7)与油泵(8)轴连接，溢流阀(5)出口和油泵(8)入口均与油箱(11)相通；

泄油缓冲液压回路由第二两位两通电磁阀(19)、第三两位两通电磁阀(9)、节流阀(10)和油箱(11)组成；第二两位两通电磁阀(19)的油口A与第一单向阀(21)的出口和第二活塞缸(18)的无杆腔分别相通，第二两位两通电磁阀(19)的油口P与第三两位两通电磁阀(9)的油口A和节流阀(10)的入口分别相通，第三两位两通电磁阀(9)的油口P和节流阀(10)出口均与油箱(11)相通；

第一两位两通电磁阀(22)、第二两位两通电磁阀(19)和第三两位两通电磁阀(9)的继电器外接电磁阀控制模块(20)。

2.根据权利要求1所述的二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置，其特征在于所述蓄能器(2)为重锤式蓄能器、弹簧式蓄能器、充气式蓄能器中的一种；所述蓄能器(2)的最高允许压力大于或等于所述溢流阀(5)的溢流压力。

3.根据权利要求1所述的二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置，其特征在于所述第一单向阀(21)为球形阀芯直通式单向阀、柱形阀芯直通式单向阀、锥形阀芯直通式单向阀中的一种；第一单向阀(21)与第二单向阀(6)相同。

4.根据权利要求1所述的二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置，其特征在于所述阀门弹簧(16)的预紧力大于液压油作用在第二活塞缸(18)的活塞表面所产生的压力。

说明书

二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置

技术领域

[0001] 本发明属于二甲醚发动机预混压燃燃烧室技术领域。具体涉及一种二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置。

背景技术

[0002] 随着对发动机经济性的要求越来越高，二甲醚(DME)以其优良的燃料物性和广泛的来源成为了目前较为理想的发动机替代燃料之一。同时，均质压燃(HCCI)燃烧模式以其节能、低排放以及对燃料高度兼容的特点引起内燃机界的高度关注，然而HCCI燃烧模式的推广应用存在混合气制备和燃烧控制的技术障碍。为了解决现有难题，结合二甲醚低黏性、高蒸汽压物性以及HCCI燃烧理论，研究者们提出了二甲醚发动机预混压燃(PCCI)燃烧模式，并开发出了实验样机(Jun Song, Zhen Huang, Xinqi Qiao. Performance of a controllable premixed combustion engine fueled with dimethyl ether. Energy Conversion and Management. 2004, 45：2223–2232)，为解决能源和环保问题提供了一个新的研究方向。

[0003] 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，且在主燃烧室和副燃烧室通道上设置阀门，以控制混合气的形成、着火、燃烧和排放。阀门的开闭动作由凸轮机构、液压传动装置控制。现有控制装置的弊端在于过度依赖凸轮的型线以控制阀门开度，无法满足预混压燃燃烧系统中阀门需要长时间保持较大开度开启状态的要求。

发明内容

[0004] 本发明旨在克服现有的技术缺陷，目的是提供一种二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置，该装置外接电磁阀控制模块，燃烧效率高、发动机噪声小、阀门使用寿命长和能够长时间使阀门保持较大开度开启状态。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述装置由凸轮及液压驱动机构、燃烧室通道开闭装置执行机构、供油回路和泄油缓冲回路组成。具体结构是：

[0006] 凸轮及液压驱动机构由凸轮、凸轮从动件和第一活塞缸组成。凸轮安装在进气凸轮轴或者排气凸轮轴上，凸轮从动件的传动杆一端安装有滚轮，滚轮与凸轮相接触；传动杆的另一端与第一活塞缸的活塞杆端部固定连接。

[0007] 燃烧室通道开闭装置执行机构由第二活塞缸、上阀门弹簧座、阀门弹簧、下阀门弹簧座和阀门组成。阀门头部位于主燃烧室和副燃烧室间的通道，阀门尾部依次从下往上穿过副燃烧室、下阀门弹簧座、阀门弹簧和上阀门弹簧座与第二活塞缸的活塞杆的端部相接触。下阀门弹簧座固定在副燃烧室的顶部，上阀门弹簧座固定在阀门尾部的端部处，阀门弹簧安装在下阀门弹簧座和上阀门弹簧座间。下阀门弹簧座、阀门、上阀门弹簧座和第二活塞缸的活塞杆的中心线位于同一中心线。

[0008] 供油回路由第一两位两通电磁阀、蓄能器、油泵、电机、溢流阀、第一单向阀和第二单向阀组成。第一两位两通电磁阀的油口A与第一活塞缸的无杆腔和第一单向阀的入口分别相通，第一两位两通电磁阀的油口P与溢流阀入口和第二单向阀的出口分别相通，第二单向阀的出口处装有蓄能器。第二单向阀入口与油泵出口相通，电机与油泵轴连接，溢流阀出口和油泵入口均与油箱相通。

[0009] 泄油缓冲液压回路由第二两位两通电磁阀、第三两位两通电磁阀、节流阀和油箱组成。第二两位两通电磁阀的油口A与第一单向阀的出口和第二活塞缸的无杆腔分别相通，第二两位两通电磁阀的油口P与第三两位两通电磁阀的油口A和节流阀的入口分别相通，第三两位两通电磁阀的油口P和节流阀出口均与油箱相通。

[0010] 第一两位两通电磁阀、第二两位两通电磁阀和第三两位两通电磁阀的继电器外接电磁阀控制模块。

[0011] 所述蓄能器为重锤式蓄能器、弹簧式蓄能器、充气式蓄能器中的一种；所述蓄能器的最高允许压力大于或等于所述溢流阀的溢流压力。

[0012] 所述第一单向阀为球形阀芯直通式单向阀、柱形阀芯直通式单向阀、锥形阀芯直通式单向阀中的一种；第一单向阀与第二单向阀相同。

[0013] 所述阀门弹簧的预紧力大于液压油作用在第二活塞缸的活塞表面所产生的压力。

[0014] 本发明的工作过程：

[0015] 发动机压缩行程末端，外接的电磁阀控制模块发出指令，开启第一两位两通电磁阀，关闭第二两位两通电磁阀。油箱中的液压油在油泵的作用下经过第一两位两通电磁阀进入第一活塞缸，同时部分液压油通过第一单向阀进入第二活塞缸。由于阀门弹簧的预紧力大于液压油作用在第二活塞缸的活塞表面所产生的压力，所以阀门依然处于关闭状态。在油泵供油期间，第一两位两通电磁阀控制供油时间，从而决定供油量的多少，供油量的多少直接影响阀门的最大开度。供油结束后，所述电磁阀控制模块发出指令，关闭第一两位两通电磁阀和第二两位两通电磁阀。此时，凸轮结束近休止期，进入推程期，通过第一活塞缸和第二活塞缸中封闭的液压油传递驱动力开启阀门，阀门弹簧被进一步压缩。凸轮从推程期运动到远休止期结束，所述电磁阀控制模块发出指令，开启第一两位两通电磁阀，关闭第二两位两通电磁阀。此时第一活塞缸通过供油回路继续供油，第二活塞缸中的液压油压力远大于第一活塞缸中液压油压力，第一单向阀依然处于关闭状态，阀门保持开启状态。高温高压空气进入副燃烧室，并在副燃烧室内着火，燃气和未燃混合气冲入主燃烧室，在主燃烧室内燃烧。阀门的开启状态保持到进气行程末端。

[0016] 在进气行程末端，所述电磁阀控制模块发出指令，开启第二两位两通电磁阀和第三两位两通电磁阀，阀门弹簧的回复力通过上阀门弹簧座、阀门的尾部和活塞杆作用于第二活塞缸的活塞，使液压油经过第二两位两通电磁阀和第三两位两通电磁阀流回油箱。阀门接近落座时刻，所述电磁阀控制模块发出指令，关闭第三两位两通电磁阀。此时第二活塞缸内的液压油经过第二两位两通电磁阀和节流阀流回油箱。由于节流阀的油口直径远小于第三两位两通电磁阀所在油路油管的管径，所以液压油的回流速度减慢，最终实现阀门平缓落座。阀门关闭后，喷油器喷入二甲醚在封闭的副燃烧室内形成均匀的预混合气，在下一个压缩行程末端，阀门再一次开启，完成工作循环。

[0017] 本发明与现有技术相比较，具有如下积极效果：

[0018] 本装置在外接电磁阀控制模块作用下，能根据发动机的实际工况对阀门的开闭动作精确控制，鉴于二甲醚预混压燃燃烧过程中，一个工作周期内阀门保持开启状态的持续时间相对较长，本发明通过第一单向阀使阀门开启和关闭相互独立，有效地保证了阀门的开启时间。根据发动机的工况调整第一活塞缸的供油量，供油量决定了阀门的最大开度。阀门始终保持与发动机工况相匹配的最大开度和开启时间，改善了混合气质量，进而有效提高发动机的燃烧效率。阀门落座时刻通过液压制动回路，减缓阀门与阀门座之间的冲击，减小噪声并延长阀门的使用寿命。

[0019] 因此，本发明在满足二甲醚发动机预混压燃燃烧系统中阀门控制功能的前提下，具有燃烧效率高、发动机噪声小、阀门使用寿命长和能够长时间使阀门保持较大开度开启状态的特点。

附图说明

[0020] 图1是本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。

[0022] 实施例1

[0023] 一种二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置。如图1所示，所述装置由凸轮及液压驱动机构、燃烧室通道开闭装置执行机构、供油回路和泄油缓冲回路组成。具体结构是：

[0024] 凸轮及液压驱动机构由凸轮4、凸轮从动件3和第一活塞缸1组成。凸轮4安装在进气凸轮轴或者排气凸轮轴上，凸轮从动件3的传动杆一端安装有滚轮，滚轮与凸轮4相接触；传动杆的另一端与第一活塞缸1的活塞杆端部固定连接。

[0025] 燃烧室通道开闭装置执行机构由第二活塞缸18、上阀门弹簧座17、阀门弹簧16、下阀门弹簧座15和阀门13组成。阀门13头部位于主燃烧室12和副燃烧室14间的通道，阀门13尾部依次从下往上穿过副燃烧室14、下阀门弹簧座15、阀门弹簧16和上阀门弹簧座17与第二活塞缸18的活塞杆的端部相接触。下阀门弹簧座15固定在副燃烧室14的顶部，上阀门弹簧座17固定在阀门13尾部的端部处，阀门弹簧16安装在下阀门弹簧座15和上阀门弹簧座17间。下阀门弹簧座15、阀门13、上阀门弹簧座17和第二活塞缸18的活塞杆的中心线位于同一中心线。

[0026] 供油回路由第一两位两通电磁阀22、蓄能器2、油泵8、电机7、溢流阀5、第一单向阀21和第二单向阀6组成。第一两位两通电磁阀22的油口A与第一活塞缸1的无杆腔和第一单向阀21的入口分别相通，第一两位两通电磁阀22的油口P与溢流阀5入口和第二单向阀6的出口分别相通，第二单向阀6的出口处装有蓄能器2。第二单向阀6入口与油泵8出口相通，电机7与油泵8轴连接，溢流阀5出口和油泵8入口均与油箱11相通。

[0027] 泄油缓冲液压回路由第二两位两通电磁阀19、第三两位两通电磁阀9、节流阀10和油箱11组成。第二两位两通电磁阀19的油口A与第一单向阀21的出口和第二活塞缸18的无杆腔分别相通，第二两位两通电磁阀19的油口P与第三两位两通电磁阀9的油口A和节流阀10的入口分别相通，第三两位两通电磁阀9的油口P和节流阀10出口均与油箱11相通。

[0028] 第一两位两通电磁阀22、第二两位两通电磁阀19和第三两位两通电磁阀9的继电器外接电磁阀控制模块20。

[0029] 所述蓄能器2为重锤式蓄能器；所述蓄能器2的最高允许压力大于或等于所述溢流阀5的溢流压力。

[0030] 所述第一单向阀21为球形阀芯直通式单向阀；第一单向阀21与第二单向阀6相同。

[0031] 所述阀门弹簧16的预紧力大于液压油作用在第二活塞缸18的活塞表面所产生的压力。

[0032] 实施例2

[0033] 一种二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置。除蓄能器2和第一单向阀21外，其余同实施例1。

[0034] 所述蓄能器2为弹簧式蓄能器。

[0035] 所述第一单向阀21为柱形阀芯直通式单向阀。

[0036] 实施例3

[0037] 一种二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置。除蓄能器2和第一单向阀21外，其余同实施例1。

[0038] 所述蓄能器2为充气式蓄能器。

[0039] 所述第一单向阀21为锥形阀芯直通式单向阀。

[0040] 本具体实施方式的工作过程：

[0041] 发动机压缩行程末端，外接的电磁阀控制模块20发出指令，开启第一两位两通电磁阀22，关闭第二两位两通电磁阀19。油箱11中的液压油在油泵8的作用下经过第一两位两通电磁阀22进入第一活塞缸1，同时部分液压油通过第一单向阀21进入第二活塞缸18。由于阀门弹簧16的预紧力大于液压油作用在第二活塞缸18的活塞表面所产生的压力，所以阀门13依然处于关闭状态。在油泵8供油期间，第一两位两通电磁阀22控制供油时间，从而决定供油量的多少，供油量的多少直接影响阀门13的最大开度。供油结束后，所述电磁阀控制模块20发出指令，关闭第一两位两通电磁阀22和第二两位两通电磁阀19。此时，凸轮4结束近休止期，进入推程期，通过第一活塞缸1和第二活塞缸18中封闭的液压油传递驱动力开启阀门13，阀门弹簧16被进一步压缩。凸轮4从推程期运动到远休止期结束，所述电磁阀控制模块20发出指令，开启第一两位两通电磁阀22，关闭第二两位两通电磁阀19。此时第一活塞缸
1通过供油回路继续供油，第二活塞缸18中的液压油压力远大于第一活塞缸1中液压油压力，第一单向阀21依然处于关闭状态，阀门13保持开启状态。高温高压空气进入副燃烧室
14，并在副燃烧室14内着火，燃气和未燃混合气冲入主燃烧室12，在主燃烧室12内燃烧。阀门13的开启状态保持到进气行程末端。

[0042] 在进气行程末端，所述电磁阀控制模块20发出指令，开启第二两位两通电磁阀19和第三两位两通电磁阀9，阀门弹簧16的回复力通过上阀门弹簧座17、阀门13的尾部和活塞杆作用于第二活塞缸18的活塞，使液压油经过第二两位两通电磁阀19和第三两位两通电磁阀9流回油箱。阀门13接近落座时刻，所述电磁阀控制模块20发出指令，关闭第三两位两通电磁阀9。此时第二活塞缸18内的液压油经过第二两位两通电磁阀19和节流阀10流回油箱11。由于节流阀10的油口直径远小于第三两位两通电磁阀9所在油路油管的管径，所以液压油的回流速度减慢，最终实现阀门13平缓落座。阀门13关闭后，喷油器喷入二甲醚在封闭的副燃烧室14内形成均匀的预混合气，在下一个压缩行程末端，阀门13再一次开启，完成工作循环。

[0043] 本具体实施方式与现有技术相比较，具有如下积极效果：

[0044] 本装置在外接电磁阀控制模块20作用下，能根据发动机的实际工况对阀门13的开闭动作精确控制，鉴于二甲醚预混压燃燃烧过程中，一个工作周期内阀门13保持开启状态的持续时间相对较长，该具体实施方式通过第一单向阀21使阀门13开启和关闭相互独立，有效地保证了阀门13的开启时间。根据发动机的工况调整第一活塞缸1的供油量，供油量决定了阀门13的最大开度。阀门13始终保持与发动机工况相匹配的最大开度和开启时间，改善了混合气质量，进而有效提高发动机的燃烧效率。阀门13落座时刻通过液压制动回路，减缓阀门13与阀门座之间的冲击，减小噪声并延长阀门13的使用寿命。

[0045] 因此，本具体实施方式在满足二甲醚发动机预混压燃燃烧系统中阀门控制功能的前提下，具有燃烧效率高、发动机噪声小、阀门使用寿命长和能够长时间使阀门保持较大开度开启状态的特点。