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技术领域

本发明属于二甲醚发动机可控预混合系统燃料供给和燃烧控制技术领域。具体涉及一种二甲醚预混合燃烧系统预混合阀控制装置。

背景技术

随着我国经济快速发展，石油对外依存度不断递增，石油安全已成为我国亟待解决的重大问题。同时，能源利用过程中产生的雾霾等环境污染问题也困扰着我国经济与社会的发展。面对能源短缺和环境保护的双重巨大压力，针对我国自然条件和能源资源特色，合理利用能源资源，尤其是煤炭资源，开发新型的清洁代用燃料迫在眉睫。能从煤、煤层气、天然气和生物质等多种资源中制取的二甲醚（DME）燃料是近年来出现的车辆清洁代用能源，从某种程度上来讲是一种可再生能源，对缓解能源危机有着不可忽视的作用。并且，二甲醚发动机的尾气排放对环境的污染程度远比柴油机的低。

现有的二甲醚可控预混合燃烧系统的主燃烧室与预混合室通道中的预混合阀的开闭过程是由凸轮及机械传动装置进行实现的(JunSong,ZhenHuang,XinqiQiao.Performanceofacontrollablepremixedcombustionenginefueledwithdimethylether.EnergyConversionandManagement.2004,45：2223–2232)，不能使所述的二甲醚可控预混合燃烧系统的预混合阀正时和升程实现可变，而所述预混合阀的正时、升程直接决定了二甲醚可控预混合燃烧系统的着火时刻和燃烧速率，即上述机械控制的预混合阀控制装置不利于二甲醚发动机在各种工况下实现优化燃烧；另外，机械传动机构增加一根凸轮轴及一套驱动机构，不利于发动机整体布置和轻量化。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种正时、升程可变和高燃烧效率的二甲醚预混合燃烧系统预混合阀控制装置。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种二甲醚预混合燃烧系统预混合阀控制装置，结构是：

二位二通电磁阀的继电器外接ECU模块，活塞的上端、液压缸的无杆腔与二位二通电磁阀的出口连通，二位二通电磁阀的进口与液压泵出油口连通，液压泵的进油口与液压油箱的连通管路中串联有过滤器，溢流阀进油口、液压泵出油口和二位二通电磁阀进口通过三通管接头及油管连通，溢流阀的另一端与液压油箱连通；三位三通电磁阀的继电器外接ECU模块，活塞的上端、液压缸的无杆腔与三位三通电磁阀的进口连通，三位三通电磁阀的回流口与液压油箱连通，三位三通电磁阀的出口与液压油箱的连通管路中串联有节流阀；

预混合阀位于二甲醚发动机主燃烧室和预混合室（预混合室也叫副燃烧室）的通道中，预混合阀与阀门杆固接在一起，阀门杆的尾端与平底盘的下平面在复位弹簧的预紧力作用下相接触，平底盘的上端面与活塞杆的非活塞端通过螺纹连接，活塞杆的另一端与活塞固接在一起，活塞、活塞杆、平底盘、阀门杆和预混合阀位于同一轴线。阀门杆尾部的圆柱形通孔中装有圆柱销，圆柱销两端套装有上阀门弹簧座，复位弹簧的一端安装在上阀门弹簧座内，复位弹簧的另一端安装在下阀门弹簧座内，下阀门弹簧座固定安装在副燃烧室的上部。

所述平底盘的直径比阀门杆的直径大10-20mm。

所述二位二通电磁阀、三位三通电磁阀与液压缸无杆腔的连通油口位置在液压缸的顶部。

所述二位二通电磁阀、三位三通电磁阀均采用高速电磁阀。

本发明的工作过程是：在发动机进气行程中，预混合阀开启，空气进入主燃烧室和预混合室，发动机开始工作时液压泵就开始处于工作状态，液压泵对所述二甲醚可控预混合燃烧系统的供油压力通过溢流阀设定；在发动机进气行程中，外接的ECU模块接收位于气缸内的温度、压力传感器和转速传感器的反馈信号并对反馈信号处理，ECU模块给予二位二通电磁阀开启的信号命令，二位二通电磁阀开启，液压泵出口处的高压油便通过二位二通电磁阀进入液压缸的无杆腔中，此时三位三通电磁阀保持关闭状态，由于活塞上端面受到的液压油压力大于复位弹簧的弹力，活塞便向下运动，与活塞固接在一起的活塞杆通过平底盘推动阀门杆及预混合阀向下运动，预混合阀开启，从而使空气从主燃烧室进入预混合室中。当活塞上端面受到的液压油压力等于复位弹簧的弹力时，活塞处于相对静止状态，即此时预混合阀达到最大升程，当预混合阀达到最大升程后，ECU模块给予二位二通电磁阀一个关闭信号命令，二位二通电磁阀关闭，液压油在液压缸无杆腔内处于封闭状态，预混合阀保持最大升程；预混合阀升程（开度）的大小取决于溢流阀设定的开启压力的大小，预混合阀的开启时刻则取决于二位二通电磁阀的开启时刻；在接近进气行程末端时，外接的ECU模块再次接收气缸内的温度、压力传感器和转速传感器的反馈信号并对反馈信号处理，ECU模块给予三位三通电磁阀一个信号命令，三位三通电磁阀的进口与回流口相通，液压缸无杆腔内的液压油便通过三位三通电磁阀的回流口流回液压油箱，此时预混合阀便会在复位弹簧的作用下向上运动执行关闭动作，当预混合阀与阀门座的距离为最大升程的10%时，ECU模块再次给予三位三通电磁阀一个信号命令，三位三通电磁阀的进口与出口相通，液压缸无杆腔的液压油便会经过三位三通电磁阀的出口、节流阀流回液压油箱，由于节流阀的存在，预混合阀的落座冲击会大大减小，并且，预混合阀的关闭时刻取决于三位三通电磁阀的开启时刻；

在压缩行程中，预混合阀依然保持关闭，此时通过预混合室上的喷油嘴向预混合室中喷入一定量的二甲醚形成浓的混合气。在接近压缩行程末端时，外接的ECU模块再次接收位于气缸内的温度、压力传感器和转速传感器的反馈信号并对反馈信号处理，ECU模块给予二位二通电磁阀开启的信号命令，二位二通电磁阀开启，液压泵出口处的高压油便通过二位二通电磁阀进入液压缸的无杆腔中，此时三位三通电磁阀保持关闭状态，由于活塞上端面受到的液压油压力大于复位弹簧的弹力，活塞便向下运动，与活塞固接在一起的活塞杆通过平底盘推动阀门杆及预混合阀向下运动，预混合阀开启，此时主燃烧室中的被压缩的高温高压空气高速流入预混合室中，预混合室内着火，燃气和未燃混合气从预混合室冲入主燃烧室中，从而可燃混合气在主燃烧室内燃烧膨胀做功完成做功行程；在排气行程中，预混合阀依然保持开启，预混合室和主燃烧室中的废气在排气冲程中被排出。依次往复如上所述的四冲程来保证发动机的正常工作。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

由于二位二通电磁阀和三位三通电磁阀在不同时刻能精准灵活地完成开启关闭的动作，从而使得预混合阀的开闭时刻可根据二甲醚发动机的工况需求实现可变控制；预混合阀的升程可依据二甲醚发动机的动力要求通过调整溢流阀开启压力来进行对应的调节。所述技术方案不仅提高内燃机的燃烧效率，且能减少燃烧污染物的排放，另外，液压管路较机械传动装置而言也更利于发动机的整体布置；

因此，本发明可实现二甲醚预混合燃烧系统预混合阀正时和升程的可变控制，利于在发动机上布置和安装，提高燃烧效率和降低排放水平。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。

实施例1

一种二甲醚预混合燃烧系统预混合阀控制装置，其结构如图1所示：

二位二通电磁阀9的继电器外接ECU模块10，活塞14的上端、液压缸13的无杆腔与二位二通电磁阀9的出口A连通，二位二通电磁阀9的进口P与液压泵3出油口连通，液压泵3的进油口与液压油箱1的连通管路中串联有过滤器2，溢流阀4进油口、液压泵3出油口和二位二通电磁阀9的进口P通过三通管接头及油管连通，溢流阀4的另一端与液压油箱1连通；三位三通电磁阀11的继电器外接ECU模块10，活塞14的上端、液压缸13的无杆腔与三位三通电磁阀11的进口P相通，三位三通电磁阀11的回流口T与液压油箱1连通，三位三通电磁阀11的出口O与液压油箱1的连通管路中串联有节流阀12；

预混合阀19位于二甲醚发动机主燃烧室20和预混合室18（预混合室也叫副燃烧室）的通道中，预混合阀19与阀门杆17固接在一起，阀门杆17的尾端与平底盘16的下平面在复位弹簧6的预紧力作用下相接触，平底盘16的上端面与活塞杆15的非活塞端通过螺纹连接，活塞杆15的另一端与活塞14固接在一起，活塞14、活塞杆15、平底盘16、阀门杆17和预混合阀19位于同一轴线。阀门杆17尾部的圆柱形通孔中装有圆柱销8，圆柱销8两端套装有上阀门弹簧座7，复位弹簧6的一端安装在上阀门弹簧座7内，复位弹簧的另一端安装在下阀门弹簧座5内，下阀门弹簧座固定安装在副燃烧室的上部。

如图1所示，所述平底盘16的直径比阀门杆17的直径大10-20mm。

如图1所示，所述二位二通电磁阀9、三位三通电磁阀11与液压缸13无杆腔的连通油口位置在液压缸13的顶部。

如图1所示，所述二位二通电磁阀9、三位三通电磁阀11均采用高速电磁阀。

本发明的工作过程是：在发动机进气行程中，预混合阀19开启，空气进入主燃烧室20和预混合室18，发动机开始工作时液压泵3就开始处于工作状态，液压泵3对所述二甲醚可控预混合燃烧系统的供油压力通过溢流阀4设定；在发动机进气行程中，外接的ECU模块10接收位于气缸内的温度、压力传感器和转速传感器的反馈信号并对反馈信号处理，ECU模块10给予二位二通电磁阀9开启的信号命令，二位二通电磁阀9开启，液压泵3出口处的高压油便通过二位二通电磁阀9进入液压缸13的无杆腔中，此时三位三通电磁阀11保持关闭状态，由于活塞14上端面受到的液压油压力大于复位弹簧6的弹力，活塞14便向下运动，与活塞14固接在一起的活塞杆15通过平底盘16推动阀门杆17及预混合阀19向下运动，预混合阀19开启，从而使空气从主燃烧室20进入预混合室18中；当活塞14上端面受到的液压油压力等于复位弹簧6的弹力时，活塞14处于相对静止状态，即此时预混合阀19达到最大升程，当预混合阀19达到最大升程后，ECU模块10给予二位二通电磁阀9一个关闭信号命令，二位二通电磁阀9关闭，液压油在液压缸13无杆腔内处于封闭状态，预混合阀19保持最大升程；预混合阀19升程（开度）的大小取决于溢流阀4设定的开启压力的大小，预混合阀19的开启时刻则取决于二位二通电磁阀9的开启时刻；在接近进气行程末端时，外接的ECU模块10再次接收气缸内的温度、压力传感器和转速传感器的反馈信号并对反馈信号处理，ECU模块10给予三位三通电磁阀11一个信号命令，三位三通电磁阀11的进口P与回流口T相通，液压缸13无杆腔内的液压油便通过三位三通电磁阀11的回流口T流回液压油箱1，此时预混合阀19便会在复位弹簧6的作用下向上运动执行关闭动作，当预混合阀19与阀门座的距离为最大升程的10%时，ECU模块10再次给予三位三通电磁阀11一个信号命令，三位三通电磁阀11的的进口P与出口O相通，液压缸13无杆腔的液压油便会经过三位三通电磁阀11的出口O、节流阀12流回液压油箱1，由于节流阀12的存在，预混合阀19的落座冲击会大大减小，并且，预混合阀19的关闭时刻取决于三位三通电磁阀11的开启时刻；

在压缩行程中，预混合阀19依然保持关闭，此时通过预混合室18上的喷油嘴向预混合室18中喷入一定量的二甲醚形成浓的混合气。在接近压缩行程末端时，外接的ECU模块10再次接收位于气缸内的温度、压力传感器和转速传感器的反馈信号并对反馈信号处理，ECU模块10给予二位二通电磁阀9开启的信号命令，二位二通电磁阀9开启，液压泵3出口处的高压油便通过二位二通电磁阀9进入液压缸13的无杆腔中，此时三位三通电磁阀11保持关闭状态，由于活塞14上端面受到的液压油压力大于复位弹簧6的弹力，活塞14便向下运动，与活塞14固接在一起的活塞杆15通过平底盘16推动阀门杆17及预混合阀19向下运动，预混合阀19开启，此时主燃烧室20中的被压缩的高温高压空气高速流入预混合室18中，预混合室18内着火，燃气和未燃混合气从预混合室18冲入主燃烧室20中，从而可燃混合气在主燃烧室20内燃烧膨胀做功完成做功行程；在排气行程中，预混合阀19依然保持开启，预混合室18和主燃烧室20中的废气在排气冲程中被排出；依次往复如上所述的四冲程来保证发动机的正常工作。

由于采用上述技术方案，本具体实施方式与现有技术相比具有如下有益效果：

由于二位二通电磁阀9和三位三通电磁阀11在不同时刻能精准灵活地完成开启关闭的动作，从而使得预混合阀19的开闭时刻可根据二甲醚发动机的工况需求实现可变控制。预混合阀19的升程可依据二甲醚发动机的动力要求通过调整溢流阀4开启压力来进行对应的调节；所述技术方案不仅提高内燃机的燃烧效率，且能减少燃烧污染物的排放，另外，液压管路较机械传动装置而言也更利于发动机的整体布置。

因此，本具体实施方式可实现二甲醚预混合燃烧系统预混合阀正时和升程的可变控制，利于在发动机上布置和安装，提高燃烧效率和降低排放水平。