二甲醚可控预混合气燃烧系统

摘要

本发明主要包括主燃烧室、预混合室、控制阀、回位弹簧、凸轮机构、喷油嘴、电控单元、电磁阀、单向阀、调压阀、高压氮气瓶和二甲醚燃料罐等。主燃烧室与预混合室之间装有控制阀,回位弹簧装在控制阀阀杆上,凸轮机构与控制阀机械吻合。高压氮气瓶通过管路与二甲醚燃料罐上部接通,二甲醚燃料罐下部与电磁阀一端相接,电磁阀另一端与单向阀前端相接,单向阀的后端与喷油嘴进口相接。喷油嘴与预混合室用压板连接。在高压氮气瓶上端管路中装有调压阀,在燃料罐上方装有压力表,在燃料罐出口处装有开关阀门。

说明书

本发明涉及的是一种二甲醚燃料的燃烧系统，特别是一种二甲醚可控预混合气燃烧系统，属于内燃机研究领域。

从环保角度看，二甲醚被认为是柴油的理想代用燃料，但其物理性质类似液化石油气，常温下为气态，加压液化后，粘度低，压缩性随温度变化很大。因此，对燃烧系统设计提出的要求很高，燃料泄漏与润滑性是首先要考虑的问题。在已有的技术中，文献SAE981158介绍的由二甲醚高压共轨燃油喷射系统传统柴油机直喷式燃烧室组成的燃烧系统较为典型。首先由高压泵将二甲醚加压至30．0MPa左右打入高压轨道，再由电磁阀控制，将轨道中的燃料通过喷油嘴向缸内直接喷射。系统还设置有漏气收集罐等装置。整个燃烧系统的结构相当复杂，制造成本昂贵，故障检测和维修困难。

本发明的目的在于克服已有技术的不足和缺陷，解决二甲醚燃料的泄漏和润滑问题，降低制造成本。将发动机燃烧室分为主燃烧室和预混合室两部分，两室之间通道由一控制阀门来控制。压力为3．0MPa左右的二甲醚燃料通过喷油嘴喷入低压力的预混合室。在控制阀门作用下，使喷入预混合室的燃料进行三次混合燃烧。由于采用低压燃油系统，并且不使用高压泵，燃料泄漏与偶件磨损问题可得到有效解决。

本发明的技术方案：本发明主要包括主燃烧室、预混合室、控制阀、凸轮机构、回位弹簧、喷油嘴、电控单元、电磁阀、压力表、调压阀、高压氮气瓶、二甲醚燃料罐、燃料罐开关阀门、单向阀和管路等。在主燃烧室和预混合室之间有一通道，通道内装有控制阀，回位弹簧装在控制阀阀杆上，凸轮机构与控制阀机械吻合。高压氮气瓶上部通过管路与二甲醚燃料罐上部接通，二甲醚燃料罐下部出口处通过管路与电磁阀的一端连接，电磁阀的另一端通过管路与单向阀的前端连接，单向阀的后端通过管路与喷油嘴进口端相接。喷油嘴与预混合室用压板连接。在高压氮气瓶上端的管路中装有调压阀，调节调压阀，可将二甲醚燃料罐内的压力稳定在3．0MPa左右。这一方面可使二甲醚保持液态，另一方面便于实现二甲醚燃料的喷射。在二甲醚燃料罐上方装有压力表，用来监测二甲醚燃料罐内压力变化情况。在二甲醚燃料罐出口处管路中装有燃料罐开关阀门，停机时，该阀门关闭，可防止二甲醚泄漏。电控单元与电磁阀之间通过电路连接。在发动机吸气冲程后期或压缩行程初期，在回位弹簧作用下，凸轮机构已将控制阀控制在关闭位置；此时，由电控单元发出指令，开、关电磁阀，将一定量压力为3．0MPa左右的液态二甲醚燃料通过喷油嘴喷入预混合室。喷入预混合室的二甲醚燃料快速汽化，并与预混合室内空气及部分废气进行均匀预混合，即第一次混合，形成浓预混合气，同时进行部分焰前反应；在压缩行程当活塞上行至上止点附近时，通过凸轮机构和回位弹簧的作用打开控制阀，由于主燃烧室和预混合室之间存在较大的压差，主燃烧室的高温空气迅速进入预混合室，与浓混合气进行第二次混合，在局部形成可燃混合气，并开始着火燃烧。由于预混合室内的温度、压力急剧升高，未然气体、空气和燃气冲入主燃烧室，与主燃烧室内的新鲜空气进行第三次混合，完成主燃烧。管路中安装的单向阀的作用是阻止高温燃气回流到燃油系统。

本发明的有益效果：本发明提出了新的二甲醚可控预混合燃烧系统，巧妙地利用了二甲醚高蒸汽压、低沸点和混合气形成容易的特性，使二甲醚在较低喷射压力下喷入预混合室，并历经三次混合。由于控制阀的作用，解决了着火控制问题和均匀浓预混合气制备问题。通过燃烧系统结构优化，还可解决高负荷适应性问题。这是当今二甲醚代用燃料可控预混合燃烧新构思。

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明系统构成原理图

如图1所示，本发明主要包括主燃烧室1、预混合室2、控制阀3、凸轮机构4、喷油嘴5、电控单元6、电磁阀7、压力表8、调压阀9、高压氮气瓶10、二甲醚燃料罐11、燃料罐开关阀门12、单向阀13、回位弹簧14及管路等。在主燃烧室1和预混合室2之间的通道内装有控制阀3。凸轮机构4与控制阀3机械吻合，回位弹簧14装在控制阀3的阀杆上。高压氮气瓶10上端通过管路与二甲醚燃料罐11上部接通，二甲醚燃料罐11下部出口处通过管路与电磁阀7的一端连接，电磁阀7的另一端通过管路与单向阀13的前端连接，单向阀13的后端通过管路与喷油嘴5进口端相接。喷油嘴5与预混合室2用压板连接。在高压氮气瓶10上端的管路中装有调压阀9，调节调压阀9，可将二甲醚燃料罐11内的压力稳定在3．0MPa左右，使二甲醚保持液态并具有足够喷射压力。在二甲醚燃料罐11上方装有压力表8，用来监测二甲醚燃料罐11内压力变化情况。在二甲醚燃料罐11出口处管路中装有燃料罐开关阀门12，停机时，该阀门关闭，可防止二甲醚泄漏。电控单元6与电磁阀7之间通过电路连接。

在发动机吸气冲程后期或压缩冲程初期，在回位弹簧14作用下凸轮机构4已将控制阀3控制在关闭位置，此时由电控单元6发出指令，开、关电磁阀7，将一定量压力为3．0MPa左右的液态二甲醚燃料通过喷油嘴5喷入预混合室2内。喷入预混合室2内的二甲醚燃料急速汽化，并与室内的空气及部分废气进行均匀预混合，即第一次混合，形成浓预混合气，同时进行部分焰前反应。在活塞上行至上止点附近时，通过凸轮机构4和回位弹簧14的作用，打开控制阀3，由于主燃烧室1与预混合室2之间较大的压差，主燃烧室1内的高温空气迅速冲入预混合室2，与浓预混合气进行第二次混合，在局部形成可燃混合气，并开始着火燃烧。由于预混合室2内的温度、压力急剧升高，因此未燃气体、空气和燃气冲入主燃烧室，与主燃烧室内新鲜空气进行第三次混合，从而完成主燃烧。系统中安装有单向阀13，其作用是阻止高温燃气回流到燃料系统。