用于醇醚双燃料发动机预混压燃系统的阀门控制装置的制作方法

本实用新型属于双燃料发动机预混压燃燃烧室技术领域。具体涉及一种用于醇醚双燃料发动机预混压燃系统的阀门控制装置。

背景技术：

目前，能源和环保是人类生活的两大主题。提高内燃机的燃料利用率，降低有害排放，开发和使用代用燃料，是节约石油资源、缓解能源压力、确保国家能源安全和保护环境的大事，是我国国民经济和社会发展的重大需求。近年来，代用燃料逐步开始在车用燃料上崭露头角并受到人们的广泛关注。从单燃料到多燃料，从传统的点燃方式、压燃方式到HCCI、PCCI和RCCI等燃烧模式的转变，许多研究者都对其燃烧性能和排放性能等进行了大量的探索，为代用燃料的实用化做出了巨大贡献。

在代用燃料中，高十六烷值的二甲醚和高辛烷值的甲醇组合成的双燃料被视为理想的代用燃料之一。学者们对这种双燃料做了许多研究，其中Tadashi Murayama等人利用在高温下二甲醚容易用氧化铝催化剂从甲醇中提取出来，研发出了二甲醚作为引火剂的实验装置(T.Murayama,T.Chikahiro,J.Guo,M.Mayano,A Study of a Compression Ignition Methanol Engine with Converted Dimethyl Ether as an Ignition Improver,SAE Paper922212)，为二甲醚、甲醇双燃料发动机的实用化做出了贡献。这样汽车只需加注甲醇一种燃料，再利用催化剂结合废气能量便可产生二甲醚，进而实现醇醚双燃料的供给。二甲醚、甲醇双燃料的燃烧对利用HCCI、PCCI和RCCI等新型燃烧模式的优势具有重要意义。

在单燃料的代用燃料方面，现有的二甲醚发动机预混压燃燃烧系统阀门开度控制装置有一些不足。其装置的凸轮机构并不实用，而且不利于发动机的整体布置和轻量化。另外该方面现有的装置并没有考虑发动机的多缸性，使得这些装置的实用性大大降低。

技术实现要素：

本实用新型就是针对现有技术的不足，提供了一种发动机各缸输出功率一致、燃烧效率高、发动机噪声小、阀门使用寿命长和阀门开度灵活可控的用于醇醚双燃料发动机预混压燃系统的阀门控制装置。

为了实现上述目的，本实用新型所设计的用于醇醚双燃料发动机预混压燃系统的阀门控制装置，包括主副燃烧室通道开闭装置，所述主副燃烧室通道开闭装置包括活塞缸、上阀门弹簧座、阀门弹簧、下阀门弹簧座和阀门，所述阀门的头部位于主燃烧室和副燃烧室间的通道，其特殊之处在于：还包括用于控制多组发动机燃料缸主副燃烧室通道开闭装置的多组供油次回路，供油次回路包括用于为活塞缸供油和泄油的供油分路和泄油分路，所述多组供油次回路由同一供油主回路提供相同的油压进行供油；本装置的上阀门弹簧座处设置有用于限制上阀门弹簧座上下运动极限位置的限位板。

进一步地，所述供油主回路包括依次连接形成回路的液压油箱、油泵、第一单向阀、液压油分配管和限压阀，所述液压油分配管上设置有多组用于连接供油次回路供油口。

进一步地，所述液压油分配管的供油口数目与发动机缸数一致。

进一步地，所述供油分路包括连接供油主回路和活塞缸的管道，所述管道上按供油方向依次设置有第一两位两通电磁阀和第二单向阀。

更进一步地，所述泄油分路包括连接活塞缸和供油主回路的管道，该管道上按回油方向依次设置有第二两位两通电磁阀和第三两位两通电磁阀，所述第三两位两通电磁阀上并联有节流阀。

进一步地，所述供油次回路上设置有用于控制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电磁阀控制模块，所述主供油回路上设置有用于控制各供油次回路的电磁阀控制模块的总控设备，主供油回路上设置有压力传感器，所述压力传感器和用于控制油泵的电机均与总控设备连接。

本实用新型的优点在于：

本实用新型在满足二甲醚、甲醇醇醚双燃料发动机压燃的预混合阀门控制功能的前提下，具有发动机各缸输出功率一致、燃烧效率高、发动机噪声小、阀门使用寿命长的特点，能够长时间使阀门保持较大开度开启状态。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图中：第一两位两通电磁阀1、第二单向阀2、电磁阀控制模块3、第二两位两通电磁阀4、第三两位两通电磁阀5、节流阀6、限位板7、活塞缸8、上阀门弹簧座9、阀门弹簧10、下阀门弹簧座11、电控直喷喷油器12、副燃烧室13、阀门14、主燃烧室15、活塞16、总控设备17、电机18、油泵19、液压油箱20、第一单向阀21、压力传感器22、液压油分配管23、限压阀24。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

一种用于醇醚双燃料发动机预混压燃系统的阀门控制装置，如图1所示，所述装置由供油主回路、供油次回路、主副燃烧室通道开闭装置电控单元组成。具体结构是：

供油主回路由液压油箱20、油泵19、电机18、第一单向阀21、控制阀总ECU17、压力传感器22、液压油分配管23和限压阀24组成；液压油分配管23的入口与第一单向阀21的出口相通，液压油分配管23的出口与限压阀24的入口相通；第一单向阀21的入口与油泵19的出口相通，电机18与油泵19轴连接，油泵19的入口和限压阀24的出口分别与液压油箱20相通；

供油次回路由供油分路和泄油分路组成，其中，供油分路包括连接供油主回路和活塞缸的管道，该管道上按供油方向依次设置有第一两位两通电磁阀1和第二单向阀2。第一两位两通电磁阀1的P口与由液压油分配管23的一缸供油口相通，第二单向阀2的入口与第一两位两通电磁阀1的A口相通，第二单向阀2的出口与第二两位两通电磁阀4的A口和活塞缸8的无杆腔分别相通。

泄油分路包括连接活塞缸8和供油主回路的管道，该管道上按回油方向依次设置有第二两位两通电磁阀4和第三两位两通电磁阀5，所述第三两位两通电磁阀5上并联有节流阀6。第二两位两通电磁阀4的A口与第二单向阀2的出口和活塞缸8的无杆腔分别相通，第二两位两通电磁阀4的P口与第三两位两通电磁阀5的A口和节流阀6的入口分别相通，第三两位两通电磁阀5的P口和节流阀6的出口均与液压油箱20相通。

主副燃烧室通道开闭装置由限位板7、活塞缸8、上阀门弹簧座9、阀门弹簧10、下阀门弹簧座11和阀门14组成；阀门14的头部位于主燃烧室15和副燃烧室13间的通道，阀门14的尾部依次从下往上穿过副燃烧室13、下阀门弹簧座11、阀门弹簧10、上阀门弹簧座9与活塞缸8的活塞杆的端部相接触，下阀门弹簧座11固定在副燃烧室13的顶部，上阀门弹簧座9与阀门14尾部通过螺纹连接，阀门弹簧10安装在下阀门弹簧座11和上阀门弹簧座9之间；阀门14、下阀门弹簧座11、上阀门弹簧座9和活塞缸8的活塞杆的中心线应位于同一轴线；上阀门弹簧座9卡在限位板7的上下极板之间；

电控单元由总控设备17和各缸的电磁阀控制模块3组成；电磁控制模块3为与供油次回路上，用于控制第一两位两通电磁阀1、第二两位两通电磁阀4和第三两位两通电磁阀5，总控设备位于供油主回路上，用于控制多组供油次回路上的电磁控制模块3，供油主回路上设置有与总控设备17连接的压力传感器22，总控设备17获取压力传感器22的信号，控制电磁阀控制模块和控制油泵19的电机18，电磁阀控制模块用于接收总控模块的信号控制供油次回路中电磁阀的开启和关闭。电磁阀控制模块3与第一两位两通电磁阀1、第二两位两通电磁阀4和第三两位两通电磁阀5的继电器分别外接。

所述液压油分配管23的供油口数目与发动机的缸数一致。

所述阀门弹簧10的预紧力大于活塞缸8无杆腔满油静压、活塞与活塞缸8内壁摩擦力、活塞缸8活塞重力和上阀门弹簧座9重力。

所述的副燃烧室13内装的电控直喷喷油器12的个数根据喷油策略来定是用一个还是两个，以保证该装置的适用性广。

所述的上阀门弹簧座9在限位板7的上下极板之间运动。限位板7可以防止阀门14开启速度过快而撞向主燃烧室15底部内壁。

所述的供油主回路、供油次回路、主副燃烧室通道开闭装置的执行机构、泄油缓冲回路和电控单元这几部分应与发动机的缸数(例：6缸、8缸等)相匹配。摘要附图虽只具体展示单缸发动机的阀门控制装置及四缸控制系统，但其它缸数(例：6缸、8缸等)的发动机也在权利之内。

本具体实施方式的工作过程：

当汽车的起动机开始工作时，总控设备17接到指令控制电机18转动并带动油泵19工作，同时总控设备17向控制一缸的电磁阀控制模块3发出指令，并由控制一缸的电磁阀控制模块3发出指令，开启第一两位两通电磁阀1和关闭第二两位两通电磁阀4。同理其余各缸的电磁阀控制模块也执行此命令，进行全油路的初次供油。这一时期，油泵19不断地将液压油经过第一单向阀21送入液压油分配管23及与液压油分配管23相通的各缸液压油路。压力传感器22不断监测液压油分配管23中液压油的压力并将油压信号反馈给总控设备17，再由总控设备17控制电机18转速并配合限压阀24使液压油分配管23及其它油路保持一定的油压。当一缸活塞缸8的无杆腔被注满液压油时，也就是阀门14处于关闭的临界状态时，一缸的电磁阀控制模块3收到指令，关闭第一两位两通电磁阀1，第二两位两通电磁阀4仍然保持关闭状态，完成全油路的初次供油。

在发动机的一缸的进气行程或压缩行程前期时，储存在二甲醚罐中的二甲醚经由燃油供给系统从电控直喷喷油器12中喷入一缸副燃烧室13。甲醇在一缸的进气行程初期就从燃油箱经燃油供给系统进入进气道，并和一定比例的空气形成混合气进入一缸主燃烧室15。其余各缸也按时刻完成相应的燃油供给。

在发动机的一缸压缩行程末期，总控设备17接到发动机上一级控制单元的指令后，一边控制电机18转速，一边向各缸的电磁阀控制模块发出指令，开启第一两位两通电磁阀1。此时在一缸的供油次回路中，液压油经过第一两位两通电磁阀1、第二单向阀2后再次注入到一缸的活塞缸8中，进行一缸供油次回路的正时供油。由于在全油路的初次供油时，阀门14已处于关闭的临界状态，所以当液压油再次注入到一缸的活塞缸8时，在一缸的活塞缸8中的活塞上表面产生的压力将大于阀门弹簧10的预紧力等其它外力，阀门14将处于开启状态。在供油次回路正时供油期间，经过短时的供油后，阀门14经历了从关闭到开启再到以最大开度开启的历程。随着供油的持续，阀门14开度也将越大，为防止阀门14开度过大或速度过快而撞上活塞16顶部，除精确控制第一两位两通电磁阀1开启时间外，加装限位板7可为阀门14安全提供了保障。限位板7上下极板之间的距离应与燃烧室的尺寸相匹配。供油正时期的时间是精确控制的，这段时间的供油量直接影响阀门14的最大开度，由此可通过控制该段时间来控制阀门14开度。其余各缸也按做功次序进行各缸的供油次回路正时供油。

当一缸的阀门14开启时，高温高压的甲醇和空气的混合气进入副燃烧室13，和一定浓度的二甲醚混合并在副燃烧室13内着火，燃气和未燃混合气冲入主燃烧室15并在主燃烧室15内继续燃烧，直到完成整个燃烧。总控设备17在阀门14达到最大开度后控制一缸的电磁阀控制模块3发出指令，关闭第一两位两通电磁阀1，停止向一缸的供油次回路供油，从而使阀门14以最大开度保持开启状态。此时一缸的供油次回路处于保压期。保压期或一缸阀门14的开启状态保持到本循环排气行程末期。在一缸排气行程时就有一部分甲醇催化形成二甲醚，形成的二甲醚经过分离、液化后可为发动机副燃烧室13的下一循环提供燃料。

在一缸排气行程末期，一缸的电磁阀控制模块3收到总控设备17发出的指令后发出指令，开启一缸的第二两位两通电磁阀4和第三两位两通电磁阀5。阀门弹簧10的回复力通过上阀门弹簧座9和活塞杆作用于活塞缸8的活塞，使液压油经过一缸的第二两位两通电磁阀4和第三两位两通电磁阀5后流回液压油箱20。当阀门14接近落座时，一缸的电磁阀控制模块3再次接到并发出指令，关闭一缸的第三两位两通电磁阀5。此时活塞缸8内的液压油经过一缸的第二两位两通电磁阀4和节流阀6流回液压油箱20。由于节流阀6的油口直径远小于第三两位两通电磁阀5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14平缓落座，完成泄油期。阀门14关闭后，一缸的电磁阀控制模块3再次关闭第二两位两通电磁阀4，直到下一泄油期开启。在发动机一缸的下一循环的进气行程或压缩行程前期时，二甲醚再经由燃油供给系统从电控直喷喷油器12中喷入一缸副燃烧室13。甲醇在下一循环的进气行程初期从燃油箱经燃油供给系统进入进气道，并和一定比例的空气形成混合气进入一缸主燃烧室15。在一缸的下一个压缩行程末期，阀门再一次开启，完成工作循环。

随着发动机其余各缸按相应的工作次序进入工作状态，总控设备17也按次序控制各缸的电磁阀控制模块，从而实现各缸阀门的适时开启、保持开启和适时关闭，进而在发动机的各个气缸中实现二甲醚辅助甲醇的燃烧。

本具体实施方式与现有技术相比较，具有如下积极效果：

本装置在电控单元作用下，能根据发动机的实际工况对阀门14的开闭动作精确控制，可以控制着火过程。鉴于二甲醚辅助甲醇燃烧过程中，一个工作周期内阀门14保持开启状态的持续时间相对较长，本实用新型通过第二单向阀2使阀门14的开启和关闭相互独立，有效地保证了阀门14的开启时间。根据发动机的工况调整供油正时期的供油量，可调整阀门14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14落座时刻通过液压制动回路，减缓阀门14与阀门座之间的冲击，减小噪声并延长阀门14的使用寿命。另外，可以根据需要改变电控单元的控制策略来实现阀门14在一个工作循环内的多次开启和关闭，使得阀门14的控制更加灵活。液压油分配管23的应用除了为各缸供油次回路供油外，还可以起蓄能器的作用，减少供油时的压力波动，保证各缸阀门的开启状态一致。这样就使得发动机各缸的工作状态基本保持一致，因此发动机的动力性、经济性、排放性和寿命都有所提高。

因此，本实用新型在满足二甲醚、甲醇醇醚双燃料发动机压燃的预混合阀门控制功能的前提下，具有发动机各缸输出功率一致、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。