一种液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵

技术领域

本发明涉及船用柴油机上应用甲醇的甲醇供给技术，具体涉及甲醇供给泵。

背景技术：

随着全球排放法规越来越严苛，船用发动机技术正朝着零排放和综合性能优化方向发展。甲醇具有室温下呈液态，便于运输、存储和加注，来源广泛且可再生等优势，是一种充满潜力的柴油替代燃料。从排放性、整机改装成本及运行经济性等方面综合考虑，甲醇替代柴油应用于船用发动机具有良好的前景。

甲醇泵是甲醇供应系统中一个重要的装置，考虑到在船上安装的便利性，并降低使用成本，一般选择在常规柴油泵的基础上进行改进设计。由于甲醇粘度低、腐蚀性强、闪点较低，常规电控泵供应甲醇时，使用寿命大幅度缩短，且存在使用安全隐患。因此，开发具有较长使用寿命且使用安全系数高的耐腐蚀电控甲醇泵是应用甲醇燃料亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种耐腐蚀、自润滑、安全系数高、传动温和、节能环保的液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵，采用该技术原理工作的液驱电控泵在供应类似甲醇的燃料时能够具有较强的可靠性，其使用寿命不受燃料的影响。

本发明的技术方案如下：

一种液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵，其包括：

泵组件，包括泵体以及装配于泵体内的柱塞偶件、柱塞弹簧和导向活塞；柱塞偶件包括柱塞套和陶瓷组合柱塞，柱塞套上设有连通柱塞腔的进醇口和出醇口；所述柱塞套上设有甲醇回流道，通过O型密封圈密封，所述甲醇回流道外界通大气压；陶瓷组合柱塞包括柱塞芯、陶瓷柱塞筒、柱塞盘、柱塞螺钉、柱塞密封圈；所述陶瓷组合柱塞，柱塞盘将陶瓷柱塞筒通过柱塞螺钉压紧在柱塞芯上，并用柱塞密封圈密封。所述陶瓷柱塞筒采用氧化锆超性陶瓷，其长度覆盖了柱塞全部工作行程。

进醇管阀组件，安装在所述柱塞套上的进醇口中，用于控制甲醇进入柱塞腔，外端用于连接进醇管。

常闭式两位三通阀组件，所述泵组件的下端装在其阀座上，其阀腔与所述泵组件的导向活塞下端面相通，通过其阀套腔内的油压作用于导向活塞，控制导向活塞工作。

大流量电磁阀组件，其安装在常闭式两位三通阀组件一侧，其通过内阀芯与常闭式两位三通阀组件的阀芯连接，其电磁阀通过线圈通、断电控制控制常闭式两位三通阀进油流道与出油流道的断开与连通，控制阀腔内的油压。

本发明所述的液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵在泵醇过程：具有一定背压的甲醇通过顶开进醇管阀组件进入柱塞腔，大流量电磁阀组件未通电时，常闭式两位三通阀组件中，工作油进流道呈断开状态，工作油出流道呈流通状态，大流量电磁阀组件通电后，在电磁力的作用下，衔铁带动常闭式两位三通阀阀套向左移动，工作油进流道被联通，工作油出流道被断开。具有一定压力的工作油通过工作油进口充满常闭式两位三通阀腔，在油压作用下顶起导向活塞向上移动，待柱塞腔内甲醇压力大于进醇口甲醇背压后，进醇管阀组件关闭，阻断甲醇从进醇口流出，留在柱塞腔内的甲醇在柱塞的继续上行挤压下继续增压，从出醇口泵出。

本发明所述的液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵在复位过程：甲醇从出醇口泵出后，柱塞腔压力下降，大流量电磁阀断电后，电磁力消失，衔铁在电磁阀弹簧力作用下复位，常闭式两位三通阀阀套向右移动，工作油进流道被断开，工作油出流道被导通，常闭式两位三通阀腔内燃油压力降低，导向活塞在柱塞弹簧作用力下复位，甲醇再次通过顶开进醇管阀组件进入柱塞腔，为下一循环泵醇做准备工作。

本发明的有益效果如下：

本发明采用常规柴油泵的泵组件结构，在其上部设计进醇管阀组件，下部设置常闭式两位三通阀组件和大流量电磁阀组件，采用液压驱动形式，消除了机械传动带来工作粗暴现象，可实现甲醇供给压力多级灵活控制；液压传动工作用油，可循环利用，节能环保。

本发明采用陶瓷组合柱塞，在柱塞套上仅设有甲醇回流道，通过O型密封圈密封，可满足柱塞润滑要求，也可保证对甲醇的密封效果，同时保证了甲醇循环再利用。

同时，本发明优化了甲醇流道布置，将其布置在柱塞套的上部，减少了甲醇流经零部件的种类和数量，保障了甲醇密封性良好，提高了泵的使用寿命；并且把甲醇流道与电磁阀安装位置布置在泵体上下两端，实现了电路与液路的隔离，可提高泵的使用安全系数。

附图说明

图1是液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵主视图剖面图。

图2是液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵中进醇管阀组件的结构示意图。

图3是液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵左视图剖面图。

图4是液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵柱塞偶件局部结构示意图

图5是液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵中常闭式两位三通阀组件的结构示意图。

图6是液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵中大流量电磁阀组件的结构示意图，

图7是液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵的外形图。

图中，1、进醇管阀组件，2、泵体，3、柱塞偶件，4、泵体螺栓，5、O型密封圈，6、常闭式两位三通阀组件，7、大流量电磁阀组件，8、阀罩壳，9、螺栓，10、导向活塞，11、弹簧座，12、柱塞弹簧，13、弹簧盘，14、O型密封圈，15、柱塞套螺栓；

101、进油管接头，102、锥阀芯，103、锥阀弹簧，104、调压垫片；

301、柱塞套，302、陶瓷柱塞，3021、柱塞芯，3022、陶瓷柱塞筒，3023、柱塞盘，3024、柱塞螺钉，3025、柱塞O型密封圈；

601、阀座，602、阀套，603、右阀芯，604、左阀芯；

701、衔铁，702、电磁线圈，703、静铁芯，704、电磁阀弹簧，705、内阀芯，706、垫片。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，液驱电控甲醇陶瓷柱塞泵主要包括泵组件、进醇管阀组件1、常闭式两位三通阀组件6、大流量电磁阀组件7和阀罩壳8等零组件。

其中泵组件采用常规柴油泵的结构，包括泵体2以及装配在泵体内的柱塞偶件3、柱塞弹簧4和导向活塞10。柱塞偶件3包括柱塞套301和陶瓷组合柱塞302，柱塞套通过螺栓与泵体2联接，陶瓷组合柱塞302上端装在柱塞套301中，两者之间形成柱塞腔。陶瓷组合柱塞302包括柱塞芯3021、陶瓷柱塞筒3022、柱塞盘3023、柱塞螺钉3024、柱塞密封圈3025。所述柱塞盘将陶瓷柱塞筒通过柱塞螺钉压紧在柱塞芯上，并用柱塞密封圈密封。柱塞套上端的右侧设有进醇口，柱塞套顶端设有出醇口，进醇口和出醇口均通过油道连通柱塞腔。柱塞下端由导向活塞10托住，在柱塞下部外套有柱塞弹簧12，柱塞弹簧12上端和下端分别装配在弹簧座11和弹簧盘13内。所述陶瓷柱塞筒采用氧化锆超性陶瓷，其长度覆盖了柱塞全部工作行程。

参见图2，本发明中，进醇管阀组件1包括进醇管接头101、锥阀芯102、锥阀弹簧103和调压垫片104。进醇管接头101通过螺纹联接安装在柱塞套的进醇口中，进醇管接头101中依次装配调压垫片104、锥阀弹簧103和锥阀芯102，外端连接进醇管，在泵醇时，通过具有一定背压的甲醇顶开锥阀芯使甲醇进入柱塞腔。这样优化甲醇流道布置，实现了电磁阀与甲醇流道的隔离，减少了甲醇流经零部件的种类和数量。

参见图3和图4，由于甲醇粘度低，本发明需在原柴油泵的设计基础上增加柱塞偶件润滑设计；甲醇腐蚀性强，且吸附空气中的水份后腐蚀性增加，同时增加甲醇密封设计。具体是，在所述柱塞套的上部设有甲醇回流道，所述甲醇回流道外界通大气压，即，本发明将柱塞润滑与甲醇密封的实现通过陶瓷组合柱塞设计实现。这样优化柱塞，可以实现甲醇自润滑，回流的甲醇还可循环再利用。

另外，柱塞套上甲醇回流道通过O型密封圈密封，陶瓷柱塞筒和柱塞芯通过O型密封圈密封，均采用聚四氟乙烯，陶瓷柱塞筒采用氧化锆超性陶瓷，其他零组件材质均保持在原柴油泵基础上不变。

参见图5，本发明中，常闭式两位三通阀组件6包括阀座601、阀套602、右阀芯603和左阀芯604，阀套602置于阀座内腔，右阀芯603和左阀芯604分别置于阀套腔内右侧、左侧。阀套602上设有连通阀套腔的进油孔a、出油孔b和油压输出孔c，进油孔a、出油孔b分别与阀座上的工作用油进口和出口连通，并由所述右阀芯和左阀芯分别配合实现开闭，所述油压输出孔c将阀套腔与导向活塞的底面连通。阀座上设有螺纹孔，泵体通过螺栓与阀座联接。导向活塞置于泵体腔内下侧，被柱塞弹簧压紧在阀座圆柱腔内座面上。由于机械传动装置受制于船用主机布置方案，且传动粗暴。本发明采用上述液压传动，可实现灵活布置，且传动温和。此外，通过调节液压传动工作用油压力进而实现灵活调整甲醇泵压的效果。液压传动工作用油采用泵用润滑油，在润滑常闭式两位三通阀的同时，循环利用，节能环保。

由于甲醇闪点较低，使用过程中需考虑泵的使用安全性，若保留原柴油电控泵结构布置，需将原普通电磁阀替换为防爆型电磁阀。防爆型电磁阀价格昂贵，会大大增加甲醇泵的改进成本。

参见图6，本发明将电磁阀组件设置在了泵体下端，通过控制常闭式两位三通阀组件6实现对泵的液压驱动 。本发明中，大流量电磁阀组件7包括衔铁701、电磁阀弹簧702、内阀芯703、垫片704、静铁芯705和电磁线圈705。内阀芯703与上述左阀芯604通过螺纹联接，衔铁701与上述阀套602通过螺纹联接，电磁阀通过线圈705通、断电控制上述阀套的位移进而控制常闭式两位三通阀进油流道与出油流道的断开与连通。

本发明中， 阀罩壳8通过螺栓联接在上述阀座601上，将大流量电磁阀组件7罩起。

泵醇过程：具有一定背压的甲醇通过顶开进醇管阀组件中的锥阀芯进入柱塞腔，如图2所示。大流量电磁阀未通电时，常闭式两位三通阀中，工作油进流道呈断开状态，工作油出流道呈流通状态，如图4、图5所示。大流量电磁阀通电后，在电磁力的作用下，衔铁带动常闭式两位三通阀阀套向左移动，工作油进流道被联通，工作油出流道被断开。具有一定压力的工作油通过工作油进口充满常闭式两位三通阀腔，在油压作用下顶起导向活塞向上移动，待柱塞腔内甲醇压力大于进醇口甲醇背压后，锥阀芯被紧压在进醇管接上，阻断甲醇从进醇口流出。留在柱塞腔内的甲醇在柱塞的继续上行挤压下继续增压，从出醇口泵出。

复位过程：甲醇从出醇口泵出后，在喷射后，柱塞腔压力下降，大流量电磁阀断电后，电磁力消失，衔铁在电磁阀弹簧力作用下复位，常闭式两位三通阀阀套向右移动，工作油进流道被断开，工作油出流道被导通，常闭式两位三通阀腔内燃油压力降低，导向活塞在柱塞弹簧作用力下复位，甲醇通过顶开进醇管阀组件中的锥阀芯进入柱塞腔，为下一循环泵醇做准备工作。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。