CN103089505B - 一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种内燃机喷油器，特别涉及一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置和方法。本发明是在针阀和阀体组成的喷嘴偶件基础上，增加一个阀套零件组成的喷嘴；三个零件之间互为偶件，针阀安装在阀套中构成一个阀门，这个阀门通过针阀下端的凹槽与阀套内壁面收缩段收缩端口的运动实现开闭，阀套与阀体相对运动形成第二个阀门，阀套上下滑动，阀套下端面底部与阀体中部腔体底面分离与贴合，实现第二个阀门的开闭，三个零件的不同位置构成了一个压力室和两个型腔，当阀门开启的时候，型腔中的燃料就和喷孔相通，通过调节天然气和柴油的供给压力，可以实现柴油引燃天然气的喷射策略。

Description

一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置和方法

技术领域    

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种内燃机喷油器，特别涉及一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置和方法。

背景技术

在能源与环境两大世界热点问题下，柴油发动机因具有较好的燃油经济性及排放性获得了广泛的应用；而随着石油资源的短缺，柴油机必然要使用其他的燃料（如，LPG、LNG、醇类等），天然气在我国储量丰富，并且容易液化，在一定程度上提高了天然气在汽车上被携带的体积，同时天然气作为一种清洁能源，主要成分是甲烷，和柴油相比有较高的热值；但研究（SAE 910227）表明，要使甲烷在2ms内自燃，温度至少要达到1200K，而传统柴油发动机能达到的温度只有850K到950K，因此，研究者们提出了发动机内用柴油引燃天然气策略，这种策略很好解决了单纯用天然气作为燃料在发动机内无法自燃的问题；研究（SAE 1999-01-3556）发现，在高压直喷柴油机中利用柴油引燃天然气能够获得较低的排放和较高的热效率，为天然气在发动机内的应用提供了有效的依据；柴油引燃天然气的主要过程是，先在缸内喷射少量柴油，柴油在压缩冲程中自动点燃，随后喷射出的天然气以这些燃烧的柴油作为热源在缸内燃烧；文献（SAE 981400）提到的喷油器是一种在两冲程发动机中使用的一种双燃料喷射***，其喷射***是在传统的喷油器中增加一个阀套，柴油喷孔开在阀套上，而天然气喷孔开设在阀体上，阀套既充当柴油喷油器的阀体，又充当天然气喷油器的针阀；专利US5996558提出了几种针对气体燃料和双燃料的液压式喷嘴，对于双燃料喷嘴方面，该专利提出两种喷嘴，一种是利用两套喷嘴结构，当然两套喷嘴结构比较复杂，另外一种也是利用阀套，与文献（SAE 981400）不同的是，气体喷孔是通过阀套和针阀体齿形配合间隙构成，不是常规的圆形喷孔；国内关于这方面的专利很少，专利ZL 200410016233.7提出一种双燃料喷油泵，在喷油泵内部设置滑块，滑块移动到一端时喷射一种燃料，滑动到另外一端的时候喷射另外一种燃料，但是该双燃料喷油泵无法实现柴油引燃天然气喷射策略；专利ZL 200510017269.1提出的双燃料喷嘴，原理类似文献（SAE 981400），两种燃料共用一个喷嘴，比较适合两种液体的燃料的喷射，该喷嘴基本无法应用于气体作为主燃料，液体燃料引燃的燃烧***中。

发明内容

本发明的目的在于克服原有技术中存在的一些不足，提出了一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置和方法。

一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置，其特征在于：所述装置包括针阀，阀套和阀体;阀体内部中空，分为上部腔体、中部腔体和下部腔体，上部腔体内径大于中部腔体内径形成内腔凸台结构；针阀由针阀上端、中部凸台和针阀下端组成，中部凸台外径与上部腔体内径相配合，使得内腔凸台结构作为针阀的移动下止点；阀套可分为阀套上端和阀套下端，阀套内壁面又分为收缩段和扩大段，阀套安装在阀体的中部腔体内，阀套上端外径与中部腔体内径相配合，针阀下端穿过阀套伸入到阀体的下部腔体内，形成压力室；阀套下端的外壁面与阀体中部腔体的内壁面之间构成了天然气型腔；阀体中部腔体的内壁面、阀套上端的上端面和针阀下端的外壁面之间构成柴油型腔；阀体上端开有天然气通道和柴油通道，天然气通道和天然气型腔相通，柴油通道和柴油型腔相通；针阀上端通过弹簧座与弹簧相连，阀套上端的下端面与阀体中部腔体底面之间有弹簧相连；所述针阀下端开设有凹槽和柴油油道，凹槽沿针阀下端周向分布，柴油油道包括沿针阀下端径向的柴油油道径向通孔以及沿针阀下端轴向的柴油油道轴向孔，柴油油道轴向孔的上端和柴油油道径向通孔中部相连通，凹槽和柴油油道相通，柴油油道与压力室相通；阀体下端从上至下设置有天然气喷孔和柴油喷孔，柴油喷孔与压力室联通；阀套下端底面与阀体中部腔体底面构成一个阀门，通过控制阀套的上下滑动，实现天然气喷孔与天然气型腔的联通；阀套内壁面收缩段收缩端口与针阀下端的凹槽构成一个阀门，通过控制针阀的上下滑动，实现压力室与柴油型腔的联通。

本发明是在针阀和阀体组成的喷嘴偶件基础上，增加一个阀套零件组成的喷嘴；三个零件之间互为偶件，针阀安装在阀套中构成一个阀门，这个阀门通过针阀下端的凹槽与阀套内壁面收缩段收缩端口的运动实现开闭，阀套与阀体相对运动形成第二个阀门，阀套上下滑动，阀套下端面底部与阀体中部腔体底面分离与贴合，实现第二个阀门的开闭，三个零件的不同位置构成了一个压力室和两个型腔，当阀门开启的时候，型腔中的燃料就和喷孔相通，通过调节天然气和柴油的供给压力，可以实现柴油引燃天然气的喷射策略。

本发明具有的特点是：喷嘴中阀套和针阀的运动都可以独立控制，通过调节柴油和天然气供给压力（或者通过调节泄压阀）可以实现柴油引燃天然气喷射策略，同时通过改变喷孔的大小以及燃料供给压力（或调节泄压阀），本发明也可以用于实现两种不同液体燃料或者气体燃料的喷射，还可以用于在同时刻喷射两种燃料，因此本发明在内燃机领域有很大的应用价值。

附图说明

图1为天然气柴油双燃料喷嘴结构示意图；

图2为图1中阀体的结构示意图；

图3为图1中针阀的结构示意图及图1中柴油油道剖面图；

图4为图1中阀套的结构示意图；

图5为柴油喷射示意图；

图6为天然气喷射示意图；

图中：1.柴油喷孔、2.天然气喷孔、3.天然气型腔、4.阀体、5.阀套内壁面收缩段、6.柴油型腔、7.天然气通道、8.弹簧、9.弹簧座、10.针阀、11.柴油通道、12.阀套、13.弹簧、14.凹槽、15.阀套内壁面扩大段、16.柴油油道轴向孔、17.压力室、18.阀体下部腔体、19.阀体中部腔体、20.阀体内腔凸台结构、21.阀体上部腔体、22.针阀上端、23.针阀中部凸台、24.针阀下端、25.阀套上端、26.阀套下端、27.柴油油道径向通孔、28.柴油油道。

具体实施方式

下面结合附图所示对本发明进行进一步说明。

本发明结构如图1所示，主要包括针阀10，阀套12和阀体4；阀体4结构如图2所示，阀体4内部中空，分为上部腔体21、中部腔体19和下部腔体18，上部腔体21内径大于中部腔体19内径形成内腔凸台结构20；针阀结构10如图3所示，由针阀上端22、中部凸台23和针阀下端24组成，中部凸台23外径与上部腔体21内径相配合，使得内腔凸台结构20作为针阀10的移动下止点；阀套结构12如图4所示，可分为阀套上端25和阀套下端26，阀套内壁面又分为收缩段5和扩大段15，阀套12安装在阀体的中部腔体内19，阀套上端25外径与中部腔体19内径相配合，针阀下端24穿过阀套12伸入到阀体的下部腔体18内，形成压力室17；阀套下端26的外壁面与阀体中部腔体19的内壁面之间构成了天然气型腔3；阀体中部腔体19的内壁面、阀套上端25的上端面和针阀下端24的外壁面之间构成柴油型腔6；阀体4上端开有天然气通道7和柴油通道11，天然气通道7和天然气型腔3相通，柴油通道11和柴油型腔6相通；针阀上端22通过弹簧座9与弹簧8相连，阀套上端25的下端面与阀体中部腔体19底面之间有弹簧13相连；针阀下端24开设有凹槽14和柴油油道28，凹槽14沿针阀下端24周向分布，柴油油道28包括沿针阀下端径向的柴油油道径向通孔27以及沿针阀下端轴向的柴油油道轴向孔16，柴油油道轴向孔16的上端和柴油油道径向通孔27中部相连通，凹槽14和柴油油道28相通，柴油油道28与压力室17相通；阀体4下端从上至下设置有天然气喷孔2和柴油喷孔1，柴油喷孔1与压力室17联通；阀套下端26底面与阀体中部腔体19底面构成一个阀门，通过控制阀套12的上下滑动，实现天然气喷孔2与天然气型腔3的联通；阀套内壁面收缩段5收缩端口与针阀下端的凹槽14构成一个阀门，通过控制针阀10的上下滑动，实现压力室17与柴油型腔6的联通。

柴油喷射如图5所示，高压柴油进入柴油通道11，充满柴油型腔6，柴油型腔6内的高压柴油对针阀10产生向上的推力，克服弹簧8的弹簧力以及阀套12、针阀10与阀体4之间的摩擦力后，针阀10上移（此时阀套12在弹簧13以及柴油压力的作用下仍落座在阀体中部腔体19底面上），当针阀下端24上的凹槽14的下端面上升到阀套内壁面收缩段5的收缩端口处，阀套内壁面扩大段15与针阀10之间的环形间隙与凹槽14连通，柴油就经凹槽14进入柴油油道28，最后流入压力室17，然后经过柴油喷孔1喷出；当停止供油（或者泄压）后，柴油型腔6内柴油的压力迅速降低，弹簧力经过弹簧座9传给针阀10，使针阀10迅速下移，直至凹槽14处于阀套内壁面收缩段5上，此时柴油喷射阀门关闭，柴油就停止喷射。

气体燃料喷射如图6所示，高压天然气进入天然气通道7，充满天然气型腔3，天然气型腔3内的高压天然气克服弹簧力以及其他的摩擦力，使阀套12上移（此时通过弹簧8作用于针阀10上，柴油喷射阀门仍处于关闭状态，而由于阀套12上移造成柴油型腔6中的压力升高可通过调节柴油泄压阀），阀套12上移后，天然气型腔3就和天然气喷孔2相通，此时天然气型腔3中的天然气由天然气喷孔2喷出；当停止供燃料（或者泄压）时，天然气型腔3中的燃料压力迅速下降，阀套12在弹簧13的作用下迅速落座在阀体中部腔体19的底面上，使天然气喷射阀门关闭，停止喷射天然气。

Claims (2)

1.一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置，所述装置包括针阀，阀套和阀体，其特征在于：阀体内部中空，分为上部腔体、中部腔体和下部腔体，上部腔体内径大于中部腔体内径形成内腔凸台结构；针阀由针阀上端、中部凸台和针阀下端组成，中部凸台外径与上部腔体内径相配合，使得内腔凸台结构作为针阀的移动下止点；阀套可分为阀套上端和阀套下端，阀套内壁面又分为收缩段和扩大段，阀套安装在阀体的中部腔体内，阀套上端外径与中部腔体内径相配合，针阀下端穿过阀套伸入到阀体的下部腔体内，形成压力室；阀套下端的外壁面与阀体中部腔体的内壁面之间构成了天然气型腔；阀体中部腔体的内壁面、阀套上端的上端面和针阀下端的外壁面之间构成柴油型腔；阀体上端开有天然气通道和柴油通道，天然气通道和天然气型腔相通，柴油通道和柴油型腔相通；针阀上端通过弹簧座与弹簧相连，阀套上端的下端面与阀体中部腔体底面之间有弹簧相连；所述针阀下端开设有凹槽和柴油油道，凹槽沿针阀下端周向分布，柴油油道包括沿针阀下端径向的柴油油道径向通孔以及沿针阀下端轴向的柴油油道轴向孔，柴油油道轴向孔的上端和柴油油道径向通孔中部相连通，凹槽和柴油油道相通，柴油油道与压力室相通；阀体下端从上至下设置有天然气喷孔和柴油喷孔，柴油喷孔与压力室联通；阀套下端底面与阀体中部腔体底面构成一个阀门，通过控制阀套的上下滑动，实现天然气喷孔与天然气型腔的联通；阀套内壁面收缩段收缩端口与针阀下端的凹槽构成一个阀门，通过控制针阀的上下滑动，实现压力室与柴油型腔的联通。

2.一种实现天然气柴油双燃料喷射的方法，其特征在于包括如下步骤：

高压柴油进入柴油通道，充满柴油型腔，柴油型腔内的高压柴油对针阀产生向上的推力，克服弹簧的弹簧力以及阀套、针阀与阀体之间的摩擦力后，针阀上移，此时阀套在弹簧以及柴油压力的作用下仍落座在阀体中部腔体底面上，当针阀下端上的凹槽的下端面上升到阀套内壁面收缩段的收缩端口处，阀套内壁面扩大段与针阀之间的环形间隙与凹槽连通，柴油就经凹槽进入柴油油道，最后流入压力室，然后经过柴油喷孔喷出；当停止供油或者泄压后，柴油型腔内柴油的压力迅速降低，弹簧力经过弹簧座传给针阀，使针阀迅速下移，直至凹槽处于阀套内壁面收缩段上，此时柴油喷射阀门关闭，柴油就停止喷射；

高压天然气进入天然气通道，充满天然气型腔，天然气型腔内的高压天然气克服弹簧力以及摩擦力，使阀套上移，此时通过弹簧作用于针阀上，柴油喷射阀门仍处于关闭状态，阀套上移后，天然气型腔就和天然气喷孔相通，此时天然气型腔中的天然气由天然气喷孔喷出；当停止供燃料或者泄压时，天然气型腔中的燃料压力迅速下降，阀套在弹簧的作用下迅速落座在阀体中部腔体的底面上，使天然气喷射阀门关闭，停止喷射天然气。