CN114382625B - 一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴 - Google Patents

一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，包括上下排列且密封连接的喷嘴体和喷孔板；喷嘴体内设有n个竖直安装孔，n个竖直安装孔内各安插一个针阀体；n个针阀体的底部各设有一个喷射器喷孔；喷嘴体上设有n个喷射器竖直油道；喷孔板上设有n个喷射器横向油道、一个喷孔连接腔和m个喷孔；n个喷射器横向油道的一端同时与喷孔连接腔连接，且以喷孔连接腔为中心呈放射状排列；n个喷射器横向油道的另一端分别与n个喷射器竖直油道的下端连接；n个喷射器竖直油道的上端分别与n个喷射器喷孔的下端连接；m个喷孔的一端同时与喷孔连接腔连接，另一端位于喷孔板的侧面上。本发明的喷嘴的结构简单，有效解决了现有技术不能同源喷射的问题。

Description

一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴
技术领域
本发明属于发动机燃料喷射技术领域，涉及一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴。
背景技术
随着节能减排法规的推动，发动机缸内燃烧技术得到进一步提升，各种高效率的新燃烧技术逐步出现，其中的灵活燃料发动机由于采用了市场成熟的燃料被认为是最有前途的一项技术，而灵活燃料的发动机涉及多种燃油的喷射***。燃料可以进气道喷射也可以直喷，对于两种以上的燃料喷射也可以将进气道喷射和缸内喷射组合起来使用。
灵活燃料发动机可以使用同一套发动机本体更换不同燃料实现，也可以在共同的油箱内通过不同的燃料比例混合来实现，也可以通过不同的燃料喷射***喷射多种燃料在发动机上同时使用。在同一个发动机上同时使用不同燃料的模式主要是因为要结合不同燃料的物理化学性质，如柴油/天然气或者柴油/甲醇发动机的柴油作为液体火花塞引燃天然气或者甲醇。目前的喷射一般将甲醇或者天然气在进气道喷入而将柴油缸内直喷，由于涉及在进排气门重叠期间的燃料逃逸现象和进气道和气缸之间距离造成的响应性问题，缸内直喷是最好选择。但缸盖上气门机构占据了大多空间，直喷喷射器在缸盖上布置的空间有限，即使采用小型化的喷射器，但喷孔位置和角度造成的燃料喷射不同源会造成喷雾不均和燃烧室空间利用率差的问题，因此，将两种或者两种以上直喷喷射的功能集成在一起则成为最优选择，如加拿大西港公司开发的柴油/天然气缸内直喷喷射器和德国Bosch公司开发的NGDI喷射器集成了柴油和天然气的直喷功能，取得了令人满意的动力性和排放性能，但该喷射器结构复杂、加工工艺要求高、价格昂贵。
因此，如何开发结构简单燃料同源喷射的缸内直喷喷射器成为新的挑战，而喷嘴作为其中的关键环节，需要研究新的技术来解决该问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种结构简单、价格便宜的可实现灵活喷射的喷射器喷嘴。
本发明将产品化的两个或者三个喷射器安装在同一个喷嘴上，通过喷射器自身的启闭来实现喷射的组合，多种喷射器的组合能实现不同的燃料喷射组合，而且不同的喷射时序可满足高效清洁燃烧对燃料喷射***的新要求，具体是通过设计一个组合式的喷嘴来实现。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，包括上下排列且密封连接的喷嘴体和喷孔板，喷孔板位于喷嘴体的下方；
喷嘴体内设有n个竖直安装孔，n≥2，n个竖直安装孔内各安插一个针阀体，竖直安装孔与针阀体密封连接；
n个针阀体的底部各设有一个位于密封锥面下方且与针阀体的内部空间连通的喷射器喷孔；喷嘴体上设有n个喷射器竖直油道；喷孔板上设有n个喷射器横向油道、一个喷孔连接腔和m个喷孔，m≥2；
n个喷射器横向油道的一端同时与喷孔连接腔连接，且以喷孔连接腔为中心呈放射状排列；n个喷射器横向油道的另一端分别与n个喷射器竖直油道的下端连接；n个喷射器竖直油道的上端分别与n个喷射器喷孔(即n个针阀体的底部的喷射器喷孔)的下端连接；
m个喷孔的一端同时与喷孔连接腔连接，另一端位于喷孔板的侧面上。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，n个喷射器喷孔为竖直喷孔，且分别位于n个针阀体的最底部。
如上所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，n个竖直安装孔的形状和尺寸相同；n个针阀体的形状和尺寸相同；n个喷射器喷孔的形状和尺寸相同。
如上所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，n个喷射器竖直油道的形状和尺寸相同。
如上所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，n个喷射器横向油道的形状和尺寸相同。
如上所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，m个喷孔的形状和尺寸相同。
如上所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，m个喷孔均匀分布，根据现有产品开发的经验，m的取值范围为2～12。
如上所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，喷嘴体和喷孔板焊接连接，以保证密封。
如上所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，喷嘴体由共轴的圆柱I和圆柱II构成，圆柱I位于圆柱II的上方，圆柱I的直径大于圆柱II，圆柱I的高度小于圆柱II；喷孔板由共轴的圆柱III和圆台构成，圆柱III位于圆台的上方，圆台的大端在上、小端在下，圆柱III的直径大于圆台的大端直径，圆柱III的高度小于圆台；圆柱II与圆柱III共轴且直径相同；这种结构将原喷射器喷孔的功能转移到喷孔板上，原喷射器只进行喷射的计量和通断功能，本发明喷嘴的喷雾特性仅仅由喷孔板上的喷孔来决定，而且喷孔板与喷嘴体分离，喷孔板上的喷孔为通孔，可以双向机加工和挤压研磨，容易加工，而且加工质量和流量系数能够得到保证。
本发明的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，在使用时与多只喷射器组合后安装在发动机的缸盖上，电控喷射器的电磁阀决定喷射器的开启和关闭，当喷射器开启后燃料将通过油道输运到喷丝板的喷孔并喷出，当喷射器关闭后燃油将被切断，停止喷射。
本发明的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，可以装配多只喷射器，以两只电控喷射器为例，可以采用同种燃料，如两种均为柴油；也可以采用不同种类的油料，比如一种为柴油，另外一种为汽油，也可以一种为柴油，另外一种为甲醇，根据燃烧***的要求，其中的一种喷射器可以采用气体喷射器，如天然气，也可以采用空气，柴油/天然气的组合可以实现天然气高效率燃烧，而空气喷射则可以实现空气辅助喷射来加强燃料的雾化。本发明的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴的喷射时序由发动机控制单元单独控制，先后喷射的燃料均可以通过喷嘴头部的喷孔内喷出，互不影响。如果采用空气辅助喷射，后续喷射的空气可以清空喷孔内残留的燃油。如果其中的一只喷射器用来喷水可显著降低缸内温度，以此来降低发动机的NOx排放。如果采用三只喷射器安装在喷嘴上，可实现柴油/天然气/水喷射功能，能够有效降低发动机的爆震倾向，扩展天然气替代比例，提高发动机的功率。
现以柴油甲醇两种燃料喷射的为例说明喷射的时序，由于燃烧***的要求，需要采用高反应性的柴油引燃甲醇，因此，柴油在压缩过程的早期直喷进入缸内，而甲醇在柴油喷射之后且在压缩上止点前的某个时候喷入缸内。本发明的喷射器喷嘴就能轻易实现这样的功能。另外，若喷射器采用电控共轨***，每种喷射器的喷射定时可喷射次数可以灵活调整，可根据缸内燃烧方式的要求，灵活调整喷射次数，图4示意了三次柴油喷射和一次甲醇喷射的喷射速率的不同喷射时序，柴油喷射次数的多少、每次喷射的油量均由发动机电控单元根据燃烧***的要求驱动柴油喷射器的电磁阀来实现，而甲醇的定时和油量也会根据发动机燃烧技术对燃料的比例驱动甲醇喷射器的电磁阀来实现。
另外，两种喷射的压力可以不同，而喷射过程可互不干涉。不喷射状态的针阀与针阀体在液体压力和弹簧力的作用下紧密接触，每个电控喷射器头部的竖直油道直径很小，压力差在这么小的面积上产生的作用力不能反向打开压力较低的喷射器的针阀，因此燃油在不同的时序喷射，也不会产生两种喷射器同时喷射时高压力的燃油会窜入低压力喷射器的情况。以柴油甲醇两种燃料喷射的喷嘴为例，柴油喷射的压力可以在400～2000bar之间，而甲醇可以采取相对低的喷射压力如200～800bar。两种燃料喷射的持续时间可以各不相同，可以根据发动机功率和燃烧***对喷油量的要求和各自的喷射压力计算得到对应的喷射持续时间。
本发明的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，将多种喷射器集中在一个共同的喷嘴上喷出，实现多种燃料缸内喷射，并保证燃油在缸内的对称均匀混合。
有益效果：
本发明的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴的结构简单，集成多个喷射器的燃料从相同的喷孔内喷出，有效解决了现有技术存在多种喷射器直喷空间难以布置以及多个喷射器喷射空间不能均匀混合的问题。
附图说明
图1～2为本发明的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴结构示意图；
图3为本发明的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴的喷孔板的俯视图；
图4为图1～3的喷嘴进行三次柴油喷射和一次甲醇喷射的喷射速率-曲轴转角关系图；
其中，1-第一喷射器，2-第二喷射器，3-喷嘴体，4-喷孔板，101-第一喷射器针阀，102-第一喷射器针阀体，103-第一喷射器喷孔，104-第一喷射器竖直油道，201-第二喷射器针阀，202-第二喷射器针阀体，203-第二喷射器喷孔，204-第二喷射器竖直油道，34-衔接处，401-喷孔连接腔，402-喷孔，411-第一喷射器横向油道，421-第二喷射器横向油道。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，如图1～3所示，包括上下排列且密封焊接连接的喷嘴体3和喷孔板4，喷孔板4位于喷嘴体3的下方，两者在衔接处34焊接在一起；
喷嘴体3由共轴的圆柱I和圆柱II构成，圆柱I位于圆柱II的上方，圆柱I的直径大于圆柱II，圆柱I的高度小于圆柱II；喷孔板4由共轴的圆柱III和圆台构成，圆柱III位于圆台的上方，圆台的大端在上、小端在下，圆柱III的直径大于圆台的大端直径，圆柱III的高度小于圆台；圆柱II与圆柱III共轴且直径相同；
喷嘴体3内设有2个形状和尺寸相同的竖直安装孔，2个竖直安装孔内各安插一个针阀体，2个针阀体的形状和尺寸相同，分别记为第一喷射器针阀体102、第二喷射器针阀体202，竖直安装孔与针阀体密封连接；2个针阀体的最底部各设有一个位于密封锥面下方且与针阀体的内部空间连通的喷射器喷孔，喷射器喷孔为竖直喷孔，2个喷射器喷孔的形状和尺寸相同，分别记为第一喷射器喷孔103、第二喷射器喷孔203；喷嘴体3上设有2个形状和尺寸相同的喷射器竖直油道，分别记为第一喷射器竖直油道104、第二喷射器竖直油道204；
喷孔板4上设有2个喷射器横向油道、一个喷孔连接腔401和4个喷孔402；2个喷射器横向油道形状和尺寸相同，分别记为第一喷射器横向油道411、第二喷射器横向油道421；2个喷射器横向油道的一端同时与喷孔连接腔401连接，且以喷孔连接腔401为中心呈放射状排列；2个喷射器横向油道的另一端分别与2个喷射器竖直油道的下端连接；2个喷射器竖直油道的上端分别与2个喷射器喷孔的下端连接；4个喷孔402的形状和尺寸相同，且均匀分布在喷孔板4上，4个喷孔402的一端同时与喷孔连接腔401连接，另一端位于喷孔板4的侧面上。
具体使用过程：
第一喷射器针阀体102内安装有第一喷射器针阀101；第一喷射器针阀101为第一喷射器1的针阀；第一喷射器1工作时，第一喷射器针阀101上升离开第一喷射器针阀体102的密封锥面，燃油将从第一喷射器1上的第一喷射器喷孔103喷出，随后进入到喷嘴体3上的第一喷射器竖直油道104，喷孔板上的第一横向油道411连接第一喷射器竖直油道104和喷孔连接腔401，燃油到达喷孔连接腔401后会沿着喷孔板4周向均布的喷孔402喷出。
第二喷射器针阀201内安装有第二喷射器针阀201；第二喷射器针阀201为第二喷射器2的针阀；第二喷射器2工作时，第二喷射器针阀201上升离开第一喷射器针阀体202的密封锥面，燃油将从第二喷射器2上的第二喷射器喷孔203喷出，随后进入到喷嘴体3上的第二喷射器竖直油道204，喷孔板上的第二横向油道421连接第二喷射器竖直油道204和喷孔连接腔401，燃油到达喷孔连接腔401后会沿着喷孔板周向均布的喷孔402喷出。
当两只喷射器同时工作时，燃油会在喷孔连接腔401处混合后从喷孔402喷出。
当两只喷射器先后工作时，燃油可以分别经过喷孔连接腔401，然后从喷孔402先后喷出；喷射时序由发动机控制单元单独控制，先后喷射的燃料均可以通过喷嘴头部的喷孔402喷出，互不影响。如果采用空气辅助喷射，后续喷射的空气可以清空喷孔内残留的燃油。如果其中的一只喷射器用来喷水可显著降低缸内温度，以此来降低发动机的NOx排放。
本发明的喷嘴不局限于安装两只喷射器，也可以安装三只、四只甚至更多喷射器。
喷射器不但可以喷射液体，也可以喷射气体如空气，介质不但可以是燃料，也可以是助燃剂或者是冷却介质。如果采用三只喷射器安装在喷嘴上，可实现柴油/天然气/水喷射功能，能够有效降低发动机的爆震倾向，扩展天然气替代比例，提高发动机的BMEP。
本发明的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴的结构简单，集成多个喷射器的燃料从相同的喷孔内喷出，有效解决了现有技术存在多种喷射器直喷空间难以布置以及多个喷射器喷射空间不能均匀混合的问题。

Claims (7)

1.一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，其特征在于，包括上下排列且密封连接的喷嘴体(3)和喷孔板(4)，喷孔板(4)位于喷嘴体(3)的下方；
喷嘴体(3)内设有n个竖直安装孔，n≥2，n个竖直安装孔内各安插一个针阀体，竖直安装孔与针阀体密封连接；
n个针阀体的底部各设有一个位于密封锥面下方且与针阀体的内部空间连通的喷射器喷孔；n个喷射器喷孔为竖直喷孔，且分别位于n个针阀体的最底部；
喷嘴体(3)上设有n个喷射器竖直油道；喷孔板(4)上设有n个喷射器横向油道、一个喷孔连接腔(401)和m个喷孔，m≥2；
n个喷射器横向油道的一端同时与喷孔连接腔(401)连接，且以喷孔连接腔(401)为中心呈放射状排列；n个喷射器横向油道的另一端分别与n个喷射器竖直油道的下端连接；n个喷射器竖直油道的上端分别与n个喷射器喷孔的下端连接；
m个喷孔的一端同时与喷孔连接腔(401)连接，另一端位于喷孔板(4)的侧面上。
2.根据权利要求1所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，其特征在于，n个竖直安装孔的形状和尺寸相同；n个针阀体的形状和尺寸相同；n个喷射器喷孔的形状和尺寸相同。
3.根据权利要求2所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，其特征在于，n个喷射器竖直油道的形状和尺寸相同。
4.根据权利要求3所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，其特征在于，n个喷射器横向油道的形状和尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，其特征在于，m个喷孔的形状和尺寸相同。
6.根据权利要求5所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，其特征在于，m个喷孔均匀分布，m的取值范围为2～12。
7.根据权利要求1所述的一种可实现灵活喷射的喷射器喷嘴，其特征在于，喷嘴体(3)和喷孔板(4)焊接连接。
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