CN102322378A - 一种柴油机低粘度燃料喷油器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柴油机低粘度燃料喷油器，主要包括喷油器体、针阀、针阀体、低压差控制阀；其特点是在针阀与针阀体的滑动配合面上的环形泄压槽将配合间隙分隔为节流降压间隙与低压差润滑间隙；环形泄压槽经油道与低压差阀上的蓄压腔连通；低压差润滑间隙的中部经环形低压差润滑油槽、油道与低压差控制阀连通；低压差控制阀经润滑油道与高压润滑油接口连通。采用有蓄压腔的微间隙节流降压结构及低压差液体密封与润滑结构，保证了针阀与导向圆孔的滑动配合面的密封与润滑，克服了喷射低粘度燃料时针阀与导向孔磨损失效的问题，使柴油机能可靠地燃用二甲醚、甲醇等低粘度替代燃料。
Description
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，具体地说是涉及一种可以燃用二甲醚、甲醇、乙醇等多种低粘度燃料的喷油器。
技术背景
柴油机热效率高，已成为汽车、拖拉机、工程机械、舰船、火车等广泛使用的发动机。柴油机用柴油作燃料，由于近年来提炼柴油的石油资源逐年减少，为此世界各国都在寻找和推广柴油的替代燃料。柴油机用机械式喷油器燃用二甲醚排放优于欧III指标，加废气再循环后可达欧IV与欧V排放标准。世界各国经过研究试验，公认煤制二甲醚是替代柴油的清洁燃料，德国与日本在柴油机上加点火装置烧甲醇试验后确认甲醇也可以作柴油的替代燃料。由于柴油机喷油器的喷油嘴偶件工作时，针阀与针阀体之间依靠柴油润滑与密封，柴油机燃用二甲醚或甲醇时由于二甲醚与甲醇的液体粘度(分别为0.15Kg/m·s与0.6Kg/m·s)比柴油液体粘度(3～8Kg/m·s)小很多，针阀与针阀体很快就磨损、燃料泄漏失效。这一问题是阻碍在柴油机上推广燃用二甲醚与甲醇等低粘度燃料的主要问题之一。
目前，在用的柴油机绝大多数仍使用机械式喷油，新开发的电控单体泵喷油系统也是采用机械式喷油器，创新现有机械式喷油器解决上述问题，使现有柴油机燃用二甲醚等低粘度替代燃料并降低排放污染，是本技术领域中急需解决的问题。
为解决上述问题，如中国专利授权公告号为CN1599266Y公开了一种二甲醚发动机喷油器的润滑装置，是一种用高压气罐经出口的压力调节阀与润滑油增压油缸的大油缸连接，通过大油缸中的大活塞推动小油缸中的小活塞将小油缸内的润滑油增压经管道压到针阀配合面的油腔中，起润滑与密封作用，该装置存在难以长期供油，特别是不能控制润滑油与燃油的压差，针阀压力端燃油压在喷射时达到700～1000bar，不喷射时仅有0～20bar，在润滑油压太高不喷油时润滑油会流入燃油就会形成烧机油现象，而在润滑油压低喷油时二甲醚等低粘度燃料会进入配合间隙使针阀磨损失效。因而这一装置至今没有实际应用的实例。
又如中国专利公开号为CN1275676A公开了一种低压电控二甲醚燃料喷射系统，是一种用高压氮气瓶的高压氮气将二甲醚罐中的二甲醚经电控单元送入喷油嘴的装置，依然没有解决喷油嘴偶件磨损泄漏的问题，而中国专利授权公告号为CN1312393C公开的柴油机双燃油泵喷射两种燃料的系统，同样也没有提出解决二甲醚燃料喷射时喷油嘴偶件磨损的问题的方案，
本申请人的实用新型专利(专利号ZL201020586313.7)一种电控高压共轨燃油喷射装置解决了燃油压力波动小的电控高压共轨喷油器针阀偶件的润滑与密封问题，但仍不能解决燃油压力波动大的机械式喷油器的针阀润滑与密封问题。
发明内容：
本发明的目的是克服上述柴油机燃用二甲醚等低粘度替代燃料时喷油器喷油嘴针阀偶件磨损、泄漏失效的问题，提供一种不依靠燃油润滑与密封喷油嘴针阀偶件，而采用有蓄压腔的微间隙节流降压结构及低压差液体润滑结构的柴油机低粘度燃料喷油器。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种柴油机低粘度燃料喷油器，包括喷油器体1、针阀2、针阀体3，低压差控制阀6。
所述的针阀2装在针阀体3的导向圆孔K1内并与导向圆孔K1呈精密的滑动配合，所述的喷油器体1内设置的弹簧腔K2与针阀体3的针阀导向圆孔K1连通，所述的针阀弹簧5装在弹簧腔K2内上端与弹簧腔K2的上端相接，下端与针阀2的上端相接，针阀2下端的圆锥面M2在针阀弹簧5的弹力作用下压在喷油孔R6的上端，将喷油孔封闭。其特点是：在针阀2与针阀体3的导向圆孔K1的滑动配合面上设有环形泄压槽x1，环形泄压槽x1将针阀2与导向圆孔K1的滑动配合间隙分隔为从环形泄压槽x1向下至环形压力室R4的节流降压间隙J1、从环形泄压槽x1向上至弹簧腔K2的低压差润滑微间隙J2；环形泄压槽x1经泄压油道x2、蓄压油道x3与低压差控制阀6连通或经泄压油道x2、三通蓄压油道x3T分别与低压差控制阀6及弹簧腔k2连通；在低压差润滑间隙J2的中部设有环形低压差润滑油槽r5，环形低压差润滑油槽r5经润滑油道r4、低压差润滑油道r3与低压差控制阀6连通；低压差控制阀6经高压润滑油道r2与高压润滑油管接口r1连通。
本发明的有益效果：
本发明一种柴油机低粘度燃料喷油器采用有蓄压腔的微间隙节流降压结构及低压差液体密封与润滑结构，有效地解决了燃油泄漏的问题与针阀润滑的问题，避免了柴油机机械式喷油器喷油嘴针阀与导向圆孔的直接接触，保证了针阀与导向圆孔的精密的滑动配合面的密封与润滑，克服了喷射低粘度燃料时，燃油泄漏及针阀与导向圆孔磨损失效的问题，使柴油机能可靠地燃用二甲醚、甲醇等低粘度替代燃料。
附图说明：
图1为本发明一种柴油机低粘度燃料喷油器的第一实施方案的结构示意图
图2为本发明一种柴油机低粘度燃料喷油器的第二实施方案的结构示意图
图1与图2中：1、喷油器体；2、针阀；3、针阀体；4、针阀体紧固螺母；5、针阀弹簧；6、低压差控制阀；7、紧固螺母；R1、燃油管接口；R2、燃油道；R3、下燃油道；R4、环形压力室；R5、环形燃油道；R6、喷油孔；M1、针阀下圆锥面；M2、针阀下端圆锥面；K1、导向圆孔；K2、弹簧腔；k3、蓄压腔；K4、低压差油腔；x1、环形泄压槽；x2、泄压油道；x3、蓄压油道；x4、上蓄压油道；r1、高压润滑油管接口；r2、高压润滑油道；r3、低压差润滑油道；r4、润滑油道；r5、环形低压差润滑油槽；J1、节流降压间隙；J2、低压差润滑间隙；J3、环形微小间隙；6.1、油缸；6.2、压力平衡阀、6.3、低压差弹簧；6.4阀孔；6.5、环形高压润滑油槽；6.6、高压润滑油道；H1、回油管接口；H2、回油道；x3T、三通蓄压油道、
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述。
如图1所示的本发明第一实施方案的结构示意图。一种柴油机低粘度燃料喷油器包括喷油器体1、针阀2、针阀体3、针阀体紧固螺母4、弹簧5，低压差控制阀6。其中：低压差控制阀是机械式(或电控式)。
所述的喷油器体1上设有燃油管接口R1，燃油管接口R1经燃油道R2、针阀体3中的下燃油道R3、环形压力室R4与环形燃油道R5相连通。
所述的针阀2装在针阀体3的导向圆孔K1内，与导向圆孔K1的精密的滑动配合呈环形微间隙，其配合间隙在0.0015～0.0025mm范围；喷油器体1的下端设置的弹簧腔K2与针阀体3的针阀导向圆孔K1连通，所述的针阀弹簧5装在弹簧腔K2内上端与弹簧腔K2的上端相接，下端与针阀2的上端相连接，在针阀弹簧5的弹力作用下针阀下端圆锥面M2压在喷油孔R6的上端，将喷油孔R6封闭，弹簧腔K2经回油道H2与回油管接口H1连通；所述的低压差控制阀6包括油缸6.1、长度为30毫米的压力平衡阀6.2、低压差弹簧6.3，压力平衡阀6.2装在油缸6.1内将油缸6.1分隔为上端的蓄压腔k3、下端的低压差油腔k4，压力平衡阀6.2与油缸6.1的精密的滑动配合呈环形微小间隙J3，其配合间隙在0.0015～0.0025毫米范围，在与压力平衡阀6.2配合的油缸6.1的配合面上设有环形高压润滑油槽6.5，环形高压润滑油槽6.5经上高压润滑油道6.6、高压润滑油道r2与高压润滑油管接口r1相连通；压力平衡阀6.2的上端面与低压差弹簧6.3的下端连接，低压差弹簧6.3的上端与油缸6.1的上顶面连接；受低差弹簧6.3弹力作用，压力平衡阀6.2的下端压在油缸6.1的下端面上，压力平衡阀6.2中的阀孔6.4与低压差油腔k4连通，压力平衡阀6.2在此位置时其阀孔6.4与环形高压润滑油槽6.5相连通；低压差油腔k4经低压差油道r3、润滑油道r4与低压差润滑油槽r5相连通。
在针阀2与针阀体3的导向圆孔K1的滑动配合面上设有环形泄压槽x1，环形泄压槽x1将针阀2与导向圆孔K1的滑动配合间隙分隔为从环形泄压槽x1向下至环形压力室R4的节流降压间隙J1、从环形泄压槽x1向上至弹簧腔K2的长度为30毫米的低压差润滑间隙J2；环形泄压槽x1经泄压油道x2、蓄压油道x3、上蓄压油道x4与蓄压腔k3相连通；在低压差润滑间隙J2的中部的导向圆孔面上设有环形低压差润滑油槽r5；低压差润滑间隙J2的中部经环形低压差润滑油槽r5、润滑油道r4、低压差润滑油道r3与低压差控制阀6的低压差油腔k4连通；低压差控制阀6的上高压润滑油道6.6经高压润滑油道r2与高压润滑油管接口r1连通。
如图2所示的本发明的第二实施方案的结构示意图，其要求结构与图1所示的本发明的第一实施方案的结构仅有两处不同，1、环形泄压槽x1经泄压油道x2、三通蓄压油道x3T分别与弹簧腔K2及低压差控制阀6的上蓄压油道x4和蓄压腔K3连通；2、弹簧腔K2无回油道H2与回油管接口H1。
本发明一种柴油机低粘度燃料喷油器第一实施方案结构的工作原理：
如图1所示本发明的柴油机低粘度燃料喷油器结构，柴油机准备启动高压燃油泵还未泵油时，高压润滑油管中压力为180bar高压的润滑油从高压润滑油管接口r1经高压润滑油道r2、上高压油道6.6、环形高压润滑油槽6.5、阀孔6.4进入低压差油腔k4，推动压力平衡阀6.2上行压缩低压差弹簧6.3，当压力平衡阀6.2上的阀孔6.4上升与环形高压润滑油槽6.5的连通断开时，高压润滑油停止进入低压差油腔k4，所设置的低压差弹簧6.3此时对压力平衡阀6.2的弹力在低压差油腔k4中产生的油压为0.5bar，由于低压差润滑间隙J2的中部经环形低压差润滑油槽r5、润滑油道r4、低压差润滑油道R3与低压差油腔k4连通，此时，低压差润滑间隙J2中的润滑油压力为0.5bar，环形泄压槽x1中的油压为0；试验证实长度为15毫米，间隙为0.0015～0.0025毫米的环形微间隙中的润滑油在间隙两端压差小于200bar时，间隙中的润滑油无流动现象，低压差润滑间隙J2中的润滑油不会流入环形泄压槽x1及弹簧腔k2，环形泄压槽x1中的燃油也不会流入低压差润滑间隙J2；环形高压润滑油槽6.5中的高压润滑油也不会从环形微小间隙J3流入蓄压腔k3及低压差油腔k4。
高压燃油泵泵油时高压油管接口R1内燃油压力P1急剧升高喷油器喷油：高压燃油经燃油管接口R1、燃油道R2、下燃油道R3进入环形压力室R4与环形油道R5，针阀下圆锥面M1受燃油向上的压力大于针阀弹簧5对针阀2向下的力，针阀2向上升起，针阀下端圆锥面M2升离喷油孔R6的上端口，高压燃油从喷油孔R6喷出，喷油时最大喷油压力P1max达到700bar～1500bar，与此同时，环形压力室R4中的油压为P1max高压燃油经微小的环形节流降压间隙J1泄入环形泄压槽x1、由于微小有节流降压间隙J1的节流降压作用，泄入环形泄压槽x1中的油压降低为P2的燃油经泄压油道x2、蓄压油道x3、上蓄压油道x4进入蓄压腔K3压缩蓄压腔K3中的空气，每次喷油都有燃油泄入蓄压腔K3，环形泄压槽x1与蓄压腔K3中的压力P2随高频率喷油过程中泄入的燃油量增大而升高，随P2升高，环形压力室R4中喷油压力P1max与环形泄压槽x1中的油压P2的压差减小，每次喷油时泄入蓄压腔K2的燃料泄入量QX随P2升高而降低；柴油机运转工作时，每次喷油延续时间Tp在5°～18°曲轴转角范围，每两次喷油之间暂停喷油时间TH在715°～702°曲轴转角范围，比喷油(泄油)时间TX长143～39倍，即TH＝143～39TX；暂停喷油时间TH内，环形压力室R4中的燃油压力P1min≈0～20bar(采用出油阀内有节流孔的喷油泵)，蓄压腔K3中的燃油经上蓄压油道x4、蓄压油道x3、泄压油道x2、环形泄压槽x1、节流降压间隙J1泄回环形压力室R4，其泄回压力室R4的燃油泄回量为QH，随蓄压腔K3与环形泄压槽x1中压力P2升高，燃油泄回量QH增大，而泄入蓄压腔K3的燃油量QX随着蓄压腔K3中压力P2的升高而减少，从压力室R4经节流降压间隙J1泄入环形泄压槽x1的燃油量QX与从环形泄压槽x1经节流降压间隙J1泄回压力室R4的燃油量QH相等时，，QH＝QX，蓄压腔K3与环形泄压槽x1中油压P2为流量平衡油压，试验测量此时的平衡油压P2＜100bar。
环形压力室R4经节流降压间隙J1与环形泄压槽x1相连、环形泄压槽x1经泄压油道x2、蓄压油道x3、上蓄压油道x4与蓄压腔K3连通的节流降压及稳压的结构，使泄压槽中油压P2最高值及压力波动的压差小于环形压力室R4中的油压最高值及压力波动压差。
喷油器喷油时，随蓄压腔k3中燃油压力P2升高，压力平衡阀6.2上端的燃油压力与弹簧6.3的弹力推动压力平衡阀6.2下行，当压力平衡阀6.2上的阀孔6.4与环形高压润滑油槽6.5连通时，高压润滑油从环形高压润滑油槽6.5经阀孔6.4进入低压差油腔k4，低压差油腔k4中的油压P4升高，此时，作用在压力平衡阀6.2下端的润滑油压力大于上端的低压差弹簧6.3的弹力与燃油压力P2的合力，压力平衡阀上行压缩低压差弹簧6.3至压力平衡阀6.2的阀孔6.4与环形高压润滑油槽6.5的连通断开停止进高压润滑油，所选用的低压差弹簧6.3此时的弹力作用于压力平衡阀6.2在低压差油腔k4中产生的油压为0.5bar，P4＝P2+0.5bar，即低压差油腔k4中润滑油压力P4比蓄压油腔k3及环形泄压槽x1中的燃油压力P2高0.5bar，当低压差油腔k4中的油压下降时，蓄压腔k3中的燃油压力P2与低压差弹簧6.3推动压力平衡阀6.2下行，阀孔6.4又与高压环形油槽6.5连通，高压润滑油又从高压环形润滑油槽6.5经阀孔6.4、进入低压差油腔k4推动压力平衡阀6.2上行至阀孔6.4与高压润滑油槽6.5断开停止进油、低压差油腔k4中油压P4达到P2+0.5bar，即P4＝P2+0.5bar为止；低压差控制阀6控制低压差油腔k4中的润滑油压P4经低压差润滑油道r3、润滑油道r4、环形低压差润滑油槽r5传至低压差润滑间隙J2的中部，低压差润滑间隙J2中的润滑油压力P4＝P2+0.5bar；低压差控制阀6控制低压差润滑间隙J2中部的润滑油压力P2比环形泄压槽x1中的燃油压力P4高0.5bar，阻止了环形泄压槽x1中的燃油进入间隙J2、有效地克服了燃油泄漏问题，低压差润滑间隙J2中的润滑油也不会流入环形泄压槽x1；在喷油器长时间连续喷油过程中从低压差润滑间隙J2渗入弹簧腔k2的微量润滑油经回油道H2、回油管接口H1流回润滑油箱；低压差润滑间隙J2中的润滑油膜使针阀2浮动在导向圆孔K1中，避免了针阀2与导向圆孔K1的直接接触，保证了针阀2与导向圆孔的精密的滑动配合面的润滑，克服了针阀2与导向圆孔K1磨损失效的问题。
本发明的第二实施方案结构的主要工作原理与本发明的第一实施方案结构的主要工作原理基本相同，不同点是本发明的第二实施方案结构无回油道H2与回油管接口H1，其弹簧腔K2经三通蓄压油道x3T、泄压油道x2与环形泄压槽x1连通，因而弹簧腔K2有蓄压作用，其中的油压P2与环形泄压槽x1中的油压P2相等，比低压差润滑间隙J2中部的润滑油压力低0.5bar，因而泄入环形泄压槽x1与弹簧腔K2中的燃油不会泄入低压差润滑间隙J2，有效地解决了燃油泄漏问题及针阀2与导向圆孔K1的润滑问题。
本发明一种柴油机低粘度燃料喷油器解决了燃用低粘度燃料时喷油器针阀与导向圆孔的密封问题与润滑问题，使柴油机能可靠地燃用二甲醚、甲醇等低粘度燃料。
Claims (1)
1.一种柴油机低粘度燃料喷油器，包括喷油器体(1)、针阀(2)、针阀体(3)、针阀体紧固螺母(4)、弹簧(5)，低压差控制阀(6)；所述的针阀(2)装在针阀体(3)的导向圆孔(K1)内并与导向圆孔(K1)呈精密的滑动配合；所述的喷油器体(1)内设置的弹簧腔(K2)与针阀体(3)的针阀导向圆孔(K1)连通，所述的针阀弹簧(5)装在弹簧腔(K2)内上端与弹簧腔(K2)的上端相接，下端与针阀(2)的上端相接，针阀(2)下端的圆锥面(M2)在针阀弹簧(5)的弹力作用下压在喷油孔(R6)的上端并将喷油孔封闭；其特征在于：在所述的针阀(2)与针阀体(3)的导向圆孔(K1)的滑动配合面上设有环形泄压槽(x1)，所述的环形泄压槽(x1)将针阀(2)与导向圆孔(K1)的滑动配合间隙分隔为从环形泄压槽(x1)向下至环形压力室(R4)的节流降压间隙(J1)及从环形泄压槽(x1)向上至弹簧腔(K2)的低压差润滑间隙(J2)；其环形泄压油槽(x1)经泄压油道(x2)、蓄压油道(x3)与低压差阀(6)连通，或经泄压油道(x2)、三通蓄压油道(x3T)分别与低压差控制阀(6)及弹簧腔(K2)连通；在所述的低压差润滑间隙(J2)的中部还设有环形低压差润滑油槽(r5)，环形低压差润滑油槽(r5)经润滑油道(r4)、低压差润滑油道(r3)与低压差控制阀(6)连通；所述的低压差控制阀(6)经高压润滑油道(r2)与高压润滑油管接口(r1)连通。
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