CN102865170A

CN102865170A - 利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统

Info

Publication number: CN102865170A
Application number: CN2012103271167A
Authority: CN
Inventors: 陈刚强; 李孝禄; 李迎; 胡分恬; 张新源; 戚雪珍
Original assignee: JINHUA SANREN TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: JINHUA SANREN TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-01-09

Abstract

本发明创造的利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，包括活塞、进气道、气缸盖、进气门、进油单向阀、燃油箱、燃油低压泵、电控喷油器进油通道、电控喷油器、排气门、排气道、燃烧室，所述的气缸盖上安装有燃油增压器，燃油增压器由燃油增压器增压活塞和燃油增压器单向阀组成，燃油增压器增压活塞通过燃油增压器单向阀进油孔与燃油增压器单向阀连接，燃油增压器单向阀通过电控喷油器进油通道与电控喷油器连通；燃油箱通过燃油低压泵与进油单向阀连接，进油单向阀通过燃油增压器进油通道与燃油增压器增压活塞连接。本发明结构简单紧凑，体积小，能源利用效率高，工作稳定可靠。

Description

利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统

技术领域

本发明创造涉及一种内燃机柴油喷射系统，具体涉及一种利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统。

背景技术

内燃机自问世以来，已经有一百多年的历史。作为动力机械，其热效率高、结构简单、比质量轻、移动方便，被广泛用于交通运输、农业机械、工程机械和发电等领域，对人类的发展具有十分重要的意义。目前，内燃机作为热效率最高的发动机，所发出的功率占全世界所有动力装置总功率的90%。在今后相当长的时期内，内燃机因其特有的优点，仍将处于不可替代的地位。在现有的内燃机中，由于柴油机具有热效率高、功率范围广和耐久性好等优点，其应用广泛，在发电、工程机械、农业机械和大中功率的船舶等领域并占据着统治地位。

柴油机主要使用柴油。柴油是石油提炼后的一种油质的产物。它由不同的碳氢化合物混合组成，主要成分是含10到22个碳原子的链烷、环烷或芳烃。它的化学和物理特性位于汽油和重油之间，沸点在170℃至390℃间。由于柴油与内燃机另一种主要燃料汽油相比，具有黏度大，十六烷值高，因此常规柴油机的燃烧主要是通过高压喷射系统，将柴油高压喷入柴油机气缸中，燃料经过喷散、加热蒸发、扩散、混合和初期氧化等一系列物理的和化学的准备过程，最终燃烧，它是一种扩散燃烧。

与汽油机相比，柴油机具有热效率较高，扭矩大，最大功率时的转速低，但是柴油机由于工作压力大，要求零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；升功率指标不如汽油机；噪声、振动较高；颗粒(PM)和氮氧化物（NOX）排放比较严重。随着近年来柴油机技术的进步，电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等一批先进的技术得以在柴油机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了一定的改善。

燃油喷射系统是柴油机非常重要的部件，它关系到柴油机油耗和排放。由于能源紧张和环境保护的要求，柴油机油耗和排放要求越来越高。目前柴油机燃油喷射系统主要有三种系统：机械泵燃油喷射系统、单体泵燃油喷射系统和高压共轨燃油喷射系统。

机械泵燃油喷射系统可以采用不同出油阀（等压阀、阻尼阀等）、更改凸轮轴的型线等来提高性能。单体泵燃油喷射系统在每个气缸装配1个高压泵，最高喷射压力可达200MPa。机械泵燃油喷射系统和单体泵燃油喷射系统具有结构相对简单、性能可靠、故障率低、寿命长且维修方便。上述两种燃油喷射系统与高压共轨燃油喷射系统相比，制造工艺相对简单，成本较低，产品价格也低，对油品的清洁度(即杂质和芳香烃类)不太敏感。

高压共轨燃油喷射系统采用高压供油泵，将高压燃油储存在轨道内并保持高压，依靠喷油器电磁阀的开闭控制喷油时间和喷油量。高压共轨喷油系统的轨道压力始终保持在设定值，便于实现喷射的灵活控制，容易实现单循环多次喷射。共轨喷油器高速电磁阀一次喷射最多可进行多次脉动，要求响应速度更快，对电子控制要求较高。共轨轨道压力较高(一般为150-180 MPa)，焊接和铆接工艺水平要求高。轨道和高压油管始终处在高压环境下，对密封材料和金属材质的要求高。高压共轨燃油喷射系统各组成部分的精度都非常高，偶件间隙控制严格，部分直线度在0.8微米以下，偶件间隙在1.5-3.7微米之间，所以对柴油清洁度提出了很高的要求，杂质会加速运动副磨损甚至使其卡死。油品中的芳香烃使橡胶失去弹性从而影响密封。

与汽油机燃料喷射系统相比，柴油机三种燃油喷射系统都需要较高压力的油泵，制造技术较高，结构复杂，这也增加了发动机的故障。同时，柴油机燃料喷射系统成本高。另外这三种燃油喷射系统是由曲轴的动能来驱动，而曲轴的动能由气缸内的燃烧压力转换而来，需要消耗较多发动机功率。

发明内容

本发明创造的目的就是克服上述现有技术的缺陷，设计一种利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，具体技术方案如下：

一种利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，包括活塞、进气道、气缸盖、进气门、进油单向阀、燃油箱、燃油低压泵、电控喷油器进油通道、电控喷油器、排气门、排气道、燃烧室，进气道和排气道对应设置在气缸盖上，进气道和排气道上对应安装有进气门和排气门，进气门、排气门、活塞和气缸盖之间形成的空间为燃烧室，电控喷油器安装在气缸盖上，所述的气缸盖上安装有燃油增压器，燃油增压器由燃油增压器增压活塞和燃油增压器单向阀组成，燃油增压器增压活塞通过燃油增压器单向阀进油孔与燃油增压器单向阀连接，燃油增压器单向阀通过电控喷油器进油通道与电控喷油器连通；燃油箱通过燃油低压泵与进油单向阀连接，进油单向阀通过燃油增压器进油通道与燃油增压器增压活塞连接。

所述的燃油增压器增压活塞包括燃油增压器下活塞、燃油增压器活塞连杆、燃油增压器增压活塞下腔、燃油增压器中间孔、燃油增压器中间腔、燃油增压器增压活塞上腔、燃油增压器上活塞、燃油增压器增压活塞弹簧，燃油增压器增压活塞下腔设置在燃烧室内的气缸盖上，燃油增压器下活塞位于燃油增压器增压活塞下腔内，燃油增压器上活塞位于燃油增压器增压活塞上腔内，燃油增压器下活塞通过燃油增压器活塞连杆与燃油增压器上活塞连接，燃油增压器活塞连杆位于燃油增压器中间孔内，燃油增压器增压活塞弹簧套设在燃油增压器活塞连杆上并位于燃油增压器上活塞的下面。

所述的燃油增压器增压活塞下腔通过燃油增压器通孔与进气道连通。以便泄露在燃油增压器增压活塞下腔内的燃油通过燃油增压器通孔进入进气道，最终进入燃烧室燃烧。

所述的燃油增压器单向阀包括燃油增压器单向阀弹簧、燃油增压器单向阀阀腔、燃油增压器单向阀阀球，燃油增压器单向阀弹簧和燃油增压器单向阀阀球依次安装在燃油增压器单向阀阀腔上，燃油增压器单向阀阀球与燃油增压器单向阀进油孔相配合。

所述的进油单向阀包括进油单向阀阀球、进油单向阀阀腔、进油单向阀弹簧，进油单向阀阀球和进油单向阀弹簧依次安装在进油单向阀阀腔上，进油单向阀阀球与进油单向阀进油孔相配合。

所述的燃油增压器安装在进气门侧的气缸盖上。燃油增压器靠近进气门，可以利用在进气冲程时进入燃烧室内温度较低的新鲜空气对燃油增压器下活塞进行冷却，降低燃油增压器下活塞的热负荷。

本发明创造所述的利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，其有益效果体现在：

1．本发明创造直接安装在气缸盖上，体积小，结构紧凑。

2．本发明创造结构简单，降低柴油机喷射系统的故障。

3．本发明创造提高了能源利用效率。常规柴油机高压油泵是由曲轴来驱动，而曲轴的动能由气缸内的燃烧压力转换而来，降低了能源利用效率。

附图说明

图1为本发明创造的的结构示意图。

图中1为活塞、2为燃油增压器下活塞、3为燃油增压器活塞连杆、4为燃油增压器增压活塞下腔、5为燃油增压器通孔、6为进气道、7为燃油增压器中间孔、8为燃油增压器中间腔、9为气缸盖、10为进气门、11为燃油增压器进油通道、12为进油单向阀阀腔、13为进油单向阀弹簧、14为进油单向阀、15为燃油箱、16为燃油低压泵、17为进油单向阀阀球、18为燃油增压器单向阀、19为燃油增压器、20为电控喷油器进油通道、21为燃油增压器单向阀弹簧、22为燃油增压器单向阀阀腔、23为燃油增压器单向阀阀球、24为燃油增压器单向阀进油孔、25为燃油增压器增压活塞上腔、26为燃油增压器上活塞、27为燃油增压器增压活塞弹簧、28为燃油增压器增压活塞、29为电控喷油器、30为排气门、31为排气道、32为燃烧室。

具体实施方式

下面结合附图，用实施例来进一步说明本发明。但这个实施例仅是说明性的，本发明创造的保护范围并不受这个实施例的限制。

图1所示，本发明创造的利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统的具体实施方案，它包括活塞1、进气道6、气缸盖9、进气门10、进油单向阀14、燃油箱15、燃油低压泵16、电控喷油器进油通道20、电控喷油器29、排气门30、排气道31、燃烧室32，进气道6和排气道31对应设置在气缸盖9上，进气道6和排气道31上对应安装有进气门10和排气门30，进气门10、排气门30、活塞1和气缸盖9之间形成的空间为燃烧室32，电控喷油器29安装在气缸盖9上，所述的气缸盖9上安装有燃油增压器19，燃油增压器19由燃油增压器增压活塞28和燃油增压器单向阀18组成，燃油增压器增压活塞28通过燃油增压器单向阀进油孔24与燃油增压器单向阀18连接，燃油增压器单向阀18通过电控喷油器进油通道20与电控喷油器29连通；燃油箱15通过燃油低压泵16与进油单向阀14连接，进油单向阀14通过燃油增压器进油通道11与燃油增压器增压活塞（28）连接。所述的燃油增压器增压活塞28包括燃油增压器下活塞2、燃油增压器活塞连杆3、燃油增压器增压活塞下腔4、燃油增压器中间孔7、燃油增压器中间腔8、燃油增压器增压活塞上腔25、燃油增压器上活塞26、燃油增压器增压活塞弹簧27，燃油增压器增压活塞下腔4设置在燃烧室32内的气缸盖9上，燃油增压器下活塞2位于燃油增压器增压活塞下腔4内，燃油增压器上活塞26位于燃油增压器增压活塞上腔25内，燃油增压器下活塞2通过燃油增压器活塞连杆3与燃油增压器上活塞26连接，燃油增压器活塞连杆3位于燃油增压器中间孔7内，燃油增压器增压活塞弹簧27套设在燃油增压器活塞连杆3上并位于燃油增压器上活塞26的下面。

所述的燃油增压器增压活塞下腔4通过燃油增压器通孔5与进气道6连通，以便泄露在燃油增压器增压活塞下腔4内的燃油通过燃油增压器通孔5进入进气道6，最终进入燃烧室32燃烧。所述的燃油增压器19安装在进气门10侧的气缸盖9上，可以利用在进气冲程时进入燃烧室32内温度较低的新鲜空气对燃油增压器下活塞2进行冷却，降低燃油增压器下活塞2的热负荷。

所述的燃油增压器单向阀18包括燃油增压器单向阀弹簧21、燃油增压器单向阀阀腔22、燃油增压器单向阀阀球23，燃油增压器单向阀弹簧21和燃油增压器单向阀阀球23依次安装在燃油增压器单向阀阀腔22上，燃油增压器单向阀阀球23与燃油增压器单向阀进油孔24相配合。所述的进油单向阀14包括进油单向阀阀球17、进油单向阀阀腔12、进油单向阀弹簧13，进油单向阀阀球17和进油单向阀弹簧13依次安装在进油单向阀阀腔12上，进油单向阀阀球17与进油单向阀进油孔相配合。

下面以四冲程内燃机为例说明利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统工作过程。在压缩冲程后期，活塞1运动到上止点附近时，电控喷油器29开始将燃油喷入燃烧室32内，作功冲程开始。作功冲程开始后，燃烧室32内气体压力急剧增加，燃油增压器增压活塞28上移，燃油增压器上活塞26随之向上运动，使燃油增压器增压活塞上腔25与进油单向阀14断开，燃油增压器上活塞26压缩燃油增压器增压活塞上腔25内的燃油，燃油增压器增压活塞上腔25内的燃油压力升高，燃油增压器增压活塞上腔25内的燃油顶开燃油增压器单向阀18内的燃油增压器单向阀阀球23，使燃油增压器增压活塞上腔25内的增压燃油通过燃油增压器单向阀进油孔24进入燃油增压器单向阀阀腔22，进入燃油增压器单向阀阀腔22内的燃油再通过电控喷油器进油通道20进入电控喷油器29。燃油低压泵16将燃油箱15中的燃油增压到0.5 MPa左右。一般内燃机最高燃烧压力为8-12 MPa，如果燃烧室32内的最高燃烧压力为9MPa，燃油增压器增压活塞28的增压比为12:1，则增压燃油最高可以达到108 MPa。

当作功冲程完毕，排气冲程开始，进气门10关闭，排气门30打开，废气从燃烧室32排入排气道31内，燃烧室32内气体压力减少。燃油增压器增压活塞28下移，燃油增压器增压活塞上腔25和燃油增压器单向阀阀腔22内燃油压力降低，在燃油增压器单向阀弹簧21弹簧力的作用下，燃油增压器单向阀阀球23落座，使燃油增压器增压活塞上腔25与燃油增压器单向阀阀腔22断开，燃油增压器增压活塞上腔25内燃油仍然保持较高的压力。

排气冲程结束后，进气冲程开始，进气门10打开，排气门30关闭，活塞1下行，燃烧室32内产生负压，新鲜空气从进气道6进入燃烧室32。由于燃烧室32内压力较低，燃油增压器增压活塞28继续下移，进油单向阀14通过燃油增压器进油通道11与燃油增压器增压活塞上腔25连通。进油单向阀14内经过燃油低压泵16增压的燃油通过燃油增压器进油通道11进入燃油增压器增压活塞上腔25。

当进气冲程结束，开始压缩冲程，活塞1上行，进气门10和排气门30关闭，活塞1压缩燃烧室32内空气，使空气压力升高，燃烧室32内空气对燃油增压器下活塞2产生压力，利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统开始新的工作循环。

Claims

1.一种利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，包括活塞（1）、进气道（6）、气缸盖（9）、进气门（10）、进油单向阀（14）、燃油箱（15）、燃油低压泵（16）、电控喷油器进油通道（20）、电控喷油器（29）、排气门（30）、排气道（31）、燃烧室（32），进气道（6）和排气道（31）对应设置在气缸盖（9）上，进气道（6）和排气道（31）上对应安装有进气门（10）和排气门（30），进气门（10）、排气门（30）、活塞（1）和气缸盖（9）之间形成的空间为燃烧室（32），电控喷油器（29）安装在气缸盖（9）上，其特征是：所述的气缸盖（9）上安装有燃油增压器（19），燃油增压器（19）由燃油增压器增压活塞（28）和燃油增压器单向阀（18）组成，燃油增压器增压活塞（28）通过燃油增压器单向阀进油孔（24）与燃油增压器单向阀（18）连接，燃油增压器单向阀（18）通过电控喷油器进油通道（20）与电控喷油器（29）连通；燃油箱（15）通过燃油低压泵（16）与进油单向阀（14）连接，进油单向阀（14）通过燃油增压器进油通道（11）与燃油增压器增压活塞（28）连接。

2.根据权利要求1所述的利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，其特征是：所述的燃油增压器增压活塞（28）包括燃油增压器下活塞（2）、燃油增压器活塞连杆（3）、燃油增压器增压活塞下腔（4）、燃油增压器中间孔（7）、燃油增压器中间腔（8）、燃油增压器增压活塞上腔（25）、燃油增压器上活塞（26）、燃油增压器增压活塞弹簧（27），燃油增压器增压活塞下腔（4）设置在燃烧室（32）内的气缸盖（9）上，燃油增压器下活塞（2）位于燃油增压器增压活塞下腔（4）内，燃油增压器上活塞（26）位于燃油增压器增压活塞上腔（25）内，燃油增压器下活塞（2）通过燃油增压器活塞连杆（3）与燃油增压器上活塞（26）连接，燃油增压器活塞连杆（3）位于燃油增压器中间孔（7）内，燃油增压器增压活塞弹簧（27）套设在燃油增压器活塞连杆（3）上并位于燃油增压器上活塞（26）的下面。

3.根据权利要求2所述的利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，其特征是：所述的燃油增压器增压活塞下腔（4）通过燃油增压器通孔（5）与进气道（6）连通。

4.根据权利要求1或2或3所述的利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，其特征是：所述的燃油增压器单向阀（18）包括燃油增压器单向阀弹簧（21）、燃油增压器单向阀阀腔（22）、燃油增压器单向阀阀球（23），燃油增压器单向阀弹簧（21）和燃油增压器单向阀阀球（23）依次安装在燃油增压器单向阀阀腔（22）上，燃油增压器单向阀阀球（23）与燃油增压器单向阀进油孔（24）相配合。

5.根据权利要求4所述的利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，其特征是：所述的进油单向阀（14）包括进油单向阀阀球（17）、进油单向阀阀腔（12）、进油单向阀弹簧（13），进油单向阀阀球（17）和进油单向阀弹簧（13）依次安装在进油单向阀阀腔（12）上，进油单向阀阀球（17）与进油单向阀进油孔相配合。

6.根据权利要求5所述的利用气缸燃烧压力驱动的柴油喷射系统，其特征是：所述的燃油增压器（19）安装在进气门（10）侧的气缸盖（9）上。