CN102865172A - 利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统 - Google Patents

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陈刚强
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Abstract

本发明创造公开了一种利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统，包括缸体、活塞(1)、气缸盖(4)、电控喷油器(5)、进气道(2)、排气道(17)、进气门(3)和排气门(14)，所述的气缸盖(4)上设有柴油汽化喷射器(9)、柴油汽化器(24)，柴油汽化器(24)包括热管(15)、汽化腔体(23)，热管(15)由热管蒸发段(16)、热管绝热段(18)和热管冷凝段(20)组成，汽化腔体(24)安装在气缸盖(4)上，热管蒸发段(16)设置在排气道(17)上，热管冷凝段(20)设置在汽化腔(22)内，热管绝热段(18)设置在气缸盖(4)上，电控喷油器(5)与汽化腔(23)相连通。采用本结构后，具有结构简单紧凑、利用排气热量汽化柴油、缸内混合气形成质量好、燃烧效率高、节能减排效果显著等优点。

Description

利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统
技术领域
本发明创造涉及一种柴油机燃料喷射系统，特别是一种利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统。
背景技术
在世界石油资源日益枯竭和全球环境问题日益严重的情况下，作为主要的能源消耗和排放源并且使用广泛的柴油机，需要开发其节能减排技术。
柴油机燃料喷射系统是柴油机核心部件，它决定柴油机的油耗和排放。由于柴油粘度较大，十六烷值高，需要将柴油高压喷入柴油机气缸，使柴油充分雾化，然后和空气混合燃烧。常规柴油机的燃烧是一种边喷边烧的燃烧方式，这种燃烧方式容易生成碳烟（PM）和氮氧化物（NOX）等有害排放物。近年来，人们研究了柴油机均质充量压缩着火燃烧方式（HCCI燃烧方式），它在混合气燃烧之前，将柴油和空气均质混合，这种燃烧方式可以避免碳烟和氮氧化物生成的环境，即避免高温缺氧，有效降低碳烟和氮氧化物的生成。但这种燃烧方式的难点是均质混合气的制备和燃烧时刻的控制，因而限制了它的应用。另外，柴油机排气道排气温度为300-500℃，排气所带走的热量占燃料总热值的三分之一左右，导致大量的热能损失，它限制了柴油机热效率的提高。
将柴油喷入柴油机气缸，需要燃料喷射系统。目前燃料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相对简单，但喷射压力有限。单体泵燃油喷射系统需要为每个气缸装配1个高压泵，最高喷射压力高。高压共轨燃油喷射系统采用高压供油泵，可以柔性控制喷油时间和喷油量。高压共轨喷油系统制造工艺水平要求高，各组成部分的精度都非常高，偶件间隙控制严格，对柴油清洁度提出了很高的要求，因为杂质会加速运动副磨损甚至使其卡死。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提供较高燃油压力的油泵，故柴油机的燃油喷射系统制造技术较高，结构复杂，成本高，并增加了发动机的故障率。
另一方面，热管作为一种高效的传热器件，具有优越的传热性能和技术特性，在余热回收、节能减排、传热传质设备的更新改造、电子器件的冷却等方面取得了显著的效果，在工程中的应用日益广泛。热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽出负压后充以适当工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封，管的一端为热管蒸发段，一端为热管冷凝段，两段中间为热管绝热段。当热管的一端受热时在毛细芯中液体蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向另一端放热冷凝结成液体，液体再沿多空材料靠毛细力的作用流回热管蒸发段。如此循环不己，将热量从热管一端传向另一端。它的主要特点为：（1）很高的导热性，热管内部依靠工作液体的相变传热，热阻很小，与铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。（2）优良的等温性，热管内腔的蒸汽处于饱和状态，且压降很小，故温降很小。一类热管可以在输入温度大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，近似等温。（3）可变的热流密度，热管可以独立改变蒸发段或冷凝段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，以较大的冷却面积输出热量，或以较大的加热面积输入热量，以较小的冷却面积输出热量，热管可以改变热流密度。（4）热流方向的可逆性，热管内部循环动力是毛细力，水平放置的热管任一端都可以作为加热端。
如何利用排气中废气热量和热管技术来提高柴油机燃烧效率和降低排放是一个很重要的问题。针对上述问题，许多生产厂家和有识之士投入了大量的人力和物力进行开发和研制，但至今尚未有较理想的产品面世。
发明内容
为了克服现有常规柴油机喷射系统存在的上述问题，本发明创造的目的是提供一种利用排气中的热量、利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统。
本发明创造解决上述技术问题所采用的技术方案，它包括缸体、活塞、气缸盖、电控喷油器，气缸盖上设有进气道和排气道，在进气道和排气道上对应安装有进气门和排气门，缸体、活塞和气缸盖构成燃烧室；所述的气缸盖上设有柴油汽化喷射器、柴油汽化器，柴油汽化器包括热管、汽化腔体，热管由热管蒸发段、热管绝热段和热管冷凝段组成，汽化腔体安装在气缸盖上，热管蒸发段设置在排气道上，热管冷凝段设置在汽化腔体的汽化腔内，热管绝热段连接在热管蒸发段和热管冷凝段之间并设置在气缸盖上，电控喷油器与汽化腔体的汽化腔相连通。
所述的柴油汽化喷射器包括弹簧、挺杆、衔铁、线圈、上腔、密封圈、阀门，挺杆通过密封圈设置在上腔与汽化腔上，挺杆的一端与衔铁固定连接，挺杆的另一端与阀门连接，衔铁与线圈相配合，弹簧设置在上腔内并套设在挺杆上。
所述的热管由不锈钢或碳钢制成，热管内填充有工作液体，工作液体是萘或导热姆-A。
采用上述结构后，本发明创造有以下优点和效果：
1．本发明的利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统充分利用排气热量来汽化柴油，提高了能量利用效率；
2．本发明创造不需要高压力的油泵，避免了常规柴油机高压燃油喷射系统高的制造成本；
3．本发明创造提高了缸内混合气形成质量，最终提高了柴油机燃烧效率和降低了排放；
4．本发明创造结构简单紧凑，直接安装在气缸盖上。
附图说明
图1为本发明创造的结构示意图。
其中1为活塞、2为进气道、3为进气门、4为气缸盖、5为电控喷油器、6为弹簧、7为挺杆、8为衔铁、9为柴油汽化喷射器、10为接线柱、11为线圈、12为上腔、13为密封圈、14为排气门、15为热管、16为热管蒸发段、17为排气道、18为热管绝热段、19为燃烧室、20为热管冷凝段、21为阀门、22为汽化腔、23为汽化腔体、24为柴油汽化器。
具体实施方式
图1所示，为本发明创造利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统的具体实施方案，它包括包括缸体、活塞1、气缸盖4、电控喷油器5，气缸盖4上设有进气道2和排气道17，在进气道2和排气道17上对应安装有进气门3和排气门14，缸体、活塞1和气缸盖4构成燃烧室19，所述的气缸盖4上设有柴油汽化喷射器9和柴油汽化器24，柴油汽化器24包括热管15和汽化腔体23，热管15由热管蒸发段16、热管绝热段18和热管冷凝段20组成，汽化腔体24安装在气缸盖4上，热管蒸发段16设置在排气道17上，热管冷凝段20设置在汽化腔体23的汽化腔22内，热管绝热段18连接在热管蒸发段16和热管冷凝段20之间并设置在气缸盖4上，电控喷油器5与汽化腔体24的汽化腔23相连通。
所述的柴油汽化喷射器9包括弹簧6、挺杆7、衔铁8、接线柱10、线圈11、上腔(12)、密封圈13、阀门21，挺杆7通过密封圈13设置在上腔12与汽化腔22上，挺杆7的一端与衔铁8固定连接，挺杆7的另一端与阀门21连接，衔铁8与线圈11相配合，弹簧6设置在上腔12内并套设在挺杆7上。
所述的热管15由不锈钢或碳钢制成，热管15内填充有工作液体，工作液体是萘或导热姆-A。电控喷油器5将柴油喷入汽化腔22内，由于柴油机排气道17排气温度为300-500℃，利用热管15内工作液体的相变换热原理，可以将排气道17内排气热量传给汽化腔22内的柴油，柴油吸热后汽化。
下面以四冲程内燃机为例来说明利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统工作过程。
柴油机正常工作后，排气冲程结束时，进气冲程开始，进气门3打开，排气门14关闭，活塞1下行，燃烧室19内产生负压，新鲜空气从进气道2进入燃烧室19。
当进气冲程结束，开始压缩冲程时，活塞1上行，进气门3和排气门14关闭，活塞1压缩燃烧室19内空气，使空气压力升高。同时，线圈11得电后吸引衔铁8，挺杆7往下运动，阀门21打开，喷射过程开始，汽化腔22内的气态柴油喷入燃烧室19，气态柴油与新鲜空气混合。喷射过程结束时，线圈11失电，挺杆7在弹簧6作用下，往上运动，阀门21关闭。混合气开始燃烧，作功冲程开始。
当作功冲程完毕，排气冲程开始时，进气门3关闭，排气门14打开，废气从燃烧室19排入排气道17内，燃烧室19内气体压力减少。柴油机开始新的循环。
以上所述是本发明创造的具体发明创造实施例，并非对本发明创造作出任何形式上的限制，在不脱离本发明创造的技术方案基础上，所作出的简单修改、等同变化或修饰，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统，包括缸体、活塞(1)、气缸盖(4)、电控喷油器(5)，气缸盖(4)上设有进气道(2)和排气道(17)，在进气道(2)和排气道(17)上对应安装有进气门(3)和排气门(14)，缸体、活塞(1)和气缸盖(4)构成燃烧室(19)，其特征是：所述的气缸盖(4)上设有柴油汽化喷射器(9)和柴油汽化器(24)，柴油汽化器(24)包括热管(15)和汽化腔体(23)，热管(15)由热管蒸发段(16)、热管绝热段(18)和热管冷凝段(20)组成，汽化腔体(24)安装在气缸盖(4)上，热管蒸发段(16)设置在排气道(17)上，热管冷凝段(20)设置在汽化腔体(23)的汽化腔(22)内，热管绝热段(18)连接在热管蒸发段(16)和热管冷凝段(20)之间并设置在气缸盖(4)上，电控喷油器(5)与汽化腔体(24)的汽化腔(23)相连通。
2.根据权利要求1所述的利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统，其特征是：所述的柴油汽化喷射器(9)包括弹簧(6)、挺杆(7)、衔铁(8)、线圈(11)、上腔(12)、密封圈(13)、阀门(21)，挺杆(7)通过密封圈(13)设置在上腔(12)与汽化腔(22)上，挺杆(7)的一端与衔铁(8)固定连接，挺杆(7)的另一端与阀门(21)连接，衔铁(8)与线圈(11)相配合，弹簧(6)设置在上腔(12)内并套设在挺杆(7)上。
3.根据权利要求1或2所述的利用热管技术从排气中取热汽化柴油的燃料喷射系统，其特征是：所述的热管(15)由不锈钢或碳钢制成，热管(15)内填充有工作液体，工作液体是萘或导热姆-A。
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