CN104675592A - 一种带有自润滑功能的天然气/柴油双燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明属于天然气发动机领域，公开了一种带有自润滑功能的天然气/柴油双燃料喷射器。本发明所述喷射器，包括喷射器阀体，天然气阀套以及针阀；天然气阀套上侧具有弹簧A，针阀上侧带有弹簧B，二者均在弹簧力与燃料压力作用下垂直上下运动；天然气阀套，弹簧A，针阀以及弹簧B在喷射器阀体中协调运作，实现高压喷射天然气/柴油两种燃料的功能。特别地，在天然气阀套内部打通润滑柴油孔，通入天然气阀套与天然气阀座之间的结合面，形成油膜润滑，有效解决了普通气体喷射器润滑性能差的问题。

Description

一种带有自润滑功能的天然气/柴油双燃料喷射器

技术领域

本发明属于天然气发动机领域，尤其涉及天然气发动机中天然气/柴油双燃料喷射器。

背景技术

能源危机与环境恶化促成了大量新型代用燃料在内燃机行业的广泛应用。天然气具有清洁环保价格低廉等优势，已经在车用以及船用发动机上大规模利用。天然气发动机依据使用燃料种类可分为两类，一是天然气单燃料发动机，二是以天然气为主燃料的双燃料发动机。

单燃料天然气发动机主要应用领域为出租车以及普通中小型船舶，其主要工作原理是采用进气道低压喷射天然气，与空气混合后进入气缸，由火花塞点燃。该类发动机存在动力性能下降，未燃气体排放加剧，爆燃问题等等。而以天然气为主燃料的双燃料天然气发动机能够有效克服上述单燃料天然气发动机的缺陷，因此成为研究热点。

以天然气为主燃料的双燃料天然气发动机工作原理是现行喷入少量引燃柴油进入气缸，随后高压喷射天然气进入气缸燃烧做功。加拿大西港公司与美国卡特彼勒公司均在此领域取得较大进展。

但是无论采用单燃料或者双燃料工作方式，天然气气体喷射不像液体燃料能够形成液膜润滑，因此天然气气体喷射器的润滑效果十分差，针阀与喷嘴阀体撞击磨损加剧，极其容易导致喷射器损坏进而影响天然气发动机整机的耐久性。

现有技术西港公司提出ZL 102105673A，提供一种用于将液体燃料和气体燃料共同喷射进内燃机的燃烧室的燃料喷射阀，该专利是将液体燃料与气体燃料在喷射器内部同一容腔内混合后同时喷入气缸。气液两相可缓解润滑问题，但是气液两相又会带来燃料配比混合的难题，在气缸内混合燃烧难于控制。ZL CN 103967674 A有中国北方发动机研究所提出，提供一种柴油预混天然气喷嘴设计，与西港公司这一专利存在同样的难题。文章《柴油—天然气发动机电控气体燃料喷射技术的研究》中介绍了加拿大British Columbia 大学提出的天然气缸内高压直喷技术，其原理是在压缩行程接近终点时，喷射器喷入微量柴油作为点火燃料，点然后随后高压喷入的天然气，天然气喷射压力控制在12—16MPa，该技术柴油与天然气共用一个压力室，与上述专利类似，存在一个混合腔，高压柴油会侵入天然气管路。卡特彼勒公司提出ZL CN102840072 A，提供用于共轨系统的双燃料喷射器。该专利中，天然气与柴油分不同路径到达各自喷孔，有利于精确控制喷射，但是天然气管路的天然气阀套运动时缺乏润滑，磨损加剧。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种带有自润滑功能的可应用于双燃料天然气发动机上的喷射器。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种带有自润滑功能的天然气/柴油双燃料喷射器，包括喷射器阀体，天然气阀套，针阀，天然气阀座；

所述喷射器阀体内有空腔，空腔内设有天然气阀套，天然气阀套的凸起将空腔分为上下两部分；

所述针阀依次穿过喷射器阀体、天然气阀套中心到达天然气阀座，所述针阀和天然气阀套能够沿喷射器阀体中心线为中心轴，上下运动；

所述天然气阀套下部、喷射器阀体和天然气阀座，之间形成天然气气腔，所述天然气气腔与喷射器阀体上的天然气入口相连通；

所述针阀中部台阶面与喷射器阀体之间形成柴油油腔，针阀与天然气阀套贴合面间隙构成柴油通道，所述柴油通道与柴油油腔连通，柴油油腔与喷射器阀体上的柴油入口相连通；

所述天然气阀座上设有天然气喷孔，压力室，柴油喷孔，且柴油喷孔与压力室连通，天然气喷孔与天然气阀座表面连通。

所述天然气阀套内部设有润滑柴油油腔，所述润滑柴油油腔连通柴油通道和天然气阀座的表面。

所述润滑柴油油腔，与柴油通道倾斜设置。

所述天然气阀套上部和喷射器阀体之间还设有弹簧A，弹簧A的预紧力应满足天然气喷射压力；避免燃料气体进入天然气气腔时对弹簧A形成横向冲击；弹簧A的预紧力以及天然气阀套升程均根据天然气喷射量计算得出。

所述针阀的上端还设有弹簧B，弹簧B的预紧力应满足高压喷射柴油压力，柴油油腔中燃油压力够高时顶起弹簧B，使得柴油进入柴油通道；所述柴油通道内可形成油膜，润滑针阀。

所述柴油入口内的燃料由高压共轨系统提供。

天然气喷孔与柴油喷孔之间距离与角度根据不同发动机类型可调整，以达到天然气/柴油两种燃料最佳的混合燃烧效果。

所述双燃料喷射器的工作原理为：

天然气/柴油经由不同的管路进入喷射器，天然气喷射路径，包括天然气入口，天然气气腔，天然气喷孔；柴油喷射通道，包括柴油入口，柴油油腔，柴油通道，压力室和柴油喷孔。

（1）引燃柴油喷射阶段

柴油油腔12中燃油压力对针阀14的台阶面有向上的压力，压力够高时，客克服弹簧B 15的压力，针阀14抬起，柴油通过柴油通道11进入压力室8，同时少量柴油进入润滑柴油油腔6储存；压力室8内形成高压燃油，经过柴油喷孔9喷入气缸。在整个柴油喷射阶段，天然气阀套4保持落座状态，润滑柴油油腔6内的柴油不会进入天然气气腔5。

当柴油喷射阶段结束后，柴油通道11内油压下降，部分柴油储存在润滑柴油油腔6内。

（2）天然气喷射阶段

柴油喷射阶段结束后，针阀14完全落座时，天然气入口2内的气体进入天然气腔5形成高压，压力足够高时，克服弹簧A 3的预紧力，抬起天然气阀套4，开启天然气喷孔7，天然气以高压方式喷入气缸。

（3）润滑阶段

天然气喷射阶段开始后，针阀14落座，柴油通道11与润滑柴油油腔6内的油压均下降。天然气阀套4受天然气气腔5内气体压力向上抬起，抬起过程中润滑柴油孔）内的柴油进入天然气阀套4与天然气阀座10之间的贴合面，形成油膜润滑。由于存在油膜润滑，当天然气阀套4回落时，与天然气阀座10之间的撞击强度减弱，磨损降低，双燃料喷射器的可靠性大幅提高。

本发明的有益效果为：

（1）本发明提供了一种双燃料喷射喷射器，即利用一个喷射器实现天然气/柴油双燃料喷射功能；

（2）本发明克服普通气体喷射喷射器缺乏润滑的问题，通过柴油润滑通道将少量柴油引入天然气气腔，在阀套与阀座面之间形成油膜润滑，降低喷射磨损，提高喷射器使用寿命；

（3）本发明提供的喷射器受双电磁阀控制，可依据不同工况调整天然气/柴油两种燃料的比例，提高发动机动力性能，优化发动机排放性能；

（4）本发明提供的喷射器结合缸内高压直喷技术，应用于发动机上不需配置节气门，同时能实现非均质混合扩散燃烧，因而不存在节流及充气系数损失，解决了循环供气量不足，热效率不高及中小负荷性能不良等问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-喷射器阀体，2-天然气入口，3-弹簧A，4-天然气阀套，5-天然气气腔，6-润滑柴油油腔，7-天然气喷孔，8-压力室，9-柴油喷孔，10-天然气阀座，11-柴油通道，12-柴油油腔，13-柴油入口，14-针阀，15-弹簧B。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明提供的一种带有自润滑功能的天然气/柴油双燃料喷射器工作原理是：在发动机活塞运行到上止点前喷射微量柴油（约占总燃料量的5%—10%）进入气缸，进一步压缩微量柴油被压燃，随后天然气以15MPa的压力喷入气缸，围绕微量柴油火焰形成浓度分层的混合气，随后燃烧做功。润滑阶段在柴油喷射阶段与天然气喷射阶段交替过程中进行。

因此实施方式可分为三个阶段：

第一阶段，引燃柴油喷射阶段。

高压共轨系统供给柴油进入柴油入口13，随后进入柴油油腔12，燃油压力升高，对针阀14的台阶面有向上的压力，压力达到一定程度，克服弹簧B 15的压力，顶起针阀14，柴油通过柴油通道11进入压力室8，压力室8内再形成高压燃油，经过柴油喷孔9喷入气缸。柴油通道11与润滑柴油油腔6有连接点，因此部分柴油进入润滑柴油油腔6存储。在此期间天然气阀套4压紧天然气阀座10，天然气路径保持关闭。

第二阶段，天然气喷射阶段。

当柴油喷射阶段结束，当针阀14完全落座时，天然气入口2内的气体进入天然气气腔5形成高压，克服弹簧A3的预紧力，抬起天然气阀套4，开启天然气喷孔7，天然气以高压方式喷入气缸。

第三阶段，润滑阶段。

天然气喷射阶段开始后，针阀14落座，柴油通道11与润滑柴油油腔6内的油压均下降。天然气阀套4受天然气气腔5内气体压力向上抬起，抬起过程中润滑柴油油腔6内的柴油进入天然气阀套4与天然气阀座10之间的贴合面，形成油膜润滑。由于存在油膜润滑，当天然气阀套4回落时，与天然气阀座10之间的撞击强度减弱，磨损降低，双燃料喷射器的可靠性大幅提高。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有自润滑功能的天然气/柴油双燃料喷射器，其特征在于，包括喷射器阀体（1），天然气阀套（4），针阀（14），天然气阀座（10）；

所述喷射器阀体（1）内有空腔，空腔内设有天然气阀套（4），天然气阀套（4）的凸起将空腔分为上下两部分；

所述针阀（14）依次穿过喷射器阀体（1）、天然气阀套（4）中心到达天然气阀座（10），所述针阀（14）和天然气阀套（4）能够沿喷射器阀体（1）中心线为中心轴，上下运动；

所述天然气阀套（4）下部、喷射器阀体（1）和天然气阀座（10），之间形成天然气气腔（5），所述天然气气腔（5）与喷射器阀体（1）上的天然气入口（2）相连通；

所述针阀（14）中部台阶面与喷射器阀体（1）之间形成柴油油腔（12），针阀（14）与天然气阀套（4）贴合面间隙构成柴油通道（11），所述柴油通道（11）与柴油油腔（12）连通，柴油油腔（12）与喷射器阀体（1）上的柴油入口（13）相连通；

所述天然气阀座（10）上设有天然气喷孔（7），压力室（8），柴油喷孔（9），且柴油喷孔（9）与压力室（8）连通，天然气喷孔（7）与天然气阀座（10）表面连通。

2.根据权利要求1所述的双燃料喷射器，其特征在于，所述天然气阀套（4）内部设有润滑柴油油腔（6），所述油腔（6）连通柴油通道（11）和天然气阀座（10）的表面。

3.根据权利要求1或2所述的双燃料喷射器，其特征在于，所述润滑柴油油腔（6），与柴油通道（11）倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的双燃料喷射器，其特征在于，所述天然气阀套（4）上部和喷射器阀体（1）之间还设有弹簧A（3），弹簧A（3）的预紧力应满足天然气喷射压力。

5.根据权利要求1所述的双燃料喷射器，其特征在于，所述针阀（14）的上端还设有弹簧B（15），弹簧B（15）的预紧力应满足高压喷射柴油压力。

6.根据权利要求1所述的双燃料喷射器，其特征在于，天然气喷孔（7）与柴油喷孔（9）之间距离与角度根据不同发动机类型可调整，以达到天然气/柴油两种燃料最佳的混合燃烧效果。

7.根据权利要求1所述的双燃料喷射器，其特征在于，所述柴油入口（13）内的燃料由高压共轨系统提供。