CN105756831A - 组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供组合式机械喷油?压电喷气混合燃料喷射装置，包括调压弹簧、压电控制部分、机械式喷嘴、燃气喷嘴、进气通道、进油油道等。本发明是利用机械式喷嘴实现燃油喷射，利用压电控制部分控制燃气喷嘴实现燃气喷射，燃料喷射灵活性高，能够实现纯燃油喷射和燃油/燃气双燃料工作喷射的切换；燃气喷嘴采用压电元件控制针阀的运动，针阀升程可调，燃气喷射量及燃气喷射率控制精度高；燃气喷嘴的针阀腔和针阀偶件处的燃油为同一种油，油压相等，避免了针阀偶件处的燃油静态泄漏；燃气喷嘴用燃油密封燃气，有利于避免燃气通过针阀偶件泄漏，提高了燃气喷射压力和喷射速率，改善了发动机的动力性和燃料经济性。

Description

组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置

技术领域

本发明涉及的是一种燃料喷射装置，具体地说是双燃料发动机的燃料喷射装置。

背景技术

发展发动机替代燃料是解决能源短缺和环境污染问题非常有效地手段之一。气体燃料因储量丰富、价格低廉和污染排放低等优点成为具有良好发展前景的发动机替代燃料。只采用一种气体燃料的气体发动机虽然排放清洁，但所用气体燃料能源密度低，燃料消耗大，使用方向受限；而采用柴油作为引燃油，气体燃料作为主燃料的双燃料发动机使用时可以在两种燃料之间灵活切换，燃料替代率高，具有较好的动力性、经济性和排放性。

现有的缸内直喷双燃料发动机多采用燃气喷嘴和机械式喷嘴实现双燃料喷射，其中燃气喷嘴由电磁阀控制实现燃气喷射，机械式喷嘴实现燃油喷射，存在的不足之处有：燃气喷嘴和机械式喷嘴独立安装在缸盖上，尺寸和安装位置受缸盖限制；燃气喷嘴利用压力燃气顶起针阀，但由于气体的压缩性强，不利于实现针阀运动的精确控制，燃气喷射不稳定；燃气喷射过程中，随着针阀的运动燃气通过针阀与阀体之间的间隙向电磁阀端泄漏加剧，导致燃气喷射压力和喷射速率降低，对燃气喷射的稳定性产生有不良影响，影响了发动机动力性和燃料经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供可以较好地解决燃气通过针阀偶件泄漏的问题，能够有效地提高发动机的动力性和燃料经济性的组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置，其特征是：包括喷射装置外壳、喷射装置上端盖、控制装置外壳、针阀底座、压电喷射部分、机械喷射部分，喷射装置上端盖安装在喷射装置外壳上方，针阀底座通过针阀紧固螺帽安装在喷射装置外壳下方，控制装置外壳安装喷射装置外壳里，控制装置外壳里设置进油油道，所述针阀底座包括压电底座和机械底座；

所述压电喷射部分包括压电元件、变换活塞、控制阀、控制阀座、控制阀复位弹簧座、限位杆、第二针阀、针阀复位弹簧，压电元件安装在控制装置外壳里，压电元件下方设置金属垫片，变换活塞上端卡在金属垫片上，变换活塞下方设置控制阀，控制阀安装在控制阀座内部，控制阀上设置上密封锥面和下密封锥面，在上密封锥面和下密封锥面之间套有控制阀复位弹簧，控制阀复位弹簧下端支撑在控制阀复位弹簧座上，控制阀复位弹簧座与控制阀座之间形成控制阀油腔，控制阀座上开有第一进油口，控制阀复位弹簧座上开有泄油口，第一进油口通过控制阀的上密封锥面与控制阀油腔实现连通或断开，控制阀油腔通过控制阀的下密封锥面与泄油口实现连通或断开，限位杆设置在控制阀复位弹簧座下方，限位杆的下端套于第二针阀内部，针阀复位弹簧套在限位杆外部，针阀复位弹簧的下端支撑在第二针阀上，第二针阀安装在针阀底座的压电底座里，第二针阀与喷射装置外壳之间形成针阀腔，限位杆与第二针阀沿轴线设置中心油道，中心油道连通控制阀油腔和针阀腔，第二针阀与压电底座之间设置环形密封带和承压槽，喷射装置外壳里设置与进油油道相通的第三进油口，密封带与第三进油口相连，喷射装置外壳上设置进气通道，承压槽连通进气通道；

所述机械喷射部分包括调节螺钉、上挺杆、下挺杆、调压弹簧、第一针阀，上挺杆安装在控制装置外壳里，下挺杆安装在喷射装置外壳里，上挺杆上方设置调节螺钉，上挺杆与下挺杆之间安装调压弹簧，弹压弹簧所在位置形成调压弹簧腔，控制装置外壳上设置回油口，回油口与调压弹簧腔相通，第一针阀安装在针阀底座的机械底座里并位于挺杆下方，第一针阀与机械底座之间形成盛油槽，喷射装置外壳里设置与进油油道相通的第二进油口，盛油槽与第二进油口相通。

本发明还可以包括：

1、压电元件通电时，压电元件伸长，控制阀克服控制阀复位弹簧的弹簧力和控制阀油腔内燃油的液压力向下运动，控制阀的下密封锥面压在控制阀复位弹簧座上，控制阀油腔与泄油口断开，控制阀油腔与第一进油口连通，燃油从进油油道通过第一进油口、控制阀油腔、中心油道进入针阀腔中，燃油作用在第二针阀端面上，克服针阀复位弹簧的弹簧力将第二针阀顶起，燃气开始喷射；

压电元件断电时，控制阀复位弹簧将控制阀的上密封锥面压在控制阀座上，控制阀油腔与第一进油口断开，控制阀油腔与泄油口连通，针阀腔中的燃油通过中心油道、控制阀油腔泄入泄油口中，针阀腔内压力降低，控制阀复位弹簧将第二针阀压向针阀底座，燃气不喷射。

本发明的优势在于：利用机械式喷嘴实现燃油喷射，利用压电元件控制燃气喷嘴实现燃气喷射，燃料喷射灵活性高，可实现纯燃油工作模式和燃油/燃气双燃料工作模式；燃气喷嘴采用压电元件控制针阀的运动，针阀升程可调，燃气喷射量及燃气喷射率控制精度高；机械式喷嘴可以通过改变垫圈数目改变调压螺钉作用在调压弹簧的压力，从而改变调压弹簧的预紧力，改变燃油喷射压力；燃气喷嘴用燃油控制针阀腔内压力实现针阀的运动，改善了燃气顶开针阀导致的燃气喷射不稳定现象，可以较好地满足系统喷射稳定性要求；燃气喷嘴的针阀腔和针阀偶件处的燃油为同一种油，油压相等，避免了针阀偶件处的燃油静态泄漏；燃气喷嘴用燃油密封燃气，有利于避免燃气通过针阀偶件泄漏，提高了燃气喷射压力和喷射速率，改善了发动机的动力性和燃料经济性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的压电控制部分结构示意图；

图3为本发明的喷嘴部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明的组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置主要包括压电控制部分9、喷嘴部分6、控制装置外壳10、喷射装置外壳8、进气通道7、进油油道12、调压螺钉2、垫圈1。压电控制部分9主要包括压电元件11、金属垫片23、变换活塞22、控制阀13、控制阀座21、控制阀复位弹簧15、控制阀复位弹簧座16、第一进油口14、控制阀油腔20、泄油口19，压电元件11安装在控制装置外壳10内部，压电元件11下方设置金属垫片23，变换活塞22卡在金属垫片23上，变换活塞22及其下方的控制阀13压在控制阀复位弹簧15上，控制阀13安装在控制阀座21内部，控制阀复位弹簧15下端支撑在控制阀复位弹簧座16上，控制阀13设置上密封锥面和下密封锥面，控制阀复位弹簧座16与控制阀座21之间形成控制阀油腔20，控制阀座21上开有第一进油口14，控制阀复位弹簧座16上开有泄油口19，第一进油口14通过控制阀13的上密封锥面和控制阀油腔20连通，控制阀油腔20通过控制阀13的下密封锥面与泄油口19连通。喷嘴部分6由机械式喷嘴部分24、燃气喷嘴部分36、针阀体紧固螺帽26、针阀底座27组成，机械式喷嘴部分24主要包括第一针阀28、调压弹簧4、挺杆5、第二进油口25、盛油槽29、回油口3，燃气喷嘴部分36主要包括第二针阀31、限位杆18、针阀复位弹簧17、中心油道35、针阀腔34、承压槽30、第三进油口33、密封带32，第一针阀28、第二针阀31安装在针阀底座27内部，第一针阀28、第二针阀31通过针阀体紧固螺帽26固定在喷射装置外壳8上，针阀底座27和喷射装置外壳8之间采用定位销定位，调压弹簧4安装在控制装置外壳10内部，调压弹簧4压在挺杆5上，挺杆5与第一针阀28相连，第一针阀28与针阀底座27之间形成盛油槽29，盛油槽29与第二进油口25连通，调压螺钉2与控制装置外壳10之间设置垫圈1，控制装置外壳10上设置回油口3，回油口3与调压弹簧4所处的调压弹簧腔连通，喷射装置外壳8内部设置限位杆18，限位杆18下端套在第二针阀31内部，针阀复位弹簧17安装在限位杆18外端，针阀复位弹簧17下端支撑在第二针阀31上，第二针阀31与喷射装置外壳8之间形成针阀腔34，限位杆18与第二针阀31沿轴线设置中心油道35，中心油道35连通控制阀油腔20与针阀腔34，第二针阀31与针阀底座27之间形成承压槽30，针阀底座27和第二针阀31之间设置环形密封带32，密封带32与第三进油口33相连。进油油道12沿控制装置外壳10径向进入混合燃料喷射装置中，并沿控制装置外壳10轴向向下进入喷射装置外壳8中，进油油道12在控制装置外壳10上分出一路分支，分支通过第一进油口14进入压电控制部分9中，进油油道12在喷射装置外壳8分出两路分支，一路分支通过第二进油口25进入盛油槽29中，一路分支通过第三进油口33进入密封带32中；喷射装置外壳8设置进气通道7，进气通道7与承压槽30连通。

本发明的组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置主要包括压电控制部分9、喷嘴部分6、控制装置外壳10、喷射装置外壳8、进气通道7、进油油道12、调压螺钉2、垫圈1，压电控制部分9由压电元件11、控制阀13等组成，喷嘴部分6由机械式喷嘴部分24、燃气喷嘴部分36、针阀体紧固螺帽26、针阀底座27组成。垫圈1的数目可调，可以通过增减垫圈1的数目改变调压弹簧4的预紧力，从而改变机械式喷嘴45的喷油压力，控制阀13设置上密封锥面和下密封锥面，实现控制阀油腔20内燃油进出油路之间的切换，金属垫片23起到隔离的作用，避免压电元件11接触到压电控制部分9向上泄漏的燃油，调压弹簧4将第一针阀28压向针阀底座27，针阀复位弹簧17将第二针阀31压向针阀底座27，针阀底座27和第二针阀31之间设置环形密封带32，通过第三进油口33与进油油道12相连，密封通过针阀偶件泄漏的燃气，承压槽30起到稳定气压的作用，从而减小气压波动对燃气喷射的影响。

双燃料发动机工作时，燃气从进气通道7进入承压槽30中，喷油泵提供的燃油从进油油道12进入混合燃料喷射装置，在控制装置外壳10分为两路，一路通过第一进油口14进入压电控制部分9中，一路进入喷射装置外壳8，并在喷射装置外壳8上分为两路，一路通过第二进油口25进入盛油槽29中，一路通过第三进油口33进入密封带32中。进入盛油槽29中的燃油作用在第一针阀28的承压锥面上，产生向上的推力，当推力大于调压弹簧4的预紧力时，第一针阀28升起，燃油开始喷射。当喷油泵停止供油时，盛油槽29中的燃油压力下降，调压弹簧4将第一针阀28压向针阀底座27，燃油不喷射。在机械式喷嘴工作期间，盛油槽29中有少量燃油从第一针阀28与针阀底座27之间的间隙向调压弹簧4端泄漏，然后通过回油口3流出，这部分燃油在漏过针阀偶件时对偶件起润滑作用。

压电元件11通电时，压电元件11伸长，控制阀13克服控制阀复位弹簧15的弹簧力和控制阀油腔20内燃油的液压力向下运动，控制阀13的下密封面紧压在控制阀复位弹簧座16的下密封面上，控制阀油腔20不再与泄油口19连通，控制阀油腔20与第一进油口14连通，燃油从进油油道12通过第一进油口14、控制阀油腔20、中心油道35进入针阀腔34中，燃油作用在第二针阀31端面上，克服针阀复位弹簧17的弹簧力将第二针阀31顶起，燃气开始喷射。在第二针阀31运动的过程中，承压槽30内燃气通过针阀偶件向上泄漏，在密封带32中的燃油作用下不会泄漏至针阀复位弹簧17处，直接避免了混合燃料喷射装置的燃气动态泄漏。压电元件11断电时，控制阀复位弹簧15将控制阀13的上密封面紧压在控制阀座21的上密封面上，控制阀油腔20不再与第一进油口14连通，控制阀油腔20与泄油口19连通，针阀腔34中的燃油通过中心油道35、控制阀油腔20泄入泄油口19中，针阀腔34内压力降低，当压力降低到一定值时，控制阀复位弹簧15将第二针阀31压向针阀底座27，燃气不喷射。从进气通道7进入密封带32的燃油，使蓄积在承压槽30内的燃气不会通过第二针阀31和针阀底座27之间的间隙泄漏，从而避免了混合燃料喷射装置的燃气静态泄漏。

组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置有两种工作模式：第一种是第一针阀28工作，该工作模式为纯燃油喷射模式；第二种是第一针阀28开始工作再第二针阀31开始工作，该工作模式为双燃料喷射模式，机械式喷嘴喷射的燃油压燃后点燃燃气喷嘴喷射的非增压燃气。

压电元件11由于压电效应形变，形变长度可靠性高，燃气喷射率控制精度高。通过改变通电时间长短，可以灵活调节压电元件11的形变长度，改变控制阀13的升程，又由于控制阀13控制燃油进出针阀腔34，因此，第二针阀31的最大升程也随着通电时间长度的变化可调，从而实现燃气喷射量的控制。而若采用电磁阀控制第二针阀31的运动，因电磁阀受磁滞回路和电磁线圈电感的影响，阀芯的响应相对于控制信号有延迟，燃气喷射规律的控制精度将受到影响。

由上述说明可知，组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置主由机械式喷嘴实现燃油喷射，压电控制部分利用压电元件控制燃气喷嘴实现燃气喷射，燃料喷射灵活性高，可以实现纯燃油工作模式和燃油/燃气双燃料工作模式；同时，燃气喷嘴利用燃油密封燃气，可以较好地解决燃气通过针阀偶件泄漏的问题，能有效地提高发动机的动力性和燃料经济性。

本发明组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置，包括压电控制部分、喷嘴部分、进气通道、进油油道、调压螺钉等。压电控制部分由压电元件、控制阀等组成，喷嘴部分由机械式喷嘴部分、燃气喷嘴部分、针阀体紧固螺帽、针阀底座组成。所述的进油油道沿控制装置外壳径向进入混合燃料喷射装置中，并沿控制装置外壳轴向向下进入喷射装置外壳中，进油油道在控制装置外壳上分出一路分支，分支通过第一进油口进入压电控制部分中，进油油道在喷射装置外壳分出两路分支，一路分支通过第二进油口进入盛油槽中，一路分支通过第三进油口进入密封带中；进气通道通过喷射装置外壳与承压槽连通。

压电元件安装在控制装置外壳内部，压电元件下方设置金属垫片，变换活塞卡在金属垫片上，变换活塞及其下方的控制阀压在控制阀复位弹簧上，控制阀安装在控制阀座内部，控制阀复位弹簧下端支撑在控制阀复位弹簧座上，控制阀设置上密封锥面和下密封锥面，控制阀复位弹簧座与控制阀座之间形成控制阀油腔，第一进油口通过控制阀的上密封锥面和控制阀油腔连通，控制阀油腔通过控制阀的下密封锥面与泄油口连通。

机械式喷嘴部分包括第一针阀和调压弹簧。调压弹簧安装在控制装置外壳内部，调压弹簧压在挺杆上，挺杆与第一针阀相连，第一针阀与针阀底座之间形成盛油槽，盛油槽与第二进油口连通，控制装置外壳上设置回油口，回油口与调压弹簧所在的调压弹簧腔连通。

燃气喷嘴部分包括限位杆和第二针阀。限位杆下端套在第二针阀内部，针阀复位弹簧安装在限位杆外端，针阀复位弹簧下端支撑在第二针阀上，第二针阀与喷射装置外壳之间形成针阀腔，限位杆与第二针阀沿轴线设置中心油道，中心油道连通控制阀油腔与针阀腔，第二针阀与针阀底座之间形成承压槽，承压槽与进气通道连通，针阀底座和第二针阀之间设置环形密封带，密封带与第三进油口相连。

Claims (2)

1.组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置，其特征是：包括喷射装置外壳、喷射装置上端盖、控制装置外壳、针阀底座、压电喷射部分、机械喷射部分，喷射装置上端盖安装在喷射装置外壳上方，针阀底座通过针阀紧固螺帽安装在喷射装置外壳下方，控制装置外壳安装喷射装置外壳里，控制装置外壳里设置进油油道，所述针阀底座包括压电底座和机械底座；

所述压电喷射部分包括压电元件、变换活塞、控制阀、控制阀座、控制阀复位弹簧座、限位杆、第二针阀、针阀复位弹簧，压电元件安装在控制装置外壳里，压电元件下方设置金属垫片，变换活塞上端卡在金属垫片上，变换活塞下方设置控制阀，控制阀安装在控制阀座内部，控制阀上设置上密封锥面和下密封锥面，在上密封锥面和下密封锥面之间套有控制阀复位弹簧，控制阀复位弹簧下端支撑在控制阀复位弹簧座上，控制阀复位弹簧座与控制阀座之间形成控制阀油腔，控制阀座上开有第一进油口，控制阀复位弹簧座上开有泄油口，第一进油口通过控制阀的上密封锥面与控制阀油腔实现连通或断开，控制阀油腔通过控制阀的下密封锥面与泄油口实现连通或断开，限位杆设置在控制阀复位弹簧座下方，限位杆的下端套于第二针阀内部，针阀复位弹簧套在限位杆外部，针阀复位弹簧的下端支撑在第二针阀上，第二针阀安装在针阀底座的压电底座里，第二针阀与喷射装置外壳之间形成针阀腔，限位杆与第二针阀沿轴线设置中心油道，中心油道连通控制阀油腔和针阀腔，第二针阀与压电底座之间设置环形密封带和承压槽，喷射装置外壳里设置与进油油道相通的第三进油口，密封带与第三进油口相连，喷射装置外壳上设置进气通道，承压槽连通进气通道；

所述机械喷射部分包括调节螺钉、上挺杆、下挺杆、调压弹簧、第一针阀，上挺杆安装在控制装置外壳里，下挺杆安装在喷射装置外壳里，上挺杆上方设置调节螺钉，上挺杆与下挺杆之间安装调压弹簧，弹压弹簧所在位置形成调压弹簧腔，控制装置外壳上设置回油口，回油口与调压弹簧腔相通，第一针阀安装在针阀底座的机械底座里并位于挺杆下方，第一针阀与机械底座之间形成盛油槽，喷射装置外壳里设置与进油油道相通的第二进油口，盛油槽与第二进油口相通。

2.根据权利要求1所述的组合式机械喷油-压电喷气混合燃料喷射装置，其特征是：压电元件通电时，压电元件伸长，控制阀克服控制阀复位弹簧的弹簧力和控制阀油腔内燃油的液压力向下运动，控制阀的下密封锥面压在控制阀复位弹簧座上，控制阀油腔与泄油口断开，控制阀油腔与第一进油口连通，燃油从进油油道通过第一进油口、控制阀油腔、中心油道进入针阀腔中，燃油作用在第二针阀端面上，克服针阀复位弹簧的弹簧力将第二针阀顶起，燃气开始喷射；

压电元件断电时，控制阀复位弹簧将控制阀的上密封锥面压在控制阀座上，控制阀油腔与第一进油口断开，控制阀油腔与泄油口连通，针阀腔中的燃油通过中心油道、控制阀油腔泄入泄油口中，针阀腔内压力降低，控制阀复位弹簧将第二针阀压向针阀底座，燃气不喷射。