CN105756832B - 组合式机械喷油‑电磁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‑电磁喷气混合燃料喷射装置，包括控制部分、双针阀喷嘴部分、喷射装置上端盖以及喷射装置壳体。采用双针阀喷嘴喷射燃油和燃气两种燃料，节省空间并简化了发动机结构，采用机械结构控制喷油过程，结构简单，对现有柴油机继承性好。本发明控制油泄油油路流经电磁阀体上部，起到冷却电磁阀的作用，增加电磁阀工作的稳定性；在燃气室上方，燃气针阀和针阀底座之间设计有密封环带，引入部分控制油到密封环带密封燃气，能有效地防止燃气泄漏，同时控制腔内的控制油和密封环带处的密封油采用同一种油，可有效保证控制油、密封油无静态泄漏。

Description

组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置

技术领域

本发明涉及的是一种喷射装置，具体地说是双燃料发动机喷射装置。

背景技术

随着化石燃料的不断消耗和内燃机排放法规的日益严格，发动机的发展面临着能源危机和环境污染问题的双重压力，采用替代燃料是同时解决能源问题和环境污染问题的有效手段。天然气、石油气等以其资源丰富、价格低廉、燃烧清洁、热值大等优点，成为目前内燃机主要代用燃料。

目前双燃料发动机的燃料供应方法主要有两种：一种是在气体燃料被引入发动机气缸之前将其与吸入的空气混合，再向燃烧室的上止点附近直接喷射一定量液体燃料，从而引燃气体燃料，这种方式容易引起发动机爆震，此外在发动机低负荷时，预混合的燃气太稀薄不利于燃烧。另一种方式是将燃气直接喷入燃烧室中，同样采用引燃量的液体燃料触发气体燃料燃烧，这种方式不会引起发动机过早爆燃，且燃料在扩散燃烧模式下燃烧，燃烧效果好，但其也存在一定的问题：其一，现代发动机气缸盖上结构复杂、零部件多，如何布置两个喷射器存在一定的难度，另外若安装两个喷射器喷射双燃料需对原有的柴油机进行较大改动，加大了装置加工及组装复杂程度。其二，喷射装置对燃气密封性要求高，随着针阀的运动，燃气沿针阀偶件间隙向上泄漏，泄漏燃气进入控制腔导致燃气喷射压力和喷射速率降低，严重影响装置工作稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供满足发动机在不同工况下对油、气混合的要求，工作可靠性高的组合式机械喷油-电磁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-电磁喷气混合燃料喷射装置，其特征是：包括喷射装置体、喷射装置上端盖、喷射装置内筒、针阀底座、燃油喷射部分、燃气喷射部分，喷射装置上端盖安装在喷射装置体上方，针阀底座通过喷嘴套安装在喷射装置体下方，喷射装置内筒安装在喷射装置体里，所述针阀底座包括燃油底座和燃气底座；

所述燃油喷射部分包括锁紧螺帽、调压螺钉、调节弹簧、燃油针阀顶杆、燃油针阀，锁紧螺帽安装在调压螺钉外部，调压螺钉与喷射装置内筒螺纹连接，锁紧螺帽、调压螺钉均设置在喷射装置体内，喷射装置内筒里设置燃油针阀顶杆，燃油针阀顶杆和调压螺钉之间安装调压弹簧，燃油底座里设置燃油针阀，燃油针阀位于燃油针阀顶杆下方，燃油底座端部设置燃油喷孔，燃油针阀与燃油底座之间形成盛油槽，喷射装置体上分别设置燃油进油接头、低压泄油口，燃油进油接头连通盛油槽，喷射装置内筒上设置环形油槽，环形油槽分别连通锁紧螺帽所在腔体以及低压泄油口；

所述燃气喷射部分包括安装在喷射装置内筒里的控制燃气电磁阀、燃气针阀限位杆以及安装在燃气底座里的燃气针阀，所述控制燃气电磁阀包括电磁阀体、电磁铁、衔铁、阀杆上密封底座、阀杆下密封底座、电磁阀弹簧、电磁阀阀杆，电磁阀体、阀杆上密封座、阀杆下密封座以及燃气针阀限位杆自上而下布置，电磁阀体和阀杆上密封底座之间形成电磁阀腔，阀杆上密封底座和阀杆下密封底座之间形成凹槽腔，电磁铁安装在电磁阀腔里，衔铁位于电磁铁下方，电磁阀阀杆的一端通过止动环卡在衔铁上，另一端贯穿衔铁下方的阀杆上密封底座，并与阀杆下密封底座相配合，电磁阀阀杆上分别设置与阀杆上密封底座配合的上密封锥面以及与阀杆下密封底座配合的下密封锥面，电磁阀阀杆与阀杆上密封底座相配合的部分形成低压油环带，电磁阀阀杆与阀杆下密封底座相配合的部分形成高压油环带，阀杆上密封底座上设置第一油道和第四油道，阀杆下密封底座上设置第二油道和第三油道，喷射装置内筒里设置第五油道，喷射装置体上设置控制油入口，第一油道连通电磁阀腔和低压泄油口，第二油道连通高压油环带和控制油入口，燃气针阀限位杆里设置中心油道，第三油道连通凹槽腔和中心油道，第四油道连通低压油环带电磁阀腔，燃气针阀位于燃气针阀限位杆下方，燃气针阀与燃气底座之间分别形成密封环道和燃气室，密封环道通过第五油道连通控制油入口，燃气室通过喷射装置内筒里的燃气通道连通喷射装置上端盖上的燃气入口，燃气底座端部设置燃气喷孔。

本发明还可以包括：

1、燃气针阀上端设计有圆环形台阶，圆环形台阶下方和喷射装置体之间形成燃气针阀控制腔，燃气针阀限位杆下端套在燃气针阀的圆环形台阶内部，燃气针阀控制腔和凹槽腔相通。

2、控制燃气电磁阀未通电时，电磁阀阀杆压在阀杆下密封底座上，高压油环带关闭、低压油环带打开，燃气针阀控制腔和低压泄油口连通；控制燃气电磁阀通电时，电磁阀阀杆抬起压在阀杆上密封底座上，低压油环带关闭、高压油环带打开，燃气针阀控制腔和控制油入口连通。

本发明的优势在于：本发明的组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置采用双针阀喷嘴喷射两种燃料，节省空间并简化了发动机结构。采用机械结构控制喷油过程，对现有柴油机继承性好，结构简单；采用电磁阀控制燃气的喷射过程，燃气喷射量精确可控，喷射装置可在纯柴油模式和燃油引燃燃气模式下工作，满足发动机在不同工况下对油、气混合的要求，工作可靠性高。

同时本装置还有以下有益效果：本装置控制油泄油油路流经电磁阀体上部，通过泄油循环带走热量以降低电磁阀部分温度，保证了电磁阀工作的可靠性和稳定性。燃气针阀和针阀座之间设计有密封环带，引入部分控制油作为密封油密封燃气，能有效地防止燃气泄漏，同时控制腔内的控制油和密封环带内的密封油采用同一种油，油压相等，能有效保证控制油、密封油无静态泄漏。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为本发明的控制部分结构示意图，图2b为控制燃气电磁阀结构示意图，图2c为控制电磁阀未通电时的示意图，图2d为控制电磁阀通电时的示意图；

图3为喷嘴部分的结构示意图。

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-电磁喷气混合燃料喷射装置主要由控制部分1、双针阀喷嘴部分4、进油滤芯6、喷射装置体7和喷射装置上端盖8组成。喷射装置体7上设计有低压泄油口2、控制油入口3、燃油进油接头5等，燃气入口9位于喷射装置上端盖8上，燃油进油滤芯6位于燃油进油接头5内。

控制部分1位于喷射装置体7内，主要包括控制燃气电磁阀10、燃气针阀限位杆11、燃气针阀弹簧13、燃气针阀控制腔14、燃油针阀顶杆15、喷射装置内筒16、调压弹簧17、调压螺钉19、锁紧螺帽20等，各部件均定位、安装在喷射装置内筒16内，喷射装置内筒16上设计有环形油槽18，燃气针阀限位杆11上设计有中心油道12。调压弹簧17安装在调压螺钉19和燃油针阀顶杆15之间，调压螺钉和喷射装置内筒16之间通过螺纹连接，将调压弹簧17压在燃油针阀顶杆15上，在调压弹簧17预紧力作用下燃油针阀顶杆15压住燃油针阀45。通过调整调压螺钉19位置，可改变调压弹簧17预紧力，从而改变燃油针阀45的开启压力。燃气针阀45和针阀导向面渗漏的燃油流经调压螺钉19、锁紧螺帽20，再从环形油槽18流向低压泄油口2。控制燃气电磁阀10主要包括电磁阀体21、电磁铁22、线圈23、衔铁24、阀杆上密封底座26、电磁阀弹簧27、电磁阀阀杆28、阀杆下密封底座29、止动环37等。电磁阀体21和阀杆上密封底座26之间形成电磁阀腔36，阀杆上密封底座26和阀杆下密封底座29之间形成凹槽腔33。电磁铁22安装在电磁阀体21的电磁阀腔36里，衔铁24位于电磁铁22下方，电磁阀阀杆28的一端通过止动环37卡在衔铁24上，另一端贯穿衔铁24下方的阀杆上密封底座26，压在阀杆下密封底座29上。电磁阀阀杆28上设计有两个密封锥面，并设计有高压油环带32和低压油环带34，控制燃气电磁阀10未通电时，电磁阀阀杆28在电磁阀弹簧27的作用下压在阀杆下密封底座29上，高压油环带32关闭、低压油环带34打开，如图2(c)所示，此时燃气针阀控制腔14和低压泄油口2连通；控制燃气电磁阀10通电时，电磁阀阀杆28抬起压在阀杆上密封底座26上，低压油环带34关闭、高压油环带32打开，如图2(d)所示，此时燃气针阀控制腔14和控制油入口3连通。阀杆上密封底座26上设计有油道25和油道35，油道35连通低压油环带34和电磁阀腔36，油道25连通电磁阀腔36和环形油槽18。阀杆下密封底座29上设计油道30和油道31，油道30连通高压油环带32和控制油入口3，油道31连通凹槽腔33和燃气针阀限位杆11的中心油道12。本装置泄油油路流经电磁阀，在燃油流动作用下带走双电磁阀热量，起到冷却电磁阀的作用，并减小电磁阀衔铁上下运动的冲击和振动，从而提高双电磁阀工作的稳定性。双针阀喷嘴部分4位于喷射装置体7下方，主要包括燃气针阀38、燃油针阀45、针阀底座48、喷嘴套49、密封圈50等，燃气针阀38和燃油针阀45共用一个针阀底座48。针阀底座48中间开有燃气进气道和进气槽，且两侧均开有进油槽和进油道。中间气道将高压燃气引入燃气室42以满足喷射装置进气要求，一侧油道将高压燃油引入盛油槽46以满足喷射装置进油要求，另一侧油道将部分控制油引入密封环带40密封燃气。燃气针阀38上端设计有圆环形台阶，在圆环形台阶下方，燃气针阀38和喷射装置体7之间形成燃气针阀控制腔14，燃气针阀38和燃气针阀限位杆11同轴安装，控制油经过燃气针阀限位杆11上的中心油道12进入燃气针阀控制腔14。燃气针阀38在燃气针阀弹簧13的预紧力作用下压在针阀底座48上关闭燃气喷孔43。燃气从喷射装置上端盖8上的燃气入口9通过喷射装置内筒16上的中心气道，再由针阀底座48上的气道41进入燃气室42。在燃气室42上方，燃气针阀38和针阀底座48之间设计有密封环带40，通过针阀底座48上的油道39引入部分控制油到密封环带40密封燃气。燃油针阀45在调压弹簧17的作用下，被燃油针阀顶杆15压在针阀底座48上关闭燃油喷孔44。喷嘴套49和喷射装置体7之间采用螺纹连接并设计有密封圈50，防止气缸内高温、高压的燃气进入喷射装置双针阀喷嘴部分。

本发明的组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置的燃气喷嘴喷射燃气，在燃气针阀抬起和落座过程中，燃气容易随着阀杆的运动向上泄漏，泄漏的燃气进入燃气针阀控制腔14时，由于燃气的可压缩性会严重影响其喷气特性。为了解决此问题，本发明的组合式混合燃料喷射装置在燃气针阀38和针阀底座48之间开有密封环带40，通过油道引入部分控制油密封燃气，能有效地防止燃气泄漏。另外，燃气针阀控制腔14内的控制油和密封环带40内的密封油采用同一种油，针阀上下油压相等，能有效保证控制油、密封油无静态泄漏。

发动机工作时，燃油喷射过程由机械结构控制，高压油管的燃油从进油接头5、燃油滤清器6，流经油道进入盛油槽，达到燃油针阀开启压力时，克服调压弹簧预紧力使燃油针阀离座，燃油喷孔44开始喷油，调压弹簧的预紧力可用调压螺钉来调节。燃气喷射过程由电磁阀控制，控制单元采集传感器的输入信号，驱动控制燃气电磁阀10工作，从而控制燃气喷射。控制燃气电磁阀10通电时，电磁阀杆28抬起，高压油环带32打开、低压油环带34关闭，高压控制油依次流经高压油环带32、凹槽腔33、燃气针阀限位杆11的中心油道12，流入燃气针阀控制腔14，燃气针阀38在燃气针阀控制腔14内高压油作用下迅速抬起，燃气喷孔43打开，开始喷气；控制燃气电磁阀10断电时，在电磁阀弹簧27作用下电磁阀杆28压在阀杆下密封底座29上，高压油环带32关断、低压油环带34打开，燃气针阀控制腔14内高压油通过油道依次流经凹槽腔33和电磁阀腔36，再从油道25流向低压泄油口2，燃气针阀控制腔14内油压降低，燃气针阀38在燃气针阀弹簧13作用下压在针阀底座48上，关闭燃气喷孔43，停止喷气。根据发动机所处工况，可通过调节燃油针阀开启压力和改变控制燃气电磁阀10的工作模式，实现多种油、气喷射模式。

由上述工作过程可知，组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置采用双针阀喷嘴喷射燃油、燃气两种燃料，节省空间并简化了发动机结构，采用机械结构控制喷油过程，结构简单，对现有柴油机继承性较好；采用电磁阀控制燃气的喷射过程，燃气喷射量精确可控，喷射装置可在纯柴油模式和燃油引燃燃气模式下工作，满足发动机在不同工况下对油、气混合的要求。喷嘴部分采用燃油密封燃气可有效地防止燃气泄漏，控制油和密封油采用同一种油可有效防止控制腔和密封环带的燃油静态泄漏。因此，本发明能够使发动机满足日益严格的排放法规要求，有效地提高其动力性、经济性和可靠性。

本发明的组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置主要由控制部分1、双针阀喷嘴部分4、进油滤芯6、喷射装置体7和喷射装置上端盖8组成。喷射装置体7上设计有低压泄油口2、控制油入口3、燃油进油接头5等，燃气入口9位于喷射装置上端盖8上，燃油进油滤芯6位于燃油进油接头5内。控制部分1主要包括控制燃气电磁阀10、燃气针阀限位杆11、燃气针阀弹簧13、燃气针阀控制腔14、燃油针阀顶杆15、喷射装置内筒16、调压弹簧17、调压螺钉19、锁紧螺帽20等，各部件均定位、安装在喷射装置内筒16内，喷射装置内筒16上设计有环形油槽18，燃气针阀限位杆11上设计有中心油道12。双针阀喷嘴部分4主要包括燃气针阀38、燃油针阀45、针阀底座48、喷嘴套49、密封圈50等，燃气针阀38和燃油针阀45共用一个针阀底座48。燃气针阀38上端设计有圆环形台阶，在圆环形台阶下方，燃气针阀38和喷射装置体7之间形成燃气针阀控制腔14，燃气针阀38和燃气针阀限位杆11同轴安装，控制油经过燃气针阀限位杆11上的中心油道12进入燃气针阀控制腔14。在燃气室42上方，燃气针阀38和针阀底座48之间设计有密封环带40，通过针阀底座48上的油道39引入部分控制油到密封环带40。

所述的控制燃气电磁阀10主要包括电磁阀体21、电磁铁22、线圈23、衔铁24、阀杆上密封底座26、电磁阀弹簧27、电磁阀阀杆28、阀杆下密封底座29、止动环37等。电磁阀阀杆28上设计有两个密封锥面，并设计有高压油环带32和低压油环带34，控制燃气电磁阀10未通电时，电磁阀阀杆28压在阀杆下密封底座29上，高压油环带32关闭、低压油环带34打开；控制燃气电磁阀10通电时，电磁阀阀杆28抬起压在阀杆上密封底座26上，低压油环带34关闭、高压油环带32打开。

本发明组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置，包括控制部分、双针阀喷嘴部分、喷射装置上端盖以及喷射装置壳体。喷射装置壳体上有燃油进口接头、控制油入口和低压泄油口，燃油进口接头内安装有燃油滤芯，燃气入口在喷射装置上端盖上。控制部分主要包括喷射装置内筒、控制燃气电磁阀、燃气针阀限位杆、燃气针阀弹簧、燃气针阀控制腔、燃油针阀顶杆、调压弹簧、调压螺钉、锁紧螺帽等，各零部件均定位、安装在喷射装置内筒中。其中，调压弹簧安装在调压螺钉和顶杆之间，调压螺钉和喷射装置内筒之间通过螺纹连接，将调压弹簧压在燃油针阀顶杆上。双针阀喷嘴部分主要包括燃气针阀、燃油针阀、针阀底座、密封圈、喷嘴套等，燃气针阀和燃油针阀共用一个针阀底座。

控制燃气电磁阀主要包括电磁阀体、电磁铁、线圈、衔铁、电磁阀阀杆、阀杆上密封底座、阀杆下密封底座、电磁阀弹簧、止动环等。电磁阀体和阀杆上密封底座之间形成电磁阀腔，阀杆上密封底座和阀杆下密封底座之间形成凹槽腔。电磁铁安装在电磁阀腔里，衔铁位于电磁铁下方，其一端通过止动环卡在衔铁上，另一端贯穿衔铁下方的阀杆上密封底座，压在阀杆下密封底座上。阀杆上密封底座设计有两条油道，一条油道连通凹槽腔和电磁阀腔，另一条油道连通电磁阀腔和低压泄油口，泄油油路流经电磁阀体。阀杆下密封底座设计有两条油道，一条油道连通高压油环带和燃气针阀控制腔，另一条油道连通电磁阀阀杆下方油腔和低压泄油口。

控制燃气电磁阀阀杆上设计有两个环形油带，下方环形油带通过油道连通控制油入口，上方环形油带通过油道连通低压泄油口。

控制燃气电磁阀阀杆上设计有两个密封锥面，上密封锥面密封低压油环带，下密封锥面密封高压油环带。电磁阀阀杆落座，高压油路被关断，燃气针阀控制腔连通低压油路；电磁阀阀杆抬起，低压油路关断，燃气针阀控制腔连通高压油路。

燃气针阀上端设计有圆环形台阶，圆环形台阶下方针阀和喷射装置体之间形成燃气针阀控制腔，燃气针阀限位杆下端套在燃气针阀的圆环形台阶内部，燃气针阀限位杆和燃气针阀沿轴线设置中心油道，燃气针阀控制腔通过油道和电磁阀凹槽腔相通。

机械喷油部分和燃气控制部分共用一个低压泄油口。喷射装置体和喷射装置内筒之间设计有环形油槽，通过油道连通燃油回油腔、燃气电磁阀腔和低压泄油口。

在燃气喷嘴的燃气室上方，燃气针阀和针阀底座之间设计有环形密封带，针阀底座上开有环形油槽和油道，将部分控制油引入环形密封带。

Claims (3)

1.组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置，其特征是：包括喷射装置体、喷射装置上端盖、喷射装置内筒、针阀底座、燃油喷射部分、燃气喷射部分，喷射装置上端盖安装在喷射装置体上方，针阀底座通过喷嘴套安装在喷射装置体下方，喷射装置内筒安装在喷射装置体里，所述针阀底座包括燃油底座和燃气底座；

所述燃油喷射部分包括锁紧螺帽、调压螺钉、调节弹簧、燃油针阀顶杆、燃油针阀，锁紧螺帽安装在调压螺钉外部，调压螺钉与喷射装置内筒螺纹连接，锁紧螺帽、调压螺钉均设置在喷射装置体内，喷射装置内筒里设置燃油针阀顶杆，燃油针阀顶杆和调压螺钉之间安装调压弹簧，燃油底座里设置燃油针阀，燃油针阀位于燃油针阀顶杆下方，燃油底座端部设置燃油喷孔，燃油针阀与燃油底座之间形成盛油槽，喷射装置体上分别设置燃油进油接头、低压泄油口，燃油进油接头连通盛油槽，喷射装置内筒上设置环形油槽，环形油槽分别连通锁紧螺帽所在腔体以及低压泄油口；

所述燃气喷射部分包括安装在喷射装置内筒里的控制燃气电磁阀、燃气针阀限位杆以及安装在燃气底座里的燃气针阀，所述控制燃气电磁阀包括电磁阀体、电磁铁、衔铁、阀杆上密封底座、阀杆下密封底座、电磁阀弹簧、电磁阀阀杆，电磁阀体、阀杆上密封座、阀杆下密封座以及燃气针阀限位杆自上而下布置，电磁阀体和阀杆上密封底座之间形成电磁阀腔，阀杆上密封底座和阀杆下密封底座之间形成凹槽腔，电磁铁安装在电磁阀腔里，衔铁位于电磁铁下方，电磁阀阀杆的一端通过止动环卡在衔铁上，另一端贯穿衔铁下方的阀杆上密封底座，并与阀杆下密封底座相配合，电磁阀阀杆上分别设置与阀杆上密封底座配合的上密封锥面以及与阀杆下密封底座配合的下密封锥面，电磁阀阀杆与阀杆上密封底座相配合的部分形成低压油环带，电磁阀阀杆与阀杆下密封底座相配合的部分形成高压油环带，阀杆上密封底座上设置第一油道和第四油道，阀杆下密封底座上设置第二油道和第三油道，喷射装置内筒里设置第五油道，喷射装置体上设置控制油入口，第一油道连通电磁阀腔和低压泄油口，第二油道连通高压油环带和控制油入口，燃气针阀限位杆里设置中心油道，第三油道连通凹槽腔和中心油道，第四油道连通低压油环带电磁阀腔，燃气针阀位于燃气针阀限位杆下方，燃气针阀与燃气底座之间分别形成密封环道和燃气室，密封环道通过第五油道连通控制油入口，燃气室通过喷射装置内筒里的燃气通道连通喷射装置上端盖上的燃气入口，燃气底座端部设置燃气喷孔。

2.根据权利要求1所述的组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置，其特征是：燃气针阀上端设计有圆环形台阶，圆环形台阶下方和喷射装置体之间形成燃气针阀控制腔，燃气针阀限位杆下端套在燃气针阀的圆环形台阶内部，燃气针阀控制腔和凹槽腔相通。

3.根据权利要求1或2所述的组合式机械喷油-电磁喷气混合燃料喷射装置，其特征是：控制燃气电磁阀未通电时，电磁阀阀杆压在阀杆下密封底座上，高压油环带关闭、低压油环带打开，燃气针阀控制腔和低压泄油口连通；控制燃气电磁阀通电时，电磁阀阀杆抬起压在阀杆上密封底座上，低压油环带关闭、高压油环带打开，燃气针阀控制腔和控制油入口连通。