CN106523165B - 集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置。包括三个喷射器、上端盖和壳体，壳体上有高压燃油入口和低压泄油口，上端盖上有燃气入口，三个喷射器集成在壳体内的控制阀套和内筒中，三个喷射器成120°分布，还包括三针阀喷嘴，三针阀喷嘴位于壳体下方，三针阀喷嘴包括燃气针阀、引燃油针阀和主燃油针阀，燃气针阀、引燃油针阀和主燃油针阀成120°布置在同一圆周上且共用一个针阀底座。本发明对原有柴油机结构继承性好；采用一个电磁阀控制式引燃油喷射器和一个电磁阀控制式燃气喷射器满足在燃油引燃燃气模式下对燃油、燃气喷射控制要求。两个电磁阀对燃油、燃气喷射过程分开控制，满足在不同工况下的油、气混合需求。

Description

集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置

技术领域

本发明涉及一种发动机的燃料喷射装置，具体地说是一种燃油和燃气双燃料喷射装置。

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，采用替代燃料是同时解决发动机发展所面临的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、燃烧清洁等优点，成为目前内燃机主要代用燃料。仅采用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。

由于大功率双燃料发动机扭矩大、燃料消耗量大，其燃料供给系统包括主燃油供给、引燃油供给和燃气供给三套系统，以满足大功率双燃料发动机既能在纯柴油模式下工作，又能在燃油引燃燃气模式下工作。其缸内直喷燃料喷射系统存在的问题有：其一，采用单一的喷油器不能兼顾大功率发动机在纯柴油工作模式下对主燃油量的要求和在燃油引燃燃气工作模式下对引燃油量的控制精度要求。其二，现代发动机气缸盖上结构复杂、零部件多，如何布置多个喷射器存在一定的难度，另外若安装多个喷射器喷射燃油和燃气，需对原有的柴油机结构进行较大改动，增加了装置加工、安装复杂程度。其三，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

本发明目的在于提供一种能够将燃油和燃气两种燃料分开直接喷入发动机燃烧室，燃油、燃气喷射规律灵活的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括三个喷射器、上端盖和壳体，壳体上有高压燃油入口和低压泄油口，上端盖上有燃气入口，所述三个喷射器为机械控制式主燃油喷射器、电磁阀控制式引燃油喷射器和电磁阀控制式燃气喷射器，三个喷射器集成在壳体内的控制阀套和内筒中，三个喷射器成120°分布，还包括三针阀喷嘴，三针阀喷嘴位于壳体下方，三针阀喷嘴包括燃气针阀、引燃油针阀和主燃油针阀，燃气针阀、引燃油针阀和主燃油针阀成120°布置在同一圆周上且共用一个针阀底座。

本发明还可以包括：

1、所述电磁阀控制式引燃油喷射器主要包括控制引燃油电磁阀、控制活塞套、控制活塞、控制活塞弹簧和弹簧座，控制燃气电磁阀主要包括电磁阀体、电磁铁、线圈、衔铁、阀杆上密封底座、电磁阀弹簧、电磁阀阀杆、阀杆下密封底座、止动环，电磁阀阀杆上有两个密封锥面，并设计有高压油环带和低压油环带，控制燃气电磁阀未通电时，电磁阀阀杆在电磁阀弹簧的作用下压在阀杆下密封底座上，高压油环带关闭、低压油环带打开；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。

2、所述电磁阀控制式燃气喷射器包括控制燃气电磁阀、燃气针阀限位杆和燃气针阀弹簧，燃气针阀限位杆上有中心油道，燃气针阀上端设计有圆环形台阶，在圆环形台阶下方，燃气针阀和壳体之间形成燃气针阀控制腔，燃气针阀和燃气针阀限位杆同轴安装，控制油经过燃气针阀限位杆上的中心油道进入燃气针阀控制腔。

3、所述的燃气针阀和针阀底座之间有密封环带，通过针阀底座上的油道引入部分控制油到密封环带。

4、控制引燃油电磁阀包括电磁阀体、电磁铁、线圈、衔铁、电磁阀阀杆、阀杆密封底座、电磁阀弹簧座、电磁阀弹簧和止动环，电磁阀体和电磁阀弹簧座之间形成电磁阀腔，电磁阀弹簧座和阀杆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，电磁阀阀杆上设计有高压油环带，电磁阀阀杆一端通过止动环卡在衔铁上、另一端贯穿衔铁下方的电磁阀弹簧座压在阀杆密封底座上，关闭高压油环带。

5、三个喷射器共用一个高压燃油入口，壳体和内筒之间设计有进油环形油槽，高压油进入环形油槽分成三路，第一路高压油通过油道流入主燃油喷射器的盛油槽；第二路高压油通过油道流入引燃油活塞控制腔和引燃油喷射器的盛油槽；第三路高压油通过油道流入燃气电磁阀的高压油环带和燃气喷射器的密封环带。

6、三针阀喷嘴共用一个低压泄油口，壳体和控制阀套之间有泄油环形油槽，主燃油针阀喷嘴针阀导向面向上泄漏的燃油流经调压螺钉、锁紧螺帽，流入环形油槽；引燃油针阀喷嘴活塞控制腔的燃油流经控制燃油电磁阀流入环形油槽；引燃油针阀喷嘴针阀导向面向上泄漏的燃油通过油道流入环形油槽，燃气针阀喷嘴针阀控制腔的燃油流经控制燃气电磁阀流入环形油槽；控制燃油电磁阀和控制燃气电磁阀阀杆下方泄漏的燃油通过油道连通环形油槽，环形油槽连接低压泄油口。

本发明的集成式机械-电磁混合控制双燃料喷射装置主要包括机械控制式主燃油喷射器、电磁阀控制式引燃油喷射器、电磁阀控制式燃气喷射器、喷射装置上端盖和喷射装置壳体。喷射装置壳体上有高压燃油入口和低压泄油口，喷射装置上端盖上设计有燃气入口，三个喷射器集成在喷射装置壳体内的控制阀套和喷射装置内筒内成120°分布，并共用一个三针阀喷嘴。三针阀喷嘴位于喷射装置体下方，主要包括燃气针阀、引燃油针阀、主燃油针阀、针阀底座、密封圈、喷嘴套等，燃气针阀、引燃油针阀和主燃油针阀共用一个针阀底座，三个针阀成120°布置在同一圆周上。喷嘴套和喷射装置体之间采用螺纹连接并设计有密封圈。引燃油喷射器主要包括控制引燃油电磁阀、控制活塞套、控制活塞、控制活塞弹簧、弹簧座、引燃油针阀等。燃气喷射器主要由控制燃气电磁阀、燃气针阀限位杆、燃气针阀弹簧、燃气针阀组成。主燃油喷射器主要包括锁紧螺帽、调压螺钉、调压弹簧、顶杆、主燃油针阀等。

本发明的集成式机械-电磁混合控制双燃料喷射装置采用一个机械控制式主燃油喷射器满足发动机在纯柴油模式下对主喷油量喷射控制要求，结构简单，对原有柴油机结构继承性好；采用一个电磁阀控制式引燃油喷射器和一个电磁阀控制式燃气喷射器满足发动机在燃油引燃燃气模式下对燃油、燃气喷射控制要求。两个电磁阀对燃油、燃气喷射过程分开控制，燃油、燃气喷射规律灵活，满足发动机在不同工况下的油、气混合需求。

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为本发明的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置的整体结构俯视图。

图2为图1的O-C剖面结构局部示意图。

图3为图1的A-O-B剖面结构示意图。

图4为控制燃气电磁阀的示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为控制引燃油电磁阀的示意图。

图7为图6的俯视图。

具体实施方式

下面结合图例对本发明做更详细的描述：

本发明的集成式机械-电磁混合控制双燃料喷射装置主要包括机械控制式主燃油喷射器1、电磁阀控制式燃气喷射器2、电磁阀控制式引燃油喷射器3、喷射装置上端盖4和喷射装置壳体5。喷射装置壳体5上有高压燃油入口9和低压泄油口35，喷射装置上端盖4上设计有燃气入口37，三个喷射器集成在喷射装置壳体5内的控制阀套6和喷射装置内筒10内成120°分布，并共用一个三针阀喷嘴。三针阀喷嘴位于喷射装置体10下方，主要包括燃气针阀25、引燃油针阀29、主燃油针阀15、针阀底座13、密封圈12、喷嘴套11等，燃气针阀25、引燃油针阀29和主燃油针阀15共用一个针阀底座13，三个针阀成120°角度布置在同一圆周上。喷嘴套11和喷射装置体5之间采用螺纹连接并设计有密封圈12，防止气缸内高温、高压的燃气进入喷射装置三针阀喷嘴部分。

主燃油喷射器1主要包括锁紧螺帽19、调压螺钉18、调压弹簧17、顶杆16、主燃油针阀15等。主燃油针阀15和针阀底座13之间形成主燃油盛油槽14，顶杆16套在主燃油针阀15顶部，调压弹簧17卡在顶杆16和调压螺钉18中间，调压螺钉18和控制阀套6之间采用螺纹连接，锁紧螺帽19拧在调压螺钉18上，调压螺钉18和锁紧螺帽19中心均开有油道。在调压弹簧17作用下，主燃油针阀15被顶杆16压在针阀底座13上。燃气喷射器2主要由控制燃气电磁阀20、燃气针阀限位杆21、燃气针阀弹簧23、燃气针阀25组成。燃气针阀25和针阀底座13之间形成燃气室27，燃气从喷射装置上端盖4上的燃气入口37经过气道进入燃气室27满足装置进气要求。燃气针阀25上端设计有圆形台阶，在圆环形台阶下方，燃气针阀25和喷射装置体5之间形成燃气针阀控制腔24。燃气针阀25和燃气针阀限位杆21同轴安装，燃气针阀25顶端设计有十字形油道，燃气针阀限位杆21上设计有中心油道47，控制油经过,中心油道47进入燃气针阀控制腔24。在燃气针阀弹簧23作用下，燃气针阀25压在针阀底座13上。控制燃气电磁阀20主要包括电磁阀体38、电磁铁39、线圈40、衔铁41、阀杆上密封底座43、电磁阀弹簧44、电磁阀阀杆45、阀杆下密封底座46、止动环54等。电磁阀体38和阀杆上密封底座43之间形成电磁阀腔53，阀杆上密封底座43和阀杆下密封底座46之间形成凹槽腔50。电磁铁39安装在电磁阀体38的电磁阀腔53里，衔铁41位于电磁铁39下方，电磁阀阀杆45的一端通过止动环54卡在衔铁41上，另一端贯穿衔铁41下方的阀杆上密封底座43，压在阀杆下密封底座46上。电磁阀阀杆45上设计有两个密封锥面，并设计有高压油环带49和低压油环带51，控制燃气电磁阀20未通电时，电磁阀阀杆45在电磁阀弹簧44的作用下压在阀杆下密封底座46上，高压油环带49关闭、低压油环带51打开，此时燃气针阀控制腔24和低压泄油口35连通；控制燃气电磁阀20通电时，电磁阀阀杆45抬起压在阀杆上密封底座43上，低压油环带51关闭、高压油环带49打开，此时燃气针阀控制腔24和高压油入口9连通。阀杆上密封底座43上设计有油道42和油道52，油道52连通低压油环带51和电磁阀腔53，油道42连通电磁阀腔53和低压泄油口35。阀杆下密封底座46上设计油道47和油道48，油道47连通高压油环带49和高压油入口9，油道48连通凹槽腔50和燃气针阀限位杆21的中心油道22。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。引燃油喷射器3主要包括控制引燃油电磁阀36、控制活塞套33、控制活塞32、控制活塞弹簧31、弹簧座30、引燃油针阀29等。控制活塞套33和控制活塞32之间形成引燃油活塞控制腔34，引燃油针阀29和针阀底座13之间形成引燃油盛油槽28。在控制活塞弹簧31作用下，引燃油针阀29被弹簧座30压在针阀底座13上。控制燃油电磁阀36主要组成部件和控制燃气电磁阀20相同，不同的是其控制阀杆上只有一个密封锥面和一个高压油环带58，控制燃油电磁阀36未通电时，其控制阀杆压在阀杆密封底座上，关闭高压油环带58。喷射装置内筒10上设计有环形油槽8，从高压燃油入口9流入的高压油流经环形油槽8被分成三路，一路流入主燃油喷射器1的主燃油盛油槽14，满足装置主燃油进油要求；一路流入燃气喷射器2后分成两支，一支流入密封环带26密封燃气，一支流入控制燃气电磁阀20的高压油环带58，满足燃气针阀控制腔24建压要求；另一路流入引燃油喷射器3后分成两支，一支流入引燃油活塞控制腔34，满足引燃油活塞控制腔34减压要求，一支流入引燃油盛油槽28，满足装置引燃油进油要求。

本发明的集成式机械-电磁混合控制双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24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25和针阀底座13之间开有密封环带26，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24内的控制油和密封环带26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，根据发动机所处工况选择喷射装置工作模式，在纯柴油模式下，控制燃气电磁阀20和控制引燃油电磁阀36均处于断电状态，燃气喷射器1和引燃油喷射器3均不工作，燃油喷射过程由机械结构控制。高压油管的燃油从高压燃油入口9流经环形油槽8，通过油道进入主燃油盛油槽14，达到主燃油针阀15开启压力时，克服调压弹簧17预紧力使主燃油针阀15离座，装置开始喷油，调压弹簧17的预紧力可用调压螺钉18来调节。在燃油引燃燃气模式下，主燃油喷射器1不工作，引燃油和燃气喷射过程由两个电磁阀分开控制。控制单元采集传感器的输入信号，驱动控制燃气电磁阀20和控制引燃油电磁阀36工作，从而分别控制燃气和引燃油喷射。控制燃气电磁阀20通电时，电磁阀杆45抬起，高压油环带49打开、低压油环带51关闭，高压油依次流经高压油环带49、凹槽腔50、燃气针阀限位杆21的中心油道22，流入燃气针阀控制腔24，燃气针阀25在燃气针阀控制腔24内高压油作用下迅速抬起，装置开始喷气；控制燃气电磁阀20断电时，在电磁阀弹簧44作用下电磁阀杆45压在阀杆下密封底座46上，高压油环带49关断、低压油环带51打开，燃气针阀控制腔24内高压油通过油道依次流经凹槽腔50和电磁阀腔53，再从油道42流向低压泄油口35，燃气针阀控制腔24内油压降低，燃气针阀25在燃气针阀弹簧23作用下压在针阀底座13上，关闭燃气喷孔，装置停止喷气。控制引燃油电磁阀36断电时，在燃油控制阀弹簧的作用下燃油控制阀杆压在控制阀座上，关断高压油环带58，引燃油活塞控制腔34和引盛油槽28内油压相等，引燃油针阀29在引燃油活塞弹簧31作用下，被活塞弹簧座30压在针阀底座13上，装置不喷油；控制引燃油电磁阀36通电时，燃油电磁阀阀杆抬起，高压油环带58打开，引燃油活塞控制腔34内高压油通过油道依次流经燃油凹槽腔、燃油电磁阀腔，再从油道59流向低压泄油口35，引燃油活塞控制腔34内油压下降，引燃油针阀29迅速抬起打开燃油喷孔，装置开始喷油。根据发动机所处工况，可选择控制燃气电磁阀20或控制引燃油电磁阀36单独工作、两电磁阀同时工作、两电磁阀先后顺序工作等控制模式，实现多种油、气喷射模式。

由上述工作过程可知，本集成式机械-电磁混合控制双燃料喷射装置采用一个机械控制式主燃油喷射器满足发动机在纯柴油模式下对主喷油量喷射控制要求，采用一个电磁阀控制式引燃油喷射器和一个电磁阀控制式燃气喷射器满足发动机在燃油引燃燃气模式下对燃油、燃气喷射控制要求。对原有发动机继承性好，结构简单，满足发动机在不同工况下的油、气混合需求。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。

Claims (9)

1.一种集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，包括三个喷射器、上端盖和壳体，壳体上有高压燃油入口和低压泄油口，上端盖上有燃气入口，其特征是：所述三个喷射器为机械控制式主燃油喷射器、电磁阀控制式引燃油喷射器和电磁阀控制式燃气喷射器，三个喷射器集成在壳体内的控制阀套和内筒中，三个喷射器成120°分布，还包括三针阀喷嘴，三针阀喷嘴位于壳体下方，三针阀喷嘴包括燃气针阀、引燃油针阀和主燃油针阀，燃气针阀、引燃油针阀和主燃油针阀成120°布置在同一圆周上且共用一个针阀底座；

三个喷射器共用一个高压燃油入口，壳体和内筒之间设计有进油环形油槽，高压油进入环形油槽分成三路，第一路高压油通过油道流入主燃油喷射器的盛油槽；第二路高压油通过油道流入引燃油活塞控制腔和引燃油喷射器的盛油槽；第三路高压油通过油道流入燃气电磁阀的高压油环带和燃气喷射器的密封环带。

2.根据权利要求1所述的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，其特征是：三针阀喷嘴共用一个低压泄油口，壳体和控制阀套之间有泄油环形油槽，主燃油针阀喷嘴针阀导向面向上泄漏的燃油流经调压螺钉、锁紧螺帽，流入环形油槽；引燃油针阀喷嘴活塞控制腔的燃油流经控制燃油电磁阀流入环形油槽；引燃油针阀喷嘴针阀导向面向上泄漏的燃油通过油道流入环形油槽，燃气针阀喷嘴针阀控制腔的燃油流经控制燃气电磁阀流入环形油槽；控制燃油电磁阀和控制燃气电磁阀阀杆下方泄漏的燃油通过油道连通环形油槽，环形油槽连接低压泄油口。

3.根据权利要求1或2所述的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，其特征是：所述电磁阀控制式引燃油喷射器主要包括控制引燃油电磁阀、控制活塞套、控制活塞、控制活塞弹簧和弹簧座，控制燃气电磁阀主要包括电磁阀体、电磁铁、线圈、衔铁、阀杆上密封底座、电磁阀弹簧、电磁阀阀杆、阀杆下密封底座、止动环，电磁阀阀杆上有两个密封锥面，并设计有高压油环带和低压油环带，控制燃气电磁阀未通电时，电磁阀阀杆在电磁阀弹簧的作用下压在阀杆下密封底座上，高压油环带关闭、低压油环带打开；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。

4.根据权利要求3所述的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，其特征是：控制引燃油电磁阀包括电磁阀体、电磁铁、线圈、衔铁、电磁阀阀杆、阀杆密封底座、电磁阀弹簧座、电磁阀弹簧和止动环，电磁阀体和电磁阀弹簧座之间形成电磁阀腔，电磁阀弹簧座和阀杆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，电磁阀阀杆上设计有高压油环带，电磁阀阀杆一端通过止动环卡在衔铁上、另一端贯穿衔铁下方的电磁阀弹簧座压在阀杆密封底座上，关闭高压油环带。

5.根据权利要求1或2所述的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，其特征是：所述电磁阀控制式燃气喷射器包括控制燃气电磁阀、燃气针阀限位杆和燃气针阀弹簧，燃气针阀限位杆上有中心油道，燃气针阀上端设计有圆环形台阶，在圆环形台阶下方，燃气针阀和壳体之间形成燃气针阀控制腔，燃气针阀和燃气针阀限位杆同轴安装，控制油经过燃气针阀限位杆上的中心油道进入燃气针阀控制腔。

6.根据权利要求3所述的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，其特征是：所述电磁阀控制式燃气喷射器包括控制燃气电磁阀、燃气针阀限位杆和燃气针阀弹簧，燃气针阀限位杆上有中心油道，燃气针阀上端设计有圆环形台阶，在圆环形台阶下方，燃气针阀和壳体之间形成燃气针阀控制腔，燃气针阀和燃气针阀限位杆同轴安装，控制油经过燃气针阀限位杆上的中心油道进入燃气针阀控制腔。

7.根据权利要求4所述的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，其特征是：所述电磁阀控制式燃气喷射器包括控制燃气电磁阀、燃气针阀限位杆和燃气针阀弹簧，燃气针阀限位杆上有中心油道，燃气针阀上端设计有圆环形台阶，在圆环形台阶下方，燃气针阀和壳体之间形成燃气针阀控制腔，燃气针阀和燃气针阀限位杆同轴安装，控制油经过燃气针阀限位杆上的中心油道进入燃气针阀控制腔。

8.根据权利要求6所述的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，其特征是：所述的燃气针阀和针阀底座之间有密封环带，通过针阀底座上的油道引入部分控制油到密封环带。

9.根据权利要求7所述的集成式机械和电磁混合控制双燃料喷射装置，其特征是：所述的燃气针阀和针阀底座之间有密封环带，通过针阀底座上的油道引入部分控制油到密封环带。