CN107605634A - 一种柴油/天然气双燃料直喷装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴油/天然气双燃料直喷装置，包括定容弹、火花塞、天然气管、油管接头、定容弹适配器、天然气喷射器、柴油喷射器和柴油喷射器支架；定容弹适配器安装在定容弹顶部，天然气管安装在定容弹适配器上，天然气管下端与天然气喷射器的顶端螺纹连接；柴油喷射器支架的上端与定容弹适配器底部连接，下端与柴油喷射器的下端可拆卸连接；火花塞上端电极与ECU输出电路连接，下端电极分别与柴油喷射器、天然气喷射器电源接头连接。柴油喷射器的位置可以灵活调整，柴油喷孔与天然气喷孔间的距离最小可达3mm，更有利于研究双燃料的相互作用；本发明实现了双燃料的直喷喷射混合，为柴油引燃天然气缸内直喷发动机的开发提供了研究数据。

Description

一种柴油/天然气双燃料直喷装置

技术领域

本发明属于双燃料发动机研究领域，具体涉及一种柴油/天然气双燃料直喷装置。

背景技术

随着工业消耗和生活消费的扩张，我国对能源需求持续上升，而化石资源，如柴油、汽油的过度开发所造成的问题日益凸显。能源、环境危机的不断加深，严重影响了我国经济和社会的健康快速发展。此外，我国环保法规不断升级，国四排放已全面实施，对柴油发动机行业影响甚大。由此可见，开发和利用清洁能源势在必行。天然气作为一种清洁的代用燃料，在我国的储量相对较丰富。其主要成分是甲烷，和柴油相比有较高的热值。研究SAE981160中表明，甲烷在2ms内自燃的温度至少要达到1200K，远高于传统柴油发动机能达到的温度850K～950K，因此，需要靠电火花点火或者柴油引燃技术为天然气燃烧提供能量。近几十年来，天然气发动机的研究取得了较大进展。加拿大Westport公司，美国BKM公司均提出了“微引燃”双燃料系统，用少量的引燃柴油为天然气提供能量。研究SAE 1999-01-3556发现，在高压直喷柴油机中利用柴油引燃天然气能够获得较低的排放和较高的热效率，为天然气在发动机内的应用提供了有效的依据。柴油引燃天然气工作过程是，先在缸内喷射少量柴油作为引燃剂，柴油在活塞运动到上止点过程中被压燃形成火焰，随后主燃料天然气以较高的压力喷入缸内燃烧作功。在文献SAE981400中，Ouellette等人提到的喷射系统是在传统的喷油器中增加一个阀套，阀套既充当柴油喷油器的阀体，又充当天然气喷射器的针阀。公开号为US5996558的专利提出了利用两套喷嘴的复杂结构，成本高。国内关于这方面的专利很少，专利公开号为ZL 200410016233.7的专利提出的一种双燃料喷油泵以及专利公开号为ZL200510017269.1的专利提出的双燃料喷嘴均无法实现柴油/天然气缸内直喷技术。专利公开号为ZL 201310019736.9的专利提出了一种实现天然气柴油双燃料的喷射装置和方法。该专利在针阀和阀体组成的喷嘴偶件基础上，增加一个阀套零件组成的喷嘴，三个零件之间互为偶件，实现了天然气/柴油同轴喷射技术。但是该喷射器的加工精度要求极高，结构复杂，国内目前很难实现。

上述专利提到的双燃料喷射装置和方法，无法实现柴油引燃天然气缸内直喷技术。目前该技术的核心都被国外企业所垄断，国内尚处于技术空白。面对日益严峻的能源环境危机，迫切的需要开发清洁能源的应用技术。因此，非常有必要开发环保效益突出、动力性能强劲的柴油引燃天然气缸内直喷技术。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种柴油/天然气双燃料直喷混合特性研究装置，本发明设计了一种能够实现柴油/天然气双燃料直喷的喷射组合器，并将其安装于定容弹顶部。

本发明的技术方案是：一种柴油/天然气双燃料直喷装置，包括定容弹、火花塞、天然气管、油管接头、定容弹适配器、天然气喷射器、柴油喷射器和柴油喷射器支架；

所述定容弹适配器可拆卸的安装在定容弹顶部，定容弹适配器上设计有孔Ⅰ、孔Ⅱ、孔Ⅲ、孔Ⅳ、孔Ⅴ和孔Ⅵ，所述天然气管安装在孔Ⅵ，天然气管上端与天然气供气管道连接，天然气管下端与天然气喷射器的顶端螺纹连接，天然气管与定容弹适配器可拆卸连接；

所述柴油喷射器支架的上端与定容弹适配器底部可拆卸连接，柴油喷射器支架的下端与柴油喷射器的下端可拆卸连接；柴油喷射器的下端和天然气喷射器的下端具有夹角；

所述火花塞包括火花塞Ⅰ、火花塞Ⅱ、火花塞Ⅲ和火花塞Ⅳ，火花塞Ⅰ安装在孔Ⅰ，火花塞Ⅱ安装在孔Ⅱ，火花塞Ⅲ安装在孔Ⅲ，火花塞Ⅳ安装在孔Ⅳ；所述火花塞Ⅰ和火花塞Ⅱ的上端电极分别与ECU输出电路连接，火花塞Ⅰ和火花塞Ⅱ的下端电极分别与柴油喷射器电源接头的正极和负极通过导线连接；所述火花塞Ⅲ和火花塞Ⅳ的上端电极分别与ECU输出电路连接，火花塞Ⅲ和火花塞Ⅳ的下端电极分别与天然气喷射器电源接头的正极和负极通过导线连接；所述油管接头安装在孔Ⅴ，油管接头上端与外部高压油管连接，油管接头下端与柴油喷射器进油口连接。

上述方案中，所述柴油喷射器支架包括支架Ⅰ、支架Ⅱ、柴油喷射器底座、柴油喷射器压块Ⅰ和柴油喷射器压块Ⅱ；

所述支架Ⅰ上端设有通孔Ⅰ，下端设有通孔Ⅱ；所述支架Ⅱ上端设有通孔Ⅲ，下端设有通孔Ⅳ；支架Ⅰ上端通过通孔Ⅰ与定容弹适配器采用螺钉连接，所述支架Ⅱ上端通过通孔Ⅲ与定容弹适配器采用螺钉连接；

所述柴油喷射器底座的两端分别安装在支架Ⅰ和支架Ⅱ上，喷射器底座上设计有阶梯孔，柴油喷射器下端安装在阶梯孔内，柴油喷射器压块Ⅰ一端上设计有U型槽，柴油喷射器中部卡在U型槽内，柴油喷射器压块Ⅱ压在的U型槽左端上方；

所述柴油喷射器压块Ⅰ的另一端设有通槽，通过螺栓Ⅰ与柴油喷射器底座一端的通槽连接，螺栓Ⅰ的末端穿过通孔Ⅳ与支架Ⅱ的下端通过螺母固定；柴油喷射器压块Ⅱ通过螺栓Ⅱ与柴油喷射器底座另一端的通槽连接，螺栓Ⅱ的末端穿过通孔Ⅱ与支架Ⅰ的下端通过螺母固定连接。

上述方案中，所述支架Ⅰ和支架Ⅱ的上端为水平直板，下端为倾斜直板。

上述方案中，柴油喷射器的下端和天然气喷射器的下端呈70-80度的夹角。

上述方案中，所述通孔Ⅰ、通孔Ⅱ、通孔Ⅲ和通孔Ⅳ均为腰形孔；

所述螺钉Ⅰ可在通孔Ⅰ内滑动，螺钉Ⅱ可在通孔Ⅲ内滑动，所述螺栓Ⅰ的下端可在通孔Ⅳ内滑动，所述螺栓Ⅱ的下端可在通孔Ⅲ内滑动。

上述方案中，所述柴油喷射器的柴油喷孔与天然气喷射器的天然气喷孔间的距离最小可达3mm。

上述方案中，所述定容弹适配器的圆周设有多个通孔，通过螺钉安装在定容弹顶部。

上述方案中，所述天然气管与定容弹适配器通过天然气管压块连接；所述天然气管压块压在天然气管法兰面上方，天然气管压块与定容弹适配器通过螺钉连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过双燃料喷射组合器实现了双燃料的直喷喷射混合，为柴油引燃天然气缸内直喷发动机的开发提供了研究数据。

2.本发明柴油喷射器的位置可以灵活调整，拧松螺钉Ⅰ、螺钉Ⅱ，可以通过调整支架Ⅰ、支架Ⅱ的位置，调整柴油喷射器的水平位置，将柴油喷射器水平位置调整到适当位置后紧固螺钉Ⅰ、螺钉Ⅱ；拧松螺栓Ⅰ、螺栓Ⅱ，可以调整柴油喷射器的竖直位置，或旋转柴油喷射器，将柴油喷射器调整到适当位置后紧固螺栓Ⅰ、螺栓Ⅱ；所述柴油喷射器的柴油喷孔与天然气喷射器的天然气喷孔间的距离最小可达3mm，更有利于研究双燃料的相互作用。

3.本发明在定容弹适配器上设计有4个火花塞，火花塞上端电极与ECU输出电路电连接，下端电极分别与天然气喷射器和柴油喷射器的电源接头电连接，ECU的控制信号通过火花塞传入定容弹内，实现对喷射器的控制。同时火花塞与定容弹适配器通过螺纹连接，可以保证定容弹的密封性，使双燃料喷射实验可以在不同环境压力下进行，拓展了实验研究范围。

4.本发明中天然气喷射器和柴油喷射器可以方便的更换，可以研究喷孔夹角，喷孔直径等参数对双燃料喷射的影响，拓展了实验研究范围。

附图说明

图1为本发明一实施方式的结构示意图；

图2为本发明一实施方式喷射组合器三维结构图；

图3为本发明一实施方式定容弹适配器俯视图；

图4为本发明一实施方式柴油喷射器支架的三围结构图；

图5为本发明一实施方式支架Ⅰ的示意图；

图6为本发明一实施方式支架Ⅱ的示意图；

图7为本发明一实施方式柴油喷射器底座的示意图。

图中：1、定容弹；2、火花塞Ⅰ；3、火花塞Ⅱ；4、天然气管；5、天然气管压块；6、火花塞Ⅲ；7、火花塞Ⅳ；8、油管接头；9、定容弹适配器；10、天然气喷射器；11、柴油喷射器；12、孔Ⅰ；13、孔Ⅱ；14、孔Ⅲ；15、孔Ⅳ；16、孔Ⅴ；17、孔Ⅵ；18、支架Ⅰ；19、柴油喷射器底座；20、支架Ⅱ；21、压块Ⅱ；22、压块Ⅰ；23、通孔Ⅰ；24、通孔Ⅱ；25、通孔Ⅲ；26、通孔Ⅳ；27、阶梯孔；28、螺栓Ⅰ；29、螺钉Ⅰ；30、螺钉Ⅱ；31、螺栓Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1和图2为本发明所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置的一种实施方式，所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置包括定容弹1、火花塞、天然气管4、天然气管压块5、油管接头8、定容弹适配器9、天然气喷射器10、柴油喷射器11、柴油喷射器支架。

所述定容弹适配器9可拆卸的安装在定容弹1顶部。优选的，所述定容弹适配器9的圆周设有多个通孔，通过螺钉安装在定容弹1顶部。如图3所示，定容弹适配器9上设计有孔Ⅰ12、孔Ⅱ13、孔Ⅲ14、孔Ⅳ15、孔Ⅴ16、孔Ⅵ17。天然气管4安装在孔Ⅵ17，天然气管4上端与天然气供气管道连接，天然气管下端与天然气喷射器10通过螺纹连接。天然气管压块5压在天然气管4法兰面上方，天然气管压块5与定容弹适配器9通过螺钉连接。

所述火花塞包括火花塞Ⅰ2、火花塞Ⅱ3、火花塞Ⅲ6和火花塞Ⅳ7，火花塞Ⅰ2安装在孔Ⅰ12，火花塞Ⅱ3安装在孔Ⅱ13，火花塞Ⅲ6安装在孔Ⅲ14，火花塞Ⅳ7安装在孔Ⅳ14；所述火花塞Ⅰ2和火花塞Ⅱ3的上端电极分别与ECU输出电路连接，火花塞Ⅰ2和火花塞Ⅱ3的下端电极分别与柴油喷射器11电源接头的正极和负极通过导线连接；所述火花塞Ⅲ6和火花塞Ⅳ7的上端电极分别与ECU输出电路连接，火花塞Ⅲ6和火花塞Ⅳ7的下端电极分别与天然气喷射器10电源接头的正极和负极通过导线连接；所述油管接头8安装在孔Ⅴ16，油管接头8上端与外部高压油管连接，油管接头8下端与柴油喷射器11进油口通过高压油管连接。

所述柴油喷射器支架包括支架Ⅰ18、支架Ⅱ20、柴油喷射器底座19、柴油喷射器压块Ⅰ22、柴油喷射器压块Ⅱ21。

所述支架Ⅰ18上端设有通孔Ⅰ23，下端设有通孔Ⅱ24；所述支架Ⅱ20上端设有通孔Ⅲ25，下端设有通孔Ⅳ26；支架Ⅰ18上端通过通孔Ⅰ23与定容弹适配器9采用螺钉连接，所述支架Ⅱ20上端通过通孔Ⅲ25与定容弹适配器9采用螺钉连接；

所述柴油喷射器底座19的两端分别安装在支架Ⅰ18和支架Ⅱ20上，喷射器底座19上设计有阶梯孔27，柴油喷射器11下端安装在阶梯孔27内，柴油喷射器压块Ⅰ22一端上设计有U型槽，柴油喷射器11中部卡在U型槽内，柴油喷射器压块Ⅱ21压在的U型槽左端上方；

所述柴油喷射器压块Ⅰ22的另一端设有通槽，通过螺栓Ⅰ28与柴油喷射器底座19一端的通槽连接，螺栓Ⅰ28的末端穿过通孔Ⅳ26与支架Ⅱ20的下端通过螺母固定；柴油喷射器压块Ⅱ21通过螺栓Ⅱ31与柴油喷射器底座19另一端的通槽连接，螺栓Ⅱ31的末端穿过通孔Ⅱ24通孔与支架Ⅰ18的下端通过螺母固定连接；并将柴油喷射器11压紧在柴油喷射器底座19上。

所述支架Ⅰ18和支架Ⅱ20的上端为水平直板，下端为倾斜直板。柴油喷射器11的下端和天然气喷射器10的下端呈70-80度的夹角。

所述通孔Ⅰ23、通孔Ⅱ24、通孔Ⅲ25和通孔Ⅳ26均为腰形孔；所述螺钉Ⅰ29可在通孔Ⅰ23内滑动，螺钉Ⅱ30可在通孔Ⅲ25内滑动，拧松螺钉Ⅰ29、螺钉Ⅱ30，可以通过调整支架Ⅰ18、支架Ⅱ20的位置，调整柴油喷射器11的水平位置，将柴油喷射器11水平位置调整到适当位置后紧固螺钉Ⅰ29、螺钉Ⅱ30；所述螺栓Ⅰ28的下端可在通孔Ⅳ26内滑动，所述螺栓Ⅱ31的下端可在通孔Ⅲ25内滑动；拧松螺栓Ⅰ28、螺栓Ⅱ31，可以调整柴油喷射器11的竖直位置，或旋转柴油喷射器11，将柴油喷射器11调整到适当位置后紧固螺栓Ⅰ28、螺栓Ⅱ31。所述柴油喷射器11的柴油喷孔与天然气喷射器10的天然气喷孔间的距离最小可达3mm。

本发明设计了一种柴油/天然气双燃料直喷装置，可以实现定容弹内柴油/天然气双燃料直喷。柴油喷射器的位置可以灵活调整，使天然气喷孔与柴油喷孔间的距离最小可达3mm，更有利于研究双燃料的相互作用。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柴油/天然气双燃料直喷装置，其特征在于，包括定容弹(1)、火花塞、天然气管(4)、油管接头(8)、定容弹适配器(9)、天然气喷射器(10)、柴油喷射器(11)和柴油喷射器支架；

所述定容弹适配器(9)可拆卸的安装在定容弹(1)顶部，定容弹适配器(9)上设计有孔Ⅰ(12)、孔Ⅱ(13)、孔Ⅲ(14)、孔Ⅳ(15)、孔Ⅴ(16)和孔Ⅵ(17)，所述天然气管(4)安装在孔Ⅵ(17)，天然气管(4)上端与天然气供气管道连接，天然气管(4)下端与天然气喷射器(10)的顶端螺纹连接，天然气管(4)与定容弹适配器(9)可拆卸连接；

所述柴油喷射器支架的上端与定容弹适配器(9)底部可拆卸连接，柴油喷射器支架的下端与柴油喷射器(11)的下端可拆卸连接；柴油喷射器(11)的下端和天然气喷射器(10)的下端具有夹角；

所述火花塞包括火花塞Ⅰ(2)、火花塞Ⅱ(3)、火花塞Ⅲ(6)和火花塞Ⅳ(7)，火花塞Ⅰ(2)安装在孔Ⅰ(12)，火花塞Ⅱ(3)安装在孔Ⅱ(13)，火花塞Ⅲ(6)安装在孔Ⅲ(14)，火花塞Ⅳ(7)安装在孔Ⅳ(14)；所述火花塞Ⅰ(2)和火花塞Ⅱ(3)的上端电极分别与ECU输出电路连接，火花塞Ⅰ(2)和火花塞Ⅱ(3)的下端电极分别与柴油喷射器(11)电源接头的正极和负极通过导线连接；所述火花塞Ⅲ(6)和火花塞Ⅳ(7)的上端电极分别与ECU输出电路连接，火花塞Ⅲ(6)和火花塞Ⅳ(7)的下端电极分别与天然气喷射器(10)电源接头的正极和负极通过导线连接；所述油管接头(8)安装在孔Ⅴ(16)，油管接头(8)上端与外部高压油管连接，油管接头(8)下端与柴油喷射器(11)进油口连接。

2.根据权利要求1所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置，其特征在于，所述柴油喷射器支架包括支架Ⅰ(18)、支架Ⅱ(20)、柴油喷射器底座(19)、柴油喷射器压块Ⅰ(22)和柴油喷射器压块Ⅱ(21)；

所述支架Ⅰ(18)上端设有通孔Ⅰ(23)，下端设有通孔Ⅱ(24)；所述支架Ⅱ(20)上端设有通孔Ⅲ(25)，下端设有通孔Ⅳ(26)；支架Ⅰ(18)上端通过通孔Ⅰ(23)与定容弹适配器(9)采用螺钉连接，所述支架Ⅱ(20)上端通过通孔Ⅲ(25)与定容弹适配器(9)采用螺钉连接；

所述柴油喷射器底座(19)的两端分别安装在支架Ⅰ(18)和支架Ⅱ(20)上，喷射器底座(19)上设计有阶梯孔(27)，柴油喷射器(11)下端安装在阶梯孔(27)内，柴油喷射器压块Ⅰ(22)一端上设计有U型槽，柴油喷射器(11)中部卡在U型槽内，柴油喷射器压块Ⅱ(21)压在的U型槽左端上方；

所述柴油喷射器压块Ⅰ(22)的另一端设有通槽，通过螺栓Ⅰ(28)与柴油喷射器底座(19)一端的通槽连接，螺栓Ⅰ(28)的末端穿过通孔Ⅳ(26)与支架Ⅱ(20)的下端通过螺母固定；柴油喷射器压块Ⅱ(21)通过螺栓Ⅱ(31)与柴油喷射器底座(19)另一端的通槽连接，螺栓Ⅱ(31)的末端穿过通孔Ⅱ(24)与支架Ⅰ(18)的下端通过螺母固定连接。

3.根据权利要求2所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置，其特征在于，所述支架Ⅰ(18)和支架Ⅱ(20)的上端为水平直板，下端为倾斜直板。

4.根据权利要求3所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置，其特征在于，柴油喷射器(11)的下端和天然气喷射器(10)的下端呈70-80度的夹角。

5.根据权利要求2所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置，其特征在于，所述通孔Ⅰ(23)、通孔Ⅱ(24)、通孔Ⅲ(25)和通孔Ⅳ(26)均为腰形孔；

所述螺钉Ⅰ(29)可在通孔Ⅰ(23)内滑动，螺钉Ⅱ(30)可在通孔Ⅲ(25)内滑动，所述螺栓Ⅰ(28)的下端可在通孔Ⅳ(26)内滑动，所述螺栓Ⅱ(31)的下端可在通孔Ⅲ(25)内滑动。

6.根据权利要求5所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置，其特征在于，所述柴油喷射器(11)的柴油喷孔与天然气喷射器(10)的天然气喷孔间的距离最小可达3mm。

7.根据权利要求1所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置，其特征在于，所述定容弹适配器(9)的圆周设有多个通孔，通过螺钉安装在定容弹(1)顶部。

8.根据权利要求1所述一种柴油/天然气双燃料直喷装置，其特征在于，所述天然气管(4)与定容弹适配器(9)通过天然气管压块(5)连接；所述天然气管压块(5)压在天然气管(4)法兰面上方，天然气管压块(5)与定容弹适配器(9)通过螺钉连接。