CN108005817A - 一种夹气块装置、燃油喷射系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种夹气块装置、燃油喷射系统及方法，属于发动机技术领域。其中，一种夹气块装置，用于安装燃油喷嘴10、混合气喷嘴20和旋流器3，包括：油嘴安装组件1，气嘴安装组件2，旋流器3，进油口4和进气口5。油嘴安装组件1，为一与燃油喷嘴10形状匹配的腔体。气嘴安装组件2，为一与混合气喷嘴20形状匹配的腔体。旋流器3，设置于所述气嘴安装组件2上。进油口，设置于所述油嘴安装组件1上；进气口5，与所述混合腔连通。旋流器3，设置于所述混合腔7处。本发明通过夹气块内的旋流器3使油与空气充分混合，克服了油气混合不充分，雾化效果差，喷雾粒径小的技术问题，进而达到燃油充分燃烧，提高燃油系统的经济性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种夹气块装置、燃油喷射系统及方法。
背景技术
目前，小型航空发动机通常采用结构简单、成本低廉的化油器供油方式。但这种供油方式存在控制精度低，响应性慢，各缸混合气不均匀等缺点。所以在不同的飞行工况(爬升、巡航和俯冲)和环境条件(飞行高度)下运行时，很难保证发动机缸内的混合气浓度均处于最佳空燃比状态，进而影响发动机的动力性、经济性以及排放性能的提升。
多数发动机使用汽油作为燃料。相比于汽油而言，航空煤油的闪点高且不易挥发，具有使用安全性能好的特点，因此，以航空煤油为燃料的缸内直喷发动机在某些安全性要求高的领域(如海军的舰载机、无人机)具有较好的应用前景。
为了控制燃油喷射过程，实现燃油良好的雾化和在气缸内的组织，现在开发的喷油器主要朝两个方向发展，即高压喷油器和低压喷油器。随着发动机强化程度的提高，对燃油雾化程度的要求也提高。对于高压喷油器，供油压力需要很高，需要达到十几兆帕，供油压力过高会带来如下问题：使燃油贯穿距离增大，增加了燃油碰壁的几率，使燃烧和排放恶化；增加燃油供给系统负荷和系统工作噪声，降低燃油系统工作的可靠性和寿命；对零部件和工艺水平要求增加，而低压喷油器利用空气辅助雾化燃油的原理，能够在较低的供油压力下实现燃油的良好雾化，具有喷雾粒径小，贯穿度低和较小喷雾锥角的雾化特性，相比于高压喷油器，除了能够避免上述问题外，对部分负荷工况下运转适应性更强，可以容许更宽的喷油控制、空燃比范围，因此，本发明提供了一种夹气块装置、燃油喷射系统及方法能够在较低的供油压力下实现燃油的良好雾化，具有喷雾粒径小，贯穿度低和较小喷雾锥角的雾化特性，改善发动机的燃油效果，还提高了燃油系统工作的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种夹气块装置、燃油喷射系统及方法，一种夹气块装置，方便燃油喷嘴、混合气喷嘴、旋流器等部件从夹气块装置上拆装，将夹气块装置独立出来，并在较低的供油压力下，提高燃油喷雾的雾化效果，尤其对于航空发动机一般常用的航空重油雾化效果，从而改善发动机的燃油经济性，动力性以及排放性能。
根据本发明实施例的一个方面，一种夹气块装置，用于安装燃油喷嘴、混合气喷嘴和旋流器，包括：油嘴安装组件，气嘴安装组件，旋流器，进油口和进气口。
油嘴安装组件，为一与燃油喷嘴形状匹配的腔体，其内壁设置有螺纹，用于通过螺纹连接方式安装燃油喷嘴。
气嘴安装组件，为一与混合气喷嘴形状匹配的腔体，其内壁设置有螺纹，与所述油嘴安装组件连通，用于通过螺纹连接方式安装混合气喷嘴；
旋流器，设置于所述气嘴安装组件上；
进油口，设置于所述油嘴安装组件上，以输入油至混合腔，所述混合腔为所述旋流器所在的位置；
进气口，与所述混合腔连通，用于向所述混合腔输入压缩空气；
旋流器，设置于所述混合腔处，用于对所述压缩空气和所述油进行混合并通过安装的所述混合气喷嘴输出。
进一步，还包括：稳压腔，设置于进气口和所述混合腔之间，分别与所述进气口和所述混合腔连通；
优选地，所述稳压腔为一圆柱形腔体。
进一步，所述稳压腔、所述进气口与所述混合腔位于同一水平面上。
进一步，所述油嘴安装组件为圆柱形腔体，其体积为25mmφ*24.5mm；
或者，
所述气嘴安装组件为圆柱形腔体，其体积为13.5mmφ*30.5mm；
或者，
所述稳压腔为圆柱形腔体，体积为18mmφ*32.5mm。
进一步，所述旋流器包括：
底座，其设置为环形；
多个顶座，为扇形柱体，等间隔设置于所述底座上。
进一步，所述底座为锥形。
进一步，所述底座内径为6mm；
优选地，所述底座下表面的外径为10mm，下面的外径为12.5mm；
进一步，所述顶座的数量为6个。
根据本发明实施例的另一个方面，一种燃油喷射系统，包括以上所述的夹气块装置，还包括气缸，所述夹气块装置安装在所述气缸的进气门附近；
控制器，与燃油喷嘴和混合气喷嘴连接，以分别控制所述燃油喷嘴和混合气喷嘴使其进行喷油和喷气。
根据本发明实施例的又一方面，一种燃油喷射方法，还包括：
通过进油口将燃油输入到所述夹气块装置内；
通过进气口将压缩空气输入到所述夹气块装置内；
燃油喷嘴将所述燃气喷射至所述混合腔；
所述旋流器将输入的燃油和空气在混合腔内充分混合，形成混合气；
通过混合气喷嘴将混合气喷射到所述气缸内。
本发明实施例的有益效果在于，
(1)将燃油喷射系统中的夹气部分独立出来设计为夹气块装置，夹气块内的旋流器使油与空气充分混合，克服了油气混合不充分，雾化效果差，喷雾粒径小的技术问题，进而达到燃油充分燃烧，提高燃油系统的经济性和稳定性。
(2)燃油喷嘴、混合器喷嘴、旋流器可从夹气块装置上拆卸下来，当装置出现问题时方便检修和维护，节约成本。
(3)结构简单，体积小，安装方便，运行安全可靠。
本发明提供一种夹气块装置、燃油喷射系统及方法，可以利用压缩空气的膨胀加速燃油液滴的破碎，在低压下改善喷雾的雾化效果，尤其对于航空发动机使用的航空重油而言，在0.7MPa油压下可以使其粒径在20微米左右。装置结构应设计简单，旋流器、油嘴、气嘴等部件安装方便，工作过程稳定。
附图说明
图1是本发明提供的一种夹气块装置的剖切图；
图2a是本发明提供的一种夹气块装置的一侧视图；
图2b是本发明提供的一种夹气块装置的另一侧视图；
图3是本发明提供的一种夹气块装置的旋流器的结构示意图。
附图标记：
1-油嘴安装组件，10-燃油喷嘴，2-气嘴安装组件，20-混合器喷嘴，3-旋流器，30-底座，31-顶座，32-切向孔，33-旋流孔，4-进油口，5-进气口，6-稳压腔，7-混合腔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例一。
请参阅图1、2a和2b，图1、2a和2b是本发明提供的一种夹气块装置的示意图。
如图1、2a和2b所示，一种夹气块装置，用于安装燃油喷嘴10、混合气喷嘴20和旋流器3，包括：油嘴安装组件1，气嘴安装组件2，旋流器3，进油口4和进气口5。油嘴安装组件1，为一与燃油喷嘴10形状匹配的腔体，其内壁设置有螺纹，用于通过螺纹连接方式安装燃油喷嘴10。具体地，所述燃油喷嘴10安装位置外部设有垫片压板用于固定所述燃油喷嘴10，防止所述燃油喷嘴10松动。
气嘴安装组件2，为一与混合气喷嘴20形状匹配的腔体，其内壁设置有螺纹，与所述油嘴安装组件1连通，用于通过螺纹连接方式安装混合气喷嘴20。具体地，所述混合器喷嘴20安装位置外部设有垫片压板，用于固定所述混合器喷嘴20，防止所述混合器喷嘴20松动。
旋流器3，设置于所述气嘴安装组件2上。在气嘴安装组件2上方的旋流器3可以实现流体旋转运动，在旋流器的上设有切向孔32，当空气流经旋流孔33时，可以实现气流的轴向旋转，在混合腔7内与喷射出的燃油充分的混合。其结构简单，加工工艺性能好。
进油口4，设置于所述油嘴安装组件1上，以输入油至混合腔7，所述混合腔7为所述旋流器3所在的位置。具体地，通过宝塔头将油管与进油口4固定，进油口4内壁设有M8*1的螺纹，进油口4通过螺纹连接与宝塔头螺接，将油管放入宝塔头，以固定油管，防止油泄露。优选地，进油口4长度为9.1mm。
进气口5，与所述混合腔7连通，用于向所述混合腔7输入压缩空气。具体地，通过宝塔头将气管与进气口5固定，进气口5内壁设有M8*1的螺纹，进气口5通过螺纹连接与宝塔头螺接，将气管放入宝塔头，以固定气管，防止气体泄露。优选地，进气口5长度为9.6mm。
旋流器3，设置于所述混合腔7处，用于对所述压缩空气和所述油进行混合并通过安装的所述混合气喷嘴20输出。加入旋流器3，使燃油与空气具有轴向运动和旋转运动，使油和空气充分混合，进一步加强对喷雾的雾化破碎效果。
具体地，所述油嘴安装组件1为圆柱形腔体，其体积为25mmφ*24.5mm。或者，所述气嘴安装组件2为圆柱形腔体，其体积为13.5mmφ*30.5mm。或者，所述稳压腔6为圆柱形腔体，体积为18mmφ*32.5mm。
本实施例中，燃油喷嘴、混合器喷嘴和旋流器等部件方便从夹气块装置上拆装，使夹气块独立出来，结构设计简单，体积小，方便部件的运行和维修。旋流器在混合腔内，是油气充分混合，强化燃油喷雾效果，提高了发动机燃油的经济性，动力性及排放性能。
实施例二。
请参阅图1和图2a，图1和图2a是本发明提供的一种夹气块装置的结构示意图。
如图1、2a所示，一种夹气块装置，还包括：稳压腔6，设置于进气口5和所述混合腔7之间，分别与所述进气口5和所述混合腔7连通。优选地，所述稳压腔6为一圆柱形腔体。如图2a所示，稳压腔6底部为开口设置，工作时用堵头将稳压腔6堵上进行密封即可。压缩空气通过进气口5进入稳压腔6，使气体压强在稳压腔6内稳定后，再输入混合腔7，可以缓解混合器喷嘴20工作时导致的气体压力波动。
具体地，所述稳压腔6、所述进气口5与所述混合腔7位于同一水平面上。在混合腔7一侧有与其相连的稳压腔6，稳压腔通过进气口5与气源相连。当混合气喷嘴20工作时，混合腔7中预雾化的混合气被喷入气缸，稳压腔6保持喷射时混合腔7内混合气压力不变，保证了工作过程的稳定性。有助于稳定气体的压强。
本实施例中，稳压腔的设计使得工作过程中气源压力波动较小，使夹气块装置工作更加稳定。
实施例三。
请参阅图3，图3是本发明一种夹气块装置的旋流器3的结构示意图。
如图3所示，一种夹气块装置还包括：所述旋流器3为莲花瓣状，包括：底座30和顶座31。
底座30，设置为环形。进一步地，所述底座30为锥形。优选地，所述底座30内径为6mm。底座中间设置有一旋流孔33，当气体流经旋流孔33时，可以实现气流的轴向旋转，使喷射的燃油在混合腔7与辅助空气充分混合。
最优地，所述底座30系表面的外径为10mm，上表面的外径为12.5mm。
多个顶座31，为扇形柱体，等间隔设置于所述底座30上。优选地，所述顶座31的数量为6个。具体地，所述旋流器3中间的孔为旋流孔33，旋流孔33是油气混合流体的通道。所述顶座31之间的间隔为切向孔32，当旋流器3工作时，一部分油气混合流体经过切向孔32从而产生切向加速度以为旋流器3提供旋转的动力使之旋转，另一部分油气混合流体经旋流孔33流出，经过压力差的作用油气混合流体经过混合之后经过旋流孔33喷至混合气嘴20处，由于通过混合气喷嘴喷射的喷雾中含有空气气泡，与环境压力存在较大的压差，喷雾在离开喷嘴出口后气泡内外压差剧烈变化，促使它急剧膨胀直至破裂，从而将包围在它周围的液膜进一步破碎成为更加细微的燃油颗粒。从而改善发动机的动力性、经济性及排放性能。开始工作前，将旋流器3直接放在混合器喷嘴20上，混合气喷嘴20慢慢将旋流器3从气嘴安装组件位置推入混合腔内即可。
本实施例中，夹气块装置内的旋流器使油与空气充分混合，克服了油气混合不充分，雾化效果差，喷雾粒径小的技术问题，进而达到燃油充分燃烧，提高燃油系统的经济性和稳定性。
实施例四。
本实施例中，一种燃油喷射系统，包括上述实施例中所述的夹气块装置，还包括气缸和控制器。所述夹气块装置安装在所述气缸的进气门附近。
控制器，与燃油喷嘴10和混合气喷嘴20连接，以分别控制所述燃油喷嘴10和混合气喷嘴20，控制喷油脉宽和喷气脉宽，进而精确控制燃油和气体的喷射量。本实施例中，工作介质为JP5型航空重油，在常温常压下工作。安装完成燃油喷嘴10和混合气喷嘴20后，需要分别输入控制信号。本实施例中，控制器主要由12单片机和逻辑芯片以及驱动板构成，工作时接通电源，分别给燃油喷嘴10和混合气喷嘴20不同时序的控制信号，控制喷油脉宽和喷气脉宽，进而精确控制燃油喷射量。本实例中选取喷油脉宽为4ms，喷气脉宽1ms，油气信号之间的间隔为0.5ms。
具体地，所述燃油喷射系统，还包括调压阀，与油管和气管连接，分别调节油压和气压。优选地，通过调压阀将油压使其稳定在0.7MPa，通过限压阀调节气压使其稳定在0.6MPa，使油压与气压始终保持0.1MPa的压力差，进一步提高雾化效果。
燃油喷射系统的工作原理：首先将燃油喷嘴10、混合气喷嘴20、堵头和旋流器3安装在夹气块装置上。然后连接好管路，即油管和气管。油管与夹气块装置的进油口4相连接,气管与进气口5相连接。再通过限压阀调节气压使其稳定在0.6MPa，通过调压阀使油压稳定在0.7MPa。使油压与气压始终保持0.1MPa的压力差。控制端分别将控制信号输出到油嘴与混合器喷嘴20上。
接通电源，触发控制器，首先燃油喷嘴10在信号控制下打开，喷射燃油到混合腔7与其中的辅助空气混合预雾化，并通过旋流器3空气与油充分混合。然后输入混合器喷嘴20信号，混合腔7内的混合气通过混合器喷嘴20喷射到气缸内。喷射出的喷雾中含有空气气泡，它与环境压力存在较大的压差，进而促使它膨胀甚至破裂，将包围在其周围的液油膜进一步破裂成更加细微的燃油颗粒，直径在20微米左右，增强了雾化效果。
实施例五。
本实施例中，一种燃油喷射方法，包括：
S1，通过进油口4将燃油输入到所述夹气块装置内。
S2，通过进气口5将压缩空气输入到所述夹气块装置内。
S3，燃油喷嘴10将所述燃油喷射至所述混合腔7。
S4，所述旋流器3将输入的燃油和空气在混合腔7内充分混合，形成混合气；
S5，通过混合气喷嘴20将混合气喷射到所述气缸内。
本发明旨在一种夹气块装置、燃油喷射系统及方法，具有以下有益效果：
第一，将燃油喷射系统中的夹气部分独立出来设计为夹气块装置，夹气块内的旋流器使油与空气充分混合，克服了油气混合不充分，雾化效果差，喷雾粒径小的技术问题，进而达到燃油充分燃烧，提高燃油系统的经济性和稳定性。
第二，燃油喷嘴、混合器喷嘴、旋流器可从夹气块装置上拆卸下来，当装置出现问题时方便检修和维护，节约成本。
第三，装置结构简单，体积小，安装方便，运行安全可靠。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种夹气块装置，其特征在于，用于安装燃油喷嘴(10)、混合气喷嘴(20)和旋流器(3)，包括：
油嘴安装组件(1)，为一与燃油喷嘴(10)形状匹配的腔体，其内壁设置有螺纹，用于通过螺纹连接方式安装燃油喷嘴(10)；
气嘴安装组件(2)，为一与混合气喷嘴(20)形状匹配的腔体，其内壁设置有螺纹，与所述油嘴安装组件(1)连通，用于通过螺纹连接方式安装混合气喷嘴(20)；
旋流器(3)，设置于所述气嘴安装组件(2)上；
进油口(4)，设置于所述油嘴安装组件(1)上，以输入油至混合腔(7)，所述混合腔(7)为所述旋流器(3)所在的位置；
进气口(5)，与所述混合腔(7)连通，用于向所述混合腔(7)输入压缩空气；
旋流器(3)，设置于所述混合腔(7)处，用于对所述压缩空气和所述油进行混合并通过安装的所述混合气喷嘴(20)输出。
2.根据权利要求1所述的一种夹气块装置，其特征在于，还包括：
稳压腔(6)，设置于进气口(5)和所述混合腔(7)之间，分别与所述进气口(5)和所述混合腔(7)连通；
优选地，所述稳压腔(6)为一圆柱形腔体。
3.根据权利要求1或2所述的夹气块装置，其中，
所述稳压腔(6)、所述进气口(5)与所述混合腔(7)位于同一水平面上。
4.根据权利要求1所述的夹气块装置，其中，
所述油嘴安装组件(1)为圆柱形腔体，其体积为25mmφ*24.5mm；
或者，
所述气嘴安装组件(2)为圆柱形腔体，其体积为13.5mmφ*30.5mm；
或者，
所述稳压腔(6)为圆柱形腔体，体积为18mmφ*32.5mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种夹气块装置，其特征在于，所述旋流器(3)包括：
底座(30)，其设置为环形；
多个顶座(31)，为扇形柱体，等间隔设置于所述底座(30)上。
6.根据权利要求5所述的一种夹气块装置，其特征在于，所述底座(30)为锥形。
7.根据权利要求5所述的一种夹气块装置，其特征在于，所述底座(30)内径为6mm；
优选地，所述底座(30)下表面的外径为10mm，上面的外径为12.5mm；
8.根据权利要求6所述的一种夹气块装置，其特征在于，所述顶座(31)的数量为6个。
9.一种燃油喷射系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的夹气块装置，还包括气缸，所述夹气块装置安装在所述气缸的进气门附近；
控制器，与燃油喷嘴(10)和混合气喷嘴(20)连接，以分别控制所述燃油喷嘴(10)和混合气喷嘴(20)使其进行喷油和喷气。
10.一种燃油喷射方法，其特征在于，还包括：
通过进油口(4)将燃油输入到所述夹气块装置内；
通过进气口(5)将压缩空气输入到所述夹气块装置内；
燃油喷嘴(10)将所述燃油喷射至所述混合腔(7)；
所述旋流器(3)将输入的燃油和空气在混合腔(7)内充分混合，形成混合气；
通过混合气喷嘴(20)将混合气喷射到所述气缸内。
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