CN114151239B - 直接控制式双阀氨燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供直接控制式双阀氨燃料喷射器，包括喷射器体，喷射器体里自上而下依次设置蓄压谐振限流模块、增压模块、超磁滞电磁控制执行器、直接控制式超雾化喷嘴模块，蓄压谐振限流模块包括谐振块、中间块、棱形密封块、限流活塞、阀座，喷油器体上设置单向进氨口、液冷管入口，喷射器体里的上方设置蓄压腔，单向进氨口、增液冷管入口连通蓄压腔，蓄压腔下方依次设置谐振块、中间块、菱形密封块、阀座，阀座里设置限流活塞，中间块里设置中间块复位弹簧，中间块的底部分别设置中间块进氨孔和谐振块进氨路节流孔，菱形密封块位于限流活塞之上。本发明实现了氨燃料高压液态喷入气缸中，实现了充分燃烧。

Description

直接控制式双阀氨燃料喷射器

技术领域

本发明涉及的是一种燃料喷射器，具体地说是氨燃料喷射器。

背景技术

在众多低碳实现途径中，唯有从燃料着手，才能从根本上解决碳排放问题。氨作为典型的低碳燃料之一，与氢燃料相比，储能更高，便于储存和运输，有成熟的供应链，是主要的低碳替代能源之一。目前国际上尚无成熟的氨燃料动力装置，已有的氨燃料发动机存在体积效率低、燃烧效果差，热效率以及能量利用率低等问题，限制了推广应用。

由于氨气作为单一燃料燃烧，其自着火温度高，热值低，火焰传播速度低等问题很大程度上影响了其在发动机上的应用。因此需要采用高压直喷，而非进气道喷射的方式。同时由于氨燃料所需喷射压力(60MPa)相对于柴油较低(200MPa)，相对难以实现高饱和高雾化喷射。同时，由于液压力的差别，氨燃料喷射器的响应较低。

发明内容

本发明的目的在于提供将氨燃料高压液态喷入气缸中实现充分燃烧的直接控制式双阀氨燃料喷射器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明直接控制式双阀氨燃料喷射器，其特征是：包括喷射器体，喷射器体里自上而下依次设置蓄压谐振限流模块、增压模块、超磁滞电磁控制执行器、直接控制式超雾化喷嘴模块，所述蓄压谐振限流模块包括谐振块、中间块、棱形密封块、限流活塞、阀座，喷油器体上设置单向进氨口、液冷管入口，喷射器体里的上方设置蓄压腔，单向进氨口、增液冷管入口连通蓄压腔，蓄压腔下方依次设置谐振块、中间块、菱形密封块、阀座，阀座里设置限流活塞，中间块里设置中间块复位弹簧，中间块的底部分别设置中间块进氨孔和谐振块进氨路节流孔，菱形密封块位于限流活塞之上，限流活塞里设置中间孔，限流活塞下方设置限流活塞复位弹簧，限流活塞复位弹簧下方设置储存腔。

本发明还可以包括：

1、所述谐振块里分别设置一号进氨路、二号进氨路、一号进氨腔、二号进氨腔、一号出氨路、二号出氨路，一号进氨腔分别连通一号进氨路和一号出氨路，二号进氨腔分别连通二号进氨路和二号出氨路，一号进氨腔与二号进氨腔通过连通孔相通，一号进氨腔通过一号进氨节流孔连通一号进氨路，一号进氨腔通过二号进氨节流孔连通蓄压腔。

2、所述的增压模块包括增压主副磁极、衔铁、双密封阀杆、增压上阀座、增压下阀座、增压活塞、单向球阀，衔铁套于双密封阀杆顶部，增压主副磁极里设置增压复位弹簧，衔铁位于增压主副磁极下方，双密封阀杆的中部位于增压上阀座里，双密封阀杆的底部位于增压下阀座里，双密封阀杆的中部套有阀杆复位弹簧，双密封阀杆的中部与底部之间设置双密封凸起，增压上阀座、增压下阀座与双密封阀杆对应的面上均设置密封面，增压活塞位于增压下阀座下方，增压活塞顶部的下方为中间腔，增压活塞底部的下方为增压腔，增压活塞底部位于中间腔的部分套有增压活塞复位弹簧，增压下阀座里设置回氨通道和中间管路，增压下阀座里双密封凸起所在空间为连通空间，连通空间与中间管路相通，单向球阀设置在喷射器体里，单向球阀下方安装单向阀复位弹簧，单向球阀上方连通储存腔，单向阀复位弹簧下方连通增压腔。

3、所述超磁滞电磁控制执行器包括超磁滞主副磁极、磁滞座、上阀杆、下端锥阀，主副磁极的通孔里设置超磁滞材料，超磁滞材料的下方依次设置磁滞座、上阀杆、下端锥阀。

4、所述直接控制式超雾化喷嘴模块包括针阀体、阀座、喷嘴壳，喷嘴壳里安装针阀体，针阀体所在空间形成储氨腔，阀座位于喷嘴壳下方，阀座与喷嘴壳之间形成喷射流道，针阀体的顶端连接超磁滞电磁控制执行器的下端锥阀，针阀体的下端为喷嘴体，喷嘴体通过连接螺栓连接阀座。

本发明的优势在于：

1、本发明采用超磁致执行器直接控制形式，实现液氨高响应精准喷射。

2、本发明通过蓄压腔结合谐振块结构，改变压力波波动的相位，调整波动频率，以及波峰、波谷的对应关系，实现压力波耦合过程的可控；

3、由超磁致电磁控制执行器和直接控制式喷嘴模块配合喷入气缸，实现氨燃料高压液态喷入气缸中，实现充分燃烧；

4、喷射过程结合热管理设计，从压力和温度两方面调节，控制氨燃料的相变转换。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为蓄压谐振限流结构示意图；

图3为谐振块结构示意图；

图4为增压模块结构示意图；

图5为超磁致电磁控制执行器结构示意图；

图6为直接控制式超雾化喷嘴模块结构示意图；

图7为直接控制式超雾化喷嘴模块三维剖面结构示意图；

图8为直接控制式超雾化喷嘴模块三维整体结构示意图。

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1-8，图1为本发明整体结构示意图，直接控制式双阀氨燃料喷射器，包括单向进氨口1、蓄压谐振限流模块2，5、喷射器体3、蓄压腔热管理模块4、增压模块6、超磁致电磁控制执行器7、喷嘴热管理模块8及直接控制式超雾化喷嘴模块9。实现氨燃料高压液态喷入气缸中，实现充分燃烧。同时，喷射过程结合热管理设计，从压力和温度两方面调节，控制氨燃料的相变转换。采用双阀控制的形式，实现液氨喷射过程循环可变，使喷射量、喷射定时更加精准、灵活。

图2为蓄压谐振限流模块示意图，主要包括：蓄压腔10、液冷管入口11、谐振块12、中间块13、中间腔14、进氨孔15、棱形密封块16、限流活塞17、进氨通道18、储存腔19、进氨孔20、复位弹簧21、谐振块进氨路节流孔22、阀座23、中间孔24和复位弹簧25。该模块保证氨燃料的稳定性，采用谐振块调整系统内压力波动，同时设计了流量限制器，防止异常喷射的发生。

图3为谐振块12示意图，主要包括：一号进氨路26、一号进氨节流孔27、二号进氨节流孔31、一号进氨腔29、一号出氨路30、二号进氨路28、二号进氨腔32、连通孔33以及二号出氨路34。

图4为喷射器增压模块详细示意图，增压模块包括：主副磁极35、线圈36、进氨管道37、回氨通道38、单向阀球39、单向阀复位弹簧40、增压腔41、增压活塞下表面42、复位弹簧43、衔铁44、阀杆复位弹簧45、双密封阀杆46、增压活塞上表面47、中间腔48、增压活塞复位弹簧49构成。本模块可采用两种控制方式，一种为液氨增压液氨的形式，另一种为柴油增压液氨的形式。

图5为超磁致电磁控制执行器示意图，主要包括：主副磁极50、线圈51、磁滞座52、上阀杆53、复位弹簧54、阀杆中间腔55、储氨腔56、连接块57、复位弹簧58、超磁滞材料58、限位块59、润滑油路60、进氨路61、下阀锥阀62、针阀63；

图6为直接控制式超雾化喷嘴模块示意图，主要包括：液冷工质入口管路64、针阀体65、喷射流道66、液冷工质出口管路67、阀座68、喷嘴体69、连接螺栓70以及组成。

图7、8为所设计的超雾化喷嘴，整体设计采用外锥结构，实现多层密封。同时，近百个喷孔喷射，从结构角度保障了燃料的充分雾化。使燃料与空气充分融合，完全燃烧。

液态氨燃料由单向进氨口1进入蓄压腔10中，单向进氨口1起到单向阀的作用。当液氨供给压力大于单向阀的弹簧预紧力时，锥阀克服弹簧力开启，液氨供入蓄压腔内。当单向进氨口1压力较小时，锥阀再次关闭，也为系统内液氨起到密封作用。燃料进入蓄压腔10后，经由谐振块12向下供给。谐振块12由三个管路26、31和28组成。燃料分别从三个管路流入限流器内，一号进氨路26为主流道，中间流过一号进氨节流孔27，对液氨流动起到滤波的作用，随后流入一号进氨腔29中。二号进氨路31为负流道，中间未设置节流孔，通过二号进氨腔32和二号出氨路34后，直接流入限流器。而二号进氨节流孔28和连通孔33是实现谐振的主要结构，通过改变压力波波动的相位，调整波动频率，以及波峰、波谷的对应关系，实现压力波耦合过程的可控。特别是在增压模式下，保证系统的稳定性。限流阀组件通过蓄压腔10设置在喷氨器体内部。中间块13不仅对整体限流阀组件起到了限位作用，而且与复位弹簧21进行配合，一方面作为复位弹簧21的弹簧座，另一方面限制了限流活塞的最大位移。在阻尼弹簧和球阀复位弹簧的弹簧预紧力作用下，棱形密封块16和限流活塞17的上端面和支撑控制阀座23的上端面配合。阀座23在复位弹簧的弹簧力作用下，被压紧在底部，其上部变截面处形成棱形密封块的落座面。液氨由谐振块流入到中间腔中，分别通过谐振块进氨路节流孔22流道限流阀中。受液压力的作用，随着液氨供给，棱形密封块16克服弹簧力向下运动。当燃料供给量高于限制值时，棱形密封块16与阀座23配合实现密封，断开燃料供给，避免拉缸。当燃料供给中断后，受弹簧力作用棱形密封块16快速复位。

经过限流器，液氨分别供入增压腔41和储氨腔56中，由增压模块、超磁致电磁控制执行器和直接控制式喷嘴模块配合喷入气缸。在本发明中，为了保证燃料喷射器控制的精准性，采用柴超磁致电磁控制执行器直接控制针阀上下受力，从而控制喷射定时。当未通电时，受到弹簧预紧力54的作用，喷嘴处于密封状态。具体喷射过程的工作原理如下：

当采用无增压模式工作时，增压控制阀部不通电，由于此时增压活塞各个作用面的压力平衡，受到弹簧预紧力45、49的作用衔铁44及双密封阀杆46处于压紧状态，回氨通道38密封。此时增压模块中没有燃料供给，增压活塞在弹簧预紧力作用下处于复位状态，没有增压功能。因此系统内的氨燃料通过单向进氨口1后储存在蓄压腔10中，经过谐振腔12流入限流阀内。喷射过程中，由于谐振块12对液氨的节流作用，使得限流活塞17内的中间孔24和储存腔19内的燃料压力相对于谐振块12上方的压力有所下降，与蓄压腔10内压力形成压差，故限流活塞17和棱形密封块16整体向下位移，使限流活塞17下方的腔室有所压缩，对喷射的压力进行了一定的补偿。经过限流阀的液氨由管道供入储氨腔56中。当超磁致电磁控制执行器通电时，受到磁场的影响，超磁致材料58伸长，磁滞座52压迫上阀杆53向下运动，使上阀杆53和下端锥阀62形成的阀杆中间腔55的压力升高，下端锥阀62受到压力作用向下运动。带动针阀体65向下运动，喷孔打开，喷射器开始喷氨。当喷氨控制阀部分断电时，失去磁场影响，超磁致材料58缩短，针阀体65重新复位，喷射器停止喷射。而当喷射器停止工作时，随着液氨流过中间孔24，限流活塞17上下表面的压差会逐渐减小，在复位弹簧的作用下，限流活塞17和棱形密封块16整体又恢复到初始位置。

当采用增压模式工作时，增压控制阀部分通电，线圈36通电，主副磁极35形成电磁力，吸引衔铁44向上运动，同时带动双密封阀杆46向上运动，打开进氨通道，关闭回氨通道。液氨聚集在增压活塞上表面47，增加上表面受力，是上下压力差克服弹簧力，导致增压活塞向下运动。使下方蓄压腔内容积压缩，压力提高。增压模块和超磁致电磁控制执行器均可采用两种控制方式，一种为液氨增压液氨的形式，另一种为柴油增压液氨的形式。增压后的液氨经过谐振腔12流入限流阀内。经过限流阀的液氨由管道供入储氨腔56中。超磁致材料58伸长，磁滞座52压迫上阀杆53向下运动，使上阀杆53和下端锥阀62形成的阀杆中间腔55的压力升高，下端锥阀62受到压力作用向下运动。带动针阀体65向下运动，喷孔打开，喷射器开始喷氨。当喷氨控制阀部分断电时，失去磁场影响，超磁致材料58缩短，针阀体65重新复位，喷射器停止喷射。

在蓄压谐振限流模块和直接控制式喷嘴模块设计热管理模块，包括冷媒的入口和出口。通过温度和压力两方面综合控制液氨相态，实现喷射过程液氨相态可控。

由上述描述可知，本发明采用超磁致执行器直接控制形式，实现液氨高响应精准喷射。通过蓄压腔结合谐振块结构，改变压力波波动的相位，调整波动频率，以及波峰、波谷的对应关系，实现压力波耦合过程的可控。同时，喷射过程结合热管理设计，从压力和温度两方面调节，控制氨燃料的相变转换。本发明可采用两种控制方式，一种为液氨增压液氨的形式，另一种为柴油增压液氨的形式。在增压模式下，燃料喷射的喷射压力及喷射速率受增压方式的影响，可实现循环间喷射可控。

Claims (2)

1.直接控制式双阀氨燃料喷射器，其特征是：包括喷射器体，喷射器体里自上而下依次设置蓄压谐振限流模块、增压模块、超磁滞电磁控制执行器、直接控制式超雾化喷嘴模块，所述蓄压谐振限流模块包括谐振块、中间块、棱形密封块、限流活塞、阀座，喷油器体上设置单向进氨口、液冷管入口，喷射器体里的上方设置蓄压腔，单向进氨口、增液冷管入口连通蓄压腔，蓄压腔下方依次设置谐振块、中间块、菱形密封块、阀座，阀座里设置限流活塞，中间块里设置中间块复位弹簧，中间块的底部分别设置中间块进氨孔和谐振块进氨路节流孔，菱形密封块位于限流活塞之上，限流活塞里设置中间孔，限流活塞下方设置限流活塞复位弹簧，限流活塞复位弹簧下方设置储存腔；

所述谐振块里分别设置一号进氨路、二号进氨路、一号进氨腔、二号进氨腔、一号出氨路、二号出氨路，一号进氨腔分别连通一号进氨路和一号出氨路，二号进氨腔分别连通二号进氨路和二号出氨路，一号进氨腔与二号进氨腔通过连通孔相通，一号进氨腔通过一号进氨节流孔连通一号进氨路，一号进氨腔通过二号进氨节流孔连通蓄压腔；

所述的增压模块包括增压主副磁极、衔铁、双密封阀杆、增压上阀座、增压下阀座、增压活塞、单向球阀，衔铁套于双密封阀杆顶部，增压主副磁极里设置增压复位弹簧，衔铁位于增压主副磁极下方，双密封阀杆的中部位于增压上阀座里，双密封阀杆的底部位于增压下阀座里，双密封阀杆的中部套有阀杆复位弹簧，双密封阀杆的中部与底部之间设置双密封凸起，增压上阀座、增压下阀座与双密封阀杆对应的面上均设置密封面，增压活塞位于增压下阀座下方，增压活塞顶部的下方为中间腔，增压活塞底部的下方为增压腔，增压活塞底部位于中间腔的部分套有增压活塞复位弹簧，增压下阀座里设置回氨通道和中间管路，增压下阀座里双密封凸起所在空间为连通空间，连通空间与中间管路相通，单向球阀设置在喷射器体里，单向球阀下方安装单向阀复位弹簧，单向球阀上方连通储存腔，单向阀复位弹簧下方连通增压腔；

所述超磁滞电磁控制执行器包括超磁滞主副磁极、磁滞座、上阀杆、下端锥阀，主副磁极的通孔里设置超磁滞材料，超磁滞材料的下方依次设置磁滞座、上阀杆、下端锥阀。

2.根据权利要求1所述的直接控制式双阀氨燃料喷射器，其特征是：所述直接控制式超雾化喷嘴模块包括针阀体、阀座、喷嘴壳，喷嘴壳里安装针阀体，针阀体所在空间形成储氨腔，阀座位于喷嘴壳下方，阀座与喷嘴壳之间形成喷射流道，针阀体的顶端连接超磁滞电磁控制执行器的下端锥阀，针阀体的下端为喷嘴体，喷嘴体通过连接螺栓连接阀座。