CN114542340A - 一种双燃料喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双燃料喷嘴，包括：器体，所述器体内布置有供第一燃料进入的第一通道和供第二燃料进入的第二通道；与所述器体固定连接的针阀偶件，其内形成有与所述第一通道连通的第一流道和与所述第二通道连通的第二流道，所述针阀偶件内形成供所述第一流道内的第一燃料喷出的第一喷孔，所述第一喷孔喷出的第一燃料与所述第二流道内的第二燃料混合后再通过所述针阀偶件上形成的第二喷孔喷出。

Description

一种双燃料喷嘴
技术领域
本发明涉及船用柴油机上应用甲醇的甲醇供给技术，进一步涉及一种双燃料喷嘴。
背景技术
随着全球排放法规越来越严苛，船用发动机技术正朝着零排放和综合性能优化方向发展。甲醇具有室温下呈液态，便于运输、存储和加注，来源广泛且可再生等优势，是一种充满潜力的柴油替代燃料。从排放性、整机改装成本及运行经济性等方面综合考虑，甲醇替代柴油应用于船用发动机具有良好的前景。
然而，甲醇燃料在船用发动机的实际应用中面临着各种技术挑战：
1、甲醇燃料冷启动性差，内燃机缸内直喷甲醇燃料多采用柴油微喷引燃技术。常规做法是通过两个独立的喷嘴分别向气缸内供给柴油和甲醇，该做法会大大增加气缸盖设计与布置难度；
2、相较于柴油，甲醇燃料粘度低、腐蚀性强等特点，喷嘴需要强制润滑与密封，很显然，常规柴油喷嘴通过简单设计优化无法满足其润滑性及密封性使用要求；
3、相较于柴油，甲醇燃料燃烧剧烈，喷嘴头部温度升高速度快，喷孔积碳堵塞现象严重，使用寿命大大缩短。
发明内容
本发明的目的在于提出一种设计简单、布置方便、润滑性和密封性良好、强大的冷却功能、集柴油/甲醇双燃料喷射于一体的双燃料喷嘴。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种双燃料喷嘴，包括：
器体，所述器体内布置有供第一燃料进入的第一通道和供第二燃料进入的第二通道；
与所述器体固定连接的针阀偶件，其内形成有与所述第一通道连通的第一流道和与所述第二通道连通的第二流道，所述针阀偶件内形成供所述第一流道内的第一燃料喷出的第一喷孔，所述第一喷孔喷出的第一燃料与所述第二流道内的第二燃料混合后再通过所述针阀偶件上形成的第二喷孔喷出。
优选地，所述器体和所述针阀偶件通过喷嘴紧帽锁紧。
优选地，所述器体内部沿轴向方向布置有装配孔；
所述装配孔内从与所述针阀偶件相对的一侧至远离所述针阀偶件的另一侧依次装配有顶杆、调压弹簧、弹簧座和调压螺杆；所述调压螺杆部分伸出至所述装配孔外，且所述调压螺杆伸出所述装配孔外的部分通过调压螺母锁紧；
所述顶杆和所述针阀偶件相抵。
优选地，所述针阀偶件包括：
针阀体以及在所述针阀体内部安装的针阀，所述针阀与所述顶杆相抵；
所述第一流道包括在所述针阀体内形成的第一子流道和在所述针阀内形成的第二子流道，所述第二流道包括在所针阀体内形成的第三子流道和在所述针阀及所述针阀体之间形成的第四子流道；所述第一喷孔设置在所述针阀的头部，且所述第一喷孔连通所述第二子流道和所述第四子流道；
所述第二喷孔设置在所述针阀体的头部；
在所述第一燃料和/或第二燃料的压力超过所述调压弹簧的预设压力时，所述针阀相对于所述针阀体朝向所述器体的一侧移动，所述针阀和所述针阀体之间形成供混合燃料通过的间隙，经过所述间隙流出的混合燃料经由所述第二喷孔喷出；
在所述第一燃料和/或第二燃料的压力低于所述调压弹簧的预设压力时，所述针阀和所述针阀体之间形成密封。
优选地，所述器体和所述针阀偶件之间形成冷却油进油道和冷却油回油道，所述冷却油进油道和所述冷却油回油道通过在所述针阀偶件内设置的冷却室环腔连通。
优选地，所述调压螺杆上套设有密封圈，所述密封圈密封在所述调压螺杆和所述器体之间。
优选地，所述针阀和所述顶杆之间通过针阀限程套配合，所述针阀限程套过盈装配于所述器体朝向所述针阀体一侧布置的限位槽内，所述针阀的部分伸入至所述顶杆的装配槽内，且所述针阀限程套套设在所述针阀伸出在所述针阀体外的部分上。
优选地，所述针阀体内部设有环绕所述针阀布置的第一燃料蓄压腔和第二燃料蓄压腔；所述第一燃料蓄压腔将所述第一子流道和所述第二子流道连通，所述第二燃料蓄压腔将所述第三子流道和所述第四子流道连通。
本发明的有益效果是：
燃料流道的优化布置，实现了柴油/甲醇双燃料集成喷射，进一步地，可以大大降低柴油机气缸盖的设计及布置难度；
针阀与针阀体配合段设有耐磨减摩涂层，且柴油蓄压腔压力始终大于甲醇蓄压腔压力，改善了喷嘴偶件精密配合段润滑性，保障了甲醇密封性良好，杜绝了甲醇异常泄露问题，提高了喷嘴的使用安全系数；
冷却油进油道和冷却油回油道的布置以及冷却室环腔的设计，可大大降低喷嘴头部温度，减少热应力对喷嘴的影响；
针阀采用中空设计，减小了运动件的质量，可提高针阀开启灵敏性，并降低针阀落座过程中对焊接针阀体上密封座面的冲击应力；
针阀体与针阀形成密封处的位置设有渗氮层，可大大提高密封座面耐磨性、工作表面硬度及耐腐蚀性，进一步提高喷嘴使用寿命。
附图说明
图1是本发明中柴油/甲醇双燃料喷嘴主视图剖面图；
图2是本发明中柴油/甲醇双燃料喷嘴冷却流道剖面图；
图3是图1的RY处局部放大图；
附图标记说明：1-器体；2-针阀偶件；21-针阀体；101-第一通道；102-第二通道；103-冷却油进油道；104-冷却油回油道；22-针阀；211-第二喷孔；221-第一喷孔；201-第一流道；202-第二流道；2011-第一子流道；2012-第二子流道；2021-第三子流道；2022-第四子流道；203-第一燃料蓄压腔；204-第二燃料蓄压腔；205-冷却室环腔；3-喷嘴紧帽；4-顶杆；5-调压弹簧；6-弹簧座；7-调压螺杆；8-调压螺母；9-密封圈；10-针阀限程套。
具体实施方式：
下面结合附图1-3对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明提供了双燃料喷嘴，其中双燃料以柴油和甲醇举例，本实施例中的双燃料喷嘴包括：器体1，所述器体1内布置有供第一燃料进入的第一通道101和供第二燃料进入的第二通道102；与所述器体1固定连接的针阀偶件2，其内形成有与所述第一通道101连通的第一流道201和与所述第二通道102连通的第二流道202，所述针阀偶件2内形成供所述第一流道201内的第一燃料喷出的第一喷孔221，所述第一喷孔221喷出的第一燃料与所述第二流道202内的第二燃料混合后再通过所述针阀偶件2上形成的第二喷孔211喷出。
本实施例中，第一燃料为柴油，第二燃料为甲醇。
其中，针阀偶件2与器体1通过两个呈非对称分布的圆柱销定位安装，再通过喷嘴紧帽3螺纹连接为一个整体。
所述器体1内部沿轴向方向布置有装配孔；所述装配孔内从与所述针阀偶件2相对的一侧至远离所述针阀偶件2的另一侧依次装配有顶杆4、调压弹簧5、弹簧座6和调压螺杆7；所述调压螺杆7部分伸出至所述装配孔外，且所述调压螺杆7伸出所述装配孔外的部分通过调压螺母8锁紧；所述顶杆4和所述针阀偶件2相抵。
所述针阀偶件2包括：针阀体3以及在所述针阀体3内部安装的针阀22，所述针阀22与所述顶杆4相抵；所述第一流道201包括在所述针阀体3内形成的第一子流道2011和在所述针阀22内形成的第二子流道2012，所述第二流道202包括在所述针阀体3内形成的第三子流道2021和在所述针阀22及所述针阀体3之间形成的第四子流道2022，第一子流道2011和第三子流道2021呈180°布置；所述第一喷孔221设置在所述针阀22的头部，且所述第一喷孔221连通所述第二子流道2012和所述第四子流道2022； 所述第二喷孔211设置在所针阀体3的头部；在所述第一燃料和/或第二燃料的压力超过所述调压弹簧5的预设压力时，所述针阀22相对于所述针阀体3朝向所述器体1的一侧移动，所述针阀22和所述针阀体3之间形成供混合燃料通过的间隙，经过所述间隙流出的混合燃料经由所述第二喷孔211喷出；在所述第一燃料和/或第二燃料的压力低于所述调压弹簧5的预设压力时，所述针阀22和所述针阀体3之间形成密封。
第一喷孔221呈环形均匀分布在针阀22的头部，第二喷孔211呈环形均匀分布在针阀体3的头部。在针阀22内部的第二子流道2012通过不锈钢密封扩张器封堵。
器体1上的第一通道101和第二通道102的头部使用不锈钢密封扩张器进行堵塞密封。
具体来说，器体1的中孔中从下至上依次为顶杆4、调压弹簧5、弹簧座6、调压螺杆7，顶杆4的下端开有装配槽，通过该装配槽罩在针阀22的尾部，调压弹簧5的一端与顶杆4的上端面接触，另一端与弹簧座6的下端接触，弹簧座6的上端面与调压螺杆7的下端面接触，调压螺杆7通过螺纹联接与器体1结为一体，通过调节调压螺杆7，从上至下间接将针阀22压紧在针阀体3的密封锥面，通过试验调试确定针阀22的开启压力后，用调压螺母8将调压螺杆7通过螺纹联接紧固。调压螺杆7上开设密封槽，通过密封圈9密封防止器体1的中孔中燃料异常泄露。
所述器体1和所述针阀偶件2之间形成冷却油进油道103和冷却油回油道104，冷却油进油道103和冷却油回油道104呈180°布置，所述冷却油进油道103和所述冷却油回油道104通过在所述针阀偶件2内设置的冷却室环腔205连通。
所述调压螺杆7上套设有密封圈9，所述密封圈9密封在所述调压螺杆7和所述器体1之间。
所述针阀22和所述顶杆4之间通过针阀限程套10配合，所述针阀限程套10过盈装配于所述器体1朝向所述针阀体3一侧布置的限位槽内，所述针阀22的部分伸入至所述顶杆4的装配槽内，且所述针阀限程套10套设在所述针阀22伸出在所述针阀体3外的部分上。
所述针阀体3内部设有环绕所述针阀22布置的第一燃料蓄压腔203和第二燃料蓄压腔204；所述第一燃料蓄压腔203将所述第一子流道2011和所述第二子流道2012连通，所述第二燃料蓄压腔204将所述第三子流道2021和所述第四子流道2022连通。
充油过程：
具有一定压力的柴油通过柴油进流口经第一通道101、第一流道201和第一喷孔221与具有一定压力的通过甲醇进流口经第二通道102、第二流道202到达第一喷孔221处的甲醇一并汇至喷嘴偶件的密封锥面前，以备针阀22开启后喷入气缸内。
喷射过程：
在柴油/甲醇燃油压力作用下，针阀22向上作用力大于预设定的向下的力时，针阀22向上开启，聚集在密封锥面前面的少量柴油和大量甲醇通过第二喷孔211喷入柴油机气缸内。由于柴油压力始终略大于甲醇压力，所以，柴油会比甲醇提前喷入缸内，在活塞压缩过程中压燃后引燃甲醇燃烧做功。喷射结束后，针阀22落座，开启下一轮充油-喷射过程。
冷却油通过冷却油进油道103流入针阀体3头部的环形冷却室环腔205中，再经由冷却油回油道104流出，冷却室环腔205可以更好地冷却喷嘴头部，防止其积碳堵塞，保障燃料喷射雾化质量良好。
相较于甲醇，柴油粘度大，自润滑性较好。柴油蓄压腔压力始终略大于甲醇蓄压腔压力（压力差大小1～8bar），一则能形成油封，防止甲醇燃料通过针阀22和针阀体3配合段间隙）泄露，二则能实现在针阀22上下往复运动中强制用柴油润滑替代甲醇润滑，进而改善针阀22润滑性能。
此外，本实施例中，针阀22与针阀体3配合段设有耐磨减摩涂层，且柴油蓄压腔压力始终大于甲醇蓄压腔压力，改善了喷嘴偶件精密配合段润滑性，保障了甲醇密封性良好，杜绝了甲醇异常泄露问题，提高了喷嘴的使用安全系数
针阀体3与针阀22形成密封处的位置设有渗氮层，可大大提高密封座面耐磨性、工作表面硬度及耐腐蚀性，进一步提高喷嘴使用寿命。
本实施例，上述的第一燃料和第二燃料不仅仅适用于柴油和甲醇双燃料，同样适用于柴油与其他低粘度液态新型清洁燃料（如乙醇、液氨、二甲醚等）。

Claims (8)

1.一种双燃料喷嘴，其特征在于，包括：
器体（1），所述器体（1）内布置有供第一燃料进入的第一通道（101）和供第二燃料进入的第二通道（102）；
与所述器体（1）固定连接的针阀偶件（2），其内形成有与所述第一通道（101）连通的第一流道（201）和与所述第二通道（102）连通的第二流道（202），所述针阀偶件（2）内形成供所述第一流道（201）内的第一燃料喷出的第一喷孔（221），所述第一喷孔（221）喷出的第一燃料与所述第二流道（202）内的第二燃料混合后再通过所述针阀偶件（2）上形成的第二喷孔（211）喷出。
2.根据权利要求1所述的双燃料喷嘴，其特征在于，所述器体（1）和所述针阀偶件（2）通过喷嘴紧帽（3）锁紧。
3.根据权利要求1所述的双燃料喷嘴，其特征在于，所述器体（1）内部沿轴向方向布置有装配孔；
所述装配孔内从与所述针阀偶件（2）相对的一侧至远离所述针阀偶件（2）的另一侧依次装配有顶杆（4）、调压弹簧（5）、弹簧座（6）和调压螺杆（7）；所述调压螺杆（7）部分伸出至所述装配孔外，且所述调压螺杆（7）伸出所述装配孔外的部分通过调压螺母（8）锁紧；
所述顶杆（4）和所述针阀偶件（2）相抵。
4.根据权利要求3所述的双燃料喷嘴，其特征在于，所述针阀偶件（2）包括：
针阀体（3）以及在所述针阀体（3）内部安装的针阀（22），所述针阀（22）与所述顶杆（4）相抵；
所述第一流道（201）包括在所述针阀体（3）内形成的第一子流道（2011）和在所述针阀（22）内形成的第二子流道（2012），所述第二流道（202）包括在所针阀体（3）内形成的第三子流道（2021）和在所述针阀（22）及所述针阀体（3）之间形成的第四子流道（2022）；所述第一喷孔（221）设置在所述针阀（22）的头部，且所述第一喷孔（221）连通所述第二子流道（2012）和所述第四子流道（2022）；
所述第二喷孔（211）设置在所述针阀体（3）的头部；
在所述第一燃料和/或第二燃料的压力超过所述调压弹簧（5）的预设压力时，所述针阀（22）相对于所述针阀体（3）朝向所述器体的一侧移动，所述针阀（22）和所述针阀体（3）之间形成供混合燃料通过的间隙，经过所述间隙流出的混合燃料经由所述第二喷孔（211）喷出；
在所述第一燃料和/或第二燃料的压力低于所述调压弹簧（5）的预设压力时，所述针阀（22）和所述针阀体（3）之间形成密封。
5.根据权利要求1所述的双燃料喷嘴，其特征在于，所述器体和所述针阀偶件（2）之间形成冷却油进油道（103）和冷却油回油道（104），所述冷却油进油道（103）和所述冷却油回油道（104）通过在所述针阀偶件（2）内设置的冷却室环腔（205）连通。
6.根据权利要求3所述的双燃料喷嘴，其特征在于，所述调压螺杆（7）上套设有密封圈（9），所述密封圈（9）密封在所述调压螺杆（7）和所述器体（1）之间。
7.根据权利要求4所述的双燃料喷嘴，其特征在于，所述针阀（22）和所述顶杆（4）之间通过针阀限程套（10）配合，所述针阀限程套（10）过盈装配于所述器体朝向所述针阀体（3）一侧布置的限位槽内，所述针阀（22）的部分伸入至所述顶杆（4）的装配槽内，且所述针阀限程套（10）套设在所述针阀（22）伸出在所述针阀体（3）外的部分上。
8.根据权利要求4所述的双燃料喷嘴，其特征在于，所述针阀体（3）内部设有环绕所述针阀（22）布置的第一燃料蓄压腔（203）和第二燃料蓄压腔（204）；所述第一燃料蓄压腔（203）将所述第一子流道（2011）和所述第二子流道（2012）连通，所述第二燃料蓄压腔（204）将所述第三子流道（2021）和所述第四子流道（2022）连通。
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