CN210738714U - 一种双燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双燃料喷射器，包括一喷射器壳体；一设置于喷射器壳体内的柴油喷射组件，所述柴油喷射组件包括柴油回油腔、阀腔、第一球阀、柴油油道、柴油压力腔、针阀、控制活塞、针阀回位弹簧；一设置于喷射器壳体内的天然气喷射组件，所述天然气喷射组件包括天然气供气腔、天然气气道、天然气压力腔、第二球阀、天然气供气通道、天然气进口。本实用新型的优点在于：本实用新型中的喷射器，采用喷射器壳体、柴油喷射组件、天然气喷射组件之间的配合，只需要一个针阀与一个控制腔之间的配合，同时实现了柴油和天然气喷射的独立控制，简化了结构，也就减少了气道和油道的数量，结构更加的简单，相对应的制造也就比较的方便。

Description

一种双燃料喷射器

技术领域

本实用新型涉及一种喷射器，特别涉及一种双燃料喷射器。

背景技术

石油资源如柴油、汽油的过度开发造成燃料矛盾日益突出，汽车保有量持续增长造成汽车尾气排放污染日益严重。随着国际法规越发严格和人民的环保意识的增强，开发和利用清洁的代用燃料势在必行。天然气作为一种高效、低廉的清洁能源，而且储量巨大，特别是页岩气开采技术的突破，天然气必将成为未来主要的替代能源。同时天然气作为一种清洁能源，主要成分是甲烷，和柴油相比有较高的热值。但研究表明，要使甲烷在 2ms 内自燃，温度至少要达到 1200K，而传统柴油发动机能达到的温度只有 850K 到 950K，因此，研究者提出了发动机缸内用柴油引燃天然气策略，这种策略很好解决了单纯用天然气作为燃料在发动机内无法自燃的问题 ；由于发动机气缸盖中的空间限制，每个气缸都使用一个燃料喷射器喷射两种燃料是理想的。这需要燃料喷射器特别适合在喷射器内保持两种燃料分开，并在适当时间独立输送各燃料。

采用双燃料燃烧的发动机在动力性、经济性及排放性等方面较单一燃料发动机有很大优势。然而，汽油、柴油喷油器虽然可以直接用来喷射高压气体燃料，但由于气液燃料粘度、密度性质差异，天然气气体喷射无法像液体燃料能够形成液膜润滑，因此天然气气体喷射器的润滑效果十分差，针阀与喷嘴阀体撞击磨损加剧，极其容易导致喷射器损坏进而影响天然气发动机整机的耐久性。为解决这一问题，现有技术西港公司提出ZL102105673A，提供一种用于将液体燃料和气体燃料共同喷射进内燃机的燃烧室的燃料喷射阀，该专利是将液体燃料与气体燃料在喷射器内部同一容腔内混合后同时喷入气缸。气液两相可缓解润滑问题，但是气液两相又会带来燃料配比混合的难题，在气缸内混合燃烧难于控制。

专利CN201780057473公开了一种双燃料喷射器，为达到双燃料异步喷射的目的，该实用新型布置有两个控制阀，两个控制腔和两个针阀，第一阀构件为普通针阀，第二阀构件设计为空心针，第一阀件同轴嵌套在第二阀件内。初始状态下两个控制腔内充满第一燃料，其中第一电磁阀控制回油通道的开启闭合实现第一控制腔中的第一燃料的压力的变化，以此控制第一阀构件的打开或封闭，从而实现第一燃料从第一组喷射孔喷射；第二电磁阀使用同样的原理达到第二燃料喷射的目的，两者相互独立。

专利CN201811109506 公开了一种新型双燃料喷射器，它同样使用双针阀的同轴嵌套结构，布置有两个控制腔和两个控制阀，不同于上述专利，该实用新型初始状态下，气阀控制腔充满天然气，针阀控制腔充满柴油。天然气电磁阀控制天然气的开启和关闭，天然气电磁铁控制第一球阀的开启和关闭，以此控制天然气回油通道的开启和关闭，从而控制气阀控制腔的压力和气阀的上下运动，最终控制天然气喷嘴实现开启喷气或关闭喷气；柴油电磁阀使用同样的原理达到天然气喷射的目的。

以上两个专利虽初始状态下控制腔内的燃料不同，但均是采用两个控制腔和双针阀结构实现对柴油和天然气喷射的独立控制，无论初始状态下控制腔内燃料是否相同，由于双控制腔的存在，其结构势必比单控制腔复杂，存在有更多气道和油道，给制造带来很大的难度。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、制造方便的双燃料喷射器。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种双燃料喷射器，其创新点在于：包括

一喷射器壳体，所述喷射器壳体呈倒L形状，在喷射器壳体的底端具有呈八字形分布的天然气喷孔、柴油喷孔；

一设置于喷射器壳体内的柴油喷射组件，所述柴油喷射组件包括一位于喷射器壳体上部位置的柴油回油腔以及一位于柴油回油腔下方的竖直设置的阀腔，柴油回油腔与阀腔之间通过第一出油节流孔相连通；

在柴油回油腔的底端具有一与第一出油节流孔相连通的第一锥形槽，在第一锥形槽内安装有第一球阀，所述第一球阀由第一控制机构驱动进行上下运动从而实现第一出油节流孔的启闭，所述柴油回油腔的侧端具有一伸出喷射器壳体外的柴油回油孔；

在喷射器壳体内位于柴油回油腔的旁侧还设置有一柴油油道，所述柴油油道的顶端具有一伸出喷射器壳体内的柴油回油孔，柴油油道的底端与一柴油压力腔相连通，从而使得柴油油道呈L形状分布，所述柴油压力腔位于阀腔的下方，并与阀腔相连通；

所述阀腔内安装有一针阀，针阀的顶端连接有一控制活塞，所述阀腔内位于控制活塞与第一出油节流孔之间的空腔为控制腔，同时在柴油油道上也具有一与控制腔相连通的分油道，所述针阀上还套装有一针阀回位弹簧；

一设置于喷射器壳体内的天然气喷射组件，所述天然气喷射组件包括一位于喷射器壳体上部位置并与柴油回油腔水平并列分布的天然气供气腔以及一位于天然气供气腔下方的天然气气道，天然气气道的顶端通过第二出油节流孔与天然气供气腔相连通，底端连接有一天然气压力腔，从而使得天然气气道呈Z字形状，所述天然气压力腔位于柴油压力腔的下方，并与柴油压力腔相连通；

所述天然气供气腔的底端具有一与第二出油节流孔相连通的第二锥形槽，在第二锥形槽内安装有第二球阀，所述第二球阀由第二控制机构驱动进行上下运动从而实现第二出油节流孔的启闭，所述天然气供气腔的侧端连接有一与之连通的天然气供气通道，在天然气供气通道的另一侧具有一伸出喷射器壳体外的天然气进口。

进一步的，所述第一控制机构为：在柴油回油腔中安装有第一电磁阀衔铁，所述第一电磁阀衔铁的底端与第一球阀相连，顶端的外侧套装有第一回位弹簧，所述第一电磁阀衔铁由第一电磁阀控制进行上下动作，在喷射器壳体上还安装有与第一电磁阀相配合的第一线圈接头。

进一步的，所述针阀呈阶梯状，自上而下依次为口径逐渐减小的第一阶梯段、第二阶梯段、第三阶梯段、第四阶梯段、第五阶梯段，其中第一阶梯段位于阀腔中，第三阶梯段置于柴油压力腔中，第三阶梯段呈圆台状，且第三阶梯段的上端面的尺寸大于下端面的尺寸，第五阶梯段的上部位置置于天然气压力腔中，在喷射器壳体内位于天然气压力腔的下方还具有一容第五阶梯段的中下部位置安装并活动的空腔，同时天然气喷孔、柴油喷孔均与该空腔相连通，该空腔的底端呈锥形状，同时第五阶梯段的底端也为与该空腔的底端相贴合的锥形状，在第四阶梯段与第五阶梯段内还具有一针阀柴油油道，该针阀柴油油道为一由水平段及竖直段共同构成的T字形结构，且针阀柴油油道的水平段的两侧分别从第四阶梯段的水平方向的两侧伸出，针阀柴油油道的竖直段从第五阶梯段的底端伸出。

进一步的，所述第二控制机构为：在天然气供气腔中安装有第二电磁阀衔铁，所述第二电磁阀衔铁的底端与第二球阀相连，顶端的外侧套装有第二回位弹簧，所述第二电磁阀衔铁由第二电磁阀控制进行上下动作，在喷射器壳体上还安装有与第二电磁阀相配合的第二线圈接头。

本实用新型的优点在于：本实用新型中的喷射器，采用喷射器壳体、柴油喷射组件、天然气喷射组件之间的配合，只需要单针阀与一个控制腔之间的配合，同时实现了柴油和天然气喷射的独立控制，简化了结构，也就减少了气道和油道的数量，结构更加的简单，相对应的制造也就比较的方便。

本实用新型克服普通气体喷射喷射器缺乏润滑的问题，针阀运动时使柴油压力腔的柴油在针阀上形成油膜润滑，降低喷射磨损，提高喷射器使用寿命。

本实用新型提供的喷射器受双电磁阀控制，可依据不同工况调整天然气 / 柴油两种燃料的比例，提高发动机动力性能，优化发动机排放性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的双燃料喷射器的示意图。

图2为图1的A部放大示意图。

图3为本实用新型中针阀的示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图3所示的一种双燃料喷射器，包括

一喷射器壳体30，喷射器壳体30呈倒L形状，在喷射器壳体30的底端具有呈八字形分布的天然气喷孔28、柴油喷孔29。

一设置于喷射器壳体30内的柴油喷射组件，柴油喷射组件包括一位于喷射器壳体30上部位置的柴油回油腔36以及一位于柴油回油腔36下方的竖直设置的阀腔，柴油回油腔36与阀腔之间通过第一出油节流孔9相连通。

在柴油回油腔36的底端具有一与第一出油节流孔9相连通的第一锥形槽，在第一锥形槽内安装有第一球阀8，第一球阀8由第一控制机构驱动进行上下运动从而实现第一出油节流孔9的启闭，在柴油回油腔36的侧端具有一伸出喷射器壳体30外的柴油回油孔6。

第一控制机构为：在柴油回油腔36中安装有第一电磁阀衔铁4，第一电磁阀衔铁4呈倒T字形状，第一电磁阀衔铁4的底端与第一球阀8相固定连结，第一电磁阀衔铁4的顶端的外侧套装有第一回位弹簧3，第一电磁阀衔铁4由安装在喷射器壳体30内的第一电磁阀2控制进行上下动作，在喷射器壳体30上还安装有与第一电磁阀2相配合的第一线圈接头1。

在喷射器壳体30内位于柴油回油腔36的旁侧还设置有一柴油油道7，柴油油道7的顶端具有一伸出喷射器壳体30内的柴油回油孔，柴油油道7的底端与一柴油压力腔14相连通，从而使得柴油油道7呈L形状分布，柴油压力腔14位于阀腔的下方，并与阀腔相连通，柴油压力腔14的界面呈腰形状。

在阀腔内安装有一针阀24，针阀24的顶端连接有一控制活塞11，在阀腔内位于控制活塞11与第一出油节流孔9之间的空腔为控制腔10，同时在柴油油道7上也具有一与控制腔10相连通的分油道，在针阀24上还套装有一针阀回位弹簧12，在阀腔内还具有一与针阀24相配合的针阀底座25。

如图3所示的示意图可知，针阀24呈阶梯状，自上而下依次为口径逐渐减小的第一阶梯段31、第二阶梯段32、第三阶梯段33、第四阶梯段34、第五阶梯段35，针阀回位弹簧12套装在第一阶梯段31的外侧上，其中第一阶梯段31位于阀腔中，第三阶梯33段置于柴油压力腔14中，第三阶梯段33呈圆台状，且第三阶梯段33的上端面的尺寸大于下端面的尺寸，第五阶梯段35的上部位置置于天然气压力腔26中，在喷射器壳体30内位于天然气压力腔26的下方还具有一容第五阶梯段35的中下部位置安装并活动的空腔，同时天然气喷孔28、柴油喷孔29均与该空腔相连通，该空腔的底端呈锥形状，同时第五阶梯段35的底端也为与该空腔的底端相贴合的锥形状，在第四阶梯段34与第五阶梯段35内还具有一针阀柴油油道27，该针阀柴油油道27为一由水平段及竖直段共同构成的T字形结构，且针阀柴油油道27的水平段的两侧分别从第四阶梯段34的水平方向的两侧伸出，针阀柴油油道27的竖直段从第五阶梯段35的底端伸出。

一设置于喷射器壳体30内的天然气喷射组件，天然气喷射组件包括一位于喷射器壳体30上部位置并与柴油回油腔36水平并列分布的天然气供气腔37以及一位于天然气供气腔37下方的天然气气道23，天然气气道23的顶端通过第二出油节流孔22与天然气供气腔37相连通，天然气气道23的底端连接有一天然气压力腔26，从而使得天然气气道26呈Z字形状，天然气压力腔26位于柴油压力腔14的下方，并与柴油压力腔14相连通。

在天然气供气腔37的底端具有一与第二出油节流孔22相连通的第二锥形槽，在第二锥形槽内安装有第二球阀21，第二球阀21由第二控制机构驱动进行上下运动从而实现第二出油节流孔22的启闭，天然气供气腔37的侧端连接有一与之连通的天然气供气通道，在天然气供气通道的另一侧具有一伸出喷射器壳体30外的天然气进口20。

第二控制机构为：在天然气供气腔37中安装有第二电磁阀衔铁19，第二电磁阀衔铁19呈倒T字形状，第二电磁阀衔铁19的底端与第二球阀21相连，第二电磁阀衔铁19的顶端的外侧套装有第二回位弹簧18，第二电磁阀衔铁19由第二电磁阀17控制进行上下动作，在喷射器壳体30上还安装有与第二电磁阀17相配合的第二线圈接头16。

工作原理：实际使用时，喷油器固定在发动机机体上，高压供油管接在柴油进油口5上，柴油回油孔6与回油管相连，天然气供气管与天然气进气口20连接在一起，第一线圈接头1、第二线圈接头16与发动机控制单元电气接头连接。

引燃柴油喷射阶段

喷油器关闭状态：当喷油器处于非工作状态或者 ECU 对喷油器没有发出喷射指令时，第一电磁阀2、第二电磁阀17没有电磁力产生，第一电磁阀衔铁4、第二电磁阀衔铁19在第一回位弹簧3、第二回位弹簧18的作用下，第一球阀8、第二球阀21处于关闭状态，第一出油节流孔9、第二出油节流孔22被切断，此时，控制腔10内的柴油压力与高压油管的压力相等，产生一个向下作用在控制活塞11的液压力，该力作用到针阀24上，第二出油节流孔22也处于关闭状态，天然气压力腔26内无天然气，压力为常压，与此同时柴油压力腔14内燃油对针阀24产生一个向上的液压力，在以上两个不同方向液压力的共同作用下，再加上针阀回位弹簧12的作用力，针阀24总体受到一个合力向下的作用力，使得柴油喷油嘴处于关闭状态。

喷油器柴油部分开启过程：当喷油器的第一电磁阀2通电、第二电磁阀17未通电时，在电磁铁吸引力的作用下，克服第一回位弹簧3的预紧作用力，第一电磁阀衔铁4被吸起来，使得第一球阀8被打开，第一出油节流孔9开启，控制腔10与柴油回油孔6联通，控制腔10压力下降，而第二出油节流孔22依旧关闭，此时柴油压力腔14的压力不变，喷油器针阀24在其所受合力作用下被提升，使针阀24内的柴油油道7与柴油压力腔14连通，柴油通过针阀柴油油道27喷出，完成了柴油喷油过程。

喷油器柴油部分完全开启：第一球阀8完全被打开，控制腔10内的高压燃油通过第一出油节流孔9流回油箱，控制腔10内高压燃油压力迅速下降，同时，作用在控制活塞11上的液压力变小，该作用力和针阀回位弹簧12作用力之和小于柴油油腔14中高压燃油作用在针阀24上的液压力，针阀24被提升，若喷油持续时间长，针阀24最终上升到机械止点，此后针阀24保持在最大升程位置，高压燃油通过柴油喷孔29喷入气缸，同时小部分柴油在针阀24表面形成润滑膜。

喷油器柴油部分关闭过程：当第一电磁阀2断电、第二电磁阀17未通电时，喷油器第一电磁阀2的电磁力开始减小，当电磁吸力以及第一球阀8底部的液压力不足以与第一回位弹簧3的弹力相抵消时，第一球阀8就回落到球阀座上，第一出油节流孔9关闭，随着高压燃油继续流入控制腔10，其压力也随之上升，同时作用控制活塞11上的液压力也随之增加，当该压力与针阀回位弹簧12作用力之和大于柴油油腔14中高压燃油作用在针阀24上的液压力时，针阀24开始回落，直到针阀24回落到针阀底座25上，引燃柴油喷油结束。

天然气喷射阶段

喷油器天然气部分开启过程：柴油喷射阶段结束后，针阀24完全落座，此时喷油器的第一电磁阀2未通电、第二电磁阀17通电，在电磁铁吸引力的作用下，克服第二回位弹簧18的预紧作用力，第二电磁阀衔铁19被吸起来，第二球阀21打开，第二出油节流孔22开启，天然气通过第二出油节流孔22进入天然气气道23，到达天然气压力腔26，此时，第一出油节流孔9依旧关闭，柴油充满控制腔10和柴油压力腔14，由于天然气压力腔26对针阀24产生额外的一个向上的液压力，喷油器针阀24在其所受合力作用下被提升，但控制活塞11在上升过程中，由于控制腔上部的第一球阀8未打开，控制腔10内部的向下压力会升高，从而导致针阀24提升有限，未能使针阀24内的柴油油道13到达柴油压力腔14的高度，因此此时仅有天然气由天然气喷孔28喷出，柴油未能喷出，此时完成天然气喷射过程。

喷油器天然气部分关闭过程：当第一电磁阀2未通电、第二电磁阀17断电时，喷油器第二电磁阀17的电磁力开始减小，当电磁吸力以及第二球阀21底部的液压力不足以与第二回位弹簧18的弹力相抵消时，第二球阀21就回落到球阀座上，使得第二出油节流孔22关闭，天然气不再进入天然气压力腔26，天然气压力腔26中的天然气继续针阀24下降过程中喷出，天然气压力腔26的压力逐渐减小，而高压柴油依旧存在与控制腔10和柴油压力腔14，当天然气压力腔26的压力降低到一定程度，控制腔10和针阀回位弹簧12的作用力之和大于柴油压力腔14和天然气压力腔26的作用力之和时，针阀24开始回落，直到针阀24回落到针阀底座25上，天然气喷射结束。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种双燃料喷射器，其特征在于：包括

一喷射器壳体，所述喷射器壳体呈倒L形状，在喷射器壳体的底端具有呈八字形分布的天然气喷孔、柴油喷孔；

一设置于喷射器壳体内的柴油喷射组件，所述柴油喷射组件包括一位于喷射器壳体上部位置的柴油回油腔以及一位于柴油回油腔下方的竖直设置的阀腔，柴油回油腔与阀腔之间通过第一出油节流孔相连通；

在柴油回油腔的底端具有一与第一出油节流孔相连通的第一锥形槽，在第一锥形槽内安装有第一球阀，所述第一球阀由第一控制机构驱动进行上下运动从而实现第一出油节流孔的启闭，所述柴油回油腔的侧端具有一伸出喷射器壳体外的柴油回油孔；

在喷射器壳体内位于柴油回油腔的旁侧还设置有一柴油油道，所述柴油油道的顶端具有一伸出喷射器壳体内的柴油回油孔，柴油油道的底端与一柴油压力腔相连通，从而使得柴油油道呈L形状分布，所述柴油压力腔位于阀腔的下方，并与阀腔相连通；

所述阀腔内安装有一针阀，针阀的顶端连接有一控制活塞，所述阀腔内位于控制活塞与第一出油节流孔之间的空腔为控制腔，同时在柴油油道上也具有一与控制腔相连通的分油道，所述针阀上还套装有一针阀回位弹簧；

一设置于喷射器壳体内的天然气喷射组件，所述天然气喷射组件包括一位于喷射器壳体上部位置并与柴油回油腔水平并列分布的天然气供气腔以及一位于天然气供气腔下方的天然气气道，天然气气道的顶端通过第二出油节流孔与天然气供气腔相连通，底端连接有一天然气压力腔，从而使得天然气气道呈Z字形状，所述天然气压力腔位于柴油压力腔的下方，并与柴油压力腔相连通；

所述天然气供气腔的底端具有一与第二出油节流孔相连通的第二锥形槽，在第二锥形槽内安装有第二球阀，所述第二球阀由第二控制机构驱动进行上下运动从而实现第二出油节流孔的启闭，所述天然气供气腔的侧端连接有一与之连通的天然气供气通道，在天然气供气通道的另一侧具有一伸出喷射器壳体外的天然气进口。

2.根据权利要求1所述的双燃料喷射器，其特征在于：所述第一控制机构为：在柴油回油腔中安装有第一电磁阀衔铁，所述第一电磁阀衔铁的底端与第一球阀相连，顶端的外侧套装有第一回位弹簧，所述第一电磁阀衔铁由第一电磁阀控制进行上下动作，在喷射器壳体上还安装有与第一电磁阀相配合的第一线圈接头。

3.根据权利要求1所述的双燃料喷射器，其特征在于：所述针阀呈阶梯状，自上而下依次为口径逐渐减小的第一阶梯段、第二阶梯段、第三阶梯段、第四阶梯段、第五阶梯段，其中第一阶梯段位于阀腔中，第三阶梯段置于柴油压力腔中，第三阶梯段呈圆台状，且第三阶梯段的上端面的尺寸大于下端面的尺寸，第五阶梯段的上部位置置于天然气压力腔中，在喷射器壳体内位于天然气压力腔的下方还具有一容第五阶梯段的中下部位置安装并活动的空腔，同时天然气喷孔、柴油喷孔均与该空腔相连通，该空腔的底端呈锥形状，同时第五阶梯段的底端也为与该空腔的底端相贴合的锥形状，在第四阶梯段与第五阶梯段内还具有一针阀柴油油道，该针阀柴油油道为一由水平段及竖直段共同构成的T字形结构，且针阀柴油油道的水平段的两侧分别从第四阶梯段的水平方向的两侧伸出，针阀柴油油道的竖直段从第五阶梯段的底端伸出。

4.根据权利要求1所述的双燃料喷射器，其特征在于：所述第二控制机构为：在天然气供气腔中安装有第二电磁阀衔铁，所述第二电磁阀衔铁的底端与第二球阀相连，顶端的外侧套装有第二回位弹簧，所述第二电磁阀衔铁由第二电磁阀控制进行上下动作，在喷射器壳体上还安装有与第二电磁阀相配合的第二线圈接头。

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