CN211852019U - 双燃气喷射装置的燃气供给系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于燃气喷射装置,特别是指一种双燃气喷射装置的燃气供给系统,包括喷射器壳体,与其内腔连通的燃料接口及喷射孔;燃料通道包括开设于喷射器壳体内腔的第一、第二燃气缓存腔,第一、第二燃气接口以及第一、第二燃气喷射孔开设于喷射器壳体上且与第一、第二燃气缓存腔对应连通,第一、第二轴针分设于第一、第二燃气缓存腔中且中部套装有复位弹簧,轴针底部为与燃气喷射孔对应且实现锥面密封的锥形结构,动力装置为设于轴针上方且与外设自动控制装置电连接的电磁铁。本实用新型解决了现有技术存在的两种不同气态燃料只能采用不同喷射器的问题。具有可完成两种不同燃气的缸内直喷且两种燃气分别喷射,气体混合比可调且反应速度快等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于燃气喷射装置,特别是指一种双燃气喷射装置的燃气供给系统。
背景技术
在能源危机和环境污染双重压力下,迫切需要一种替代石油的新型环保燃料。研究发现天然气为解决上述问题的理想燃料,它的主要成分是甲烷。天然气可以采用多种方式再生,因此也属于可再生能源。
天然气数量相对充足、价格较低,其燃烧值与汽油、柴油相当。天然气作为内燃机燃料使用时产生较低的CO、HC、NOx和颗粒物(以下统称污染物)排放。然而,单独使用天然气作为内燃机的燃料,存在燃烧速度慢、燃烧时间长、稀燃能力差、燃点高等诸多缺点。
在天然气中掺入一部分氢气,用两者的混合气体作为内燃机的燃料,可以克服燃烧速度慢、缩短燃烧时间、提高稀燃能力、降低燃点,同时进一步提高发动机热效率并降低污染物排放量,被认为是最理想的燃料组合方式。
在燃料中掺氢的研究最早发生在汽油机上,JPI公司研究通过掺氢,去除催化器中有害的排放污染物,而后随着氢气和天然气作为替代燃料的低排放,氢气可再生等优点逐渐被大家认识,为实现从传统燃料到氢能的过渡,HCNG作为向氢能过渡的替代燃料,具有氢气和天然气两种燃料的共同点被越来越多的认识。国内外HCNG燃料的研究,基本上都是在原有的天然气发动机基础上展开的,也有通过在汽油机或柴油机基础上直接改制的。研究的内容主要是:最合适的HCNG燃料氢气混合比;燃用HCNG对发动机部件的影响;发动机燃用不同混合比HCNG的再标定系统,HCNG燃料对实际排放性能的影响,尤其是降低NOx排放,HCNG发动机可靠性及整车道路试验等。
在现有技术中,采用天然气加柴油引燃的方式得到推广应用,就是采用柴油来克服天然气的上述不足。但是柴油属于一次性化石能源,它本身在燃烧过程中也有污染物排放。
内燃机发动机在起动、怠速、中负荷、全负荷以及加速等不同的工况下,所需要的燃料供应量是完全不同的。并且在上述各种工况下,达到最理想的燃油经济性和排放标准,所需掺入氢气的比例也不同。
公开号为CN102105673A以及申请号为201811109506和201911080952.8的专利文献中均采用一种气态燃料加一种液态燃料的双燃料喷射器。代表潍柴最先进技术的“天然气发动机使用HPDI缸内喷射技术”采用的也是柴油引燃天然气的燃烧方式。
其中CN200810118208.8采用天然气掺氢燃烧是两种气态燃料混合使用的方式。但是,它所采用的方式是先混合后进入发动机的方式,并且该技术是采用两套喷射装置共同完成喷射两种燃料的功能。
上述现有技术的共分为以下三种情况:
一是现有双燃料发动机大多采用天然气+柴油引燃的方式,从进气道吸入天然气再向气缸内喷入柴油。这种方式仍然需要使用柴油或汽油等化石燃料。采用进气道喷入天然气的方式时,一般使用低压天然气,因此天然气体积很大,致使吸入气缸的空气体积降低很多,从而造成功率不足;另外还存在低温环境启动困难等弊端。
二是采用天然气和柴油直接喷入气缸的方式,用柴油作为引燃剂来改善单独使用天然气的不足,这种方式也需要使用柴油。这种结构的内燃机发动机存在燃料配比不易控制、易爆震、天然气燃烧不充分等诸多隐患。
三是虽然采用了天然气加氢气的燃料配置方式,但是并没有采用两种燃料缸内直喷的方式。并且两种燃料需要两套独立的喷射机构来完成,存在结构复杂、成本高、不易安装等弊端。
在现有技术中尚未找到一种仅用一个喷射器可以完成两种气态燃料在气缸内分别直喷的喷射器,这对于新能源(天然气/氢气)内燃机发动机的发展非常不利,形成了阻碍其发展的技术瓶颈。目前学术界的观点认为天然气喷射器的开发难点在于空燃比的控制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种双燃气喷射装置的燃气供给系统,能够有效实现两种燃气缸内直喷,且结构简单,易于安装。
本实用新型的整体技术构思是:
双燃气喷射装置的燃气供给系统,包括喷射器壳体,开设于喷射器壳体上且与其内腔连通的燃料接口及喷射孔,开设于喷射器壳体内腔中且两端分别与燃料接口及喷射孔连通的燃料通道,设置于燃料通道中且由动力装置驱动并控制燃料通道启闭的轴针;燃料通道包括沿轴向开设于喷射器壳体内腔且沿径向间隔分布的第一燃气缓存腔及第二燃气缓存腔,燃料接口包括开设于喷射器壳体上的第一燃气接口及第二燃气接口,第一燃气接口与第一燃气缓存腔连通,第二燃气接口与第二燃气缓存腔连通,喷射孔包括第一燃气喷射孔及第二燃气喷射孔,第一燃气喷射孔与第一燃气缓存腔下端连通,第二燃气喷射孔与第二燃气缓存腔下端连通,轴针采用中部轴向动密封于第一燃气缓存腔中的第一轴针及中部轴向动密封于第二燃气缓存腔中的第二轴针,第一轴针及第二轴针的上部套装有复位弹簧且顶部连接有衔铁,第一轴针及第二轴针底部采用与所对应的第一燃气喷射孔及第二燃气喷射孔对应且可实现锥面密封的锥形结构,动力装置采用设于第一轴针及第二轴针顶部上方且与外设自动控制装置电连接的电磁铁。
使用时如需调整第一燃气喷射孔的喷射气量进而控制两种燃气的混合比,选择第一燃气喷射孔中一个或多个喷射。当所需喷射量很小时,由其中一个喷射孔喷射,当所需喷射量稍大时,由其中两个喷射孔喷射,以此类推。第一燃气喷射孔中每个喷射孔的喷射开始时间和喷射时长均由控制装置所发出的指令进行单独控制,从而达到第一燃气喷射孔所需喷射量完全可控的目的。因实现上述功能的控制装置可以采用多种现有文献报道的控制领域的常规成熟技术实现(例如潍柴博士发动机行车电脑电脑板612640080004,博世工程车吊车三菱ECU电脑板控制器0281020052,适用于本田ECU汽车发动机电脑控制模块37820-6B2或J123-128380等等;调整其内设程序即可),属于控制领域普通技术人员的应知应会内容,申请人在此对其详细结构不再赘述。
本实用新型的具体技术构思包括:
为简化各个第一燃气通道与第一燃气接口的连接关系,同时便于实现气路畅通,优选的技术实现手段是,相邻的第一燃气缓存腔通过第一燃气通道连通,第一燃气接口通过第一燃气通道与各第一燃气缓存腔连通。
为简化第二燃气缓存腔与第二燃气接口的连接,优选的技术实现手段是,第二燃气缓存腔通过第二燃气通道接第二燃气接口。
为有效控制第一轴针、第二轴针的纵向运动并实现其运动的稳定性,防止高压气体快速进入时使轴针产生颤动,优选的技术实现手段是,第一轴针及第二轴针的上部经上弹簧座与衔铁连接,衔铁位于电磁铁的下方,电磁铁固定于喷射器壳体内,下弹簧座分别设于第一燃气缓存腔、第二燃气缓存腔上方的喷射器壳体内腔中,复位弹簧套装在位于上、下弹簧座之间的第一轴针及第二轴针外周。作为本实用新型中的关键部件,对于本实用新型中第一、第二轴针的制作材质及加工工艺要求较高,可以采用现有的产品(例如德国BOSCH喷射器中针阀)相同的材料、制造工艺实现本实用新型中第一、第二轴针的制作。
为避免燃气外泄,优选的技术实现手段是,上弹簧座设于喷射器壳体外部且与其通过密封圈密封配合。
为提高轴针强度,同时便于实现其轴向运行的稳定,优选的技术实现手段是,第一轴针及第二轴针的中部为一变径膨出部,该变径膨出部分别与所对应的第一燃气缓存腔以及第二燃气缓存腔上的入口采用轴向滑动密封配合。其配合间隙满足第一轴针及第二轴针在运动时润滑油不会进入第一燃气缓存腔以及第二燃气缓存腔。
为便于减小轴针与燃气缓存腔内壁之间的滑动摩擦,实现轴针轴向运动平滑稳定。优选的技术方案是,还包括有一润滑油注入通道,润滑油注入通道设于第一燃气缓存腔及第二燃气缓存腔的入口外侧上壳体内,润滑油注入通道的物料入口及物料出口开口于上壳体外部。
更为优选的技术方案是,第一轴针及第二轴针的中部外周沿轴向开设有下端为盲端的油槽。
为便于实现两种不同比例的燃气的混合喷射并便于燃气缓存腔的布置,例如天然气和氢气混合,优选的技术实现手段是,第一燃气缓存腔包括沿径向间隔分布于喷射器壳体内腔中且通过呈环形的第一燃气通道连通的四个腔体,第二燃气缓存腔开设于第一燃气缓存腔围绕的喷射器壳体内腔中。
为便于实现电磁铁的固定,优选的技术实现手段是,电磁铁通过支架及螺栓固定于壳体内。
申请人需要说明的是:
在本实用新型的描述中,术语“内腔”、“中部”、“顶部”、“上部”、“外周”、“外部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于简化描述本实用新型,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实用新型所取得的技术进步在于:
1、采用本实用新型可以同时使用两种不同比例混合做功的气态燃料,尤其适合天然气和氢气两种气态燃料的混合。
2、采用本实用新型单机即可完成两种不同气体燃料的缸内直喷且两种气态燃料分别喷射,不需要预混合,即喷射前不进行混合。
3、可以方便地通过控制手段对混合燃气的体积比调整。
4、根据工况所需,两种气态燃料在一个喷射周期内均可分时段喷射,使混合气体更均匀;采用高速电磁铁控制轴针的方式,使喷射孔的打开和关闭更加迅速。高速电磁铁的吸合和释放响应时间均小于82微秒,远远优于普通喷射器的性能。
5、轴针表面开设有油槽的结构设计,可有效降低摩擦损耗,延长零部件使用寿命。
6、第一喷射孔采用多个设计,在实现结构布局紧凑的同时,可有效降低供气系统的成本,同时也可用压力较低的燃气。
附图说明
本实用新型的附图有:
图1为本实用新型的外形图。
图2为图1的A-A向视图。
图3为图1的B-B向视图。
图4是图3的C-C向视图。
图5是图3中的A部局部放大图。
图6是本实用新型应用于发动机上的结构示意图。
附图中的附图标记如下:
1、喷射器壳体;2、第一轴针;3、第二轴针;4、第一燃气缓存腔;5、第二燃气缓存腔;6、第一燃气通道;7、第二燃气通道;8、第一燃气喷射孔;9、第二燃气喷射孔;10、第一燃气接口;11、第二燃气接口;12、密封圈;13、电磁铁;14、气缸;15、活塞;16、进气门;17、排气门;18、第一复位弹簧;19、第二复位弹簧;20、衔铁;21、润滑油注入通道。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步描述,但不作为对本实用新型的限定。本实用新型的保护范围以权利要求记载的内容为准,任何依据说明书做出的等效技术手段替换,均不脱离本实用新型的保护范畴。
本实施例的整体结构如图示,其中包括喷射器壳体1,开设于喷射器壳体1上且与其内腔连通的燃料接口及喷射孔,开设于喷射器壳体1内腔中且两端分别与燃料接口及喷射孔连通的燃料通道,设置于燃料通道中且由动力装置驱动并控制燃料通道启闭的轴针;燃料通道包括沿轴向开设于喷射器壳体1内腔且沿径向间隔分布的第一燃气缓存腔4及第二燃气缓存腔5,燃料接口包括开设于喷射器壳体1上的第一燃气接口10及第二燃气接口11,第一燃气接口10与第一燃气缓存腔4连通,第二燃气接口11与第二燃气缓存腔5连通,喷射孔包括第一燃气喷射孔8及第二燃气喷射孔9,第一燃气喷射孔8与第一燃气缓存腔4下端连通,第二燃气喷射孔9与第二燃气缓存腔5下端连通,轴针采用中部轴向动密封于第一燃气缓存腔4中的第一轴针2及中部轴向动密封于第二燃气缓存腔5中的第二轴针3,第一轴针2及第二轴针3的中部套装有复位弹簧19且顶部连接有衔铁20,第一轴针2及第二轴针3底部采用与所对应的第一燃气喷射孔8及第二燃气喷射孔9对应且可实现锥面密封的锥形结构,动力装置采用设于第一轴针2及第二轴针3顶部上方且与外设自动控制装置电连接的电磁铁13。
使用时如需要调整第一燃气喷射孔8的喷射气量进而控制两种燃气的混合比,选择第一燃气喷射孔8中一个或多个进行喷射。当所需喷射量很小时,由其中一个喷射孔喷射,当所需喷射量稍大时,由其中两个喷射孔喷射,以此类推。第一燃气喷射孔8中每个喷射孔的喷射开始时间和喷射时间长度均由控制装置所发出的指令进行单独控制,从而达到第一燃气喷射孔8所需喷射量完全可控的目的。
相邻的第一燃气缓存腔4通过第一燃气通道6连通,第一燃气接口10通过第一燃气通道6与各第一燃气缓存腔4连通。
第二燃气缓存腔5通过第二燃气通道7接第二燃气接口11。
第一轴针2及第二轴针3的上部经上弹簧座与衔铁20连接,衔铁20位于电磁铁13的下方,电磁铁13固定于喷射器壳体1内,下弹簧座分别设于第一燃气缓存腔4、第二燃气缓存腔5上方的喷射器壳体1内腔中,复位弹簧19套装在位于上、下弹簧座之间的第一轴针2及第二轴针3外周。
上弹簧座设于喷射器壳体1外部且与其通过密封圈12密封配合。
第一轴针2及第二轴针3的中部为一变径膨出部,该变径膨出部分别与所对应的第一燃气缓存腔4以及第二燃气缓存腔4上的入口采用轴向滑动密封配合。其配合间隙满足第一轴针2及第二轴针3在运动时润滑油不会进入第一燃气缓存腔4以及第二燃气缓存腔4。
还包括有一润滑油注入通道21,润滑油注入通道21设于第一燃气缓存腔4及第二燃气缓存腔5的入口外侧上壳体内,润滑油注入通道21的物料入口及物料出口开口于上壳体外部。
第一轴针2及第二轴针3的中部外周沿轴向开设有下端为盲端的油槽。
第一燃气缓存腔4包括沿径向间隔分布于喷射器壳体1内腔中且通过呈矩形的第一燃气通道6连通的四个腔体,第二燃气缓存腔5开设于第一燃气缓存腔4围绕的喷射器壳体1内腔中。
本实施例中的电磁铁13可采用沈阳化工大学信息工程学院蔡胜年/刘京/庞宝麟/徐承韬于2014年03期《汽车零部件》中所发表的“柴油机燃油喷射系统高速电磁铁驱动特性研究”中所列技术。电磁铁13的吸合和释放响应时间均小于82微秒,远远优于普通喷射器的性能(普通喷射器电磁铁吸合和释放的响应时间均在1-1.5毫秒)。
一般内燃机发动机在正常工作状态下,喷射时间很短(即喷射脉宽很窄),转速提高时,喷射时间就更短。如果仅用一个喷射孔来进行燃气喷射所需体积数量的燃气,则需要非常大的喷射压力,这样会造成供气系统成本大幅上升且容易漏气产生危险。所以第一燃气喷射孔8采用多喷射孔设计,用多个喷射孔喷射来达到喷射同样数量燃气的目的。这样可以使成本降低,也可以用压力较低的燃气。
电磁铁13通过支架及螺栓固定于壳体内。
本实施例的工作原理如下:
燃气从第一燃气接口10、第二燃气接口11分别经第一燃气通道6、第二燃气通道7后进入第一燃气缓存腔4、第二燃气缓存腔5,在不需要喷射燃气时,第一轴针2、第二轴针3下端锥面在复位弹簧19的作用下分别与一燃气喷射口孔8及第二燃气喷射孔9的锥面贴合形成密封,即喷射间隙为零;G2第一轴针2、第二轴针3中部外表圆柱面与喷射器壳体内腔上对应的膨出圆柱面由于采用间隙滑动装配,因此可实现轴向滑动但不漏气,所以第一燃气缓存腔4、第二燃气缓存腔5气体缓存腔被密封,此时处于非喷射状态。
当控制装置发出喷射控制指令时,电磁铁13产生磁性吸引力,吸引衔铁20向上运动,衔铁间隙变为零;衔铁20带动第一轴针2、第二轴针3向上运动,于是在第一轴针2及第二轴针3下端锥面与第一燃气喷射口孔8及第二燃气喷射孔9锥面之间形成喷射间隙,高压燃气从第一燃气喷射口孔8及第二燃气喷射孔9喷出,此时为喷射状态;当控制指令的喷射指令结束时,电磁铁13中电流消失,磁性吸引力也同时消失,电磁铁13释放衔铁20,衔铁20间隙回复,同时第一轴针2及第二轴针3在复位弹簧19的作用下向下运动,第一轴针2及第二轴针3下端锥面与第一燃气喷射口孔8及第二燃气喷射孔9锥面之间形成密封状态,喷射间隙变为零,停止喷射。
本实施例的具体安装方式如下:
本实施例的具体安装方式如图6,应用在同时需要两种气态燃料进行缸内直喷的内燃机发动机上;需要将其安装在内燃机气缸盖上,位于进气门16、排气门17、火花塞等设备的安装平面上和上述构件的空隙处,第一燃气喷射孔8,第二燃气喷射孔9需要朝向气缸14内的活塞15,第一燃气通道6、第二燃气通道7、润滑油注入通道21、电磁铁驱动接口及内设的传感器接口均需外露。
Claims (10)
1.双燃气喷射装置的燃气供给系统,包括喷射器壳体(1),开设于喷射器壳体(1)上且与其内腔连通的燃料接口及喷射孔,开设于喷射器壳体(1)内腔中且两端分别与燃料接口及喷射孔连通的燃料通道,设置于燃料通道中且由动力装置驱动并控制燃料通道启闭的轴针;其特征在于燃料通道包括沿轴向开设于喷射器壳体(1)内腔且沿径向间隔分布的第一燃气缓存腔(4)及第二燃气缓存腔(5),燃料接口包括开设于喷射器壳体(1)上的第一燃气接口(10)及第二燃气接口(11),第一燃气接口(10)与第一燃气缓存腔(4)连通,第二燃气接口(11)与第二燃气缓存腔(5)连通,喷射孔包括第一燃气喷射孔(8)及第二燃气喷射孔(9),第一燃气喷射孔(8)与第一燃气缓存腔(4)下端连通,第二燃气喷射孔(9)与第二燃气缓存腔(5)下端连通,轴针采用中部轴向动密封于第一燃气缓存腔(4)中的第一轴针(2)及中部轴向动密封于第二燃气缓存腔(5)中的第二轴针(3),第一轴针(2)及第二轴针(3)的上部套装有复位弹簧(19)且顶部连接有衔铁(20),第一轴针(2)及第二轴针(3)底部采用与所对应的第一燃气喷射孔(8)及第二燃气喷射孔(9)对应且可实现锥面密封的锥形结构,动力装置采用设于第一轴针(2)及第二轴针(3)顶部上方且与外设自动控制装置电连接的电磁铁(13)。
2.根据权利要求1所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于相邻的第一燃气缓存腔(4)通过第一燃气通道(6)连通,第一燃气接口(10)通过第一燃气通道(6)与各第一燃气缓存腔(4)连通。
3.根据权利要求1所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于第二燃气缓存腔(5)通过第二燃气通道(7)接第二燃气接口(11)。
4.根据权利要求1所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于第一轴针(2)及第二轴针(3)的上部经上弹簧座与衔铁(20)连接,衔铁(20)位于电磁铁(13)的下方,电磁铁(13)固定于喷射器壳体(1)内,下弹簧座分别设于第一燃气缓存腔(4)、第二燃气缓存腔(5)上方的喷射器壳体(1)内腔中,复位弹簧(19)套装在位于上、下弹簧座之间的第一轴针(2)及第二轴针(3)外周。
5.根据权利要求4所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于上弹簧座设于喷射器壳体(1)外部且与其通过密封圈(12)密封配合。
6.根据权利要求4所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于第一轴针(2)及第二轴针(3)的中部为一变径膨出部,该变径膨出部分别与所对应的第一燃气缓存腔(4)以及第二燃气缓存腔(5)上的入口采用轴向滑动密封配合。
7.根据权利要求1、4、5、6中任一项所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于还包括有一润滑油注入通道(21),润滑油注入通道(21)设于第一燃气缓存腔(4)及第二燃气缓存腔(5)的入口外侧上壳体内,润滑油注入通道(21)的物料入口及物料出口开口于上壳体外部。
8.根据权利要求7所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于第一轴针(2)及第二轴针(3)的中部外周沿轴向开设有下端为盲端的油槽。
9.根据权利要求1所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于第一燃气缓存腔(4)包括沿径向间隔分布于喷射器壳体(1)内腔中且通过呈环形的第一燃气通道(6)连通的四个腔体,第二燃气缓存腔(5)开设于第一燃气缓存腔(4)围绕的喷射器壳体(1)内腔中。
10.根据权利要求1或4中任一项所述的双燃气喷射装置的燃气供给系统,其特征在于电磁铁(13)通过支架及螺栓固定于壳体内。
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GR01 | Patent grant | ||
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