[发明专利]一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置和方法

说明书

技术领域    

本发明属于内燃机技术领域，涉及一种内燃机喷油器，特别涉及一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置和方法。

背景技术

在能源与环境两大世界热点问题下，柴油发动机因具有较好的燃油经济性及排放性获得了广泛的应用；而随着石油资源的短缺，柴油机必然要使用其他的燃料（如，LPG、LNG、醇类等），天然气在我国储量丰富，并且容易液化，在一定程度上提高了天然气在汽车上被携带的体积，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（SAE 910227）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，研究者们提出了发动机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；研究（SAE 1999-01-3556）发现，在高压直喷柴油机中利用柴油引燃天然气能够获得较低的排放和较高的热效率，为天然气在发动机内的应用提供了有效的依据；柴油引燃天然气的主要过程是，先在缸内喷射少量柴油，柴油在压缩冲程中自动点燃，随后喷射出的天然气以这些燃烧的柴油作为热源在缸内燃烧；文献（SAE 981400）提到的喷油器是一种在两冲程发动机中使用的一种双燃料喷射系统，其喷射系统是在传统的喷油器中增加一个阀套，柴油喷孔开在阀套上，而天然气喷孔开设在阀体上，阀套既充当柴油喷油器的阀体，又充当天然气喷油器的针阀；专利US5996558提出了几种针对气体燃料和双燃料的液压式喷嘴，对于双燃料喷嘴方面，该专利提出两种喷嘴，一种是利用两套喷嘴结构，当然两套喷嘴结构比较复杂，另外一种也是利用阀套，与文献（SAE 981400）不同的是，气体喷孔是通过阀套和针阀体齿形配合间隙构成，不是常规的圆形喷孔；国内关于这方面的专利很少，专利ZL 200410016233.7提出一种双燃料喷油泵，在喷油泵内部设置滑块，滑块移动到一端时喷射一种燃料，滑动到另外一端的时候喷射另外一种燃料，但是该双燃料喷油泵无法实现柴油引燃天然气喷射策略；专利ZL 200510017269.1提出的双燃料喷嘴，原理类似文献（SAE 981400），两种燃料共用一个喷嘴，比较适合两种液体的燃料的喷射，该喷嘴基本无法应用于气体作为主燃料，液体燃料引燃的燃烧系统中。

发明内容

本发明的目的在于克服原有技术中存在的一些不足，提出了一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置和方法。

一种实现天然气柴油双燃料喷射的装置，其特征在于：所述装置包括针阀，阀套和阀体;阀体内部中空，分为上部腔体、中部腔体和下部腔体，上部腔体内径大于中部腔体内径形成内腔凸台结构；针阀由针阀上端、中部凸台和针阀下端组成，中部凸台外径与上部腔体内径相配合，使得内腔凸台结构作为针阀的移动下止点；阀套可分为阀套上端和阀套下端，阀套内壁面又分为收缩段和扩大段，阀套安装在阀体的中部腔体内，阀套上端外径与中部腔体内径相配合，针阀下端穿过阀套伸入到阀体的下部腔体内，形成压力室；阀套下端的外壁面与阀体中部腔体的内壁面之间构成了天然气型腔；阀体中部腔体的内壁面、阀套上端的上端面和针阀下端的外壁面之间构成柴油型腔；阀体上端开有天然气通道和柴油通道，天然气通道和天然气型腔相通，柴油通道和柴油型腔相通；针阀上端通过弹簧座与弹簧相连，阀套上端的下端面与阀体中部腔体底面之间有弹簧相连；所述针阀下端开设有凹槽和柴油油道，凹槽沿针阀下端周向分布，柴油油道包括沿针阀下端径向的柴油油道径向通孔以及沿针阀下端轴向的柴油油道轴向孔，柴油油道轴向孔的上端和柴油油道径向通孔中部相连通，凹槽和柴油油道相通，柴油油道与压力室相通；阀体下端从上至下设置有天然气喷孔和柴油喷孔，柴油喷孔与压力室联通；阀套下端底面与阀体中部腔体底面构成一个阀门，通过控制阀套的上下滑动，实现天然气喷孔与天然气型腔的联通；阀套内壁面收缩段收缩端口与针阀下端的凹槽构成一个阀门，通过控制针阀的上下滑动，实现压力室与柴油型腔的联通。

本发明是在针阀和阀体组成的喷嘴偶件基础上，增加一个阀套零件组成的喷嘴；三个零件之间互为偶件，针阀安装在阀套中构成一个阀门，这个阀门通过针阀下端的凹槽与阀套内壁面收缩段收缩端口的运动实现开闭，阀套与阀体相对运动形成第二个阀门，阀套上下滑动，阀套下端面底部与阀体中部腔体底面分离与贴合，实现第二个阀门的开闭，三个零件的不同位置构成了一个压力室和两个型腔，当阀门开启的时候，型腔中的燃料就和喷孔相通，通过调节天然气和柴油的供给压力，可以实现柴油引燃天然气的喷射策略。