组合式双压电燃气喷射装置

摘要

本发明提供的是一种组合式双压电燃气喷射装置。包括压电控制部分、燃气喷嘴部分、进气通道、进油油道等。本发明的特征是由两个相同结构的燃气喷嘴组合而成，由压电元件控制针阀运动实现燃气喷射，针阀升程可调，燃气喷射量及燃气喷射率控制精度高；由两针阀控制两路燃气的喷射，燃气喷射灵活性高，能够实现大范围功率的燃气喷射量需求，即由单针阀工作时可实现小功率输出，由两针阀同时工作时可实现大功率输出，先由单针阀工作再由两针阀工作时可实现“先缓后急”的顺序喷射规律；同时，用燃油密封燃气，有利于避免燃气通过针阀偶件泄漏，提高了燃气喷射压力和喷射速率，改善了发动机的动力性和燃料经济性。

权利要求

1.一种组合式双压电燃气喷射装置，包括压电控制部分、燃气喷嘴部分和喷射装置外壳；其特征是：所述燃气喷嘴部分包括两套由针阀、限位杆和针阀复位弹簧组成的针阀组，两个针阀组通过共用的针阀底座和针阀体紧固螺帽安装在喷射装置外壳中，每个针阀与喷射装置外壳之间形成针阀腔，每个针阀与针阀底座之间有承压槽，限位杆中间开有中心油道；压电控制部分包括安装在压电元件外壳内部的两个压电元件和两套控制阀，两套控制阀共用一个控制阀复位弹簧座；压电元件外壳与喷射装置外壳连接将电控制部分与燃气喷嘴部分构成一体，喷射装置外壳上开有两个进气通道，两个进气通道分别与两个承压槽连通，压电元件外壳、控制阀复位弹簧座和喷射装置外壳中间开有相互贯通的进油油道，压电元件外壳上的进油油道与两个控制阀连通，控制阀复位弹簧座上开有与两个限位杆中间的中心油道连通的油道和泄油口，所述控制阀设置在控制阀座内部，控制阀座外设置密封圈，控制阀上端卡在金属垫片上，控制阀下端压在控制阀复位弹簧上，控制阀复位弹簧下端支撑在控制阀复位弹簧座上，控制阀复位弹簧座与控制阀座之间形成控制阀油腔，所述压电元件外壳上的进油油道还与两个控制阀连通是通过在控制阀座上开环形进油口来实现，控制阀复位弹簧座上有控制阀油腔，所述泄油口为环形泄油口，泄油口与控制阀油腔连通。

2.根据权利要求1所述的组合式双压电燃气喷射装置，其特征是：每个针阀与针阀底座之间有密封带，进油油道与两个密封带连通。

说明书

组合式双压电燃气喷射装置

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种双燃料发动机燃气喷射装置，具体地说是一种组合式双压电燃气喷射装置。

背景技术

[0002] 发展发动机替代燃料是解决能源短缺和环境污染问题非常有效地手段之一。气体燃料因储量丰富、价格低廉和污染排放低等优点成为具有良好发展前景的发动机替代燃料。只采用一种气体燃料的气体发动机虽然排放清洁，但所用气体燃料能源密度低，燃料消耗大，使用方向受限；而采用柴油作为引燃油，气体燃料作为主燃料的双燃料发动机使用时可以在两种燃料之间灵活切换，燃料替代率高，具有较好的动力性、经济性和排放性。

[0003] 现有的缸内直喷双燃料发动机多采用电磁控制式燃气喷射装置，由电磁阀控制针阀的运动实现燃气喷射，存在的不足之处有：电磁阀控制装置受磁滞回路和电磁线圈电感的影响，阀芯的响应相对于控制信号有延迟，影响控制精度；单个燃气喷嘴难以兼顾大范围功率燃气喷射量需求及燃气喷射规律控制要求，大流量喷嘴能满足大功率所需燃气喷射量，但难以实现小功率时的燃气喷射规律控制要求；小流量喷嘴能满足小功率时的燃气喷射规律控制要求，但难以实现大功率所需燃气喷射量；而两独立燃气喷嘴虽然能满足发动机大范围功率需求，但尺寸和安装位置受缸盖限制；此外，燃气喷射过程中，随着阀芯的运动燃气通过阀芯与阀体之间的间隙向电磁阀端泄漏加剧，导致燃气喷射压力和喷射速率降低，对燃气喷射的稳定性产生有不良影响，影响了发动机动力性和燃料经济性。

发明内容

[0004] 本发明在于提供一种燃气喷射稳定性和灵活性高，能够满足大范围功率的燃气喷射量需求及系统喷射规律可变性要求，可以较好地解决燃气通过针阀偶件泄漏的问题，能够有效地提高发动机的动力性和燃料经济性的组合式双压电燃气喷射装置。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：

[0006] 包括压电控制部分、燃气喷嘴部分和喷射装置外壳；所述燃气喷嘴部分包括两套由针阀、限位杆和针阀复位弹簧组成的针阀组，两个针阀组通过共用的针阀底座和针阀体紧固螺帽安装在喷射装置外壳中，每个针阀与喷射装置外壳之间形成针阀腔，每个针阀与针阀底座之间有承压槽，限位杆中间开有中心油道；压电控制部分包括安装在压电元件外壳内部的两个压电元件和两套控制阀，两套控制阀共用一个控制阀复位弹簧座；压电元件外壳与喷射装置外壳连接将电控制部分与燃气喷嘴部分构成一体，喷射装置外壳上开有两个进气通道，两个进气通道分别与两个承压槽连通，压电元件外壳、控制阀复位弹簧座和喷射装置外壳中间开有相互贯通的进油油道，压电元件外壳上的进油油道与两个控制阀连通，控制阀复位弹簧座上开有与两个限位杆中间的中心油道连通的油道和泄油口。

[0007] 本发明还可以包括：

[0008] 1、每个针阀与针阀底座之间有密封带，进油油道与两个密封带连通。

[0009] 1、所述控制阀设置在控制阀座内部，控制阀座外设置密封圈，控制阀上端卡在金属垫片上，控制阀下端压在控制阀复位弹簧上，控制阀复位弹簧下端支撑在控制阀复位弹簧座上，控制阀复位弹簧座与控制阀座之间形成控制阀油腔，所述压电元件外壳上的进油油道还与两个控制阀连通是通过在控制阀座上开环形进油口来实现，控制阀复位弹簧座上有控制阀油腔，所述泄油口为环形泄油口，泄油口与控制阀油腔连通。

[0010] 2、进油油道在压电元件外壳分为三路，其中两路分别进入两个控制阀座上的环形进油口，另一路通过控制阀复位弹簧座进入喷射装置外壳，并在喷射装置外壳上再分为两路，分别进入两个针阀的密封带。

[0011] 本发明提供了一种组合式双压电燃气喷射装置，将两个相同结构的燃气喷嘴组合在一个喷射装置外壳内，由两压电元件控制两路燃气的喷射，燃气喷射稳定性和灵活性高，能够满足大范围功率的燃气喷射量需求及系统喷射规律可变性要求，同时，利用燃油密封燃气，可以较好地解决燃气通过针阀偶件泄漏的问题，能够有效地提高发动机的动力性和燃料经济性。

[0012] 本发明的组合式双压电燃气喷射装置主要包括压电控制部分15、燃气喷嘴部分10、压电元件I2、压电元件II17、压电元件外壳1、喷射装置外壳3、限位杆I7、限位杆II12、针阀复位弹簧I6、针阀复位弹簧II13、进气通道5、进油油道18、中心油道I8、中心油道II14。压电元件外壳1内部设置压电元件I2、压电元件II17和进油油道18。压电控制部分15主要包括进油口I21、进油口II28、泄油口25、控制阀复位弹簧座4、控制阀I20、控制阀座I22、控制阀复位弹簧I23、控制阀油腔I24、金属垫片I19、控制阀II29、控制阀座II30、控制阀复位弹簧II27、控制阀油腔II26、金属垫片II16、密封圈31，控制阀座I22内部安装控制阀I20，控制阀座II30内部安装控制阀II29，控制阀座I22和控制阀座II30外端设置密封圈31，控制阀I20上端卡在金属垫片I19上，控制阀I20下端压在控制阀复位弹簧I23上，控制阀II29上端卡在金属垫片II16上，控制阀II29下端压在控制阀复位弹簧II27上，控制阀复位弹簧I23、控制阀复位弹簧II27下端支撑在控制阀复位弹簧座4上，控制阀复位弹簧座4与控制阀座I22之间形成控制阀油腔I24，控制阀复位弹簧座4与控制阀座II30之间形成控制阀油腔II26，控制阀座I22上开有环形进油口I21，连通进油油道18和控制阀油腔I24，控制阀座II30上开有环形进油口II28，连通进油油道18和控制阀油腔II26，控制阀油腔II26与中心油道I8连通，控制阀油腔II26与中心油道II14连通，控制阀复位弹簧座4上设置环形泄油口25，与控制阀油腔I24和控制阀油腔II26连通。燃气喷嘴部分10由针阀I34、针阀腔I32、承压槽I35、针阀底座36、密封带I33、针阀腔II11、承压槽II37、针阀II39、针阀体紧固螺帽9、密封带II38等组成，针阀I34、针阀II39安装在针阀底座36内部，针阀I34与喷射装置外壳3之间形成针阀腔I32，针阀I34与针阀底座36之间形成承压槽I35，针阀II39与喷射装置外壳3之间形成针阀腔II11，针阀II39与针阀底座36之间形成承压槽II37，针阀I34、针阀II39通过针阀体紧固螺帽9固定在喷射装置外壳3上，针阀底座36和针阀I34之间设置环形密封带I33，针阀底座36和针阀II39之间设置环形密封带II38，喷射装置外壳3上设置密封带进油孔，连通进油油道18和密封带I33、密封带II38。喷射装置外壳3内部设置限位杆I7、限位杆II12，限位杆I7下端套在针阀I34内部，限位杆II12下端套在针阀II39内部，针阀复位弹簧I6套在限位杆I7外端，针阀复位弹簧I6下端支撑在针阀I34上，针阀复位弹簧II13套在限位杆II12外端，针阀复位弹簧II13下端支撑在针阀II39上，限位杆I7与针阀I34沿轴线设置中心油道I8，连通控制阀油腔I24和针阀腔I32，限位杆II12与针阀II39沿轴线设置中心油道II14，连通控制阀油腔II26与针阀腔II11。

[0013] 本发明的优点在于：

[0014] 将两个相同结构的燃气喷嘴组合在一个燃气喷射装置内，节省了空间并简化了发动机结构；用两针阀控制两路燃气的喷射，燃气喷射灵活性高，能够实现大范围功率的燃气喷射量需求，即用单针阀工作时可实现小功率输出，用两针阀同时工作时可实现大功率输出，先用单针阀工作再用两针阀工作时可实现“先缓后急”的顺序燃气喷射规律；用压电元件控制针阀运动，针阀最大升程可调，燃气喷射量及燃气喷射率控制精度高；用燃油控制针阀腔内压力，控制精度高，可以较好地满足系统喷射稳定性要求；用燃油密封燃气，有利于避免燃气通过针阀偶件泄漏，提高了燃气喷射压力和喷射速率，改善了发动机的动力性和燃料经济性；针阀腔和针阀偶件处的燃油为同一种油，油压相等，避免了针阀偶件处的燃油静态泄漏。

附图说明

[0015] 图1为本发明组合式双压电燃气喷射装置的整体结构示意图；

[0016] 图2为本发明组合式双压电燃气喷射装置的压电控制部分结构示意图；

[0017] 图3为本发明组合式双压电燃气喷射装置的燃气喷嘴部分结构示意图。

具体实施方式

[0018] 下面结合图例对本发明做进一步描述：

[0019] 结合图1-3，本发明的组合式双压电燃气喷射装置主要包括压电控制部分15、燃气喷嘴部分10、压电元件I2、压电元件II17、压电元件外壳1、喷射装置外壳3、限位杆I7、限位杆II12、针阀复位弹簧I6、针阀复位弹簧II13、进气通道5、进油油道18、中心油道I8、中心油道II14。

[0020] 压电控制部分15主要包括进油口I21、进油口II28、泄油口25、控制阀复位弹簧座4、控制阀I20、控制阀座I22、控制阀复位弹簧I23、控制阀油腔I24、金属垫片I19、控制阀II29、控制阀座II30、控制阀复位弹簧II27、控制阀油腔II26、金属垫片II16、密封圈31。控制阀I20、控制阀II29上都设置锥形的上密封面和下密封面，实现控制阀油腔I24、控制阀油腔II26内燃油进出油路之间的切换，控制阀复位弹簧座4上设置环形泄油口25，与控制阀油腔I24和控制阀油腔II26连通，密封圈31、金属垫片I19、金属垫片II16起到隔离的作用，避免压电元件I2和压电元件II17接触到压电控制部分15向上泄漏的燃油。

[0021] 燃气喷嘴部分10由针阀I34、针阀腔I32、承压槽I35、针阀底座36、密封带I33、针阀腔II11、承压槽II37、针阀II39、针阀体紧固螺帽9、密封带II38等组成。针阀复位弹簧I6、针阀复位弹簧II13分别将针阀I34、针阀II39压向针阀底座36，针阀底座36和针阀I34、针阀II39之间分别设置环形密封带I33、密封带II38，与进油油道18相连，密封通过针阀偶件泄漏的燃气，承压槽I35和承压槽II37起到稳定气压的作用，从而减小气压波动对燃气喷射的影响。

[0022] 双燃料发动机工作时，燃气从进气通道5进入承压槽I35和承压槽II37中，燃油从进油油道18进入燃气喷射装置，在压电元件外壳1分为三路，一路进入进油口I21，一路进入进油口II28，一路通过控制阀复位弹簧座4进入喷射装置外壳3，并在喷射装置外壳3上分为两路，分别进入密封带I33、密封带II38中。由于本发明由两个结构相同的燃气喷嘴组合而成，两喷嘴的安装方式和工作原理相同，现简述其中一个的工作过程。

[0023] 压电元件I2通电时，压电元件I2伸长，控制阀I20克服控制阀复位弹簧I23的弹簧力和控制阀油腔I24内燃油的液压力向下运动，控制阀I20的下密封面紧压在控制阀复位弹簧座4的下密封面上，控制阀油腔I24不再与泄油口25连通，控制阀油腔I24与进油口I21连通，燃油从进油油道18通过进油口I21、控制阀油腔I24、中心油道I8进入针阀腔I32中，燃油作用在针阀I34端面上，克服针阀复位弹簧I13的弹簧力将针阀I34顶起，燃气开始喷射。压电元件I2断电时，控制阀复位弹簧I23将控制阀I20的上密封面紧压在控制阀座I22的上密封面上，控制阀油腔I24不再与进油口I21连通，控制阀油腔I24与泄油口25连通，针阀腔I32中的燃油通过中心油道I8、控制阀油腔I24泄入泄油口25中，针阀腔I31内压力降低，当压力降低到一定值时，针阀复位弹簧I6将针阀I34压向针阀底座36，燃气不喷射。

[0024] 组合式双压电燃气喷射装置有三种工作模式：第一种是针阀I34或针阀II39工作，即只有一个喷嘴喷射燃气，该工作模式可实现小功率输出；第二种是针阀I34和针阀II39同时工作，即有两个喷嘴喷射燃气，该工作模式可实现大功率输出；第三种是先针阀I34开始工作再针阀II39开始工作，或者先针阀II39开始工作再针阀I34开始工作，即两个喷嘴开始喷射燃气的时刻不同，该工作模式可实现“先缓后急”的顺序燃气喷射规律。

[0025] 压电元件I2、压电元件II17由于压电效应形变，形变长度可靠性高，燃气喷射率控制精度高。通过改变通电时间长短，可以灵活调节压电元件I2、压电元件II17的形变长度，改变控制阀I20、控制阀II29的升程，又由于控制阀I20控制燃油进出针阀腔I31，控制阀II29控制燃油进出针阀腔II11，因此，针阀I34、针阀II39的最大升程也随着通电时间长度的变化可调，从而实现燃气喷射量的控制。

[0026] 双燃料发动机工作时，针阀腔I32、针阀腔II11中的燃油和密封带I33、密封带II38中的燃油为同一种油，油压相等，避免了针阀偶件处的燃油静态泄漏。进入密封带I33、密封带II38的燃油，使蓄积在承压槽I35、承压槽II37内的燃气不会通过针阀I34、针阀II39和针阀底座36针阀II39之间的间隙泄漏，从而避免了燃气喷射装置的燃气静态泄漏。在针阀I34、针阀II39运动的过程中，承压槽I35、承压槽II37内燃气通过针阀偶件向上泄漏，在密封带I33、密封带II38中的燃油作用下不会泄漏至针阀复位弹簧I6、针阀复位弹簧II13处，直接避免了燃气喷射装置的燃气动态泄漏。

[0027] 由上述说明可知，组合式双压电燃气喷射装置工作过程由两压电元件通过两针阀控制两路燃气的喷射，燃气喷射稳定性和灵活性高，能够满足大范围功率的燃气喷射量需求及系统喷射规律可变性要求，同时，利用燃油密封燃气，可以较好地解决燃气通过针阀偶件泄漏的问题，能有效地提高发动机的动力性和燃料经济性。