專利名稱：雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)。本發(fā)明人在1995年5月19日提出“柱塞液壓增壓增速短時(shí)噴油泵”的發(fā)明專利申請，2000年1月1日中國專利局授予發(fā)明專利權(quán)，專利號為ZL95106121.6。隨著時(shí)間的推移，逐步發(fā)現(xiàn)該發(fā)明存在諸多缺點(diǎn)以及閉式噴油器不適合與短時(shí)噴油泵匹配。短時(shí)噴油泵本身的缺點(diǎn)是第一，調(diào)節(jié)噴油量機(jī)構(gòu)采用柱塞斜槽，噴油泵柱塞直徑不能降至3至4mm，使縮短供油持續(xù)時(shí)間的液壓機(jī)構(gòu)尺寸過大，凸輪受力過大；第二，縮短供油持續(xù)時(shí)間的液壓機(jī)構(gòu)使噴油泵柱塞運(yùn)動速度提高若干倍，調(diào)節(jié)噴油量機(jī)構(gòu)利用柱塞斜槽的方法使柱塞套油孔回流節(jié)流損失大增，并容易出現(xiàn)氣蝕；第三，噴油泵高度過大，影響氣缸蓋進(jìn)氣歧管的布置；第四，沒有調(diào)節(jié)噴油提前角機(jī)構(gòu)，不適應(yīng)低負(fù)荷時(shí)要推遲噴油始點(diǎn)的要求；第五，高效霧化造成柴油機(jī)工作精暴、噪音大。閉式噴油器不適合與短時(shí)噴油泵匹配的理由是，短時(shí)噴油泵提高噴射霧化效果的理論不是提高噴油壓力，而是縮短噴油持續(xù)時(shí)間。根據(jù)不可壓縮流體力學(xué)，噴孔流速V，全部噴孔斷而積總和F，噴油持續(xù)時(shí)間T與循環(huán)供油量W存在下列關(guān)系W＝VFT式中W-每循環(huán)供油量(mm3/循環(huán))；V-噴孔流速(mm/S)；F-全部噴孔斷面積總和(mm2)；T-噴油持續(xù)時(shí)間(S)。從上式可知，當(dāng)W和V一定時(shí)，減少T可增加F(即可增加噴孔數(shù))；當(dāng)W和F一定時(shí)，減小T可增加V(即增加噴射速度或射程)。短時(shí)噴油泵作用是縮短供油持續(xù)時(shí)間。如果采用閉式噴油器，由于針閥開關(guān)的影響，后期噴油靠針閥的彈簧推力，使噴油持續(xù)時(shí)間與供油持續(xù)時(shí)間不一致，噴油持續(xù)時(shí)間大于供油持續(xù)時(shí)間，降低短時(shí)噴油泵的噴油霧化效果。如果采用開式噴油器，使噴油持續(xù)時(shí)間與供油持續(xù)時(shí)間一致，沒有上述針閥開關(guān)對噴油的影響。采用開式噴油器，應(yīng)在噴嘴前設(shè)置逆上閥。目前正在使用的PT型噴油泵是開式噴油器應(yīng)用的典型例子。在柴油機(jī)發(fā)展的初期，也曾使用過開式噴油器。上述僅從理論分析認(rèn)為開式噴油器與短時(shí)噴油泵匹配較好，開式噴油器也有其它缺點(diǎn)，實(shí)際選用要由試驗(yàn)優(yōu)選決定。
目前，燃油摻水燃燒有三種不同方法把水摻入柴油形成乳化油；直接把水噴入氣缸內(nèi)；或者把水以霧狀加入進(jìn)氣空氣中。從節(jié)油效果看以乳化方法較好，但要增加乳化劑成本，乳化油使用會出現(xiàn)破乳、分層的麻煩。采用在線乳化可解決上述問題，使用也方便。在摻水燃燒方面，本發(fā)明人在1999年4月8日提出“柴油與防銹水在噴嘴密封錐滲混二次噴水雙液噴射系統(tǒng)“的發(fā)明專利申請，申請?zhí)枮?9103773.1。從目前觀點(diǎn)看，該發(fā)明存在如下缺點(diǎn)第一，油水搭配噴射采用并列雙柱塞共軌方法，做不到柴油少量摻水，而節(jié)油效果最佳的摻水率為20-30％；第二，沒有液壓增速縮短供油持續(xù)時(shí)間的機(jī)構(gòu)，噴油霧化效果不佳，而提高噴油霧化效果可獲得更佳的節(jié)油效果。
根據(jù)最近出版的“噴嘴技術(shù)手冊”(侯凌云、侯曉春編著，中國石化出版社，2002年8月北京第一版)介紹，不同的摻水率有不同的節(jié)油效果和降污效果，一般規(guī)律是，隨著摻水率從20％開始不斷增加，節(jié)油效果降低，降污效果提高。從常州柴油機(jī)廠對ZS1100型柴油機(jī)進(jìn)行摻水節(jié)油試驗(yàn)結(jié)果看出，要獲得較高節(jié)油率，摻水率為20-30％。從中國農(nóng)業(yè)大學(xué)對S195-I型渦流室柴油機(jī)進(jìn)行摻水降污試驗(yàn)結(jié)果看出，要獲得較好的降污效果，摻水率要求大于50％，摻水率越高，降污效果越好。常州柴油機(jī)廠摻水節(jié)油試驗(yàn)最佳結(jié)果是，5孔噴嘴，200bar針閥開啟壓力，摻水率20％，節(jié)油率23.6％。摻水燃燒要同時(shí)獲得節(jié)油與降污是不可能的，兩者只能選擇其中之一應(yīng)用。
本發(fā)明目的為避免上述“柱塞液壓增壓增速短時(shí)噴油泵”和“柴油與防銹水在噴嘴密封錐滲混二次噴水雙液噴射系統(tǒng)”的缺點(diǎn)以及追求摻水燃燒最大節(jié)油效果而提供雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，雙控液壓增速短時(shí)噴油泵由柱塞液壓增壓增速短時(shí)噴油泵改造而成。在液壓馬達(dá)柱塞與噴油泵柱塞之間用搖臂連接傳動，采用移動搖臂中間支點(diǎn)位置調(diào)節(jié)噴油量，這是噴油量調(diào)節(jié)方案的重大變革。采用移動液壓泵柱塞套的方法調(diào)節(jié)噴油提前角，液壓泵柱塞與柱塞套的油口采用環(huán)形型式。組成噴油系統(tǒng)的噴油器采用開式或閉式，由試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化選擇。燃油在線乳化利用兩級階梯柱塞噴射泵或三級階梯柱塞噴射泵作為乳化動力源及計(jì)量器具，把開式噴油器改造兼有乳化機(jī)功能。
由于采用上述發(fā)明，柴油機(jī)燃油噴射可產(chǎn)生最大的噴油霧化效果，避免提高噴油壓力增加噴油霧化效果的技術(shù)困難及缺點(diǎn)，并使摻水燃燒的使用麻煩及缺點(diǎn)用最低成本獲得解決。以下結(jié)合附圖對實(shí)現(xiàn)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是雙控液壓增速短時(shí)噴油泵結(jié)構(gòu)原理剖視圖。
圖2是兩級階梯柱塞噴射泵結(jié)構(gòu)原理局部剖視圖。
圖3是三級階梯柱塞噴射泵結(jié)構(gòu)原理局部剖視圖。
圖4是油水同嘴噴射閉式噴嘴短時(shí)噴油系統(tǒng)流程圖。
圖5是添加乳化劑在線乳化開式噴嘴短時(shí)噴油系統(tǒng)流程圖。
圖6是無乳化劑在線乳化開式噴嘴短時(shí)噴油系統(tǒng)流程圖。
附圖所示1、偏心凸輪室蓋；2、移動搖臂中間支點(diǎn)的偏心凸輪機(jī)構(gòu)；3、搖臂；4、空心推桿；5、噴油泵彈簧機(jī)構(gòu)；6、噴油泵柱塞(直徑2.5-4mm)；7、噴油泵柱塞套；8、出油閥偶件；9、出油閥緊座；10、凸輪軸；11、挺柱滾輪機(jī)構(gòu)；12、導(dǎo)向螺釘；13、液壓泵彈簧機(jī)構(gòu)；14、下泵體；15、上泵體；16、O型密封圈；17、液壓泵柱塞；18、液壓泵柱塞套；19、撥叉機(jī)構(gòu)；20、液壓馬達(dá)柱塞套(用螺紋或用螺釘固定在上泵體)；21、液壓馬達(dá)柱塞；22、柱塞套緊座；23、兩級階梯柱塞；24、泵水柱塞套；25、出水閥及其緊座；26、泵油柱塞套；27、出油閥及其緊座；28、出乳化劑閥及其緊座；29、O型密封圈；30、泵乳化劑柱塞套；31、三級階梯柱塞；32、燃油箱；33、水箱；34、輸水泵；35、燃油輸送器；36、兩級階梯柱塞噴射泵；37、油水噴嘴摻混同嘴噴射閉式噴油器；38、乳化劑箱；39、乳化劑輸送泵；40、三級階梯柱塞噴射泵；41、添加乳化劑在線乳化開式噴油器；42、渦流混合室；43、逆止閥；44、逆止閥彈簧；45、彈簧座板；46、射流渦流均化室；47、切向斜孔；48、無乳化劑在線乳化開式噴油器；49、射流渦流乳化室或超聲波乳化室。
參照圖1，雙控液壓增速短時(shí)噴油泵由柱塞液壓增壓增速短時(shí)噴油泵改造而成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是液壓馬達(dá)柱塞套20套進(jìn)液壓泵柱塞套18缸孔內(nèi)，利用撥叉機(jī)構(gòu)19移動液壓泵柱塞套18調(diào)節(jié)噴油提前角；液壓泵柱塞17和液壓泵柱塞套18的油口采用環(huán)形型式(用割槽加工)；液壓馬達(dá)柱塞21與噴油泵柱塞6用搖臂3連接傳動，用移動搖臂中間支點(diǎn)的偏心凸輪機(jī)構(gòu)2調(diào)節(jié)噴油量；噴油泵柱塞6直徑為2.5～4mm，沒有柱塞斜槽。由液壓泵柱塞17與液壓馬達(dá)柱塞21組成泵——馬達(dá)閉路液壓系統(tǒng)。關(guān)于泵——馬達(dá)閉路液壓系統(tǒng)的補(bǔ)油原理詳見柱塞液壓增壓增速短時(shí)噴油泵發(fā)明說明書，這里不再介紹。縮短供油持續(xù)時(shí)間的設(shè)計(jì)原理是減小液壓泵柱塞17的有效泵油行程，增加無效泵油行程。液壓泵柱塞17的有效泵油行程決定兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，一個(gè)是液壓泵柱塞套18環(huán)形油口高度h1，另一個(gè)是液壓泵柱塞17環(huán)形油口上邊線到柱塞頂面的高度h2，有效泵油行程Δ＝h2-h1。當(dāng)h1＝h2時(shí)，液壓泵不泵油。短時(shí)噴油泵設(shè)計(jì)主要決定液壓泵柱塞17直徑d1、液壓馬達(dá)柱塞21直徑d2及噴油泵柱塞6直徑d3。設(shè)計(jì)要求d1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于d2，d2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于d3。調(diào)節(jié)噴油量原理是調(diào)節(jié)噴油泵柱塞6的有效泵油行程，如圖1所示，轉(zhuǎn)動偏心凸輪使搖臂3中間支點(diǎn)往上移動即可減小噴油泵柱塞6的有效泵油行程。
參照圖2，兩級階梯柱塞噴射泵結(jié)構(gòu)原理是兩級階梯柱塞23配兩個(gè)柱塞套，一個(gè)柱塞套為泵油柱塞套26，用出油閥及其緊座27固定；另一個(gè)柱塞套為泵水柱塞套24，用柱塞套緊座22固定。出水閥及其緊座25設(shè)置在泵體側(cè)面。兩級階梯柱塞噴射泵用于油水同嘴噴射噴油系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于無乳化劑或預(yù)混乳化劑在線乳化噴油系統(tǒng)。
參照圖3，三級階梯柱塞噴射泵結(jié)構(gòu)在二級階梯柱塞噴射泵結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把兩級階梯柱塞23改為三級階梯柱塞31，并增加泵送乳化劑機(jī)構(gòu)零部件。泵送乳化劑機(jī)構(gòu)零部件包括泵乳化劑柱塞套30與出乳化劑閥及其緊座28。三級階梯柱塞噴射泵應(yīng)用于添加乳化劑在線乳化噴油系統(tǒng)。
燃油乳化的方法有機(jī)械攪拌、管流、射流、轉(zhuǎn)子定子均質(zhì)器、膠體磨、高壓均質(zhì)器及超聲波乳化器等。本發(fā)明燃油在線乳化采用兩級階梯柱塞噴射泵或三級階梯柱塞噴射泵作為乳化的動力源及計(jì)量器具，改造開式噴油器兼有乳化機(jī)功能。以下介紹雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化應(yīng)用的三個(gè)典型例子。
參照圖4，油水同嘴噴射閉式噴嘴短時(shí)噴油系統(tǒng)是無乳化劑摻水燃燒的一種方法，這種方法的特點(diǎn)是利用兩級階梯柱塞噴射泵36分別泵送燃油與水，最后在閉式噴油器噴嘴摻混噴入氣缸內(nèi)。關(guān)于油水噴嘴摻混同嘴噴射閉式噴油器37的詳細(xì)結(jié)構(gòu)詳見申請?zhí)枮?9103773.1的專利申請說明書。如果使用開式噴油器，也可以實(shí)現(xiàn)油水同嘴噴射，油水可以在開式噴嘴摻混噴射，也可以分開噴射。
參照圖5，添加乳化劑在線乳化開式噴嘴短時(shí)噴油系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用三級階梯柱塞噴射泵40分別泵送燃油、水與乳化劑到添加乳化劑在線乳化開式噴油器41頂部，利用渦流混合室42產(chǎn)生渦流作用獲得混合。如果添加劑首先與燃油或水預(yù)混，則三級階梯柱塞噴射泵40可改用兩級階梯柱塞噴射泵36。燃油、水與乳化劑均以切向進(jìn)入渦流混合室42。在彈簧座板45下方設(shè)置射流渦流均化室46，并在彈簧座板圓周向設(shè)置切向斜孔47。切向斜孔47的孔徑及孔數(shù)與噴嘴噴孔孔徑(0.2-0.3mm)及孔數(shù)(4-10個(gè))相同。利用切向斜孔47產(chǎn)生射流與渦流使乳化油進(jìn)一步均質(zhì)化。
參照圖6，無乳化劑在線乳化開式噴嘴短時(shí)噴油系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用兩級階梯柱塞噴射泵36分別泵送燃油與水到無乳化劑在線乳化開式噴油器48頂部，利用射流渦流乳化室或超聲波乳化室49獲得混合乳化，再利用射流渦流均化室46使乳化油進(jìn)一步均質(zhì)化。產(chǎn)生超聲波用電磁作為動力源。產(chǎn)生射流的動力源來自噴油泵。
由于燃油乳化在開式噴油器流道，即使因長期停機(jī)造成開式噴油器存儲的乳化油沉淀分離，也不影響發(fā)動機(jī)重新啟動。因?yàn)榘l(fā)動機(jī)起動可把開式噴油器內(nèi)的積水迅速排出。
權(quán)利要求
1.由柱塞液壓增壓增速短時(shí)噴油泵(專利號ZL95106121.6)及柴油與防銹水在噴嘴密封錐滲混二次噴水雙液噴射系統(tǒng)(專利申請?zhí)?9103773.1)改進(jìn)而成的雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化，其特征是(A)液壓馬達(dá)柱塞套20套進(jìn)液壓泵柱塞套18的缸孔內(nèi)并利用撥叉機(jī)構(gòu)19移動液壓泵柱塞套18調(diào)節(jié)噴油提前角，(B)液壓馬達(dá)柱塞21與噴油泵柱塞6用搖臂3連接傳動并用偏心凸輪機(jī)構(gòu)2移動搖臂中間支點(diǎn)調(diào)節(jié)噴油量，(C)以兩級階梯柱塞23為特征的兩級階梯柱塞噴射泵或以三級階梯柱塞31為特征的三級階梯柱塞噴射泵作為燃油在線乳化的動力源及計(jì)量器具，(D)以逆止閥彈簧座板45下方設(shè)置射流渦流均化室46為特征的開式噴油器兼有乳化機(jī)功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化，其特征是(A)沒有柱塞斜槽的噴油泵柱塞6直徑為2.5-4mm，(B)液壓馬達(dá)柱塞21直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噴油泵柱塞6直徑，(C)液壓泵柱塞17直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液壓馬達(dá)柱塞21直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化，其特征是液壓泵柱塞17有效泵油行程決定柱塞套18環(huán)形油口高度h1和柱塞17環(huán)形油口上邊線到柱塞頂面的高度h2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化，其特征是添加乳化劑在線乳化開式噴油器41頂部設(shè)置渦流混合室42，并利用射流渦流均化室46使乳化油進(jìn)一步均質(zhì)化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化，其特征是無乳化劑在線乳化開式噴油器48頂部設(shè)置射流渦流乳化室或超聲波乳化室49，并利用射流渦流均化室46使乳化油進(jìn)一步均質(zhì)化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于柴油機(jī)的燃油供給系統(tǒng)，稱為雙控液壓增速短時(shí)噴油系統(tǒng)及其燃油在線乳化，是一種提高噴油霧化效果不必提高噴油壓力的噴油系統(tǒng)，因而沒有提高噴油壓力的技術(shù)困難及缺點(diǎn)。該噴油系統(tǒng)燃油在線乳化采用兩級或三級階梯柱塞噴射泵作為乳化動力源及計(jì)量器具，把開式噴油器改造兼有乳化機(jī)功能。燃油在線乳化有添加乳化劑和無乳化劑兩種方法，本發(fā)明使摻水燃燒應(yīng)用上的麻煩及缺點(diǎn)以最低成本獲得解決。
文檔編號F02M25/025GK1490516SQ0315916
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月8日
發(fā)明者梁剛, 梁劍鋒, 常玉, 梁劍銳, 梁 剛 申請人:梁劍銳