專利名稱：混合氣優(yōu)化調(diào)節(jié)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)及其燃油在線乳化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽油機(jī)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)。
現(xiàn)有多點(diǎn)電噴汽油機(jī)的節(jié)氣門與汽油噴射點(diǎn)之間有一定距離，進(jìn)氣量調(diào)節(jié)點(diǎn)與汽油噴射點(diǎn)存在位置的差異，從理論上講會影響混合氣濃度控制的穩(wěn)定性。另外，混合氣濃度控制是采用檢測宏觀空氣流量的傳感器控制，不是機(jī)械自動(dòng)化的控制方法，所以混合氣濃度控制精確度較低。另外，現(xiàn)有多點(diǎn)電噴汽油機(jī)燃油在線乳化只能在噴射泵前解決，無法實(shí)現(xiàn)在噴射泵后乳化，也無地把噴油器改造兼有乳化機(jī)功能。
據(jù)報(bào)導(dǎo)，常州柴油機(jī)廠對ZS1100型直噴柴油機(jī)進(jìn)行摻水燃燒試驗(yàn)結(jié)果是，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，兩者只能選擇一個(gè)達(dá)到目的。柴油機(jī)摻水燃燒節(jié)油最佳試驗(yàn)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％。本發(fā)明按最佳節(jié)油效果設(shè)計(jì)摻水燃燒，對于提高降污效果采用其它方法解決，此方法另行申請專利。
本發(fā)明人尚未掌握汽油機(jī)有關(guān)摻水燃燒節(jié)油的試驗(yàn)資料，但柴油機(jī)的試驗(yàn)資料是可以借鑒的。從理論上講，汽油機(jī)摻水率對節(jié)油率與降污率的影響應(yīng)該相同柴油機(jī)摻水率對節(jié)油率與降污率的影響，不同僅在于具體數(shù)據(jù)。過去汽油機(jī)摻水燃燒的目的是解決汽油機(jī)爆震問題，并不在于節(jié)油與降污。過去汽油機(jī)摻水燃燒采用把水霧化加入進(jìn)氣的空氣中。據(jù)報(bào)導(dǎo)，目前法國已研制成功乳化汽油。乳化汽油的關(guān)鍵問題是乳化劑。摻水燃燒最好方法是使用乳化油，但由于使用上的麻煩無法推廣應(yīng)用。在線乳化，特別是無乳化劑的在線乳化可解決上述問題，也可克服使用過程中出現(xiàn)破乳及分層問題。
本發(fā)明的目的是為了克服多點(diǎn)電噴汽油機(jī)上述不足之處和追求摻水燃燒最佳的節(jié)油效果而提供一種混合氣優(yōu)化調(diào)節(jié)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)及其燃油在線乳化。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的汽油機(jī)噴油泵相油柴油機(jī)噴油泵使用凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞泵。噴油泵的安裝位置與柴油機(jī)相同，與柴油機(jī)噴油泵不同的是，汽油機(jī)噴油泵在整個(gè)吸氣沖程噴油，供油時(shí)間約占凸輪軸轉(zhuǎn)角90°。另外，汽油機(jī)噴油泵采用改變搖臂比進(jìn)行噴油量調(diào)節(jié)。汽油機(jī)噴油泵采用凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞泵的目的是利用噴油泵作為燃油在線乳化動(dòng)力源及計(jì)量器具。多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)的噴油器使用開式噴油器。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二項(xiàng)改進(jìn)是汽油機(jī)進(jìn)氣門改為節(jié)氣進(jìn)氣門，即進(jìn)氣門增加節(jié)氣門功能，改變進(jìn)入氣缸的循環(huán)吸氣量。節(jié)氣進(jìn)氣門傳動(dòng)有兩種方案，一種是閉路液壓傳動(dòng)方案，另一種是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的機(jī)械傳動(dòng)方案。閉路液壓傳動(dòng)方案優(yōu)點(diǎn)是氣缸蓋頂部結(jié)構(gòu)簡單，特別適用于半球型燃燒室與斜置氣門型式汽油機(jī)，特別適用多氣門機(jī)構(gòu)。不管是閉路液壓傳動(dòng)方案或機(jī)械傳動(dòng)方案，均在進(jìn)氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用改變搖臂比控制進(jìn)氣門的開度，從而改變進(jìn)入氣缸的循環(huán)吸氣量。閉路液壓傳動(dòng)氣門方案的具體做法是，在氣門桿頂設(shè)液壓馬達(dá)油缸驅(qū)動(dòng)氣門開關(guān)，氣門液壓泵采用凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞泵。氣門液壓泵與噴油泵分居氣缸體兩側(cè)安裝，相當(dāng)中置凸輪軸布置方案。進(jìn)氣門液壓泵采用改變搖臂比進(jìn)行進(jìn)氣量調(diào)節(jié)，排氣門液壓泵不必采用此機(jī)構(gòu)。柱塞液壓泵與柱塞液壓馬達(dá)組成泵一馬達(dá)閉路液壓系統(tǒng)。在氣門桿頂液壓馬達(dá)油缸一側(cè)設(shè)置閉路液壓系統(tǒng)補(bǔ)油逆止閥。補(bǔ)油從補(bǔ)油逆止閥進(jìn)入。燃油在線乳化利用兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵或三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵作為乳化動(dòng)力源與計(jì)量器具，把開式噴油器改造兼有乳化機(jī)功能，使燃油乳化在噴油器進(jìn)行，達(dá)到乳化后立即用于噴射。
由于采用上述發(fā)明，使汽油機(jī)混合氣濃度的調(diào)節(jié)更精確，燃燒更完全，HC及CO的排放量更??；如果燃油在線少量摻水乳化，節(jié)油效果更佳，NOx的排放量也有所減少，并使摻水燃燒的使用麻煩及缺點(diǎn)用最低成本獲得解決；由于燃油乳化在噴油器，即使因長期停機(jī)造成噴油器內(nèi)存儲的乳化油沉淀分離，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后能把噴油器內(nèi)積水迅速排出，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)。
由于閉路液壓傳動(dòng)節(jié)氣進(jìn)氣門與機(jī)械傳動(dòng)節(jié)氣進(jìn)氣門均采用改變搖臂比改變氣缸進(jìn)氣循環(huán)吸氣量，故本發(fā)明僅用閉路液壓傳動(dòng)進(jìn)氣節(jié)氣門方案作


。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞式噴油泵剖視圖。
圖2是閉路液壓傳動(dòng)氣門多點(diǎn)噴射汽油機(jī)局部剖視圖。
圖3是凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞式氣門液壓泵剖視圖。
圖4是兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵結(jié)構(gòu)說明局部剖視圖。
圖5是三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵結(jié)構(gòu)說明局部剖視圖。
圖6是添加乳化劑燃油在線乳化噴油系統(tǒng)流程圖。
圖7是無乳化劑燃油在線乳化噴油系統(tǒng)流程圖。
附圖所示1、噴油泵上泵體；2、噴油凸輪軸；3、滾輪挺柱機(jī)構(gòu)；4、出油閥緊座；5、出油閥閥座；6、噴油泵柱塞套；7、噴油泵柱塞；8、彈簧機(jī)構(gòu)；9、空心推桿；10、調(diào)節(jié)搖臂比曲柄連桿機(jī)構(gòu)；11、搖臂；12、搖臂中間支點(diǎn)與滑塊總成；13、噴油泵槽狀滑塊軌道；14噴油泵底蓋；15、噴油泵下泵體；16、進(jìn)氣門罩(每缸一個(gè))；17、液壓補(bǔ)油逆止閥；18、補(bǔ)油接頭；19、開式噴油器；20、火花塞；21、排氣門罩(每缸一個(gè))；22、排氣門；23、氣缸蓋；24、節(jié)氣進(jìn)氣門；25、液壓馬達(dá)油缸體；26、排氣液壓泵油管接頭；27、液壓泵上泵體；28、平底空心推桿；29、液壓泵中泵體；30配氣凸輪軸；31、空心挺柱；32、液壓泵下泵體；33、液壓泵槽狀滑塊軌道；34、液壓泵底蓋；35、液壓泵柱塞；36、液壓泵柱塞套；37、密封墊片；38、進(jìn)氣液壓泵油管接頭；39、柱塞套緊座；40、兩級階梯柱塞；41、泵水柱塞套；42、出水閥及其緊座；43、泵油柱塞套；44、出油閥及其緊座；45、出乳化劑閥及其緊座；46、泵乳化劑柱塞套；47、三級階梯柱塞；48、O型密封圈；49、O型密封圈；50、燃油箱；51、燃油輸送泵；52、水箱；53、輸水泵；54、乳化劑箱；55、乳化劑輸送泵；56、三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵；57、添加乳化劑在線乳化開式噴油器；58、渦流混合室；59、逆止閥；60、逆止閥彈簧；61、彈簧座板；62、射流渦流均化室；63、切向斜孔；64、兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵；65、無乳化劑在線乳化開式噴油器；66、射流渦流乳化室或超聲波乳化室；A、柱塞液壓馬達(dá)油口；B、柱塞液壓泵油口；C、補(bǔ)油回油縱向主油道。
參照圖1，多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)采用凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞式噴油泵，噴油泵的安裝位置與柴油機(jī)相同。這種噴油泵結(jié)構(gòu)與柴油機(jī)噴油泵不同在于，噴油凸輪軸2是吸氣沖程供油凸輪，供油時(shí)間約占凸輪軸轉(zhuǎn)角90°。另外不同之處是滾輪挺柱機(jī)構(gòu)3與噴油泵柱塞7之間用搖臂11連接傳動(dòng)，用調(diào)節(jié)搖臂比曲柄邊桿機(jī)構(gòu)10調(diào)節(jié)噴油量。調(diào)節(jié)搖臂比曲柄連桿機(jī)構(gòu)10的作用是移動(dòng)搖臂中間支點(diǎn)與滑塊總成12，從而改變搖臂11中間支點(diǎn)位置，達(dá)到改變搖臂比的目的。如圖1所示，如果搖臂中間支點(diǎn)與滑塊總成12往右移動(dòng)，噴油泵柱塞7的有效泵油行程減小，從而減小噴油量。
參照圖2及圖3，本發(fā)明進(jìn)氣門采用節(jié)氣進(jìn)氣門24，節(jié)氣進(jìn)氣門24的開度是可以調(diào)節(jié)的，從而改變進(jìn)入氣缸的循環(huán)吸氣量。氣門傳動(dòng)采用閉路液壓傳動(dòng)方案。氣門閉路液壓傳動(dòng)的做法是，在氣門桿頂設(shè)液壓馬達(dá)油缸體25，氣門桿伸入液壓馬達(dá)油缸體25組成柱塞液壓馬達(dá)，在柱塞液壓馬達(dá)一側(cè)設(shè)置閉路液壓系統(tǒng)補(bǔ)油逆止閥17。氣門液壓泵采用凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞泵。氣門液壓泵與噴油泵分居氣缸體兩側(cè)安裝，相當(dāng)中置凸輪油總體布置方案。氣門液壓泵如圖3所示，泵的高度方向分三段組成，液壓泵上泵體27安裝排氣門液壓泵部分；液壓泵中泵體29安裝配氣凸輪軸30與進(jìn)氣門液壓泵部分，進(jìn)氣門液壓泵部分布置在配氣凸輪軸30一側(cè)，液壓泵柱塞35與空心挺柱31通過可改變搖臂比的搖臂11連接傳動(dòng)；液壓泵下泵體32安裝搖臂11和調(diào)節(jié)搖臂比曲柄連桿機(jī)構(gòu)10。排氣門液壓泵部分用配氣凸輪軸30直接驅(qū)動(dòng)，不必采用可改變搖臂比的搖臂機(jī)構(gòu)作為中間連接傳動(dòng)，因?yàn)榕艢忾T的開度不必調(diào)節(jié)。從圖3與圖1比較可知，進(jìn)氣門液壓泵結(jié)構(gòu)與噴油泵結(jié)構(gòu)基本相同，不同在于凸輪輪廊以及噴油泵增加出油閥部件。在配氣凸輪軸30軸線方向，進(jìn)氣凸輪與排氣凸輪交替設(shè)置，適應(yīng)氣缸單列布置。把圖2的柱塞液壓馬達(dá)油口A與圖3的柱塞液壓泵油口B用高壓油管連接組成泵——馬達(dá)閉路液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓油可采用壓力機(jī)油或低壓燃油，也可用專用液壓油，如果用專用液壓油則要增加輸送泵。如果液壓油用機(jī)油，圖2的補(bǔ)油接頭18用油管與機(jī)油泵連接，圖3的補(bǔ)油回油縱向主油道C與油底殼連接。閉路液壓傳動(dòng)實(shí)質(zhì)是柱塞油馬達(dá)與柱塞泵直接聯(lián)動(dòng)。如圖2及圖3所示，液壓補(bǔ)油發(fā)生在液壓泵柱塞35處于靜止的時(shí)段，當(dāng)液壓泵柱塞35作上升運(yùn)動(dòng)關(guān)閉液壓泵柱塞套36的油孔后，液壓油管壓力上升，液壓補(bǔ)油逆止閥17關(guān)閉，節(jié)氣進(jìn)氣門24在液壓油推動(dòng)下移動(dòng)，節(jié)氣進(jìn)氣門24開啟；當(dāng)液壓泵柱塞35作下行運(yùn)動(dòng)(復(fù)位)時(shí)，節(jié)氣進(jìn)氣門24在氣門彈簧作用下關(guān)閉。當(dāng)液壓泵柱塞套36油口打開后，液壓油管壓力下降，液壓補(bǔ)油逆止閥17打開進(jìn)行補(bǔ)油。節(jié)氣進(jìn)氣門24的開度決定搖臂11的搖臂比，改變搖臂11的搖臂比即可改變進(jìn)氣門的循環(huán)吸氣量。
參照圖4，兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵結(jié)構(gòu)原理是兩級階梯柱塞40配兩個(gè)柱塞套，一個(gè)柱塞套是泵油柱塞套43，用出油閥及其緊座44固定；另一個(gè)柱塞套是泵水柱塞套41，用柱塞套緊座39固定。出水閥及其緊座42設(shè)置在泵體側(cè)面。兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵用于油水同嘴噴射噴油系統(tǒng)或無乳化劑在線乳化噴油系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于預(yù)混乳化劑在線乳化噴油系統(tǒng)。
參照圖5，三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵在二級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵的基礎(chǔ)上，把兩級階梯柱塞40改為三級階梯柱塞47，并增加泵送乳化劑柱塞套46與出乳化劑閥及其緊座45。三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵應(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摻水燃燒噴射泵或三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵作為乳化的動(dòng)力源與計(jì)量器具，改造開式噴油器兼有乳化機(jī)功能。以下介紹燃油在線乳化應(yīng)用的兩個(gè)典型例子。
參照圖6，添加乳化劑燃油在線乳化噴油系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵56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57頂部，利用渦流混合室58產(chǎn)生渦流獲得混合。如果添加劑首先與燃油或水預(yù)混，則三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵56可改用兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵。燃油、水與乳化劑均以切向進(jìn)入渦流混合室58。在彈簧座板61下方設(shè)置射流渦流均化室62，并在彈簧座板61園周向設(shè)置切向斜孔63。切向斜孔63的孔徑為0.2～0.3mm，孔數(shù)4-10個(gè)，相當(dāng)柴油機(jī)多孔噴嘴的設(shè)計(jì)。利用切向斜孔63產(chǎn)生射流與渦流使乳化油進(jìn)一步均質(zhì)化。
參照圖7，無乳化劑燃油在線乳化噴油系統(tǒng)的特點(diǎn)是利用兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵64分別泵送燃油與水到無乳化劑在線乳化開式噴油器65頂部，利用射流渦流乳化室或超聲波乳化室66獲得混合乳化，再利用射流渦流均化室62使乳化油進(jìn)一步均質(zhì)化。產(chǎn)生超聲波用電磁作為動(dòng)力源。產(chǎn)生射流渦流的動(dòng)力源來自噴射泵。
由于燃油乳化在開式噴油器內(nèi)部流道，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(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)可把開式噴油器內(nèi)的積水迅速排除，積水排除后就能點(diǎn)燃乳化燃油。
權(quán)利要求
1.由凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞式噴油泵、開式噴油器與節(jié)氣進(jìn)氣門組成的混合氣優(yōu)化調(diào)節(jié)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)及其燃油在線乳化，其特征是(A)凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞式噴油泵的搖臂11用曲柄連桿機(jī)構(gòu)10調(diào)節(jié)搖臂比，(B)節(jié)氣進(jìn)氣門24的液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用改變搖臂比方法控制節(jié)氣進(jìn)氣門開度，(C)以兩級階梯柱塞40為特征的兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵或以三級階梯柱塞47為特征的三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵作為燃油在線乳化的動(dòng)力源與計(jì)量器具，(D)以逆止閥彈簧座板61下方設(shè)置射流渦流均化室62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所述混合氣優(yōu)化調(diào)節(jié)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)及其燃油在線乳化，其特征是凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞式噴油泵的供油時(shí)間約占凸輪軸轉(zhuǎn)角90°，達(dá)到全吸氣沖程噴油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合氣優(yōu)化調(diào)節(jié)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)及其燃油在線乳化，其特征是節(jié)氣進(jìn)氣門液壓泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的搖臂11用曲柄連桿機(jī)構(gòu)10調(diào)節(jié)搖臂比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合氣優(yōu)化調(diào)節(jié)多點(diǎn)汽油噴射系統(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57頂部設(shè)置渦流混合室58，并利用射流渦流均化室62使乳化油均質(zhì)化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合氣優(yōu)化調(diào)節(jié)多點(diǎn)汽油噴射系統(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65頂部設(shè)置射流渦流乳化室或超聲波乳化室66，并利用射流渦流均化室62使乳化油均質(zhì)化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于汽油機(jī)的燃油供給系統(tǒng)，稱為混合氣優(yōu)化調(diào)節(jié)多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)及其燃油在線乳化。該發(fā)明采用可改變搖臂比的凸輪驅(qū)動(dòng)柱塞式噴油泵在全吸氣沖程噴油，把進(jìn)氣門改造為節(jié)氣進(jìn)氣門。燃油在線乳化采用兩級或三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵作為乳化動(dòng)力源與計(jì)量器具，把開式噴油器改造兼有乳化機(jī)功能。本發(fā)明使混合氣配制更精確，使摻水燃燒應(yīng)用上的麻煩與缺點(diǎn)以最低成本解決，從而達(dá)到提高汽油機(jī)節(jié)油效果和降低排氣污染的目的。
文檔編號F02M25/022GK1529048SQ200310100990
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月1日
發(fā)明者梁剛, 梁劍鋒, 常玉, 梁劍銳, 梁 剛 申請人:梁劍銳