专利名称：混合气优化调节多点汽油喷射系统及其燃油在线乳化的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽油机多点汽油喷射系统。
现有多点电喷汽油机的节气门与汽油喷射点之间有一定距离，进气量调节点与汽油喷射点存在位置的差异，从理论上讲会影响混合气浓度控制的稳定性。另外，混合气浓度控制是采用检测宏观空气流量的传感器控制，不是机械自动化的控制方法，所以混合气浓度控制精确度较低。另外，现有多点电喷汽油机燃油在线乳化只能在喷射泵前解决，无法实现在喷射泵后乳化，也无地把喷油器改造兼有乳化机功能。
据报导，常州柴油机厂对ZS1100型直喷柴油机进行掺水燃烧试验结果是，随着掺水率从20％开始不断增加，节油效果降低，降污效果提高，两者只能选择一个达到目的。柴油机掺水燃烧节油最佳试验结果是，5孔喷嘴，200bar针阀开启压力，掺水率20％，节油率23.6％。本发明按最佳节油效果设计掺水燃烧，对于提高降污效果采用其它方法解决，此方法另行申请专利。
本发明人尚未掌握汽油机有关掺水燃烧节油的试验资料，但柴油机的试验资料是可以借鉴的。从理论上讲，汽油机掺水率对节油率与降污率的影响应该相同柴油机掺水率对节油率与降污率的影响，不同仅在于具体数据。过去汽油机掺水燃烧的目的是解决汽油机爆震问题，并不在于节油与降污。过去汽油机掺水燃烧采用把水雾化加入进气的空气中。据报导，目前法国已研制成功乳化汽油。乳化汽油的关键问题是乳化剂。掺水燃烧最好方法是使用乳化油，但由于使用上的麻烦无法推广应用。在线乳化，特别是无乳化剂的在线乳化可解决上述问题，也可克服使用过程中出现破乳及分层问题。
本发明的目的是为了克服多点电喷汽油机上述不足之处和追求掺水燃烧最佳的节油效果而提供一种混合气优化调节多点汽油喷射系统及其燃油在线乳化。
本发明是这样实现的汽油机喷油泵相油柴油机喷油泵使用凸轮驱动柱塞泵。喷油泵的安装位置与柴油机相同，与柴油机喷油泵不同的是，汽油机喷油泵在整个吸气冲程喷油，供油时间约占凸轮轴转角90°。另外，汽油机喷油泵采用改变摇臂比进行喷油量调节。汽油机喷油泵采用凸轮驱动柱塞泵的目的是利用喷油泵作为燃油在线乳化动力源及计量器具。多点汽油喷射系统的喷油器使用开式喷油器。实现本发明的第二项改进是汽油机进气门改为节气进气门，即进气门增加节气门功能，改变进入气缸的循环吸气量。节气进气门传动有两种方案，一种是闭路液压传动方案，另一种是现在广泛应用的机械传动方案。闭路液压传动方案优点是气缸盖顶部结构简单，特别适用于半球型燃烧室与斜置气门型式汽油机，特别适用多气门机构。不管是闭路液压传动方案或机械传动方案，均在进气门传动机构中采用改变摇臂比控制进气门的开度，从而改变进入气缸的循环吸气量。闭路液压传动气门方案的具体做法是，在气门杆顶设液压马达油缸驱动气门开关，气门液压泵采用凸轮驱动柱塞泵。气门液压泵与喷油泵分居气缸体两侧安装，相当中置凸轮轴布置方案。进气门液压泵采用改变摇臂比进行进气量调节，排气门液压泵不必采用此机构。柱塞液压泵与柱塞液压马达组成泵一马达闭路液压系统。在气门杆顶液压马达油缸一侧设置闭路液压系统补油逆止阀。补油从补油逆止阀进入。燃油在线乳化利用两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵或三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵作为乳化动力源与计量器具，把开式喷油器改造兼有乳化机功能，使燃油乳化在喷油器进行，达到乳化后立即用于喷射。
由于采用上述发明，使汽油机混合气浓度的调节更精确，燃烧更完全，HC及CO的排放量更小；如果燃油在线少量掺水乳化，节油效果更佳，NOx的排放量也有所减少，并使掺水燃烧的使用麻烦及缺点用最低成本获得解决；由于燃油乳化在喷油器，即使因长期停机造成喷油器内存储的乳化油沉淀分离，发动机启动后能把喷油器内积水迅速排出，不影响发动机重新启动。
由于闭路液压传动节气进气门与机械传动节气进气门均采用改变摇臂比改变气缸进气循环吸气量，故本发明仅用闭路液压传动进气节气门方案作
。以下结合附图对本发明作进一步说明。
图1是凸轮驱动柱塞式喷油泵剖视图。
图2是闭路液压传动气门多点喷射汽油机局部剖视图。
图3是凸轮驱动柱塞式气门液压泵剖视图。
图4是两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵结构说明局部剖视图。
图5是三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵结构说明局部剖视图。
图6是添加乳化剂燃油在线乳化喷油系统流程图。
图7是无乳化剂燃油在线乳化喷油系统流程图。
附图所示1、喷油泵上泵体；2、喷油凸轮轴；3、滚轮挺柱机构；4、出油阀紧座；5、出油阀阀座；6、喷油泵柱塞套；7、喷油泵柱塞；8、弹簧机构；9、空心推杆；10、调节摇臂比曲柄连杆机构；11、摇臂；12、摇臂中间支点与滑块总成；13、喷油泵槽状滑块轨道；14喷油泵底盖；15、喷油泵下泵体；16、进气门罩(每缸一个)；17、液压补油逆止阀；18、补油接头；19、开式喷油器；20、火花塞；21、排气门罩(每缸一个)；22、排气门；23、气缸盖；24、节气进气门；25、液压马达油缸体；26、排气液压泵油管接头；27、液压泵上泵体；28、平底空心推杆；29、液压泵中泵体；30配气凸轮轴；31、空心挺柱；32、液压泵下泵体；33、液压泵槽状滑块轨道；34、液压泵底盖；35、液压泵柱塞；36、液压泵柱塞套；37、密封垫片；38、进气液压泵油管接头；39、柱塞套紧座；40、两级阶梯柱塞；41、泵水柱塞套；42、出水阀及其紧座；43、泵油柱塞套；44、出油阀及其紧座；45、出乳化剂阀及其紧座；46、泵乳化剂柱塞套；47、三级阶梯柱塞；48、O型密封圈；49、O型密封圈；50、燃油箱；51、燃油输送泵；52、水箱；53、输水泵；54、乳化剂箱；55、乳化剂输送泵；56、三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵；57、添加乳化剂在线乳化开式喷油器；58、涡流混合室；59、逆止阀；60、逆止阀弹簧；61、弹簧座板；62、射流涡流均化室；63、切向斜孔；64、两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵；65、无乳化剂在线乳化开式喷油器；66、射流涡流乳化室或超声波乳化室；A、柱塞液压马达油口；B、柱塞液压泵油口；C、补油回油纵向主油道。
参照图1，多点汽油喷射系统采用凸轮驱动柱塞式喷油泵，喷油泵的安装位置与柴油机相同。这种喷油泵结构与柴油机喷油泵不同在于，喷油凸轮轴2是吸气冲程供油凸轮，供油时间约占凸轮轴转角90°。另外不同之处是滚轮挺柱机构3与喷油泵柱塞7之间用摇臂11连接传动，用调节摇臂比曲柄边杆机构10调节喷油量。调节摇臂比曲柄连杆机构10的作用是移动摇臂中间支点与滑块总成12，从而改变摇臂11中间支点位置，达到改变摇臂比的目的。如图1所示，如果摇臂中间支点与滑块总成12往右移动，喷油泵柱塞7的有效泵油行程减小，从而减小喷油量。
参照图2及图3，本发明进气门采用节气进气门24，节气进气门24的开度是可以调节的，从而改变进入气缸的循环吸气量。气门传动采用闭路液压传动方案。气门闭路液压传动的做法是，在气门杆顶设液压马达油缸体25，气门杆伸入液压马达油缸体25组成柱塞液压马达，在柱塞液压马达一侧设置闭路液压系统补油逆止阀17。气门液压泵采用凸轮驱动柱塞泵。气门液压泵与喷油泵分居气缸体两侧安装，相当中置凸轮油总体布置方案。气门液压泵如图3所示，泵的高度方向分三段组成，液压泵上泵体27安装排气门液压泵部分；液压泵中泵体29安装配气凸轮轴30与进气门液压泵部分，进气门液压泵部分布置在配气凸轮轴30一侧，液压泵柱塞35与空心挺柱31通过可改变摇臂比的摇臂11连接传动；液压泵下泵体32安装摇臂11和调节摇臂比曲柄连杆机构10。排气门液压泵部分用配气凸轮轴30直接驱动，不必采用可改变摇臂比的摇臂机构作为中间连接传动，因为排气门的开度不必调节。从图3与图1比较可知，进气门液压泵结构与喷油泵结构基本相同，不同在于凸轮轮廊以及喷油泵增加出油阀部件。在配气凸轮轴30轴线方向，进气凸轮与排气凸轮交替设置，适应气缸单列布置。把图2的柱塞液压马达油口A与图3的柱塞液压泵油口B用高压油管连接组成泵——马达闭路液压传动系统。液压油可采用压力机油或低压燃油，也可用专用液压油，如果用专用液压油则要增加输送泵。如果液压油用机油，图2的补油接头18用油管与机油泵连接，图3的补油回油纵向主油道C与油底壳连接。闭路液压传动实质是柱塞油马达与柱塞泵直接联动。如图2及图3所示，液压补油发生在液压泵柱塞35处于静止的时段，当液压泵柱塞35作上升运动关闭液压泵柱塞套36的油孔后，液压油管压力上升，液压补油逆止阀17关闭，节气进气门24在液压油推动下移动，节气进气门24开启；当液压泵柱塞35作下行运动(复位)时，节气进气门24在气门弹簧作用下关闭。当液压泵柱塞套36油口打开后，液压油管压力下降，液压补油逆止阀17打开进行补油。节气进气门24的开度决定摇臂11的摇臂比，改变摇臂11的摇臂比即可改变进气门的循环吸气量。
参照图4，两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵结构原理是两级阶梯柱塞40配两个柱塞套，一个柱塞套是泵油柱塞套43，用出油阀及其紧座44固定；另一个柱塞套是泵水柱塞套41，用柱塞套紧座39固定。出水阀及其紧座42设置在泵体侧面。两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵用于油水同嘴喷射喷油系统或无乳化剂在线乳化喷油系统，也可以应用于预混乳化剂在线乳化喷油系统。
参照图5，三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵在二级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵的基础上，把两级阶梯柱塞40改为三级阶梯柱塞47，并增加泵送乳化剂柱塞套46与出乳化剂阀及其紧座45。三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵应用于添加乳化剂在线乳化喷油系统。
燃油乳化的方法有机械搅拌、管流、射流、转子定子均质器、胶体磨、高压均质器及超声波乳化器等。本发明燃油在线乳化采用两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵或三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵作为乳化的动力源与计量器具，改造开式喷油器兼有乳化机功能。以下介绍燃油在线乳化应用的两个典型例子。
参照图6，添加乳化剂燃油在线乳化喷油系统的特点是利用三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵56分别泵送燃油、水与乳化剂到添加乳化剂在线乳化开式喷油器57顶部，利用涡流混合室58产生涡流获得混合。如果添加剂首先与燃油或水预混，则三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵56可改用两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵。燃油、水与乳化剂均以切向进入涡流混合室58。在弹簧座板61下方设置射流涡流均化室62，并在弹簧座板61园周向设置切向斜孔63。切向斜孔63的孔径为0.2～0.3mm，孔数4-10个，相当柴油机多孔喷嘴的设计。利用切向斜孔63产生射流与涡流使乳化油进一步均质化。
参照图7，无乳化剂燃油在线乳化喷油系统的特点是利用两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵64分别泵送燃油与水到无乳化剂在线乳化开式喷油器65顶部，利用射流涡流乳化室或超声波乳化室66获得混合乳化，再利用射流涡流均化室62使乳化油进一步均质化。产生超声波用电磁作为动力源。产生射流涡流的动力源来自喷射泵。
由于燃油乳化在开式喷油器内部流道，即使因长期停机造成开式喷油器存储的乳化油沉淀分离，也不影响发动机重新启动。因为发动机起动可把开式喷油器内的积水迅速排除，积水排除后就能点燃乳化燃油。
权利要求
1.由凸轮驱动柱塞式喷油泵、开式喷油器与节气进气门组成的混合气优化调节多点汽油喷射系统及其燃油在线乳化，其特征是(A)凸轮驱动柱塞式喷油泵的摇臂11用曲柄连杆机构10调节摇臂比，(B)节气进气门24的液压传动机构或机械传动机构采用改变摇臂比方法控制节气进气门开度，(C)以两级阶梯柱塞40为特征的两级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵或以三级阶梯柱塞47为特征的三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵作为燃油在线乳化的动力源与计量器具，(D)以逆止阀弹簧座板61下方设置射流涡流均化室62为特征的开式喷油器兼有乳化机功能。
2.根据权利要求1所述混合气优化调节多点汽油喷射系统及其燃油在线乳化，其特征是凸轮驱动柱塞式喷油泵的供油时间约占凸轮轴转角90°，达到全吸气冲程喷油。
3.根据权利要求1所述混合气优化调节多点汽油喷射系统及其燃油在线乳化，其特征是节气进气门液压泵传动机构的摇臂11用曲柄连杆机构10调节摇臂比。
4.根据权利要求1所述混合气优化调节多点汽油喷射系统及其燃油在线乳化，其特征是添加乳化剂在线乳化开式喷油器57顶部设置涡流混合室58，并利用射流涡流均化室62使乳化油均质化。
5.根据权利要求1所述混合气优化调节多点汽油喷射系统及其燃油在线乳化，其特征是无乳化剂在线乳化开式喷油器65顶部设置射流涡流乳化室或超声波乳化室66，并利用射流涡流均化室62使乳化油均质化。
全文摘要
本发明公开了一种应用于汽油机的燃油供给系统，称为混合气优化调节多点汽油喷射系统及其燃油在线乳化。该发明采用可改变摇臂比的凸轮驱动柱塞式喷油泵在全吸气冲程喷油，把进气门改造为节气进气门。燃油在线乳化采用两级或三级阶梯柱塞掺水燃烧喷射泵作为乳化动力源与计量器具，把开式喷油器改造兼有乳化机功能。本发明使混合气配制更精确，使掺水燃烧应用上的麻烦与缺点以最低成本解决，从而达到提高汽油机节油效果和降低排气污染的目的。
文档编号F02M25/022GK1529048SQ200310100990
公开日2004年9月15日 申请日期2003年10月1日 优先权日2003年10月1日
发明者梁刚, 梁剑锋, 常玉, 梁剑锐, 梁 刚 申请人:梁剑锐