专利名称：一种二甲醚发动机燃油供给系统及其喷油器的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种二甲醚喷油器。本发明还涉及一种包括上述二甲醚喷油器的二甲醚发动机燃油供给系统。
背景技术：
二甲醚具有沸点低、体积热值低和粘度低的特点，在高压缩比下压燃燃烧，具有与柴油机等效的热效率，同时二甲醚分子式中不含C-C键，可以实现无烟燃烧，因此，二甲醚作为压燃式发动机的燃料可以实现清洁燃烧，是一种优异的绿色能源。二甲醚发动机燃油供给系统通常由储存二甲醚燃料的燃料罐、增压泵、高压泵以及喷油器等部件组成。工作时，增压泵自燃料罐获取二甲醚燃料，加压后压入增压泵与高压泵连通的管路中，继而进入高压泵，高压泵再将二甲醚燃料供给喷油器，喷油器将二甲醚喷入发动机的缸体内与空气混合燃烧。喷油器具有喷油嘴，喷油器的内腔具有油道、针阀以及调压弹簧，针阀在调压弹簧的弹力作用下堵住喷油嘴的喷孔，当二甲醚自喷油器油道进入内腔后，会在喷油器内腔建立较高油压，高压油作用于针阀中部的环形台阶面上，作用力超过针阀的预紧力(即针阀的开启压力)后，针阀会克服调压弹簧预紧力离开阀座，当然，也可以采用电控的方式使针阀离开阀座，此时，二甲醚可以进入喷孔内，从而进入燃烧室燃烧；随着供油过程的结束，喷油器油道中的压力逐渐降低，在调压弹簧预紧力的复位作用下，针阀重新落座，堵住喷孔， 则喷油过程结束。然而，柴油机在燃用二甲醚后会出现功率下降问题，喷油器的喷油频率与发动机转速相关，则喷油器的喷油频率较高，则由上述内容可知，针阀与喷油嘴头部需要高频率地进行接触和分离，由于二甲醚的粘度很低，因此，针阀与喷油嘴头部的磨损较为严重，而且由于二甲醚没有C-C键，高温裂解不产生石墨类缓冲、减磨物质，则针阀和喷油嘴头部的磨损问题更为严重，即使在二甲醚中加入润滑添加剂，仍会出现喷油器针阀和喷油嘴头部的磨损问题，进一步地导致喷油器密封不严，燃料泄漏，发动机功率下降。因此，如何减小喷油器中针阀与喷油嘴头部的磨损，避免密封不严、燃料泄漏、提高发动机的功率，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种二甲醚喷油器，该喷油器的针阀和喷油嘴的接触面具有耐磨涂层，可以降低磨损，增加喷油器的使用寿命，而且避免了密封不严、燃料泄漏，提高了发动机的功率。本发明的另一目的是提供一种包括上述二甲醚喷油器的二甲醚发动机燃油供给系统。为达到本发明的第一个目的，本发明提供一种二甲醚喷油器，包括针阀体和针阀， 所述针阀体具有连通其阀腔的进油油道，所述针阀体的阀腔具有调压弹簧，所述针阀体的头部具有喷油嘴，所述喷油嘴具有由所述针阀沿阀腔轴向移动以控制启闭的喷油孔，所述针阀头部和所述喷油嘴内腔的接触面具有耐磨涂层。优选地，所述喷油嘴具有圆台孔，所述圆台孔的小径端为阀口，所述阀口连通所述喷油孔与所述进油油道；所述针阀头部包括依次相接且锥度渐缩的第一锥面段、第二圆台段和与所述针阀的阀杆连接的第三圆台段；所述第二圆台段与所述圆台孔密封适配，所述针阀的耐磨涂层设于所述第二圆台段上。优选地，所述喷油嘴具有圆台孔，所述圆台孔的小径端为阀口，所述阀口连通所述喷油孔与所述进油油道；所述针阀头部具有与所述圆台孔密封适配的锥面段。优选地，所述喷油嘴的头部外径与头部内径的比值大于或等于2. 5，且小于或等于优选地，所述喷油孔的孔径比大于或等于0. 36，且小于或等于0. 42。优选地，所述调压弹簧的预设压力小于或等于18MPa，且大于或等于16MPa。该喷油器中在喷油嘴和针阀接触面处设置耐磨涂层，在喷油孔的开启和关闭的高频率交替过程中，一直由耐磨涂层承受针阀和喷油嘴之间相对往复运动所带来的摩擦，从而可以有效地降低喷油器的喷油嘴和针阀之间的磨损，延长喷油器的使用寿命；此外，耐磨涂层的厚度较薄，可以较好地贴合针阀的头部接触面或喷油嘴的接触面，不影响二者配合精密性的同时，还可以进一步提高针阀关闭喷油孔的可靠性。为达到本发明的另一目的，本发明还提供一种二甲醚发动机燃油供给系统，包括二甲醚喷油泵以及与之相连接的二甲醚喷油器，所述二甲醚喷油器为上述任一项所述的二甲醚喷油器。由于上述二甲醚喷油器具有上述技术效果，具有该二甲醚喷油器的二甲醚发动机燃油供给系统也具有相同技术效果。
图1为本发明所提供二甲醚喷油器一种具体实施方式
的结构示意图；图2为图1所示二甲醚喷油器中针阀头部与喷油嘴配合的结构示意图；图3为图2中针阀头部的结构示意图；图4为图2中喷油嘴的结构示意图；图5为本发明所提供二甲醚喷油器另一种具体实施方式
中针阀头部与喷油嘴配合的结构示意图；图6为图5中针阀头部的结构示意图；图7为图5中喷油嘴的结构示意图。
具体实施例方式本发明的一个核心是提供一种二甲醚喷油器，该喷油器的针阀和喷油嘴的接触面具有耐磨涂层，可以降低磨损，增加喷油器的使用寿命，而且避免了密封不严、燃料泄露，提高了发动机的功率。本发明的另一核心是提供一种包括上述二甲醚喷油器的二甲醚发动机燃油供给系统。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供二甲醚喷油器一种具体实施方式
的结构示意图； 图2为图1所示喷油器中针阀头部与喷油嘴配合的结构示意图；图3为图2中针阀头部的结构示意图；图4为图2中喷油嘴的结构示意图。本发明所提供的二甲醚喷油器，包括针阀体1和针阀2，针阀2可以沿针阀体1的阀腔轴向移动，针阀体1的头部具有喷油嘴5，针阀体1上开设有进油油道4，针阀体1的阀腔内设置有调压弹簧3，喷油嘴5上具有贯穿其壁体的喷油孔51以及连通喷油孔51和进油油道4的阀口 ；针阀2位于喷油嘴5和调压弹簧3之间，针阀2可以通过如图1所示的弹簧座221与调压弹簧3的一端连接，调压弹簧3的另一端与阀腔内壁之间可以设置调压垫片7，针阀2在调压弹簧3预设压力作用下抵住喷油嘴5头部的阀口，使喷油孔51与进油油道4断开，如图1所示，来自喷油泵的高压油自进油油道4进入喷油器针阀体1的阀腔，在阀腔内建立高压，针阀2的中部可以设置朝向头部喷油嘴5的环形台阶面，当油压增长至一定数值后，油压可以克服调压弹簧3的预设压力将针阀2推向调压弹簧3，以打开阀口，则喷油孔51与进油油道4连通，高压油可以自喷油孔51喷出，进入发动机的燃烧室；一次供油结束后，喷油器内腔的油压逐渐降低，针阀2在调压弹簧3的复位作用下再次堵住喷油嘴5 的阀口，喷油孔51与进油油道4再次断开，停止喷油。为了保证阀口的开启压力，还可以在针阀体1上设置泄漏油口 6。该喷油器中，在针阀2的头部和喷油嘴5内腔的接触面设有耐磨涂层。当针阀2 堵住喷油嘴5的阀口时，针阀头部21和喷油嘴5内腔必然接触，根据针阀头部21与阀口处的匹配结构不同，针阀头部21与喷油嘴5的接触面积大小及形状也不同，而且在针阀2动态移动过程中，接触面也会产生动态变化，这里所述的接触面应以二者的最大接触面为准。 可以仅在针阀头部21的接触面设置针阀耐磨涂层215，或仅在喷油嘴5内腔的接触面设置喷油嘴耐磨涂层53，显然，为了获得最佳的耐磨效果，优选的方案为在二者的接触面上均设置耐磨涂层。耐磨涂层是一种具有耐摩擦力的防粘涂层，耐磨涂层的厚度较薄，可以根据喷油嘴5和针阀2的材料性质，配备适宜的耐磨涂层材料，以便取得最佳的耐磨效果；在工艺上容易实现，可以采用热喷涂技术或化学粘涂技术将耐磨涂层镀于作为基材的喷油嘴5或 /和针阀头部21的接触面上，均可以获得良好的耐磨性能，在热喷涂技术下可以获得厚度更薄的耐磨涂层。由上述喷油器的工作原理可知，针阀2在关闭阀口，断开喷油孔51与进油油道4 时，针阀2的头部与喷油嘴5形成的阀口处接触；针阀2离开阀口开启喷油孔51时，针阀2 的头部不与喷油嘴5的阀口处接触，该发明提供的喷油器中设置耐磨涂层后，在喷油孔51 的开启和关闭的高频率交替过程中，一直由耐磨涂层承受针阀2和喷油嘴5之间相对往复运动所带来的摩擦，从而可以有效地降低喷油器的喷油嘴5和针阀2之间的磨损，延长喷油器的使用寿命；此外，耐磨涂层的厚度较薄，可以较好地贴合针阀2的头部接触面或喷油嘴 5的接触面，不影响二者配合精密性的同时，还可以进一步提高针阀2关闭喷油孔51的可靠性。喷油嘴5可以具有圆台孔，阀口位于圆台孔的小径端。针阀头部21可以是由不同锥度的锥面段和圆台段结合的结合体，如图4所示，针阀2的头部具有依次相接的锥度渐缩的第一锥面段211、第二圆台段212和第三圆台段213，中间的第二圆台段212为与圆台孔适配的圆台段，其长度可以根据实际需求设计，针阀耐磨涂层215设于第二圆台段212上；锥度最大的第一锥面段211可以较好地导向，伸入喷油嘴5的内腔；第三圆台段213连接针阀2的阀杆22，其锥度略小于圆台孔的锥度，便于进入喷油嘴5的圆台孔，且起到增强针阀头部21强度的作用。锥面段和圆台段结合的针阀头部21设计，在充分考虑导向和密封可靠地基础上，减小针阀2与喷油嘴5的接触面积，减小接触应力，提高针阀2启闭喷油孔51 的灵活可靠性，同时可以减少耐磨涂层的面积，降低成本。请参考图5，图5为本发明所提供二甲醚喷油器另一种具体实施方式
中针阀头部与喷油嘴配合的结构示意图；图6为图5中针阀头部的结构示意图；图7为图5中喷油嘴的结构示意图。在该实施方式中，针阀头部21具有与圆台孔适配的锥面段214。则针阀2落座时， 锥面段214进入锥形孔中，堵住阀口，锥面段结构具有较好的导向作用，可以确保针阀2与喷油嘴5配合的精密度和可靠性。进一步地，可以使喷油嘴5的头部外径与头部内径的比值在2. 5 3. 3之间(包括2. 5和3.幻，如图4和图7所示，喷油嘴5的头部外周及其内腔均大致呈半球形，头部外径和头部内径分别为其头部球形外周的半径以及球形内腔的半径。该比值范围可以保证进入喷油嘴5头部内腔中二甲醚燃料的压力，同时确保喷油嘴5头部厚度与该压力相适应。实际上，该比值范围相对现有技术来说，也增加了喷油嘴5的壁厚，提高了喷油嘴5的强度，由于二甲醚高温裂解时不会产生石墨类缓冲、减磨物质，二甲醚喷油器在落座时其冲击力和对金属的剪切力较柴油机大，增加其强度，可以提高喷油器的使用寿命。还可以使喷油嘴5中喷油孔51的孔径比在0. 36 0. 42之间(包括0. 36和0. 42)。 喷油孔51的孔径比即喷油孔51的径向尺寸和轴向尺寸的比值，实际上，喷油孔51轴向尺寸大小基本上为喷油嘴5的壁厚，如图4和图7所示，喷油孔51的轴线沿喷油嘴5头部径向延伸。该比值范围可以确定喷油孔51半径与喷油嘴5壁厚之间的结构关系。在喷油嘴 5壁厚确定的情况下，确定孔径比在0. 36 0. 42之间时，在喷油嘴5承受强度的能力范围之内，使喷油孔51的直径达到最大，喷油效率达到最高，从而保证发动机的动力性能。可以将调压弹簧3的预设压力调为16MPa 18MPa (包括16和18)。减小调压弹簧3的预设压力，即可以获得较小的喷射压力，二甲醚的沸点只有-24. 9°C左右，采用较小的喷射压力即可取得良好的雾化效果，因此，可以适当减小喷油器针阀2的开启压力以便减小针阀2与喷油嘴5头部的接触应力，提高可靠性以及灵活性。除了上述二甲醚喷油器，本发明还提供一种二甲醚发动机燃油供给系统，包括二甲醚喷油泵以及与之相连接的二甲醚喷油器，二甲醚喷油泵自二甲醚燃料罐中获取二甲醚，并将其加压后输送至二甲醚喷油器内，二甲醚喷油器为上述任一实施例所述的二甲醚喷油器，由于上述喷油器具有上述技术效果，具有该喷油器的二甲醚发动机燃油供给系统也具有相同的技术效果，在此不赘述。以上对本发明所提供的一种二甲醚发动机燃油供给系统及其喷油器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种二甲醚喷油器，包括针阀体⑴和针阀O)，所述针阀体⑴具有连通其阀腔的进油油道G)，所述针阀体(1)的阀腔具有调压弹簧(3)，所述针阀体(1)的头部具有喷油嘴(5)，所述喷油嘴(5)具有由所述针阀(2)沿阀腔轴向移动以控制启闭的喷油孔(51)，其特征在于，所述针阀头部和所述喷油嘴(5)内腔的接触面具有耐磨涂层。
2.根据权利要求1所述的二甲醚喷油器，其特征在于，所述喷油嘴(5)具有圆台孔，所述圆台孔的小径端为阀口，所述阀口连通所述喷油孔(5)与所述进油油道⑷；所述针阀头部包括依次相接且锥度渐缩的第一锥面段011)、第二圆台段(21 和与所述针阀 (2)的阀杆02)连接的第三圆台段013)；所述第二圆台段(212)与所述圆台孔密封适配， 所述针阀的耐磨涂层015)设于所述第二圆台段012)上。
3.根据权利要求1所述的二甲醚喷油器，其特征在于，所述喷油嘴(5)具有圆台孔，所述圆台孔的小径端为阀口，所述阀口连通所述喷油孔(5)与所述进油油道⑷；所述针阀头部具有与所述圆台孔密封适配的锥面段014)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的二甲醚喷油器，其特征在于，所述喷油嘴(5)的头部外径与头部内径的比值大于或等于2. 5，且小于或等于3. 3。
5.根据权利要求4所述的二甲醚喷油器，其特征在于，所述喷油孔(51)的孔径比大于或等于0. 36，且小于或等于0. 42。
6.根据权利要求5所述的二甲醚喷油器，其特征在于，所述调压弹簧C3)的预设压力小于或等于18MPa，且大于或等于16MPa。
7.一种二甲醚发动机燃油供给系统，包括二甲醚喷油泵以及与之相连接的二甲醚喷油器，其特征在于，所述二甲醚喷油器为权利要求1至6任一项所述的二甲醚喷油器。
全文摘要
本发明公开了一种二甲醚喷油器，包括针阀体和针阀，所述针阀体具有连通其阀腔的进油油道，所述针阀体的阀腔具有调压弹簧，所述针阀体的头部具有喷油嘴，所述喷油嘴具有由所述针阀沿阀腔轴向移动以控制启闭的喷油孔，所述针阀头部和所述喷油嘴内腔的接触面具有耐磨涂层。该喷油器由耐磨涂层承受针阀和喷油嘴之间相对往复运动所带来的摩擦，从而可以有效地降低喷油器的喷油嘴和针阀之间的磨损，延长喷油器的使用寿命。本发明还提供一种包括上述喷油器的二甲醚发动机燃油供给系统。
文档编号F02M61/10GK102182599SQ20111007879
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者佟德辉, 冀丽琴, 孙少军, 张纪元 申请人:潍柴动力股份有限公司