单针阀主辅多孔油嘴喷油器、燃油供给系统和发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机领域，具体涉及多孔喷油器领域。


背景技术：

2.现有进气道预混机型双燃料发动机的燃烧系统主要分为两类。第一类双燃料发动机以man l23/30df和l28/32df为例，在燃油模式下，燃油通过主喷油阀喷射，当在气体模式下运行时，相同的喷油阀用于喷射引燃油，这意味着在气体模式下运行不需要配备另外的喷油器、泵和管道。第二类双燃料发动机的喷油装置由一个具有较大流量的主喷油器/针阀和一个独立的具有较小流量的微引燃喷油器/针阀组成。
3.但现有双燃料发动机燃油系统存在一些缺点，在单喷油器/单针阀模式下，由于喷孔是按燃油模式全功率工况设计，在小喷油量下不稳定，所以无法实现气体燃料模式下的低碳燃料在全工况下的稳定运行；在双喷油器/双针阀模式下，由于使用了单独的微引燃喷油器/针阀，可以实现气体模式在全工况下的稳定运行，但需要在喷油器内使用额外的针阀结构、在外部配备额外的泵和管道，会增加发动机的使用和维护成本。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是提供单针阀主辅多孔油嘴喷油器，能够在单针阀的条件下实现主燃油喷射和微引燃燃油喷射的并行释放或单一释放。
5.为实现上述目的的单针阀主辅多孔油嘴喷油器包括针阀和第一活塞，所述第一活塞沿所述针阀轴向方向移动，该喷油器还包括主喷孔、辅喷孔、控制油路和针阀限位结构，主喷孔和辅喷孔具有高度差的依次设置在喷油器喷嘴处；针阀限位结构的第一控制腔设置在所述第一活塞上方，与所述控制油路可关闭地连通，所述第一控制腔内控制油的存储状态决定所述第一活塞的升程位置，进而决定所述针阀的升程位置，进而实现所述主喷孔和所述辅喷孔的并行释放或单一释放。
6.在一个或多个实施例中，针阀限位结构还包括第二控制腔、第一弹性件和泄油油路，所述第一活塞和所述针阀的部分位于所述第二控制腔内，所述第二控制腔与所述泄油油路连通，所述第一弹性件连接所述针阀和所述第一活塞。
7.在一个或多个实施例中，针阀限位结构还包括第二弹性件，用于连接所述第一活塞与所述第一控制腔，所述第二弹性件作用于所述第一活塞的力小于所述第一弹性件作用于所述第一活塞的力。
8.在一个或多个实施例中，所述控制油路包括控制油第一油路、控制油第二油路和控制油泄油油路，该喷油器还包括第二活塞，所述第一控制腔与所述控制油第一油路可关闭地连通，与所述控制油泄油油路可关闭地连通。
9.在一个或多个实施例中，该喷油器还包括第二活塞和第三弹性件，所述第三弹性件用于向所述第二活塞施加第一方向的推力，所述第二活塞设置成受控制油压推动以克服所述第三弹性件的弹力向相反于所述第一方向的方向移动，进而封堵所述第一控制腔与所
述控制油泄油油路。
10.在一个或多个实施例中，所述第一控制腔通过阀或电磁组件与所述控制油第一油路和所述控制油泄油油路可关闭地连通。
11.在一个或多个实施例中，该喷油器还包括针阀承压腔，所述针阀承压腔用于接收高压油，进而凭借腔内高压推动所述针阀上移。
12.在一个或多个实施例中，所述针阀为空心针阀，所述空心针阀的外壁面与所述喷油器喷嘴相对密封地配合。
13.在一个或多个实施例中，所述主喷孔位于所述辅喷孔上方，用于提供主燃油大油量喷射，所述辅喷孔用于提供喷雾。
14.本发明的另一个目的是提供一种燃油供给系统，使用上述单针阀主辅多孔油嘴喷油器。
15.本发明的再一个目的是提供使用上述燃油供给系统的发动机。
16.上述单针阀主辅多孔油嘴喷油器通过设置主辅喷孔结构，并借助第一活塞的多升程结构设计，在单针阀喷油器的条件下，通过调控单针阀的升程位置实现主喷孔和辅喷孔的并行释放或单一释放，进而使喷油器兼顾了主喷大油量和微引燃小油量的喷射稳定性，提高了低碳燃料的替代率，进而降低了碳排放，同时结构简单，不需配备较多的辅助件，易于生产制造。
附图说明
17.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
18.图1是针阀主辅多孔喷油器的一个实施例的结构剖视图；
19.图2是第一活塞处于第一升程位置时主辅喷孔处于关闭状态下的位置示意图；
20.图3是主辅喷孔处于全开状态下的位置示意图；
21.图4是第一活塞处于第二升程位置时主辅喷孔处于关闭状态下的位置示意图；
22.图5是主辅喷嘴处于全开状态下的位置示意图。
23.符号标记说明
24.10、针阀
25.11、针阀承压腔
26.12、单向阀
27.13、第三弹性件
28.14、第二活塞
29.15、第一控制腔
30.16、第二控制腔
31.17、第一弹性件
32.18、泄油油路
33.19、第二弹性件
34.20、第一活塞
35.23、高压油进油孔
36.31、主喷孔
37.32、辅喷孔
38.40、控制油路
39.41、控制油第一油路
40.42、控制油第二油路
41.43、控制油泄油油路
具体实施方式
42.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
43.需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
44.结合图1所示，单针阀主辅多孔油嘴喷油器包括针阀10和第一活塞20，第一活塞20沿针阀10轴向方向移动。与传统喷油器结构相似，该喷油器还包括针阀承压腔11，针阀承压腔11用于接收来自高压油进油孔23的高压油，进而凭借腔内液压向针阀锥面施力，推动针阀10上移。
45.喷油器还包括主喷孔31和辅喷孔32、控制油路40和针阀限位结构。主喷孔31和辅喷孔32具有高度差的依次设置在喷油器喷嘴处，主喷孔31用于提供主燃油大油量喷射，具有喷雾贯穿距长、缸内空间利用率高的优点；辅喷孔32用于提供微喷燃油量的喷雾，具有雾化质量优良、滞燃期短的优点。主辅喷孔不限于图示的两排，本领域技术人员可以理解的是，还可以设置成具有高度差的多排喷孔。在一些实施例中，主喷孔31设置在辅喷孔32的上方，
46.针阀限位结构用于控制针阀的升程，包括第一控制腔15，第一控制腔15设置在第一活塞20上方，与控制油路40可关闭地连通，第一控制腔15内控制油的存储状态决定第一活塞20的升程位置，进而决定针阀10的升程位置，进而实现主喷孔31和辅喷孔32的并行释放或单一释放。通过使用控制油路，控制第一活塞20的升程位置，进而控制针阀10的抬升位置，进而决定具有不同高度的主喷孔31和辅喷孔32的开启状态。
47.在一些实施例中，针阀限位结构还包括第二控制腔16、第一弹性件17和泄油油路18。第一活塞20和针阀10的部分位于第二控制腔16内，第二控制腔16与泄油油路18连通，第一弹性件17连接针阀10和第一活塞20。针阀限位结构还包括连接第一活塞20与第一控制腔15的第二弹性件19，第二弹性件19作用于第一活塞20的力小于第一弹性件17作用于第一活塞20的力，在控制油不通入控制油路40的情况下，以使第一活塞20处于较高的升程。
48.控制油路40包括控制油第一油路41、控制油第二油路42和控制油泄油油路43，第一控制腔15与控制油第一油路41可关闭地连通，与控制油泄油油路43可关闭地连通。
49.如通过图1所示的第二活塞14和第三弹性件13的配合，控制第一控制腔与控制油泄油油路43的开闭状态。第三弹性件13用于向第二活塞14施加第一方向的推力，第二活塞14设置成受控制油压推动以克服第三弹性件13的弹力向相反于第一方向的方向移动，进而
封堵第一控制腔15与控制油泄油油路43。当控制油路通入带有压力的控制油时，首先，控制油第二油路42作用在第二活塞的右侧的大面积活塞面上，油压对第二活塞14的作用力大于第三弹性件13的弹性力，第二活塞14向左移动，第二活塞14的小圆柱面封堵控制油泄油油路14，此时封闭第一控制腔15。同时，控制油通过控制油第二油路，通过单向阀12，通过第一活塞20和喷油器体内部顶面的流道，进入第一控制腔15，由于控制油的压力存在，控制油压力以及第二弹性件19形成的合力，动第一活塞20下行至第二限位l2。
50.在另一些实施例中，第一控制腔15通过阀或电磁组件与所述控制油第一油路41和控制油泄油油路43可关闭地连通，如通过电磁衔铁实现可通断的连通。在一些实施例中，控制油第一油路41通过图1所示的单向阀12，单向阀12包括球，密封锥面，弹簧以及相关垫圈，仅允许控制油经控制油第一油路41流入第一控制腔15而不允许回流。
51.为保证针阀的升程位置能够控制主喷孔31和辅喷孔32的选择性释放，在一些实施例中，针阀为空心针阀，空心针阀的外壁面与喷油器喷嘴相对密封地配合，保证燃油仅在针阀下方流动。
52.控制油路对第一活塞20和针阀10的影响参照图2至图5理解。
53.图2所示的状态下，控制油不送入控制油第一油路41和控制油第二油路42，控制油不向第二活塞14和第一活塞20施加力。第二活塞14受到第三弹性件13的弹力，向图2所示的右侧运动，此时第二活塞14不堵塞控制油泄油油孔。第一控制腔15内控制油不施加力，第一活塞20上方受力较小。此时，第一活塞20同时受第一弹性件17和第二弹性件19的弹性力，但第二弹性件19作用于第一活塞20的力小于第一弹性件17作用于第一活塞20的力，因此第一活塞20位于较高的升程位置，如图2所示的第一升程位置l1。
54.当高压油不通入针阀承压腔11时，针阀10下部锥面受力较小。第一弹性件17向针阀10施加的力与针阀承压腔11内液压向针阀锥面处所施加的力维持平衡。第二弹性件19向第一活塞20施加的弹性力与第一控制腔15内液压向第一活塞20施加的力的合力与第一弹性件17向第一活塞20施加的力维持平衡。此时主喷孔31和辅喷孔32均处于关闭状态。
55.图3示出了进入高压燃油后，针阀承压腔11内的高压燃油向针阀施加向上的推力，促使针阀10克服第一弹性件17的弹性力而上升，第二控制腔16内的燃油收挤压。泄油油路18用于排出第二控制腔16内的燃油。由于不通入控制油，第一活塞20处于第一升程位置l1，针阀10的顶部逐渐上升并与第一活塞20接触后，针阀10顶部处于第一升程位置h1，针阀10末端处于h1位置。针阀10末端升程位置h1较高，因此实现主喷孔31和辅喷孔32的同时开启，高压燃油从针阀下部分的燃油通路，流入下部的压力室内，从压力室内经过主喷孔31、辅喷孔32，向外喷射燃料。在主喷孔31喷射主喷液体燃料时，辅助喷孔32的射流火焰可以起到助燃作用，提高燃烧效率。
56.图4和图5示出控制油路开启状态下的部件位置示意图。在图4中，控制油通入控制油第一油路41和控制油第二油路42，第二活塞14在控制油压的影响下沿图4的左侧方向移动，并克服第三弹性件13的弹性力，进而封堵制油泄油孔，阻断第一控制腔15内的控制油流入控制油泄油油路43。控制油经控制油第一油路41，经过单向阀12，经过第一活塞20和喷油器体内部顶面的流道，流入第一控制腔15后充满第一控制腔15，液压对第一活塞20的影响增加，液压对第一活塞20的推力与第二弹性件19对第一活塞20弹性力的合力逐渐大于第一弹性件17对液压对第一活塞20的力，推动第一活塞20逐步向下移动，第一活塞20向下移动
至喷油器体的限位处后停止移动，如图4所示，此时第一活塞20维持在与图2和图3所示状态不同的另一平衡位置，最高升程已降低为第二升程位置l2。
57.可以理解的是，开启高压燃油后，针阀承压腔11内的高压燃油向针阀施加向上的推力，促使针阀10克服第一弹性件17的弹性力而上升。如图5所示，由于第一活塞20处于升程位置l2，且第一控制腔内的控制油，单向阀12的流动方向为从控制油路41至第一腔室15的单向导通，根据液体具有不可压缩的特性，第一控制腔15内的控油油具有保持第一活塞20处于升程位置l2的作用，因此针阀10顶端最高处于第二升程位置h2，针阀底端处于升程位置h2，升程位置h2位于主喷孔31和辅喷孔32之间，实现了仅开放位于下部的辅喷孔32而关闭主喷孔31的结构。当双燃料发动机需要进行柴油的微量喷射时，从辅助喷孔32喷出柴油形成的射流火焰，会引燃在发动机气缸内其他燃料。
58.由此，上述结构控制第一活塞的位置实现针阀的双升程，进而实现双层喷孔的根据需求打开。发动机在整个工作循环中，均会有一次高压燃油供至高压燃油进油孔，针阀10进行一次开启和关闭。通过主喷孔31和辅喷孔32的在燃料喷射过程的控制，根据发动机实际燃烧燃料的需求以及发动机工况的需求确定。当需要上下两层喷孔喷射时，不通入控制油；需要仅开启下层喷孔时，通入控制油。
59.优选的，在喷油器的运动件中，针阀10、第一活塞20、第二活塞14，运动零件与对应配合的静态零件是精密偶件。
60.当针阀10处于关闭位置时，为避免燃油发生渗漏，针阀10下部滑动部分将主喷孔31、辅喷孔32封堵，同时针阀10下部密封锥面与油嘴配合的密封座面也能够保证燃料不发生渗漏。
61.当前喷油器安装在发动机缸盖上，优选的，油嘴出口在燃烧室中心。
62.优选的，主喷孔31、辅喷孔32的喷孔数量，喷孔直径，喷孔夹角，根据发动机的实际情况进行设计。
63.优选的，控制油路40的油液压力，根据实际应用情况进行选择。
64.该结构在发动机使用除柴油之外的其他燃料时，能够利用辅喷孔的小喷孔雾化质量优良、滞燃期短的优点，做双燃料发动机气缸内的引燃油；在发动以柴油作为主燃料时，利用主喷孔喷雾贯穿距长、缸内空间利用率高的优点，且辅以辅喷孔喷雾贯穿距短、雾化精良的，助燃的优点，改善柴油在缸内的燃烧状态，缸内同时兼顾主喷大油量和微引燃小油量的喷射稳定性。主辅多孔复合喷油嘴实现了优化缸内燃烧的效果，同时充分利用缸内燃烧空间，进而提高了燃烧效率，降低碳排放。此外，上述结构相对简单，不需要设置过多辅助件。
65.结合上述对单针阀主辅多孔油嘴喷油器的介绍，还可以理解到一种使用单针阀主辅多孔油嘴喷油器的具有较佳的燃烧效果的燃油供给系统，以及一种包括上述燃油供给系统的发动机。
66.需要说明的是，上述介绍中使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不代表主次，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
67.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因
此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
68.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。