一種油氣兩用噴嘴的製作方法

2023-05-02 23:53:01 1

本發明屬於動力機械中發動機結構部件裝置技術領域，具體涉及一種油氣兩用噴嘴，既可以噴射壓縮空氣為發動機提供動力，也可以噴射燃油來提供動力，根據發動機的工況在兩種能量間進行切換。

背景技術：

隨著汽車工業的迅猛發展，汽車產業產銷逐年遞增，推動了全球經濟的發展。但是，目前絕大多數汽車使用的是內燃機作為動力，內燃機消耗大量石油、天然氣等寶貴的不可再生能源，目前全世界正面臨能源短缺甚至即將枯竭的可怕局面。同時，內燃機使用的燃料燃燒後，將產生大量的有害氣體，這些有害氣體會對環境造成汙染，也會導致地球溫室效應。

目前，在汽車工業中廣泛採用混合的動力模式來達到節能減排的目的，混合動力一般指裝有電力驅動系統和內燃機的複合動力，在保持高速和足夠續航裡程行駛方面突破了純電動動力的限制，同時燃油經濟性也得到提高，降低尾氣排放。但其動力系統包括兩套動力裝置，驅動和控制系統較為複雜，造價高。

近年來，隨著氣動發動機技術的發展和逐步成熟，空氣動力汽車作為一種新型的新能源汽車，逐漸被人們所熟知。其原理是將壓縮空氣儲存在高壓氣罐中，高壓的壓縮空氣通過減壓到合適的發動機工作壓力，通過噴氣嘴供給氣動發動機工作。其工作介質來源於大氣，排放的尾氣是純淨的空氣，對環境沒有任何汙染。空氣動力汽車具有突出的優點，同時也具有一定的不足之處。壓縮空氣相對於汽油來說能力密度低，為保證足夠的續航裡程，需要提供足夠多的高壓罐來存儲壓縮空氣，故其不適合長途行駛。

噴油嘴和噴氣嘴的高壓噴射方式是目前國內外內燃機和氣動發動機的主要介質供給方式，進氣道噴射發動機的工作模式是將工作介質噴射到進氣道中，通過活塞運動使氣缸中產生的負壓將進氣道中的油氣混合氣吸入到氣缸中進行工作。汽車的噴嘴是通過電磁閥控制，當電磁閥通電時，噴嘴開始工作，此時由於磁場作用產生吸力使復位彈簧上電工作，噴嘴的針閥或噴口被打開，從而使工作介質通過噴口噴出。噴嘴的通電、斷電由電控單元以電脈衝控制。

綜上所述，在現有技術中，無論是傳統內燃機發動機、油電混合動力還是空氣動力發動機，都有各自的優點和缺點。因此，迫切需要一種兼顧節能環保和結構簡單的介質供給系統，油氣兩用噴嘴正好能滿足這種需要。

在國內外現有的技術中，申請人未發現這種油氣兩用噴嘴。對相近技術現有專利進行檢索時發現，申請日期為2011.08.31，專利號為201110254140.8的中國專利文獻公開了一種汽車發動機上使用的油氣混合噴油嘴，在該專利技術方案中主要通過優化噴嘴主體結構使液體燃料霧化成氣體燃料噴出時就能實現一次霧化燃料與空氣的混合，達到燃燒徹底和節能減排的效果；此發明雖然與傳動噴油嘴相比效果更好，但仍然沒有從根本上解決氣體和燃油供給之間切換的問題。申請日期為2009.05.07，申請號為200920131562.41562.4的中國專利文獻《噴氣嘴、噴氣系統及機動車》公開了一種噴氣嘴，該噴氣嘴用於噴射高壓空氣來驅動發動機工作，即使長時間工作，噴氣嘴也不會因溫度太冷而冷凝結冰，能使噴氣嘴、高壓氣體發動機和機動車持續穩定的工作；該專利技術方案只以高壓氣體為工作介質，並不涉及燃油的供給，仍然沒有完全解決空氣動力汽車續航和長途行駛的問題。申請日期為2013.03.28，申請號為201320146073.2的中國專利文獻《油氣共用噴嘴的發動機》公開了一種油氣共用噴嘴，該技術把進氣門用油氣共用噴嘴替代，能夠實現發動機所需要的燃料和空氣油氣直噴入氣缸，其製造運行成本低，有效地簡化發動機氣缸結構；但其只是對實物的一種假設改進，並沒有涉及到噴嘴的內部結構和工作原理如何去實現，只能作為理論上的參考，意義不大。

鑑於上述存在的種種問題以及國家對新能源產業的大力扶持，亟需開發出一款適合傳統內燃機且綜合燃油和空氣動力各自優點的兩用噴嘴。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種結構簡單合理，燃油作為主介質、高壓空氣作為輔助介質的油氣兩用噴嘴，可實現節能減排，減低成本的油氣混合噴嘴，其效果優於渦輪增壓的效果。

本發明解決其技術問題採用以下的技術方案：

本發明提供的油氣兩用噴嘴，其主要由燃油噴射系統和壓縮空氣噴射系統組成，其工作介質分別是燃油和壓縮空氣；當發動機的轉速不高、負載不大或油量不足的情況下，不噴射燃油，即燃油噴射系統處於斷路狀態不參與工作，壓縮空氣作為輔助介質開始工作，這時噴嘴體噴射的是壓縮空氣；當噴嘴體需要噴射燃油時，壓縮空氣入口電磁線圈斷電，壓縮空氣系統則處於斷路狀態，閥芯電磁線圈通電，燃油噴射系統進入工作狀態。

所述的燃油噴射系統和壓縮空氣噴射系統，共用一個噴嘴體，該噴嘴體頭部呈內外兩層結構，內部是平衡式提動閥杆的閥芯，其結構是整體貫通的，可形成噴氣口，外部是噴油針及滾珠。

所述的噴嘴體具有多個噴油孔以及1個噴氣口，每個噴油孔對應有1個噴油針和1個滾珠；所述噴油針和滾珠，它們相對於噴嘴體的中軸線按360°的圓弧對稱分布，利用噴油針可通過噴油孔實現燃油的噴射；在噴油孔的上部和滾珠的下部均設有密封座。

所述的噴嘴體具有噴油腔和噴油道，燃油通過油管流通到噴油腔中，噴油腔通過噴油道將燃油通入噴油孔中。

所述的噴嘴體具有噴油針控制件，該噴油針控制件包括油環、噴油針控制彈簧、閥杆導向套和平衡式提動閥杆；所述噴油針控制彈簧，其一端靠在彈性墊圈上，其另一端靠在閥杆導向套上，其彈力控制噴油針和滾珠的開閉，該彈力由軸端擋圈和止擋套筒止擋；彈性墊圈支撐在軸端擋圈和止擋套筒上；平衡式提動閥杆依次同心的穿過彈性墊圈、油環以及閥杆導向套，在其反方向上連接有壓縮空氣流道。

所述的平衡式提動閥杆，其內部空腔設有油管，二者間隙供壓縮氣體的流動。

所述的壓縮空氣噴射系統，其設有壓縮空氣入口、燃油入口以及壓力腔，壓縮空氣入口和燃油入口均設置在噴嘴體的頭部，即遠離進氣道的一端，壓縮空氣入口與壓力腔連通，燃油通過燃油入口進入到噴嘴體中，壓縮空氣通過壓縮空氣入口進入到噴嘴體中。

所述的壓力腔，其設有壓縮空氣入口彈簧、壓縮空氣入口電磁線圈以及壓縮空氣入口銜鐵，其中：壓縮空氣入口彈簧在噴氣方向上通過壓縮空氣入口電磁線圈驅動壓縮空氣入口銜鐵8的開閉，從而控制壓縮空氣流道中壓縮空氣的流入。

本發明提供的上述的油氣兩用噴嘴，其在內燃機發動機、氣動發動機、油電混合發動機中的應用。

本發明應用時，其裝在所述發動機進氣歧管噴油嘴的位置。

本發明與現有技術相比具有以下優點和積極效果：

1.由於採用了新型結構，使得噴嘴不僅可以噴出霧化的油，還可以實現壓縮空氣的柱狀噴射，且能保證穩定的流量，達到控制精確的目的。

2.用一個噴嘴實現了兩種介質的噴射，並能在兩種介質中任意切換，有效地簡化發動機氣缸的結構，同時這對節能減排以及降低燃油消耗率方面都有重大的現實意義。

3.結構簡單、實用：

由於普通進氣歧管結構複雜，與發動機氣缸體裝配後預留的安裝空間非常小，故不宜將壓縮空氣噴嘴和燃油噴嘴分開安裝，這樣會佔用進氣歧管的空間且不能將壓縮空氣或燃油順利直接噴射到進氣門上方。本發明中，將壓縮空氣噴嘴和燃油噴嘴設計成一體形成油氣兩用噴嘴，只需把原進氣歧管做簡單改進，將油氣兩用噴嘴安裝在原噴油器的位置上，不需要對進氣歧管的設計做大的修改，既拆裝方便，節約了開發成本，又提高了發動機的工作效率。

4.能夠用壓縮空氣對內燃機的燃燒動力進行補充，其經濟效益和社會效益顯著，效果優於渦輪增壓發動機。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為油氣兩用噴嘴部分的結構示意圖。

圖3為油氣兩用噴嘴部分的俯視圖。

圖中：1.油氣兩用噴嘴；2.噴嘴體；3.壓縮空氣入口；4.電接頭；5.油管；6.壓縮空氣入口彈簧；7.壓縮空氣入口電磁線圈；8.壓縮空氣入口銜鐵；9.噴油針控制件；10.油環；11.噴油針控制彈簧；12.噴油腔；13.噴油道；14.噴油針；15.滾珠；16.密封座；17.噴油孔；18.中軸線；19.進氣道；20.噴氣口；21.噴氣方向；22.噴油方向；23.閥杆導向套；24.平衡式提動閥杆；25.閥芯電磁線圈；26.彈性墊圈；27.閥杆行程；28.軸端擋圈；29.止擋套筒；30.壓縮空氣流道；31.壓縮空氣入口彈簧座；32.壓力腔；33.進油管；34.濾網；35.燃油入口。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步闡述，但不限定本發明。

本發明提供的油氣兩用噴嘴1，其結構如圖1所示，主要由兩部分系統組成，第一部分是燃油噴射系統，第二部分是壓縮空氣噴射系統。兩個系統的工作介質分別是燃油和壓縮空氣，當發動機轉速較高、負載大的情況下，燃油噴射系統參與工作，壓縮空氣噴射系統處於斷路狀態不參與工作，這時與普通內燃機一樣，噴嘴噴射的是燃油。

在燃油噴射系統中，其具有一個噴嘴體2。

所述的噴嘴體2，包括4個噴油孔17以及1個噴氣口20。每個噴油孔17對應有1個噴油針14和滾珠15。根據圖3所示，4個噴油孔17相對於噴嘴體2的中軸線18按360°的圓弧對稱分布，以實現最佳的噴霧效果。通過噴油孔17和噴氣口20，使壓縮空氣和燃油將被噴射到進氣道19中，該進氣道19位於發動機氣缸燃燒室上方。

所述的噴油針14和滾珠15是組合成一體的，它們打開和關閉的運動方向是一致的。

所述的噴嘴體2，還包括密封座16，且噴油針14的行程可調節，密封座16位於噴油孔17的上部和滾珠15的下部。

該燃油噴射系統還包括噴油腔12和噴油道13，燃油通過油管5流通到噴油腔12中。噴油腔12通過噴油道13將燃油通入噴油孔17。

進一步的，在燃油噴射系統中，還設有噴油針控制件9，其設置在噴嘴體2的中間部位，其頭部一端是噴油針，另一端靠在彈性墊圈26上。所述噴油針控制件9，從行程調節的角度來看，其包括噴油針14、油環10以及閥杆導向套23；從結構組成的角度來看，其包括油環10、噴油針控制彈簧11以及平衡式提動閥杆24，其可對噴油針14和滾珠15的開閉進行控制，調節燃油的噴射狀態。噴油針14、油環10以及閥杆導向套23作為一個整體在噴油針控制件9中沒有使用任何軸向或周向固定措施，僅依靠軸向端面彼此貼近靠置。噴油針14由噴油針控制彈簧11的彈力來控制其開閉。噴油針控制彈簧11的一端靠在彈性墊圈26上，另一端靠在閥杆導向套23上。彈性墊圈26支撐在軸端擋圈28和止擋套筒29上，軸端擋圈28和止擋套筒29對噴油針控制彈簧11的彈力可以起到止擋的作用。軸端擋圈28與噴嘴體2可加工成一體或採用某種固定的方式相連接。

所述噴油針控制彈簧11在中軸線18的軸向方向控制噴油針14和滾珠15的開閉，同時也間接驅動軸環10和閥杆導向套23，控制著油環10或者閥杆導向套23與止擋套筒29之間的閥杆行程27。

更進一步的，平衡式提動閥杆24的內部是空腔結構，油管5設置在平衡式提動閥杆24內部的空腔中，且油管5與平衡式提動閥杆24是同軸的，且油管直徑遠小於平衡式提動閥杆24的直徑，故不影響壓縮氣體的流動。平衡式提動閥杆24沿箭頭表示的噴氣方向21上依次同心的穿過彈性墊圈26、油環10以及閥杆導向套23，在其反方向上連接有壓縮空氣流道30。藉助於該平衡式提動閥杆24可將壓縮空氣通過噴氣口20噴至進氣道19。

更進一步的，在噴油針14閉合的情況下軸端擋圈28支撐在彈性墊圈26上，這可以看成是未噴油狀態各部件的初始位置。此時，在彈性墊圈26與軸端擋圈28或止擋套筒29之間形成了一個閥杆行程27，該閥杆行程27是通過止擋套筒29與油環10的彼此相對的軸向端面之間的軸向距離來實現的。該閥杆行程表示噴油針14和滾珠15的升程約為0.15mm。其中，噴油針14和滾珠15提動一次時間在2ms—10ms範圍內，打開時間長噴油量大，打開時間短噴油量少，這根據汽車發動機的轉速情況需要不同的噴油量大小而定。

本發明中，閥芯電磁線圈25用於控制閥杆行程27，即控制噴油針14的開啟和閉合。

此外，燃油通過燃油入口35注入到進油管33中，在進油管33的進口處設置有濾網34。進油管33沿中軸線18方向的部分同軸的設置在壓縮空氣入口銜鐵8中，且壓縮空氣入口銜鐵8的工作不影響系統的正常供油。燃油順著噴油方向22被分別引入到各噴油腔12中，再通過噴油孔17噴射到進氣道19中。

本發明的噴嘴體2設置有壓縮空氣噴射系統，在壓縮空氣噴射系統中設置有壓縮空氣入口3、燃油入口35以及壓力腔32，壓縮空氣入口3與壓力腔32連通。壓縮空氣噴射過程的空氣壓力約為3MPa，構成壓縮空氣噴射系統且與高壓空氣直接接觸的元件：壓縮空氣入口3、壓縮空氣入口彈簧6、壓縮空氣入口銜鐵8、噴氣口20、平衡式提動閥杆24以及壓縮空氣流道30均採用耐高壓的材料(如碳纖維)製造。燃油通過燃油入口35進入到噴嘴體2中，壓縮空氣通過壓縮空氣入口3進入到噴嘴體2中。

所述的噴油針控制彈簧11和壓縮空氣入口彈簧6，其分別通過壓縮空氣入口電磁線圈7和閥芯電磁線圈25的上電情況來控制噴油和噴氣的時刻，兩個電磁線圈都是通過電接頭4通電時傳來的電流信號來分別驅動的，電接頭4裝在噴嘴體2的進氣端一側，且位於噴嘴體2的側面。

所述的噴嘴體2還設置有壓縮空氣流道30，其端部設計成楔形的結構，楔形口的直徑與壓縮空氣入口銜鐵8的直徑相通。壓縮空氣流道30同軸的設置在壓縮空氣入口彈簧座31中，壓縮空氣入口彈簧座31的一端靠在軸端擋圈28上，另一端靠在壓力腔32的外壁，用於承受壓縮空氣入口彈簧6工作時所產生的彈力。壓力腔32中布置有壓縮空氣入口彈簧6、壓縮空氣入口電磁線圈7以及壓縮空氣入口銜鐵8，它們彼此這樣的工作著：當壓縮空氣入口電磁線圈7上電後，壓縮空氣入口彈簧6的彈力將壓縮空氣入口銜鐵8打開，此時壓縮空氣順利通過壓縮空氣流道30的楔形口進入到流道中。壓縮空氣入口電磁線圈7屬於高頻電磁控制，使得壓縮空氣入口銜鐵8打開和閉合的時間在2ms-5ms範圍內。

本發明中的電接頭4通電時傳來電流信號可分別對壓縮空氣入口電磁線圈7和閥芯電磁線圈25進行單獨控制，從而分別對噴油和噴氣的開啟和關閉時刻進行控制。

本發明提供的油氣兩用噴嘴，其工作介質是壓縮空氣和燃油，當發動機的轉速不高、負載不大或油量不足的情況下，不噴射燃油，即燃油噴射系統處於斷路狀態不參與工作，壓縮空氣作為輔助介質開始工作，這時油氣兩用噴嘴1噴射的是壓縮空氣；當油氣兩用噴嘴1需要噴射燃油時，壓縮空氣入口電磁線圈7斷電，壓縮空氣噴射系統則處於斷路狀態，閥芯電磁線圈25通電，燃油噴射系統的相關部件進入工作狀態。其具體工作過程如下：

在這裡所示出的初始狀態中，壓縮空氣入口電磁線圈7和閥芯電磁線圈25均處於斷電狀態，此時不進行介質噴射。

當燃油作為發動機的工作介質時，需要通過4個噴油孔17將燃油噴入進氣道19。為實現4個噴油孔17的燃油噴射，高壓燃油通過燃油入口35進入噴嘴，燃油入口35內部設有置有濾網34，用於過濾燃油中的雜質和沉澱。平衡式提動閥杆24與鋼球15和噴油針14是組合成一體，當電接頭4通電傳來電流信號時，使閥芯電磁線圈25上電而產生電磁作用力，該作用力迫使噴油針控制彈簧11被壓縮，該彈力作用在噴油方向22的反方向上，使得平衡式提動閥杆24、滾珠15以及噴油針14從密封座16上升起。所述的4個噴油孔17與噴油腔12、噴油道13是連通的，燃油可通過噴油腔12和噴油道13從噴油孔17噴入到進氣道19中。

噴油針14升起方向的限位可通過軸端擋圈28或止擋套筒29的端部來實現，該限位設計在止擋套筒29與油環10之間，即限位行程通過閥杆行程27來表現。

當壓縮空氣作為發動機的工作介質時，壓縮空氣通過壓縮空氣入口3進入噴嘴體2，在噴嘴體內有一個壓縮空氣入口電磁線圈7，壓縮空氣入口彈簧6與壓縮空氣入口銜鐵8組合成一體。當電接頭4通電傳來電流信號時，使壓縮空氣入口電磁線圈7上電而產生電磁作用力，該作用力迫使壓縮空氣入口彈簧6被壓縮，將壓縮空氣入口銜鐵8打開，使壓縮空氣順利進入到壓縮空氣流道30中，接著進入到平衡式提動閥杆24內部的空腔中，並順著噴氣方向21通過噴氣口20噴至進氣道19。當壓縮空氣入口電磁線圈7斷電時，壓縮空氣入口彈簧6在自身的彈性力的作用下回位，壓縮空氣入口銜鐵8恢復到進氣前的位置，此時便停止供氣。

噴氣口20的直徑約為10mm，壓縮空氣噴射系統不僅需保證噴氣的壓力為穩定的3MPa，而且要保證穩定的噴氣流量約為400g/s，在設計中期望的是：壓縮空氣入口銜鐵8及噴油針14、滾珠15在開閉時間上幾乎沒有延遲，能夠獲得極其快的開閉速度。

前述中，如圖2所示，噴嘴體2的頭部呈內外兩層結構，內部是平衡式提動閥杆24的閥芯，其結構是整體貫通的，可形成噴氣口20，外部是噴油針14及滾珠15。

當需要結束噴射時，閥芯電磁線圈25或者壓縮空氣入口電磁線圈7斷電，噴油針控制彈簧11或者壓縮空氣入口彈簧6在打開方向上的作用力消失，瞬間切斷油路或者氣路，則各部件回到未工作狀態時的初始位置。

以上實例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域的普通技術人員應當理解，本發明的技術方案進行修改或者同等替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍中。