利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統的製作方法

2023-04-24 15:20:46 4

專利名稱：利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統的製作方法
技術領域：
利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統技術領域[0001]本發明創造涉及一種內燃機柴油噴射系統，具體涉及一種利用氣缸燃燒壓力驅動 的柴油噴射系統。
背景技術：
[0002]內燃機自問世以來，已經有一百多年的歷史。作為動力機械，其熱效率高、結構簡 單、比質量輕、移動方便，被廣泛用於交通運輸、農業機械、工程機械和發電等領域，對人類 的發展具有十分重要的意義。目前，內燃機作為熱效率最高的發動機，所發出的功率佔全世 界所有動力裝置總功率的90%。在今後相當長的時期內，內燃機因其特有的優點，仍將處於 不可替代的地位。在現有的內燃機中，由於柴油機具有熱效率高、功率範圍廣和耐久性好等 優點，其應用廣泛，在發電、工程機械、農業機械和大中功率的船舶等領域並佔據著統治地 位。[0003]柴油機主要使用柴油。柴油是石油提煉後的一種油質的產物。它由不同的碳氫化 合物混合組成，主要成分是含10到22個碳原子的鏈烷、環烷或芳烴。它的化學和物理特性 位於汽油和重油之間，沸點在170°C至390°C間。由於柴油與內燃機另一種主要燃料汽油相 比，具有黏度大，十六烷值高，因此常規柴油機的燃燒主要是通過高壓噴射系統，將柴油高 壓噴入柴油機氣缸中，燃料經過噴散、加熱蒸發、擴散、混合和初期氧化等一系列物理的和 化學的準備過程，最終燃燒，它是一種擴散燃燒。[0004]與汽油機相比，柴油機具有熱效率較高，扭矩大，最大功率時的轉速低，但是柴油 機由於工作壓力大，要求零件具有較高的結構強度和剛度，所以柴油機比較笨重，體積較 大；柴油機的噴油泵與噴嘴製造精度要求高，所以成本較高；升功率指標不如汽油機；噪 聲、振動較高；顆粒(PM)和氮氧化物(NOX)排放比較嚴重。隨著近年來柴油機技術的進步， 電控直噴、共軌、渦輪增壓、中冷等一批先進的技術得以在柴油機上應用，使原來柴油發動 機存在的缺點得到了 一定的改善。[0005]燃油噴射系統是柴油機非常重要的部件，它關係到柴油機油耗和排放。由於能源 緊張和環境保護的要求，柴油機油耗和排放要求越來越高。目前柴油機燃油噴射系統主要 有三種系統機械泵燃油噴射系統、單體泵燃油噴射系統和高壓共軌燃油噴射系統。[0006]機械泵燃油噴射系統可以採用不同出油閥(等壓閥、阻尼閥等)、更改凸輪軸的型 線等來提高性能。單體泵燃油噴射系統在每個氣缸裝配I個高壓泵，最高噴射壓力可達 200MPa。機械泵燃油噴射系統和單體泵燃油噴射系統具有結構相對簡單、性能可靠、故障率 低、壽命長且維修方便。上述兩種燃油噴射系統與高壓共軌燃油噴射系統相比，製造工藝相 對簡單，成本較低，產品價格也低，對油品的清潔度(即雜質和芳香烴類)不太敏感。[0007]高壓共軌燃油噴射系統採用高壓供油泵，將高壓燃油儲存在軌道內並保持高壓， 依靠噴油器電磁閥的開閉控制噴油時間和噴油量。高壓共軌噴油系統的軌道壓力始終保持 在設定值，便於實現噴射的靈活控制，容易實現單循環多次噴射。共軌噴油器高速電磁閥一 次噴射最多可進行多次脈動，要求響應速度更快，對電子控制要求較高。共軌軌道壓力較高(一般為150-180 MPa)，焊接和鉚接工藝水平要求高。軌道和高壓油管始終處在高壓環境 下，對密封材料和金屬材質的要求高。高壓共軌燃油噴射系統各組成部分的精度都非常高， 偶件間隙控制嚴格，部分直線度在O. 8微米以下，偶件間隙在1. 5-3. 7微米之間，所以對柴 油清潔度提出了很高的要求，雜質會加速運動副磨損甚至使其卡死。油品中的芳香烴使橡 膠失去彈性從而影響密封。[0008]與汽油機燃料噴射系統相比，柴油機三種燃油噴射系統都需要較高壓力的油泵， 製造技術較高，結構複雜，這也增加了發動機的故障。同時，柴油機燃料噴射系統成本高。另 外這三種燃油噴射系統是由曲軸的動能來驅動，而曲軸的動能由氣缸內的燃燒壓力轉換而 來，需要消耗較多發動機功率。發明內容[0009]本發明創造的目的就是克服上述現有技術的缺陷，設計一種利用氣缸燃燒壓力驅 動的柴油噴射系統，具體技術方案如下[0010]—種利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，包括活塞、進氣道、氣缸蓋、進氣門、 進油單向閥、燃油箱、燃油低壓泵、電控噴油器進油通道、電控噴油器、排氣門、排氣道、燃燒 室，進氣道和排氣道對應設置在氣缸蓋上，進氣道和排氣道上對應安裝有進氣門和排氣門， 進氣門、排氣門、活塞和氣缸蓋之間形成的空間為燃燒室，電控噴油器安裝在氣缸蓋上，所 述的氣缸蓋上安裝有燃油增壓器，燃油增壓器由燃油增壓器增壓活塞和燃油增壓器單向閥 組成，燃油增壓器增壓活塞通過燃油增壓器單向閥進油孔與燃油增壓器單向閥連接，燃油 增壓器單向閥通過電控噴油器進油通道與電控噴油器連通；燃油箱通過燃油低壓泵與進油 單向閥連接，進油單向閥通過燃油增壓器進油通道與燃油增壓器增壓活塞連接。[0011]所述的燃油增壓器增壓活塞包括燃油增壓器下活塞、燃油增壓器活塞連杆、燃油 增壓器增壓活塞下腔、燃油增壓器中間孔、燃油增壓器中間腔、燃油增壓器增壓活塞上腔、 燃油增壓器上活塞、燃油增壓器增壓活塞彈簧，燃油增壓器增壓活塞下腔設置在燃燒室內 的氣缸蓋上，燃油增壓器下活塞位於燃油增壓器增壓活塞下腔內，燃油增壓器上活塞位於 燃油增壓器增壓活塞上腔內，燃油增壓器下活塞通過燃油增壓器活塞連杆與燃油增壓器上 活塞連接，燃油增壓器活塞連杆位於燃油增壓器中間孔內，燃油增壓器增壓活塞彈簧套設 在燃油增壓器活塞連杆上並位於燃油增壓器上活塞的下面。[0012]所述的燃油增壓器增壓活塞下腔通過燃油增壓器通孔與進氣道連通。以便洩露 在燃油增壓器增壓活塞下腔內的燃油通過燃油增壓器通孔進入進氣道，最終進入燃燒室燃Jyti ο[0013]所述的燃油增壓器單向閥包括燃油增壓器單向閥彈簧、燃油增壓器單向閥閥腔、 燃油增壓器單向閥閥球，燃油增壓器單向閥彈簧和燃油增壓器單向閥閥球依次安裝在燃油 增壓器單向閥閥腔上，燃油增壓器單向閥閥球與燃油增壓器單向閥進油孔相配合。[0014]所述的進油單向閥包括進油單向閥閥球、進油單向閥閥腔、進油單向閥彈簧，進油 單向閥閥球和進油單向閥彈簧依次安裝在進油單向閥閥腔上，進油單向閥閥球與進油單向 閥進油孔相配合。[0015]所述的燃油增壓器安裝在進氣門側的氣缸蓋上。燃油增壓器靠近進氣門，可以利 用在進氣衝程時進入燃燒室內溫度較低的新鮮空氣對燃油增壓器下活塞進行冷卻，降低燃油增壓器下活塞的熱負荷。[0016]本發明創造所述的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，其有益效果體現在[0017]1.本發明創造直接安裝在氣缸蓋上，體積小，結構緊湊。[0018]2.本發明創造結構簡單，降低柴油機噴射系統的故障。[0019]3.本發明創造提高了能源利用效率。常規柴油機高壓油泵是由曲軸來驅動，而曲 軸的動能由氣缸內的燃燒壓力轉換而來，降低了能源利用效率。


[0020]圖1為本發明創造的的結構示意圖。[0021]圖中I為活塞、2為燃油增壓器下活塞、3為燃油增壓器活塞連杆、4為燃油增壓器 增壓活塞下腔、5為燃油增壓器通孔、6為進氣道、7為燃油增壓器中間孔、8為燃油增壓器中 間腔、9為氣缸蓋、10為進氣門、11為燃油增壓器進油通道、12為進油單向閥閥腔、13為進油 單向閥彈簧、14為進油單向閥、15為燃油箱、16為燃油低壓泵、17為進油單向閥閥球、18為 燃油增壓器單向閥、19為燃油增壓器、20為電控噴油器進油通道、21為燃油增壓器單向閥 彈簧、22為燃油增壓器單向閥閥腔、23為燃油增壓器單向閥閥球、24為燃油增壓器單向閥 進油孔、25為燃油增壓器增壓活塞上腔、26為燃油增壓器上活塞、27為燃油增壓器增壓活 塞彈簧、28為燃油增壓器增壓活塞、29為電控噴油器、30為排氣門、31為排氣道、32為燃燒 室。
具體實施方式
[0022]
以下結合附圖，用實施例來進一步說明本發明。但這個實施例僅是說明性的，本發 明創造的保護範圍並不受這個實施例的限制。[0023]圖1所示，本發明創造的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統的具體實施方 案，它包括活塞1、進氣道6、氣缸蓋9、進氣門10、進油單向閥14、燃油箱15、燃油低壓泵16、 電控噴油器進油通道20、電控噴油器29、排氣門30、排氣道31、燃燒室32，進氣道6和排氣 道31對應設置在氣缸蓋9上，進氣道6和排氣道31上對應安裝有進氣門10和排氣門30， 進氣門10、排氣門30、活塞I和氣缸蓋9之間形成的空間為燃燒室32，電控噴油器29安裝 在氣缸蓋9上，所述的氣缸蓋9上安裝有燃油增壓器19，燃油增壓器19由燃油增壓器增壓 活塞28和燃油增壓器單向閥18組成，燃油增壓器增壓活塞28通過燃油增壓器單向閥進油 孔24與燃油增壓器單向閥18連接，燃油增壓器單向閥18通過電控噴油器進油通道20與 電控噴油器29連通；燃油箱15通過燃油低壓泵16與進油單向閥14連接，進油單向閥14 通過燃油增壓器進油通道11與燃油增壓器增壓活塞(28)連接。所述的燃油增壓器增壓活 塞28包括燃油增壓器下活塞2、燃油增壓器活塞連杆3、燃油增壓器增壓活塞下腔4、燃油增 壓器中間孔7、燃油增壓器中間腔8、燃油增壓器增壓活塞上腔25、燃油增壓器上活塞26、燃 油增壓器增壓活塞彈簧27，燃油增壓器增壓活塞下腔4設置在燃燒室32內的氣缸蓋9上， 燃油增壓器下活塞2位於燃油增壓器增壓活塞下腔4內，燃油增壓器上活塞26位於燃油增 壓器增壓活塞上腔25內，燃油增壓器下活塞2通過燃油增壓器活塞連杆3與燃油增壓器上 活塞26連接，燃油增壓器活塞連杆3位於燃油增壓器中間孔7內，燃油增壓器增壓活塞彈 簧27套設在燃油增壓器活塞連杆3上並位於燃油增壓器上活塞26的下面。[0024]所述的燃油增壓器增壓活塞下腔4通過燃油增壓器通孔5與進氣道6連通，以便 洩露在燃油增壓器增壓活塞下腔4內的燃油通過燃油增壓器通孔5進入進氣道6，最終進入 燃燒室32燃燒。所述的燃油增壓器19安裝在進氣門10側的氣缸蓋9上，可以利用在進氣 衝程時進入燃燒室32內溫度較低的新鮮空氣對燃油增壓器下活塞2進行冷卻，降低燃油增 壓器下活塞2的熱負荷。[0025]所述的燃油增壓器單向閥18包括燃油增壓器單向閥彈簧21、燃油增壓器單向閥 閥腔22、燃油增壓器單向閥閥球23，燃油增壓器單向閥彈簧21和燃油增壓器單向閥閥球23 依次安裝在燃油增壓器單向閥閥腔22上，燃油增壓器單向閥閥球23與燃油增壓器單向閥 進油孔24相配合。所述的進油單向閥14包括進油單向閥閥球17、進油單向閥閥腔12、進 油單向閥彈簧13，進油單向閥閥球17和進油單向閥彈簧13依次安裝在進油單向閥閥腔12 上，進油單向閥閥球17與進油單向閥進油孔相配合。[0026]下面以四衝程內燃機為例說明利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統工作過程。 在壓縮衝程後期，活塞I運動到上止點附近時，電控噴油器29開始將燃油噴入燃燒室32 內，作功衝程開始。作功衝程開始後，燃燒室32內氣體壓力急劇增加，燃油增壓器增壓活塞 28上移，燃油增壓器上活塞26隨之向上運動，使燃油增壓器增壓活塞上腔25與進油單向 閥14斷開，燃油增壓器上活塞26壓縮燃油增壓器增壓活塞上腔25內的燃油，燃油增壓器 增壓活塞上腔25內的燃油壓力升高，燃油增壓器增壓活塞上腔25內的燃油頂開燃油增壓 器單向閥18內的燃油增壓器單向閥閥球23，使燃油增壓器增壓活塞上腔25內的增壓燃油 通過燃油增壓器單向閥進油孔24進入燃油增壓器單向閥閥腔22，進入燃油增壓器單向閥 閥腔22內的燃油再通過電控噴油器進油通道20進入電控噴油器29。燃油低壓泵16將燃 油箱15中的燃油增壓到O. 5 MPa左右。一般內燃機最高燃燒壓力為8_12 MPa，如果燃燒 室32內的最高燃燒壓力為9MPa，燃油增壓器增壓活塞28的增壓比為12:1，則增壓燃油最 高可以達到108 MPa。[0027]當作功衝程完畢，排氣衝程開始，進氣門10關閉，排氣門30打開，廢氣從燃燒室32 排入排氣道31內，燃燒室32內氣體壓力減少。燃油增壓器增壓活塞28下移，燃油增壓器 增壓活塞上腔25和燃油增壓器單向閥閥腔22內燃油壓力降低，在燃油增壓器單向閥彈簧 21彈簧力的作用下，燃油增壓器單向閥閥球23落座，使燃油增壓器增壓活塞上腔25與燃油 增壓器單向閥閥腔22斷開，燃油增壓器增壓活塞上腔25內燃油仍然保持較高的壓力。[0028]排氣衝程結束後，進氣衝程開始，進氣門10打開，排氣門30關閉，活塞I下行，燃 燒室32內產生負壓，新鮮空氣從進氣道6進入燃燒室32。由於燃燒室32內壓力較低，燃油 增壓器增壓活塞28繼續下移，進油單向閥14通過燃油增壓器進油通道11與燃油增壓器增 壓活塞上腔25連通。進油單向閥14內經過燃油低壓泵16增壓的燃油通過燃油增壓器進 油通道11進入燃油增壓器增壓活塞上腔25。[0029]當進氣衝程結束，開始壓縮衝程，活塞I上行，進氣門10和排氣門30關閉，活塞I 壓縮燃燒室32內空氣，使空氣壓力升高，燃燒室32內空氣對燃油增壓器下活塞2產生壓 力，利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統開始新的工作循環。
權利要求1.一種利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，包括活塞(I)、進氣道(6)、氣缸蓋(9)、進氣門(10)、進油單向閥(14)、燃油箱(15)、燃油低壓泵(16)、電控噴油器進油通道(20)、電控噴油器(29)、排氣門(30)、排氣道(31)、燃燒室(32)，進氣道(6)和排氣道(31)對應設置在氣缸蓋(9)上，進氣道(6)和排氣道(31)上對應安裝有進氣門(10)和排氣門(30)，進氣門(10)、排氣門(30)、活塞(I)和氣缸蓋(9)之間形成的空間為燃燒室(32)，電控噴油器(29)安裝在氣缸蓋(9)上，其特徵是所述的氣缸蓋(9)上安裝有燃油增壓器(19)，燃油增壓器(19)由燃油增壓器增壓活塞(28)和燃油增壓器單向閥(18)組成，燃油增壓器增壓活塞(28 )通過燃油增壓器單向閥進油孔(24)與燃油增壓器單向閥(18 )連接，燃油增壓器單向閥(18)通過電控噴油器進油通道(20)與電控噴油器(29)連通；燃油箱(15)通過燃油低壓泵(16)與進油單向閥(14)連接，進油單向閥(14)通過燃油增壓器進油通道(11)與燃油增壓器增壓活塞(28)連接。
2.根據權利要求1所述的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，其特徵是所述的燃油增壓器增壓活塞(28)包括燃油增壓器下活塞(2)、燃油增壓器活塞連杆(3)、燃油增壓器增壓活塞下腔(4)、燃油增壓器中間孔(7)、燃油增壓器中間腔(8)、燃油增壓器增壓活塞上腔(25)、燃油增壓器上活塞(26)、燃油增壓器增壓活塞彈簧(27)，燃油增壓器增壓活塞下腔(4)設置在燃燒室(32)內的氣缸蓋(9)上，燃油增壓器下活塞(2)位於燃油增壓器增壓活塞下腔(4)內，燃油增壓器上活塞(26)位於燃油增壓器增壓活塞上腔(25)內，燃油增壓器下活塞(2 )通過燃油增壓器活塞連杆(3 )與燃油增壓器上活塞(26 )連接，燃油增壓器活塞連杆(3)位於燃油增壓器中間孔(7)內，燃油增壓器增壓活塞彈簧(27)套設在燃油增壓器活塞連杆(3)上並位於燃油增壓器上活塞(26)的下面。
3.根據權利要求2所述的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，其特徵是所述的燃油增壓器增壓活塞下腔(4 )通過燃油增壓器通孔(5 )與進氣道(6 )連通。
4.根據權利要求1或2或3所述的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，其特徵是所述的燃油增壓器單向閥(18)包括燃油增壓器單向閥彈簧(21)、燃油增壓器單向閥閥腔(22)、燃油增壓器單向閥閥球(23)，燃油增壓器單向閥彈簧(21)和燃油增壓器單向閥閥球(23)依次安裝在燃油增壓器單向閥閥腔(22)上，燃油增壓器單向閥閥球(23)與燃油增壓器單向閥進油孔(24)相配合。
5.根據權利要求4所述的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，其特徵是所述的進油單向閥(14)包括進油單向閥閥球(17)、進油單向閥閥腔(12)、進油單向閥彈簧(13)，進油單向閥閥球(17)和進油單向閥彈簧(13)依次安裝在進油單向閥閥腔(12)上，進油單向閥閥球(17)與進油單向閥進油孔相配合。
6.根據權利要求5所述的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，其特徵在於所述的燃油增壓器(19)安裝在進氣門(10)側的氣缸蓋(9)上。
專利摘要本發明創造的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統，包括活塞、進氣道、氣缸蓋、進氣門、進油單向閥、燃油箱、燃油低壓泵、電控噴油器進油通道、電控噴油器、排氣門、排氣道、燃燒室，所述的氣缸蓋上安裝有燃油增壓器，燃油增壓器由燃油增壓器增壓活塞和燃油增壓器單向閥組成，燃油增壓器增壓活塞通過燃油增壓器單向閥進油孔與燃油增壓器單向閥連接，燃油增壓器單向閥通過電控噴油器進油通道與電控噴油器連通；燃油箱通過燃油低壓泵與進油單向閥連接，進油單向閥通過燃油增壓器進油通道與燃油增壓器增壓活塞連接。本發明結構簡單緊湊，體積小，能源利用效率高，工作穩定可靠。
文檔編號F02M49/02GK202851217SQ201220452110
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月7日 優先權日2012年9月7日
發明者陳剛強, 李孝祿, 李迎, 胡分恬, 張新源, 戚雪珍 申請人:金華三人科技有限公司