一種二甲醚發動機燃油供給系統及其噴油器的製作方法

2023-05-18 23:46:26 2

專利名稱：一種二甲醚發動機燃油供給系統及其噴油器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發動機技術領域，特別涉及一種二甲醚噴油器。本實用新型還涉及一種包括上述二甲醚噴油器的二甲醚發動機燃油供給系統。
背景技術：
二甲醚具有沸點低、體積熱值低和粘度低的特點，在高壓縮比下壓燃燃燒，具有與柴油機等效的熱效率，同時二甲醚分子式中不含C-C鍵，可以實現無煙燃燒，因此，二甲醚作為壓燃式發動機的燃料可以實現清潔燃燒，是一種優異的綠色能源。二甲醚發動機燃油供給系統通常由儲存二甲醚燃料的燃料罐、增壓泵、高壓泵以及噴油器等部件組成。工作時，增壓泵自燃料罐獲取二甲醚燃料，加壓後壓入增壓泵與高壓泵連通的管路中，繼而進入高壓泵，高壓泵再將二甲醚燃料供給噴油器，噴油器將二甲醚噴入發動機的缸體內與空氣混合燃燒。噴油器具有噴油嘴，噴油器的內腔具有油道、針閥以及調壓彈簧，針閥在調壓彈簧的彈力作用下堵住噴油嘴的噴孔，當二甲醚自噴油器油道進入內腔後，會在噴油器內腔建立較高油壓，高壓油作用於針閥中部的環形臺階面上，作用力超過針閥的預緊力(即針閥的開啟壓力)後，針閥會克服調壓彈簧預緊力離開閥座，當然，也可以採用電控的方式使針閥離開閥座，此時，二甲醚可以進入噴孔內，從而進入燃燒室燃燒；隨著供油過程的結束，噴油器油道中的壓力逐漸降低，在調壓彈簧預緊力的復位作用下，針閥重新落座，堵住噴孔， 則噴油過程結束。然而，柴油機在燃用二甲醚後會出現功率下降問題，噴油器的噴油頻率與發動機轉速相關，則噴油器的噴油頻率較高，則由上述內容可知，針閥與噴油嘴頭部需要高頻率地進行接觸和分離，由於二甲醚的粘度很低，因此，針閥與噴油嘴頭部的磨損較為嚴重，而且由於二甲醚沒有C-C鍵，高溫裂解不產生石墨類緩衝、減磨物質，則針閥和噴油嘴頭部的磨損問題更為嚴重，即使在二甲醚中加入潤滑添加劑，仍會出現噴油器針閥和噴油嘴頭部的磨損問題，進一步地導致噴油器密封不嚴，燃料洩漏，發動機功率下降。因此，如何減小噴油器中針閥與噴油嘴頭部的磨損，避免密封不嚴、燃料洩漏、提高發動機的功率，是本領域技術人員需要解決的技術問題。

實用新型內容本實用新型的一個目的是提供一種二甲醚噴油器，該噴油器的針閥和噴油嘴的接觸面具有耐磨塗層，可以降低磨損，增加噴油器的使用壽命，而且避免了密封不嚴、燃料洩漏，提高了發動機的功率。本實用新型的另一目的是提供一種包括上述二甲醚噴油器的二甲醚發動機燃油供給系統。為達到本實用新型的第一個目的，本實用新型提供一種二甲醚噴油器，包括針閥體和針閥，所述針閥體具有連通其閥腔的進油油道，所述針閥體的閥腔具有調壓彈簧，所述針閥體的頭部具有噴油嘴，所述噴油嘴具有由所述針閥沿閥腔軸向移動以控制啟閉的噴油孔，所述針閥頭部和所述噴油嘴內腔的接觸面具有耐磨塗層。優選地，所述噴油嘴具有圓臺孔，所述圓臺孔的小徑端為閥口，所述閥口連通所述噴油孔與所述進油油道；所述針閥頭部包括依次相接且錐度漸縮的第一錐面段、第二圓臺段和與所述針閥的閥杆連接的第三圓臺段；所述第二圓臺段與所述圓臺孔密封適配，所述針閥的耐磨塗層設於所述第二圓臺段上。優選地，所述噴油嘴具有圓臺孔，所述圓臺孔的小徑端為閥口，所述閥口連通所述噴油孔與所述進油油道；所述針閥頭部具有與所述圓臺孔密封適配的錐面段。優選地，所述噴油嘴的頭部外徑與頭部內徑的比值大於或等於2. 5，且小於或等於優選地，所述噴油孔的孔徑比大於或等於0. 36，且小於或等於0. 42。該噴油器中在噴油嘴和針閥接觸面處設置耐磨塗層，在噴油孔的開啟和關閉的高頻率交替過程中，一直由耐磨塗層承受針閥和噴油嘴之間相對往復運動所帶來的摩擦，從而可以有效地降低噴油器的噴油嘴和針閥之間的磨損，延長噴油器的使用壽命；此外，耐磨塗層的厚度較薄，可以較好地貼合針閥的頭部接觸面或噴油嘴的接觸面，不影響二者配合精密性的同時，還可以進一步提高針閥關閉噴油孔的可靠性。為達到本實用新型的另一目的，本實用新型還提供一種二甲醚發動機燃油供給系統，包括二甲醚噴油泵以及與之相連接的二甲醚噴油器，所述二甲醚噴油器為上述任一項所述的二甲醚噴油器。由於上述二甲醚噴油器具有上述技術效果，具有該二甲醚噴油器的二甲醚發動機燃油供給系統也具有相同技術效果。

圖1為本實用新型所提供二甲醚噴油器一種具體實施方式
的結構示意圖；圖2為圖1所示二甲醚噴油器中針閥頭部與噴油嘴配合的結構示意圖；圖3為圖2中針閥頭部的結構示意圖；圖4為圖2中噴油嘴的結構示意圖；圖5為本實用新型所提供二甲醚噴油器另一種具體實施方式
中針閥頭部與噴油嘴配合的結構示意圖；圖6為圖5中針閥頭部的結構示意圖；圖7為圖5中噴油嘴的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的一個核心是提供一種二甲醚噴油器，該噴油器的針閥和噴油嘴的接觸面具有耐磨塗層，可以降低磨損，增加噴油器的使用壽命，而且避免了密封不嚴、燃料洩露，提高了發動機的功率。本實用新型的另一核心是提供一種包括上述二甲醚噴油器的二甲醚發動機燃油供給系統。為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。請參考圖1，圖1為本實用新型所提供二甲醚噴油器一種具體實施方式
的結構示意圖；圖2為圖1所示噴油器中針閥頭部與噴油嘴配合的結構示意圖；圖3為圖2中針閥頭部的結構示意圖；圖4為圖2中噴油嘴的結構示意圖。本實用新型所提供的二甲醚噴油器，包括針閥體1和針閥2，針閥2可以沿針閥體 1的閥腔軸向移動，針閥體1的頭部具有噴油嘴5，針閥體1上開設有進油油道4，針閥體1 的閥腔內設置有調壓彈簧3，噴油嘴5上具有貫穿其壁體的噴油孔51以及連通噴油孔51和進油油道4的閥口 ；針閥2位於噴油嘴5和調壓彈簧3之間，針閥2可以通過如圖1所示的彈簧座221與調壓彈簧3的一端連接，調壓彈簧3的另一端與閥腔內壁之間可以設置調壓墊片7，針閥2在調壓彈簧3預設壓力作用下抵住噴油嘴5頭部的閥口，使噴油孔51與進油油道4斷開，如圖1所示，來自噴油泵的高壓油自進油油道4進入噴油器針閥體1的閥腔， 在閥腔內建立高壓，針閥2的中部可以設置朝向頭部噴油嘴5的環形臺階面，當油壓增長至一定數值後，油壓可以克服調壓彈簧3的預設壓力將針閥2推向調壓彈簧3，以打開閥口，則噴油孔51與進油油道4連通，高壓油可以自噴油孔51噴出，進入發動機的燃燒室；一次供油結束後，噴油器內腔的油壓逐漸降低，針閥2在調壓彈簧3的復位作用下再次堵住噴油嘴 5的閥口，噴油孔51與進油油道4再次斷開，停止噴油。為了保證閥口的開啟壓力，還可以在針閥體1上設置洩漏油口 6。該噴油器中，在針閥2的頭部和噴油嘴5內腔的接觸面設有耐磨塗層。當針閥2 堵住噴油嘴5的閥口時，針閥頭部21和噴油嘴5內腔必然接觸，根據針閥頭部21與閥口處的匹配結構不同，針閥頭部21與噴油嘴5的接觸面積大小及形狀也不同，而且在針閥2動態移動過程中，接觸面也會產生動態變化，這裡所述的接觸面應以二者的最大接觸面為準。 可以僅在針閥頭部21的接觸面設置針閥耐磨塗層215，或僅在噴油嘴5內腔的接觸面設置噴油嘴耐磨塗層53，顯然，為了獲得最佳的耐磨效果，優選的方案為在二者的接觸面上均設置耐磨塗層。耐磨塗層是一種具有耐摩擦力的防粘塗層，耐磨塗層的厚度較薄，可以根據噴油嘴5和針閥2的材料性質，配備適宜的耐磨塗層材料，以便取得最佳的耐磨效果；在工藝上容易實現，可以採用熱噴塗技術或化學粘塗技術將耐磨塗層鍍於作為基材的噴油嘴5或 /和針閥頭部21的接觸面上，均可以獲得良好的耐磨性能，在熱噴塗技術下可以獲得厚度更薄的耐磨塗層。由上述噴油器的工作原理可知，針閥2在關閉閥口，斷開噴油孔51與進油油道4 時，針閥2的頭部與噴油嘴5形成的閥口處接觸；針閥2離開閥口開啟噴油孔51時，針閥 2的頭部不與噴油嘴5的閥口處接觸，該實用新型提供的噴油器中設置耐磨塗層後，在噴油孔51的開啟和關閉的高頻率交替過程中，一直由耐磨塗層承受針閥2和噴油嘴5之間相對往復運動所帶來的摩擦，從而可以有效地降低噴油器的噴油嘴5和針閥2之間的磨損，延長噴油器的使用壽命；此外，耐磨塗層的厚度較薄，可以較好地貼合針閥2的頭部接觸面或噴油嘴5的接觸面，不影響二者配合精密性的同時，還可以進一步提高針閥2關閉噴油孔51 的可靠性。噴油嘴5可以具有圓臺孔，閥口位於圓臺孔的小徑端。針閥頭部21可以是由不同錐度的錐面段和圓臺段結合的結合體，如圖4所示，針閥2的頭部具有依次相接的錐度漸縮的第一錐面段211、第二圓臺段212和第三圓臺段213，中間的第二圓臺段212為與圓臺孔適配的圓臺段，其長度可以根據實際需求設計，針閥耐磨塗層215設於第二圓臺段212上； 錐度最大的第一錐面段211可以較好地導向，伸入噴油嘴5的內腔；第三圓臺段213連接針閥2的閥杆22，其錐度略小於圓臺孔的錐度，便於進入噴油嘴5的圓臺孔，且起到增強針閥頭部21強度的作用。錐面段和圓臺段結合的針閥頭部21設計，在充分考慮導向和密封可靠地基礎上，減小針閥2與噴油嘴5的接觸面積，減小接觸應力，提高針閥2啟閉噴油孔51 的靈活可靠性，同時可以減少耐磨塗層的面積，降低成本。請參考圖5，圖5為本實用新型所提供二甲醚噴油器另一種具體實施方式
中針閥頭部與噴油嘴配合的結構示意圖；圖6為圖5中針閥頭部的結構示意圖；圖7為圖5中噴油嘴的結構示意圖。在該實施方式中，針閥頭部21具有與圓臺孔適配的錐面段214。則針閥2落座時， 錐面段214進入錐形孔中，堵住閥口，錐面段結構具有較好的導向作用，可以確保針閥2與噴油嘴5配合的精密度和可靠性。進一步地，可以使噴油嘴5的頭部外徑與頭部內徑的比值在2. 5 3. 3之間(包括2. 5和3.幻，如圖4和圖7所示，噴油嘴5的頭部外周及其內腔均大致呈半球形，頭部外徑和頭部內徑分別為其頭部球形外周的半徑以及球形內腔的半徑。該比值範圍可以保證進入噴油嘴5頭部內腔中二甲醚燃料的壓力，同時確保噴油嘴5頭部厚度與該壓力相適應。實際上，該比值範圍相對現有技術來說，也增加了噴油嘴5的壁厚，提高了噴油嘴5的強度，由於二甲醚高溫裂解時不會產生石墨類緩衝、減磨物質，二甲醚噴油器在落座時其衝擊力和對金屬的剪切力較柴油機大，增加其強度，可以提高噴油器的使用壽命。還可以使噴油嘴5中噴油孔51的孔徑比在0. 36 0. 42之間(包括0. 36和0. 42)。 噴油孔51的孔徑比即噴油孔51的徑向尺寸和軸向尺寸的比值，實際上，噴油孔51軸向尺寸大小基本上為噴油嘴5的壁厚，如圖4和圖7所示，噴油孔51的軸線沿噴油嘴5頭部徑向延伸。該比值範圍可以確定噴油孔51半徑與噴油嘴5壁厚之間的結構關係。在噴油嘴 5壁厚確定的情況下，確定孔徑比在0. 36 0. 42之間時，在噴油嘴5承受強度的能力範圍之內，使噴油孔51的直徑達到最大，噴油效率達到最高，從而保證發動機的動力性能。可以將調壓彈簧3的預設壓力調為16MPa 18MPa (包括16和18)。減小調壓彈簧3的預設壓力，即可以獲得較小的噴射壓力，二甲醚的沸點只有-24. 9°C左右，採用較小的噴射壓力即可取得良好的霧化效果，因此，可以適當減小噴油器針閥2的開啟壓力以便減小針閥2與噴油嘴5頭部的接觸應力，提高可靠性以及靈活性。除了上述二甲醚噴油器，本實用新型還提供一種二甲醚發動機燃油供給系統，包括二甲醚噴油泵以及與之相連接的二甲醚噴油器，二甲醚噴油泵自二甲醚燃料罐中獲取二甲醚，並將其加壓後輸送至二甲醚噴油器內，二甲醚噴油器為上述任一實施例所述的二甲醚噴油器，由於上述噴油器具有上述技術效果，具有該噴油器的二甲醚發動機燃油供給系統也具有相同的技術效果，在此不贅述。以上對本實用新型所提供的一種二甲醚發動機燃油供給系統及其噴油器進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求1.一種二甲醚噴油器，包括針閥體⑴和針閥O)，所述針閥體⑴具有連通其閥腔的進油油道G)，所述針閥體(1)的閥腔具有調壓彈簧(3)，所述針閥體(1)的頭部具有噴油嘴(5)，所述噴油嘴(5)具有由所述針閥(2)沿閥腔軸向移動以控制啟閉的噴油孔(51)，其特徵在於，所述針閥頭部和所述噴油嘴(5)內腔的接觸面具有耐磨塗層。
2.根據權利要求1所述的二甲醚噴油器，其特徵在於，所述噴油嘴(5)具有圓臺孔，所述圓臺孔的小徑端為閥口，所述閥口連通所述噴油孔(5)與所述進油油道⑷；所述針閥頭部包括依次相接且錐度漸縮的第一錐面段011)、第二圓臺段(21 和與所述針閥 (2)的閥杆02)連接的第三圓臺段013)；所述第二圓臺段(212)與所述圓臺孔密封適配， 所述針閥的耐磨塗層015)設於所述第二圓臺段012)上。
3.根據權利要求1所述的二甲醚噴油器，其特徵在於，所述噴油嘴(5)具有圓臺孔，所述圓臺孔的小徑端為閥口，所述閥口連通所述噴油孔(5)與所述進油油道⑷；所述針閥頭部具有與所述圓臺孔密封適配的錐面段014)。
4.根據權利要求1至3任一項所述的二甲醚噴油器，其特徵在於，所述噴油嘴(5)的頭部外徑與頭部內徑的比值大於或等於2. 5，且小於或等於3. 3。
5.根據權利要求4所述的二甲醚噴油器，其特徵在於，所述噴油孔(51)的孔徑比大於或等於0. 36，且小於或等於0. 42。
6.一種二甲醚發動機燃油供給系統，包括二甲醚噴油泵以及與之相連接的二甲醚噴油器，其特徵在於，所述二甲醚噴油器為權利要求1至5任一項所述的二甲醚噴油器。
專利摘要本實用新型公開了一種二甲醚噴油器，包括針閥體和針閥，所述針閥體具有連通其閥腔的進油油道，所述針閥體的閥腔具有調壓彈簧，所述針閥體的頭部具有噴油嘴，所述噴油嘴具有由所述針閥沿閥腔軸向移動以控制啟閉的噴油孔，所述針閥頭部和所述噴油嘴內腔的接觸面具有耐磨塗層。該噴油器由耐磨塗層承受針閥和噴油嘴之間相對往復運動所帶來的摩擦，從而可以有效地降低噴油器的噴油嘴和針閥之間的磨損，延長噴油器的使用壽命。本實用新型還提供一種包括上述噴油器的二甲醚發動機燃油供給系統。
文檔編號F02M61/18GK202012431SQ20112008951
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者佟德輝, 冀麗琴, 孫少軍, 張紀元 申請人:濰柴動力股份有限公司