专利名称：双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油机燃油供给系统。本发明人在1995年5月19日提出“柱塞液压增压增速短时喷油泵”的发明专利申请，2000年1月1日中国专利局授予发明专利权，专利号为ZL95106121.6。随着时间的推移，逐步发现该发明存在诸多缺点以及闭式喷油器不适合与短时喷油泵匹配。短时喷油泵本身的缺点是第一，调节喷油量机构采用柱塞斜槽，喷油泵柱塞直径不能降至3至4mm，使缩短供油持续时间的液压机构尺寸过大，凸轮受力过大；第二，缩短供油持续时间的液压机构使喷油泵柱塞运动速度提高若干倍，调节喷油量机构利用柱塞斜槽的方法使柱塞套油孔回流节流损失大增，并容易出现气蚀；第三，喷油泵高度过大，影响气缸盖进气歧管的布置；第四，没有调节喷油提前角机构，不适应低负荷时要推迟喷油始点的要求；第五，高效雾化造成柴油机工作精暴、噪音大。闭式喷油器不适合与短时喷油泵匹配的理由是，短时喷油泵提高喷射雾化效果的理论不是提高喷油压力，而是缩短喷油持续时间。根据不可压缩流体力学，喷孔流速V，全部喷孔断而积总和F，喷油持续时间T与循环供油量W存在下列关系W＝VFT式中W-每循环供油量(mm3/循环)；V-喷孔流速(mm/S)；F-全部喷孔断面积总和(mm2)；T-喷油持续时间(S)。从上式可知，当W和V一定时，减少T可增加F(即可增加喷孔数)；当W和F一定时，减小T可增加V(即增加喷射速度或射程)。短时喷油泵作用是缩短供油持续时间。如果采用闭式喷油器，由于针阀开关的影响，后期喷油靠针阀的弹簧推力，使喷油持续时间与供油持续时间不一致，喷油持续时间大于供油持续时间，降低短时喷油泵的喷油雾化效果。如果采用开式喷油器，使喷油持续时间与供油持续时间一致，没有上述针阀开关对喷油的影响。采用开式喷油器，应在喷嘴前设置逆上阀。目前正在使用的PT型喷油泵是开式喷油器应用的典型例子。在柴油机发展的初期，也曾使用过开式喷油器。上述仅从理论分析认为开式喷油器与短时喷油泵匹配较好，开式喷油器也有其它缺点，实际选用要由试验优选决定。
目前，燃油掺水燃烧有三种不同方法把水掺入柴油形成乳化油；直接把水喷入气缸内；或者把水以雾状加入进气空气中。从节油效果看以乳化方法较好，但要增加乳化剂成本，乳化油使用会出现破乳、分层的麻烦。采用在线乳化可解决上述问题，使用也方便。在掺水燃烧方面，本发明人在1999年4月8日提出“柴油与防锈水在喷嘴密封锥渗混二次喷水双液喷射系统“的发明专利申请，申请号为99103773.1。从目前观点看，该发明存在如下缺点第一，油水搭配喷射采用并列双柱塞共轨方法，做不到柴油少量掺水，而节油效果最佳的掺水率为20-30％；第二，没有液压增速缩短供油持续时间的机构，喷油雾化效果不佳，而提高喷油雾化效果可获得更佳的节油效果。
根据最近出版的“喷嘴技术手册”(侯凌云、侯晓春编著，中国石化出版社，2002年8月北京第一版)介绍，不同的掺水率有不同的节油效果和降污效果，一般规律是，随着掺水率从20％开始不断增加，节油效果降低，降污效果提高。从常州柴油机厂对ZS1100型柴油机进行掺水节油试验结果看出，要获得较高节油率，掺水率为20-30％。从中国农业大学对S195-I型涡流室柴油机进行掺水降污试验结果看出，要获得较好的降污效果，掺水率要求大于50％，掺水率越高，降污效果越好。常州柴油机厂掺水节油试验最佳结果是，5孔喷嘴，200bar针阀开启压力，掺水率20％，节油率23.6％。掺水燃烧要同时获得节油与降污是不可能的，两者只能选择其中之一应用。
本发明目的为避免上述“柱塞液压增压增速短时喷油泵”和“柴油与防锈水在喷嘴密封锥渗混二次喷水双液喷射系统”的缺点以及追求掺水燃烧最大节油效果而提供双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化。
本发明是这样实现的，双控液压增速短时喷油泵由柱塞液压增压增速短时喷油泵改造而成。在液压马达柱塞与喷油泵柱塞之间用摇臂连接传动，采用移动摇臂中间支点位置调节喷油量，这是喷油量调节方案的重大变革。采用移动液压泵柱塞套的方法调节喷油提前角，液压泵柱塞与柱塞套的油口采用环形型式。组成喷油系统的喷油器采用开式或闭式，由试验结果优化选择。燃油在线乳化利用两级阶梯柱塞喷射泵或三级阶梯柱塞喷射泵作为乳化动力源及计量器具，把开式喷油器改造兼有乳化机功能。
由于采用上述发明，柴油机燃油喷射可产生最大的喷油雾化效果，避免提高喷油压力增加喷油雾化效果的技术困难及缺点，并使掺水燃烧的使用麻烦及缺点用最低成本获得解决。以下结合附图对实现本发明作进一步说明。
图1是双控液压增速短时喷油泵结构原理剖视图。
图2是两级阶梯柱塞喷射泵结构原理局部剖视图。
图3是三级阶梯柱塞喷射泵结构原理局部剖视图。
图4是油水同嘴喷射闭式喷嘴短时喷油系统流程图。
图5是添加乳化剂在线乳化开式喷嘴短时喷油系统流程图。
图6是无乳化剂在线乳化开式喷嘴短时喷油系统流程图。
附图所示1、偏心凸轮室盖；2、移动摇臂中间支点的偏心凸轮机构；3、摇臂；4、空心推杆；5、喷油泵弹簧机构；6、喷油泵柱塞(直径2.5-4mm)；7、喷油泵柱塞套；8、出油阀偶件；9、出油阀紧座；10、凸轮轴；11、挺柱滚轮机构；12、导向螺钉；13、液压泵弹簧机构；14、下泵体；15、上泵体；16、O型密封圈；17、液压泵柱塞；18、液压泵柱塞套；19、拨叉机构；20、液压马达柱塞套(用螺纹或用螺钉固定在上泵体)；21、液压马达柱塞；22、柱塞套紧座；23、两级阶梯柱塞；24、泵水柱塞套；25、出水阀及其紧座；26、泵油柱塞套；27、出油阀及其紧座；28、出乳化剂阀及其紧座；29、O型密封圈；30、泵乳化剂柱塞套；31、三级阶梯柱塞；32、燃油箱；33、水箱；34、输水泵；35、燃油输送器；36、两级阶梯柱塞喷射泵；37、油水喷嘴掺混同嘴喷射闭式喷油器；38、乳化剂箱；39、乳化剂输送泵；40、三级阶梯柱塞喷射泵；41、添加乳化剂在线乳化开式喷油器；42、涡流混合室；43、逆止阀；44、逆止阀弹簧；45、弹簧座板；46、射流涡流均化室；47、切向斜孔；48、无乳化剂在线乳化开式喷油器；49、射流涡流乳化室或超声波乳化室。
参照图1，双控液压增速短时喷油泵由柱塞液压增压增速短时喷油泵改造而成，其结构特点是液压马达柱塞套20套进液压泵柱塞套18缸孔内，利用拨叉机构19移动液压泵柱塞套18调节喷油提前角；液压泵柱塞17和液压泵柱塞套18的油口采用环形型式(用割槽加工)；液压马达柱塞21与喷油泵柱塞6用摇臂3连接传动，用移动摇臂中间支点的偏心凸轮机构2调节喷油量；喷油泵柱塞6直径为2.5～4mm，没有柱塞斜槽。由液压泵柱塞17与液压马达柱塞21组成泵——马达闭路液压系统。关于泵——马达闭路液压系统的补油原理详见柱塞液压增压增速短时喷油泵发明说明书，这里不再介绍。缩短供油持续时间的设计原理是减小液压泵柱塞17的有效泵油行程，增加无效泵油行程。液压泵柱塞17的有效泵油行程决定两个结构参数，一个是液压泵柱塞套18环形油口高度h1，另一个是液压泵柱塞17环形油口上边线到柱塞顶面的高度h2，有效泵油行程Δ＝h2-h1。当h1＝h2时，液压泵不泵油。短时喷油泵设计主要决定液压泵柱塞17直径d1、液压马达柱塞21直径d2及喷油泵柱塞6直径d3。设计要求d1远远大于d2，d2远远大于d3。调节喷油量原理是调节喷油泵柱塞6的有效泵油行程，如图1所示，转动偏心凸轮使摇臂3中间支点往上移动即可减小喷油泵柱塞6的有效泵油行程。
参照图2，两级阶梯柱塞喷射泵结构原理是两级阶梯柱塞23配两个柱塞套，一个柱塞套为泵油柱塞套26，用出油阀及其紧座27固定；另一个柱塞套为泵水柱塞套24，用柱塞套紧座22固定。出水阀及其紧座25设置在泵体侧面。两级阶梯柱塞喷射泵用于油水同嘴喷射喷油系统，也可以应用于无乳化剂或预混乳化剂在线乳化喷油系统。
参照图3，三级阶梯柱塞喷射泵结构在二级阶梯柱塞喷射泵结构的基础上，把两级阶梯柱塞23改为三级阶梯柱塞31，并增加泵送乳化剂机构零部件。泵送乳化剂机构零部件包括泵乳化剂柱塞套30与出乳化剂阀及其紧座28。三级阶梯柱塞喷射泵应用于添加乳化剂在线乳化喷油系统。
燃油乳化的方法有机械搅拌、管流、射流、转子定子均质器、胶体磨、高压均质器及超声波乳化器等。本发明燃油在线乳化采用两级阶梯柱塞喷射泵或三级阶梯柱塞喷射泵作为乳化的动力源及计量器具，改造开式喷油器兼有乳化机功能。以下介绍双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化应用的三个典型例子。
参照图4，油水同嘴喷射闭式喷嘴短时喷油系统是无乳化剂掺水燃烧的一种方法，这种方法的特点是利用两级阶梯柱塞喷射泵36分别泵送燃油与水，最后在闭式喷油器喷嘴掺混喷入气缸内。关于油水喷嘴掺混同嘴喷射闭式喷油器37的详细结构详见申请号为99103773.1的专利申请说明书。如果使用开式喷油器，也可以实现油水同嘴喷射，油水可以在开式喷嘴掺混喷射，也可以分开喷射。
参照图5，添加乳化剂在线乳化开式喷嘴短时喷油系统的特点是利用三级阶梯柱塞喷射泵40分别泵送燃油、水与乳化剂到添加乳化剂在线乳化开式喷油器41顶部，利用涡流混合室42产生涡流作用获得混合。如果添加剂首先与燃油或水预混，则三级阶梯柱塞喷射泵40可改用两级阶梯柱塞喷射泵36。燃油、水与乳化剂均以切向进入涡流混合室42。在弹簧座板45下方设置射流涡流均化室46，并在弹簧座板圆周向设置切向斜孔47。切向斜孔47的孔径及孔数与喷嘴喷孔孔径(0.2-0.3mm)及孔数(4-10个)相同。利用切向斜孔47产生射流与涡流使乳化油进一步均质化。
参照图6，无乳化剂在线乳化开式喷嘴短时喷油系统的特点是利用两级阶梯柱塞喷射泵36分别泵送燃油与水到无乳化剂在线乳化开式喷油器48顶部，利用射流涡流乳化室或超声波乳化室49获得混合乳化，再利用射流涡流均化室46使乳化油进一步均质化。产生超声波用电磁作为动力源。产生射流的动力源来自喷油泵。
由于燃油乳化在开式喷油器流道，即使因长期停机造成开式喷油器存储的乳化油沉淀分离，也不影响发动机重新启动。因为发动机起动可把开式喷油器内的积水迅速排出。
权利要求
1.由柱塞液压增压增速短时喷油泵(专利号ZL95106121.6)及柴油与防锈水在喷嘴密封锥渗混二次喷水双液喷射系统(专利申请号99103773.1)改进而成的双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化，其特征是(A)液压马达柱塞套20套进液压泵柱塞套18的缸孔内并利用拨叉机构19移动液压泵柱塞套18调节喷油提前角，(B)液压马达柱塞21与喷油泵柱塞6用摇臂3连接传动并用偏心凸轮机构2移动摇臂中间支点调节喷油量，(C)以两级阶梯柱塞23为特征的两级阶梯柱塞喷射泵或以三级阶梯柱塞31为特征的三级阶梯柱塞喷射泵作为燃油在线乳化的动力源及计量器具，(D)以逆止阀弹簧座板45下方设置射流涡流均化室46为特征的开式喷油器兼有乳化机功能。
2.根据权利要求1所述双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化，其特征是(A)没有柱塞斜槽的喷油泵柱塞6直径为2.5-4mm，(B)液压马达柱塞21直径远远大于喷油泵柱塞6直径，(C)液压泵柱塞17直径远远大于液压马达柱塞21直径。
3.根据权利要求1所述双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化，其特征是液压泵柱塞17有效泵油行程决定柱塞套18环形油口高度h1和柱塞17环形油口上边线到柱塞顶面的高度h2。
4.根据权利要求1所述双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化，其特征是添加乳化剂在线乳化开式喷油器41顶部设置涡流混合室42，并利用射流涡流均化室46使乳化油进一步均质化。
5.根据权利要求1所述双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化，其特征是无乳化剂在线乳化开式喷油器48顶部设置射流涡流乳化室或超声波乳化室49，并利用射流涡流均化室46使乳化油进一步均质化。
全文摘要
本发明公开了一种应用于柴油机的燃油供给系统，称为双控液压增速短时喷油系统及其燃油在线乳化，是一种提高喷油雾化效果不必提高喷油压力的喷油系统，因而没有提高喷油压力的技术困难及缺点。该喷油系统燃油在线乳化采用两级或三级阶梯柱塞喷射泵作为乳化动力源及计量器具，把开式喷油器改造兼有乳化机功能。燃油在线乳化有添加乳化剂和无乳化剂两种方法，本发明使掺水燃烧应用上的麻烦及缺点以最低成本获得解决。
文档编号F02M25/025GK1490516SQ0315916
公开日2004年4月21日 申请日期2003年9月8日 优先权日2003年9月8日
发明者梁刚, 梁剑锋, 常玉, 梁剑锐, 梁 刚 申请人:梁剑锐