專利名稱:柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的無(wú)泵燃油噴射方法及其裝置的制作方法
本發(fā)明涉及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料系統(tǒng)，具體地涉及常壓供油的方法及其噴射裝置。
在現(xiàn)代柴油機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，人們對(duì)燃油與空氣的混合氣形成的方式和燃燒過(guò)程，提出了許多不同的理論，基本上可以分為空氣霧化混合方式與油膜蒸發(fā)混合方式的兩種基本形式。高壓噴射燃油的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，主要依靠高壓系統(tǒng)將高壓燃油噴成高度霧化狀態(tài)以形成混合氣，它屬于空間霧化混合方式。因此傳統(tǒng)的柴油機(jī)采用的高壓燃油泵和噴油器的裝置，保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作。但是高壓燃油泵和噴油器的制造和材料的工藝要求高，價(jià)格貴，在使用過(guò)程中容易出故障，例如在擁有量很大的農(nóng)用柴油機(jī)的使用過(guò)程中，高壓泵等燃料系統(tǒng)的故障率高于其他系統(tǒng)的故障率。
在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料系統(tǒng)，曾經(jīng)提出過(guò)改進(jìn)的方法和試驗(yàn)。德國(guó)繆雷爾博士提出“M過(guò)程”是在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前、壓縮沖程未期，燃油一次噴入形成油膜。美國(guó)西南研究所對(duì)單缸二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了一系列無(wú)泵發(fā)動(dòng)試驗(yàn)(參見(jiàn)《國(guó)外內(nèi)燃機(jī)》1972年第1期第2～10頁(yè))。上述無(wú)泵發(fā)動(dòng)試驗(yàn)，在活塞頂部安裝凸塊、并且使凸塊在活塞上升到上止點(diǎn)之前，活塞、凸塊和氣缸頭三者之間形成了一個(gè)主燃燒室和一個(gè)預(yù)燃室，設(shè)置燃油輸送裝置并且與主燃燒室和預(yù)燃室相溝通。在活塞上行到上止點(diǎn)的一瞬間，燃油和空氣在主燃燒室內(nèi)的空氣壓力作用下，經(jīng)過(guò)上述輸送裝置的通道，進(jìn)入預(yù)燃室，在預(yù)燃室所設(shè)置的電熱塞作用之下開(kāi)始燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)即啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種試驗(yàn)的無(wú)泵噴射燃料系統(tǒng)，省略了高壓油泵、噴油嘴偶件，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是它需要改變發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、活塞等構(gòu)件的形狀或結(jié)構(gòu)，需要借助電熱塞才能啟動(dòng)工作，其不足之處是混合氣的形成和燃燒過(guò)程不夠充分，并且需要增設(shè)電熱塞及其附件。
一種設(shè)計(jì)合理、能夠?qū)崿F(xiàn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的無(wú)泵燃油系統(tǒng)，是人們迫切希望解決的試驗(yàn)或應(yīng)用的課題。
本發(fā)明的目的首先是提出一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)常壓供油的燃料與空氣形成混合氣而燃燒的方法;
本發(fā)明其次的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的設(shè)置了混合室、預(yù)燃室的無(wú)泵燃油噴射裝置。
本發(fā)明的混合氣形成過(guò)程，基本上屬于油膜蒸發(fā)的類型，在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣沖程時(shí)就已經(jīng)進(jìn)油、并且形成油膜，被加熱蒸發(fā)，它充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)氣沖程時(shí)的負(fù)壓，壓縮沖程時(shí)的空氣渦流和發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫，形成燃油與空氣的混合氣并且最終自行著火燃燒，產(chǎn)生體積膨脹而作功?；旌蠚獾男纬珊腿紵襟E是燃油在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程時(shí)進(jìn)入噴射裝置內(nèi)部;在噴射裝置中燃油與空氣被壓縮時(shí)形成混合氣并且最終被壓燃;被壓燃而體積膨脹的混合氣由噴射裝置內(nèi)部噴入氣缸、燃燒室，完全燃燒而推動(dòng)活塞作功。
實(shí)現(xiàn)上述方法的噴射裝置，包括燃油輸送裝置、輸油管道和噴口。噴射裝置的內(nèi)部設(shè)置有預(yù)燃室的空間，與預(yù)燃室通過(guò)連接口相聯(lián)通的混合室的空間，混合室與燃油輸油管道相聯(lián)通并且設(shè)有與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、燃燒室相溝通的外噴口。
本發(fā)明可以取得以下的積極效果(1)改革了柴油機(jī)燃料系統(tǒng)，免除了傳統(tǒng)的高壓燃油泵及其傳動(dòng)裝置、高壓噴油咀等附件，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本降低;
(2)燃油噴射裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要電熱塞加熱即可使混合氣燃燒，在使用過(guò)程中可靠性強(qiáng)、故障率低;
(3)設(shè)置本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)比常規(guī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)小、工作平順柔合、噪聲低，例如安裝使用在船用柴油機(jī)上將減少船體結(jié)構(gòu)的疲勞、延長(zhǎng)使用期、提高乘座的舒適性;
(4)燃油噴射器在使用過(guò)程中和維護(hù)檢修時(shí)，具有安裝拆卸簡(jiǎn)便，維修校驗(yàn)方便的優(yōu)點(diǎn)，它不需要配備高壓泵校驗(yàn)裝置或噴油咀校驗(yàn)器;
(5)本發(fā)明噴射器的外形，可以按需要設(shè)計(jì)成為與高壓噴油器相似的外形或安裝尺寸，因此可以取代常規(guī)的燃料系統(tǒng)，安裝在已有的常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上。
以下結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
圖1是工農(nóng)195-C2型單缸四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝常規(guī)高壓噴油器的示意圖;
圖2是本發(fā)明的一種噴射器安裝在圖1發(fā)動(dòng)機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)工作的示意圖;
圖3是可用于圖1柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一種燃油噴射器實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是圖3燃油噴射器的一種變換形式;
圖5是圖3燃油噴射器零件的分解圖。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明以工農(nóng)195-C2型單缸四沖程柴油機(jī)30作為一種試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)。此發(fā)動(dòng)機(jī)安裝了常規(guī)高壓噴油器31，如圖所示。
參照?qǐng)D2，本發(fā)明一種實(shí)例的燃油噴射器20安裝在圖1所示的單缸四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)30上，噴射器20的外噴口孔11與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸33、燃燒室32溝通，它的安裝位置與原發(fā)動(dòng)機(jī)高壓噴油器的安裝位置相同。將燃油輸送裝置的針閥1與流量控制機(jī)構(gòu)連接，接通進(jìn)油管2以及冷卻水進(jìn)口8和出口9，即可啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)30。
參照?qǐng)D2和圖3，無(wú)泵柴油機(jī)的空氣燃料混合氣的形成及燃燒工作過(guò)程是燃油在吸氣沖程時(shí)進(jìn)入噴射器混合室5的空間;在被壓縮時(shí)，空氣與燃油經(jīng)過(guò)混合室5，形成混合氣，并且在噴射器預(yù)燃室7的空間被壓燃;開(kāi)始燃燒的混合氣體積膨脹由噴射器20的內(nèi)部噴入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室32和氣缸33，從而完全燃燒并且推動(dòng)活塞作功。
圖3的上半部分是燃油輸送部分，下半部分是噴射器2的主體部分。針閥1控制進(jìn)油管2的燃油輸入流量，燃油經(jīng)過(guò)燃油室15，裝有彈簧14的止回閥3、輸油道4和混合室燃油進(jìn)口16，至噴射器下部的混合室5?；旌鲜?的空間里設(shè)置主噴管6，混合室5的上部設(shè)置預(yù)燃室7，聯(lián)接口12將混合室5的空間與預(yù)燃室7的空間相互溝通?；旌鲜?的下端設(shè)置與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室32、氣缸33相聯(lián)通的外噴口孔11。
圖3下半部分，噴射器20的內(nèi)部設(shè)引發(fā)罩13。引發(fā)罩13的內(nèi)部空間為預(yù)燃室7，引發(fā)罩13的外部與預(yù)燃室外殼25相配合接觸。冷卻水套10設(shè)置在預(yù)燃室外殼25中，它安裝有冷卻水進(jìn)口8和出口9的管道。冷卻水使預(yù)燃室外殼25保持適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?，引發(fā)罩13的部分外周29與預(yù)燃室外殼25相配合接觸，因而使得引發(fā)罩13和它內(nèi)部的預(yù)燃室7空間，保持在恰當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟鹊姆秶?br>對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，燃油噴射器20在各沖程的工作情況如下。(1)進(jìn)氣沖程因活塞快速下行而在氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，大量空氣經(jīng)過(guò)進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸，另外一定數(shù)量的燃油通過(guò)輸送裝置的進(jìn)油管2、針閥1、燃油室15、止回閥3、輸油道4和燃油進(jìn)口16，進(jìn)入混合室5，附著分布在主噴管6的外周和混合室5的空間，并且因發(fā)動(dòng)機(jī)前一工作沖程所產(chǎn)生的高溫，使進(jìn)入混合室的部分燃油被加熱、蒸發(fā);(2)壓縮沖程活塞上行，將氣缸內(nèi)的空氣壓縮，壓縮空氣的氣流通過(guò)外噴口孔11，主噴管6和混合室5，使混合室5內(nèi)的燃油被強(qiáng)制霧化，并且進(jìn)一步被壓縮通過(guò)聯(lián)接口12進(jìn)入與混合室5相聯(lián)通的預(yù)燃室7，在壓縮沖程活塞將到達(dá)上止點(diǎn)前的某一瞬間，燃油與空氣的混合氣在預(yù)燃室7始被壓燃;(3)工作沖程被壓燃的混合氣體積膨脹、壓力增高到大于氣缸壓力時(shí)，預(yù)燃室7內(nèi)燃燒的混合氣開(kāi)始回噴，經(jīng)過(guò)聯(lián)接口12、混合室5和主噴管6再次掃除主噴管6的外周和混合室5空間內(nèi)的燃油或霧化氣，使它們進(jìn)一步混合，最后經(jīng)過(guò)外噴口孔11，噴向燃燒室32氣缸33，從而與氣缸內(nèi)的空氣完全燃燒;(4)排氣沖程燃燒后的廢氣被推出氣缸，噴射器準(zhǔn)備從下一次吸氣沖程開(kāi)始再次工作。
如上所述，本發(fā)明的燃油系統(tǒng)是在通常壓力的情況下輸送燃油的，它不需設(shè)置高壓燃油泵。為了保障輸送裝置的可靠性，一般在進(jìn)油管2可以采用0.3～0.8kg/cm2的輸送壓力。預(yù)燃室7、聯(lián)通接口12、混合室5、主噴管6和外噴孔口孔11一般情況下的位置設(shè)計(jì)為大體沿噴射器20的中心線設(shè)置。
對(duì)于多缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，本發(fā)明的燃油系統(tǒng)可以通過(guò)燃油的輸油道4，向多個(gè)燃油噴射器20輸送燃油，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作。
參照?qǐng)D4，對(duì)于不同的設(shè)計(jì)要求，或者不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工作要求，燃油噴射裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)，例如混合室5的空間形狀和體積、預(yù)燃室7的空間形狀和體積、主噴管6的通徑與噴管的形狀和長(zhǎng)度、聯(lián)接口12的口徑和形狀、外噴口孔11的口徑和形狀等等，可以經(jīng)計(jì)算或試驗(yàn)取得恰當(dāng)?shù)臄?shù)值。圖3所示的噴射器圓柱形預(yù)燃室7可以采用球形預(yù)燃室7，如圖4所示。
參照?qǐng)D5，燃油噴射器的零件按照其工作原理的設(shè)計(jì)要求，可以制成組合式的裝配結(jié)構(gòu)。圖3所示的噴射器20就是一種裝配結(jié)構(gòu)，它的組成零件按噴射器的軸線排列順序位置逐件安裝。從噴射器20的噴射端開(kāi)始為帶有外噴口孔11的噴口帽21，帶有安裝固定環(huán)22和噴口28的主噴管6，混合室外殼23，設(shè)有聯(lián)通口12的混合室與預(yù)燃室的連接片24，內(nèi)部為預(yù)燃室7而外部設(shè)置環(huán)形凸起29的引發(fā)罩13，安裝引發(fā)罩13的預(yù)燃室外殼25，上述零件組裝為噴射器20的主體部分，即構(gòu)成圖3所示的外噴孔口11一混合室5和主噴管6-聯(lián)通口12一預(yù)燃室7的管腔空間結(jié)構(gòu)。
噴射器20的上端為裝有針閥1和進(jìn)油管2的安裝座27，它通過(guò)連接墊圈26與預(yù)燃室外殼25連接，從而構(gòu)成包括燃油輸送、流量控制裝置和噴射器主體的燃油噴射裝置。
噴射器20的外形，包括噴口帽21、混合室外殼23、預(yù)燃室外殼25和安裝座27，可以設(shè)計(jì)為與常規(guī)高壓噴油器相似的外形和尺寸，安裝座27上設(shè)有固定螺孔28，通過(guò)緊固件，將噴射器安裝固定在發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油器位置，如圖2所示。
本實(shí)施例經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，情況如下表
權(quán)利要求
1.一種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)形成燃油與空氣的混合氣而燃燒的方法，燃油從輸送裝置送到噴射裝置、然后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，其特征是在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣沖程時(shí)燃油進(jìn)入噴射裝置20內(nèi)部，進(jìn)入噴射裝置20的燃油和空氣、在噴射裝置20中被壓縮時(shí)、形成混合氣并且進(jìn)一步被壓燃；開(kāi)始燃燒而體積膨脹的混合氣由噴射裝置20內(nèi)部噴入燃燒室、氣缸，從而完全燃燒并且推動(dòng)活塞作功。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是來(lái)自氣缸的被壓縮空氣和被吸進(jìn)噴射器20的燃油，經(jīng)過(guò)噴射器混合室5，形成混合氣。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是混合氣在噴射器預(yù)燃室7的空間被壓燃。
4.如權(quán)利要求
1、2或3所述的方法，其特征是被壓燃的混合氣在工作沖程時(shí)由預(yù)燃室7，經(jīng)過(guò)混合室5和噴射裝置的外噴口孔11噴入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、氣缸。
5.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求
1所述方法的噴射器，包括燃油輸送裝置、輸油管道和噴口、，其特征是所述噴射器20內(nèi)設(shè)置有預(yù)燃室7的空間、與預(yù)燃室7通過(guò)連接口12相聯(lián)通的混合室5的空間，所述混合室5與輸油道4相聯(lián)通并且設(shè)有與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、氣缸相溝通的外噴口11。
6.如權(quán)利要求
5所述的噴射器，其特征是預(yù)燃室7設(shè)有導(dǎo)熱隔套13。
7.如權(quán)利要求
5所述的噴射器，其特征是混合室5所限定的空間內(nèi)設(shè)置有主噴管6。
8.如權(quán)利要求
5或7所述的噴射器，其特征是預(yù)燃室7、混合室5、聯(lián)通接口12、主噴管6和外噴口孔11的位置，大體沿噴射器20的中心線設(shè)置。
9.如權(quán)利要求
8所述的噴射器，其特征是噴射器20的安裝位置和安裝尺寸以及外噴口孔11在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的位置，與常規(guī)高壓噴油器相似。
10.如權(quán)利要求
5或6所述的噴射器，其特征是噴射器預(yù)燃室7的形狀為圓柱形或球形，預(yù)燃室部位的外殼25設(shè)置冷卻水套10。
專利摘要
無(wú)泵燃油噴射方法及其裝置涉及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料系統(tǒng)，燃油在常壓下輸入燃油噴射裝置并且在發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣沖程進(jìn)入噴射器的混合室，燃油與空氣的混合氣進(jìn)入噴射裝置內(nèi)部設(shè)置的預(yù)燃室并且在被壓燃后噴出噴射裝置進(jìn)入氣缸，從而完全燃燒推動(dòng)活塞作功。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便；使用本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定，震動(dòng)性小，運(yùn)轉(zhuǎn)平順柔和，故障率低。本發(fā)明的燃油噴射器可以設(shè)計(jì)為相似于常規(guī)噴油器的外形安裝在常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上。
文檔編號(hào)F02M49/00GK86105013SQ86105013
公開(kāi)日1988年3月9日 申請(qǐng)日期1986年8月23日
發(fā)明者李宗奎 申請(qǐng)人:李宗奎導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan