專利名稱：利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統(tǒng)技術領域[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種內(nèi)燃機柴油噴射系統(tǒng)，具體涉及一種利用氣缸燃燒壓力驅動 的柴油噴射系統(tǒng)。
背景技術：
[0002]內(nèi)燃機自問世以來，已經(jīng)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，被廣泛用于交通運輸、農(nóng)業(yè)機械、工程機械和發(fā)電等領域，對人類 的發(fā)展具有十分重要的意義。目前，內(nèi)燃機作為熱效率最高的發(fā)動機，所發(fā)出的功率占全世 界所有動力裝置總功率的90%。在今后相當長的時期內(nèi)，內(nèi)燃機因其特有的優(yōu)點，仍將處于 不可替代的地位。在現(xiàn)有的內(nèi)燃機中，由于柴油機具有熱效率高、功率范圍廣和耐久性好等 優(yōu)點，其應用廣泛，在發(fā)電、工程機械、農(nóng)業(yè)機械和大中功率的船舶等領域并占據(jù)著統(tǒng)治地 位。[0003]柴油機主要使用柴油。柴油是石油提煉后的一種油質的產(chǎn)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(huán)烷或芳烴。它的化學和物理特性 位于汽油和重油之間，沸點在170°C至390°C間。由于柴油與內(nèi)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(guī)柴油機的燃燒主要是通過高壓噴射系統(tǒng)，將柴油高 壓噴入柴油機氣缸中，燃料經(jīng)過噴散、加熱蒸發(fā)、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 機由于工作壓力大，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制造精度要求高，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(fā)動 機存在的缺點得到了 一定的改善。[0005]燃油噴射系統(tǒng)是柴油機非常重要的部件，它關系到柴油機油耗和排放。由于能源 緊張和環(huán)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(tǒng)主要 有三種系統(tǒng)機械泵燃油噴射系統(tǒng)、單體泵燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)。[0006]機械泵燃油噴射系統(tǒng)可以采用不同出油閥(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(tǒng)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(tǒng)和單體泵燃油噴射系統(tǒng)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(tǒng)與高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)相比，制造工藝相 對簡單，成本較低，產(chǎn)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(tǒng)采用高壓供油泵，將高壓燃油儲存在軌道內(nèi)并保持高壓， 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(tǒng)的軌道壓力始終保持 在設定值，便于實現(xiàn)噴射的靈活控制，容易實現(xiàn)單循環(huán)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)相比，柴油機三種燃油噴射系統(tǒng)都需要較高壓力的油泵， 制造技術較高，結構復雜，這也增加了發(fā)動機的故障。同時，柴油機燃料噴射系統(tǒng)成本高。另 外這三種燃油噴射系統(tǒng)是由曲軸的動能來驅動，而曲軸的動能由氣缸內(nèi)的燃燒壓力轉換而 來，需要消耗較多發(fā)動機功率。發(fā)明內(nèi)容[0009]本發(fā)明創(chuàng)造的目的就是克服上述現(xiàn)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(tǒng)，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(tǒng)，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、燃油增壓器活塞連桿、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(nèi) 的氣缸蓋上，燃油增壓器下活塞位于燃油增壓器增壓活塞下腔內(nèi)，燃油增壓器上活塞位于 燃油增壓器增壓活塞上腔內(nèi)，燃油增壓器下活塞通過燃油增壓器活塞連桿與燃油增壓器上 活塞連接，燃油增壓器活塞連桿位于燃油增壓器中間孔內(nèi)，燃油增壓器增壓活塞彈簧套設 在燃油增壓器活塞連桿上并位于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。以便泄露 在燃油增壓器增壓活塞下腔內(nèi)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 用在進氣沖程時進入燃燒室內(nèi)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(fā)明創(chuàng)造所述的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統(tǒng)，其有益效果體現(xiàn)在[0017]1.本發(fā)明創(chuàng)造直接安裝在氣缸蓋上，體積小，結構緊湊。[0018]2.本發(fā)明創(chuàng)造結構簡單，降低柴油機噴射系統(tǒng)的故障。[0019]3.本發(fā)明創(chuàng)造提高了能源利用效率。常規(guī)柴油機高壓油泵是由曲軸來驅動，而曲 軸的動能由氣缸內(nèi)的燃燒壓力轉換而來，降低了能源利用效率。
[0020]圖1為本發(fā)明創(chuàng)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桿、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(fā)明。但這個實施例僅是說明性的，本發(fā) 明創(chuàng)造的保護范圍并不受這個實施例的限制。[0023]圖1所示，本發(fā)明創(chuàng)造的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統(tǒng)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、燃油增壓器活塞連桿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(nèi)的氣缸蓋9上， 燃油增壓器下活塞2位于燃油增壓器增壓活塞下腔4內(nèi)，燃油增壓器上活塞26位于燃油增 壓器增壓活塞上腔25內(nèi)，燃油增壓器下活塞2通過燃油增壓器活塞連桿3與燃油增壓器上 活塞26連接，燃油增壓器活塞連桿3位于燃油增壓器中間孔7內(nèi)，燃油增壓器增壓活塞彈 簧27套設在燃油增壓器活塞連桿3上并位于燃油增壓器上活塞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 泄露在燃油增壓器增壓活塞下腔4內(nèi)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 沖程時進入燃燒室32內(nèi)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]下面以四沖程內(nèi)燃機為例說明利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統(tǒng)工作過程。 在壓縮沖程后期，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(nèi)，作功沖程開始。作功沖程開始后，燃燒室32內(nèi)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(nèi)的燃油，燃油增壓器 增壓活塞上腔25內(nèi)的燃油壓力升高，燃油增壓器增壓活塞上腔25內(nèi)的燃油頂開燃油增壓 器單向閥18內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)燃機最高燃燒壓力為8_12 MPa，如果燃燒 室32內(nèi)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]當作功沖程完畢，排氣沖程開始，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(nèi)，燃燒室32內(nèi)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(nèi)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(nèi)燃油仍然保持較高的壓力。[0028]排氣沖程結束后，進氣沖程開始，進氣門10打開，排氣門30關閉，活塞I下行，燃 燒室32內(nèi)產(chǎn)生負壓，新鮮空氣從進氣道6進入燃燒室32。由于燃燒室32內(nèi)壓力較低，燃油 增壓器增壓活塞28繼續(xù)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(nèi)經(jīng)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]當進氣沖程結束，開始壓縮沖程，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(nèi)空氣，使空氣壓力升高，燃燒室32內(nèi)空氣對燃油增壓器下活塞2產(chǎn)生壓 力，利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統(tǒng)開始新的工作循環(huán)。
權利要求1.一種利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統(tǒng)，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，其特征是所述的氣缸蓋(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(jù)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(tǒng)，其特征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)、燃油增壓器活塞連桿(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(nèi)的氣缸蓋(9)上，燃油增壓器下活塞(2)位于燃油增壓器增壓活塞下腔(4)內(nèi)，燃油增壓器上活塞(26)位于燃油增壓器增壓活塞上腔(25)內(nèi)，燃油增壓器下活塞(2 )通過燃油增壓器活塞連桿(3 )與燃油增壓器上活塞(26 )連接，燃油增壓器活塞連桿(3)位于燃油增壓器中間孔(7)內(nèi)，燃油增壓器增壓活塞彈簧(27)套設在燃油增壓器活塞連桿(3)上并位于燃油增壓器上活塞(26)的下面。
3.根據(jù)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(tǒng)，其特征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(jù)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(tǒng)，其特征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(jù)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(tǒng)，其特征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(jù)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(tǒng)，其特征在于所述的燃油增壓器(19)安裝在進氣門(10)側的氣缸蓋(9)上。
專利摘要本發(fā)明創(chuàng)造的利用氣缸燃燒壓力驅動的柴油噴射系統(tǒng)，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(fā)明結構簡單緊湊，體積小，能源利用效率高，工作穩(wěn)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(yōu)先權日2012年9月7日
發(fā)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