CN106958501B - 一种双液体直喷喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双液体直喷喷嘴，包括壳体、第一进油道、第二进油道、第一喷孔，壳体内设有套管，套管下部设置第一喷射单元，套管内部设置第二喷射单元，第一喷射单元包括第一针阀以及第一针阀运动组件，第二喷射单元包括第二针阀以及第二针阀运动组件，第一针阀下端为锥面阀座，第一喷孔设有与锥面阀座匹配的内锥面，锥面阀座中间设有第二喷孔，第二针阀的阀杆末端连接有与第二喷孔匹配的钢球。与现有技术相比，本发明设置两套喷射控制单元，利用一个喷嘴实现发动机缸内两种液体喷射，且两种液体的喷射各自独立，互不干扰，大大节省喷嘴的布置空间，为双燃料组合燃烧、发动机缸内喷水等先进发动机技术提供需要的喷嘴。

Description

一种双液体直喷喷嘴

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，具体涉及一种双液体直喷喷嘴。

背景技术

近年来全球汽车工业稳步发展，中国汽车工业更是得到了快速的发展。从2009年开始，中国就成为世界第一大汽车生产国和消费国。汽车工业的发展给人民生活带来了极大的便利，同时带动上下游钢铁、石油等产业为国家创造了巨大的经济利益。但是，汽车工业的快速发展也引起了能源短缺、环境污染等问题，尤其是近年来随着雾霾等环境问题的日益严重，环保引起了越来越多的社会关注和重视。内燃机作为汽车的动力来源，其发展的方向也是围绕节能减排展开的。

内燃机行业一直致力于提高内燃机效率、降低内燃机排放，实现高效清洁燃烧。为了摆脱对石油的依赖，研究者尝试寻找高效清洁的替代燃料，如生物燃料、醇类燃料等，但是这些替代燃料还都各自存在不足，无法完全替代现有的汽柴油，近年来一些学者和研究机构提出了双燃料组合燃烧技术，利用两种燃料组合燃烧，充分利用不同燃料不同的特性，结合不同的喷射策略和燃烧组织方式等改善内燃机的燃烧排放特性，实现内燃机效率提高和排放降低。

目前在内燃机上应用喷水技术的相关研究也开始兴起。水在发动机缸内吸热蒸发，可以降低发动机缸内温度，有效抑制爆震的产生、降低氮氧化物排放。同时由于喷水降低爆震倾向，可以增加发动机压缩比、提前点火提前角、在大负荷工况避免喷油加浓，提高发动机效率。德国亚琛大学、韩国先进科技学院、日本大阪大学、宝马公司、现代公司、丰田公司等都开展了发动机缸内喷水抑制爆震、提高发动机效率、降低氮氧化物排放的研究。

双燃料组合燃烧与发动机缸内喷水技术都需要实现发动机缸内两种液体燃料(或水)喷射，然而现代先进汽油机缸盖大都结构复杂、布置紧凑，很难在缸盖上同时布置两个直喷喷嘴，保证其喷雾互不干涉，因此需要一个直喷喷嘴可以同时实现两种液体喷射，同时要保证两种液体喷射互不干扰。

申请号为200510017269.1的中国专利公开了一种双液体喷嘴，由针阀、阀套和设有喷孔的阀体组成，针阀与阀体之间装有阀套，三个零件之间互为配合偶件，套阀的外锥面落座在阀体的内锥面上，构成第一个阀门，针阀的锥面和套阀的内锥面构成第二个阀门，针阀、阀套和阀体不同位置之间分别形成了一个压力室、第一环型腔、第二环型腔，阀体上设有与第一环型腔相通的第一通道和与第二环型腔相通的第二通道，该专利是针对现有柴油喷嘴结构改造使其能喷射双液体，其针阀的开起是依靠高压液体向上的液压作用，克服弹簧预紧力等阻力顶开针阀，两种液体针阀均向上开起。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种双液体直喷喷嘴，能够实现两种液体喷射，并且两种液体喷射时互不干扰。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种双液体直喷喷嘴，包括由上壳体和下壳体组成的壳体，所述的壳体上部设有第一进油道和第二进油道，所述的壳体底部设有第一喷孔，所述的壳体内设有套管，所述的套管上端与第二进油道密封连接，所述的套管下部设置控制第一进油道喷射的第一喷射单元，所述的套管内部设置控制第二进油道喷射的第二喷射单元，所述的第一喷射单元包括第一针阀以及第一针阀运动组件，所述的第二喷射单元包括第二针阀以及第二针阀运动组件，所述的套管下端与第一针阀阀体密封连接，所述的壳体内壁与第二进油道外壁、套管外壁及第一喷射单元外壁之间的间隙形成第一进油腔，所述的第二进油道内壁与套管内壁、第二喷射单元外壁及第一针阀内腔之间的间隙形成第二进油腔，所述的第一进油道连通第一进油腔，所述的第二进油道连通第二进油腔，所述的第一针阀下端为锥面阀座，所述的第一喷孔设有与锥面阀座匹配的内锥面，所述的锥面阀座中间设有第二喷孔，所述的第二针阀的阀杆末端连接有与第二喷孔匹配的钢球。

上述喷嘴具体工作过程为：第一进油道和第二进油道分别进入不同的喷射液体，第一进油道进入的喷射液体流经第一进油腔最后经第一喷孔喷射，第一针阀运动组件通过控制锥面阀座与第一喷孔的开闭控制喷射过程；第二进油道进入的喷射液体流经第二进油腔最后经第二喷孔喷射，第二针阀运动组件通过控制钢球与第二喷孔的开闭控制喷射过程。

进一步地，所述的第一针阀运动组件和第二针阀运动组件均由衔铁、回位弹簧和电磁线圈组成，所述的衔铁和回位弹簧通过限位套环设置在阀杆上，所述的电磁线圈设置在壳体内壁或套管内壁，具体工作原理为，第一针阀运动组件中，第一针阀受到回位弹簧向上的弹力预紧力作用，下部的锥面阀座被压紧在第一喷孔的内锥面上，液体不喷射；当电磁线圈通电时，铁芯对衔铁产生吸引力，当电磁吸力大于回位弹簧的预紧力等阻力时，衔铁向下运动，带动第一针阀向下运动，锥面阀座与第一喷孔的内锥面分离，高压液体喷射；第二针阀运动组件中，回位弹簧上方由限位套环限位，下方由限位套环限位，回位弹簧向下的弹力预紧力压紧第二针阀的阀杆，阀杆将钢球压紧在第二喷孔上，当电磁线圈通电后，铁芯对衔铁产生电磁吸引力，当电磁吸力大于回位弹簧的预紧力等阻力时，针阀被吸起，钢球离开阀座，高压液体喷射。

进一步地，所述的电磁线圈通过导线连接至设于壳体外部的线束插头。

进一步地，所述的套管下部与第一针阀通过螺纹固连在一起，随着第一针阀的开闭上下运动，当第一针阀向下开起时，套管随之一起向下运动，套管上部的外侧设置固定套环，所述的固定套环固定在壳体内壁，固定套环设有与第一进油腔连通的通道，固定套环固定下部第一针阀运动组件的电磁线圈。

进一步地，所述的第二进油道的下表面设有密封凸台，所述的套管内设有密封环，所述的密封环设有与密封凸台配合的凹槽，套管下部通过螺纹与第一针阀连接密封，保证第一进油腔与第二进油腔无泄漏，液体不掺混。

进一步地，所述的第一进油道设于上壳体的侧面，所述的第二进油道设于上壳体的上部，所述的第一进油道与第二进油道分别通入不同的喷射液体。

进一步地，所述的第一针阀下端的锥面阀座为从上到下直径增大的圆锥形。

与现有技术相比，本发明针对现有汽油GDI喷嘴结构改造使其能喷射双液体，针阀开起通过电磁阀控制，电磁铁的吸力直接克服弹簧预紧力，将针阀向上或向下打开，第一针阀向下开起，第二针阀向上开起，两个针阀开起方向不同；普通汽油GDI喷嘴的针阀均向上开起，本发明第一针阀向下开起，高压液体从针阀锥面与喷孔内锥面之间的间隙喷出，由于大部分喷雾的粒径都是小于或约等于间隙的距离，第一针阀开起时的针阀锥面与喷孔内锥面之间间隙距离决定了第一用液体喷雾的粒径，通过设计针阀组件行程，可精确控制针阀向下开起时锥面与喷孔内锥面之间缝隙距离，控制喷射液体粒径，控制雾化程度，喷射控制组件由衔铁、回位弹簧和电磁线圈组成，直接控制喷射过程，控制精确、反应灵敏。

本发明设置两套喷射控制单元，利用一个喷嘴实现发动机缸内两种液体喷射，且两种液体的喷射各自独立，互不干扰，大大节省喷嘴的布置空间，为双燃料组合燃烧、发动机缸内喷水等先进发动机技术提供需要的喷嘴。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1-上壳体；2-下壳体；3-第一进油道；4-第二进油道；5-第一喷孔；6-套管；7-第一针阀；8-第二针阀；9-锥面阀座；10-第二喷孔；11-钢球；12-衔铁；13-回位弹簧；14-电磁线圈；15-限位套环；16-导线；17-线束插头；18-固定套环；19-密封环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种双液体直喷喷嘴，如图1所示，包括上壳体1，下壳体2，第一进油道3第二进油道4，第一喷孔5，套管6，第一针阀7，第二针阀8，锥面阀座9，第二喷孔10，钢球11，衔铁12，回位弹簧13，电磁线圈14，限位套环15，导线16，线束插头17，固定套环18，密封环19。

上壳体1和下壳体2组成壳体，壳体上部设有第一进油道3和第二进油道4，壳体底部设有第一喷孔5，壳体内设有套管6，套管6上端与第二进油道4密封连接，套管6下部设置控制第一进油道3喷射的第一喷射单元，套管6内部设置控制第二进油道4喷射的第二喷射单元，第一喷射单元包括第一针阀7以及第一针阀运动组件，第二喷射单元包括第二针阀8以及第二针阀运动组件，套管6下端与第一针阀7阀体密封连接，第一针阀运动组件和第二针阀运动组件均由衔铁12、回位弹簧13和电磁线圈14组成，电磁线圈14通过导线16连接至设于壳体外部的线束插头17，套管6上部通过固定套环18与壳体连接，固定套环18设有与第一进油腔连通的通道，第一进油道3设于上壳体1的侧面，第二进油道4设于上壳体1的上部。

第一种液体从第一进油道3流入，流过固定套环18上的通道，充满壳体内壁与第二进油道4外壁、套管6外壁及第一针阀7外壁之间的间隙形成第一进油腔，第一针阀7下部为外开的锥面，与第一喷孔5配合，限位套环15固定在针阀阀杆上，衔铁12上下由限位套环限位，也固定在阀杆上，回位弹簧13下端由下壳体2内壁限位，上端由限位套环15限位，电磁线圈14下端由下壳体2内壁定位，上端由限位套环12定位，第一针阀7上部与套管6通过螺纹连接密封，电磁线圈不通电时，回位弹簧13向上的弹簧预紧力将第一针阀7和套管6向上压紧，下部的外锥面与下壳体2的第一喷孔5内锥面压紧，形成锥面密封，第一种液体不喷射；当电磁线圈14通电时，铁芯对衔铁12产生电磁吸力，克服回位弹簧13的弹簧预紧力等阻力，向下运动，第一针阀7开起，第一种液体从第一针阀7锥面与第一喷孔5之间的间隙喷出，通过精确设计针阀组件行程，可控制针阀向下开起时针阀下部密封锥面与喷孔内锥面之间缝隙距离，控制喷射液体粒径，控制雾化程度。

第二种液体从第二进油道4流入，充满第二进油道4内壁与套管6内壁及第一针阀7内腔之间的间隙形成第二进油腔，第二进油道4的下端面设有凸台，密封环19的上端面设有凹槽，二者相互配合，形成密封，电磁线圈14下端由套管内壁的台阶限位，回位弹簧13下端由限位套环15定位，上端由密封环19定位，电磁线圈不通电时，回位弹簧向下的弹力压紧第二针阀8的阀杆，阀杆将钢球11压紧在下部锥面阀座9的第二喷孔10上，第二种液体不喷射，当电磁线圈14通电时，铁芯对衔铁产生电磁吸力，克服回位弹簧的弹簧预紧力等阻力，吸引针阀运动组件向上运动，钢球离开阀座，第二种液体经第二喷孔10喷射。

Claims (8)

1.一种双液体直喷喷嘴，包括由上壳体(1)和下壳体(2)组成的壳体，所述的壳体上部设有第一进油道(3)和第二进油道(4)，所述的壳体底部设有第一喷孔(5)，

其特征在于，所述的壳体内设有套管(6)，所述的套管(6)上端与第二进油道(4)密封连接，所述的套管(6)下部设置控制第一进油道(3)喷射的第一喷射单元，所述的套管(6)内部设置控制第二进油道(4)喷射的第二喷射单元，所述的第一喷射单元包括第一针阀(7)以及第一针阀运动组件，所述的第二喷射单元包括第二针阀(8)以及第二针阀运动组件，所述的套管(6)下端与第一针阀(7)阀体密封连接，

所述的壳体内壁与第二进油道(4)外壁、套管(6)外壁及第一喷射单元外壁之间的间隙形成第一进油腔，所述的第二进油道(4)内壁与套管(6)内壁、第二喷射单元外壁及第一针阀(7)内腔之间的间隙形成第二进油腔，所述的第一进油道(3)连通第一进油腔，所述的第二进油道(4)连通第二进油腔，所述的第一针阀(7)下端为锥面阀座(9)，所述的第一喷孔(5)设有与锥面阀座(9)匹配的内锥面，所述的锥面阀座(9)中间设有第二喷孔(10)，所述的第二针阀(8)的阀杆末端连接有与第二喷孔(10)匹配的钢球(11)。

2.根据权利要求1所述的一种双液体直喷喷嘴，其特征在于，所述的第一针阀运动组件和第二针阀运动组件均由衔铁(12)、回位弹簧(13)和电磁线圈(14)组成，所述的衔铁(12)和回位弹簧(13)通过限位套环(15)设置在阀杆上，所述的电磁线圈(14)设置在壳体内壁或套管(6)内壁。

3.根据权利要求2所述的一种双液体直喷喷嘴，其特征在于，所述的电磁线圈(14)通过导线(16)连接至设于壳体外部的线束插头(17)。

4.根据权利要求1所述的一种双液体直喷喷嘴，其特征在于，所述的套管(6)下部与第一针阀(7)通过螺纹固连在一起，随着第一针阀(7)的开闭上下运动，套管(6)上部的外侧设置固定套环(18)。

5.根据权利要求4所述的一种双液体直喷喷嘴，其特征在于，所述的固定套环(18)固定在壳体内壁，固定套环(18)设有与第一进油腔连通的通道。

6.根据权利要求1所述的一种双液体直喷喷嘴，其特征在于，所述的第二进油道(4)的下表面设有密封凸台，所述的套管(6)内设有密封环(19)，所述的密封环(19)设有与密封凸台配合的凹槽。

7.根据权利要求1所述的一种双液体直喷喷嘴，其特征在于，所述的第一进油道(3)设于上壳体(1)的侧面，所述的第二进油道(4)设于上壳体(1)的上部，所述的第一进油道(3)与第二进油道(4)分别通入不同的喷射液体。

8.根据权利要求1所述的一种双液体直喷喷嘴，其特征在于，所述的第一针阀(7)下端的锥面阀座(9)为从上到下直径增大的圆锥形。