專利名稱：混合氣優化調節多點汽油噴射系統及其燃油在線乳化的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽油機多點汽油噴射系統。
現有多點電噴汽油機的節氣門與汽油噴射點之間有一定距離，進氣量調節點與汽油噴射點存在位置的差異，從理論上講會影響混合氣濃度控制的穩定性。另外，混合氣濃度控制是采用檢測宏觀空氣流量的傳感器控制，不是機械自動化的控制方法，所以混合氣濃度控制精確度較低。另外，現有多點電噴汽油機燃油在線乳化只能在噴射泵前解決，無法實現在噴射泵后乳化，也無地把噴油器改造兼有乳化機功能。
據報導，常州柴油機廠對ZS1100型直噴柴油機進行摻水燃燒試驗結果是，隨著摻水率從20％開始不斷增加，節油效果降低，降污效果提高，兩者只能選擇一個達到目的。柴油機摻水燃燒節油最佳試驗結果是，5孔噴嘴，200bar針閥開啟壓力，摻水率20％，節油率23.6％。本發明按最佳節油效果設計摻水燃燒，對于提高降污效果采用其它方法解決，此方法另行申請專利。
本發明人尚未掌握汽油機有關摻水燃燒節油的試驗資料，但柴油機的試驗資料是可以借鑒的。從理論上講，汽油機摻水率對節油率與降污率的影響應該相同柴油機摻水率對節油率與降污率的影響，不同僅在于具體數據。過去汽油機摻水燃燒的目的是解決汽油機爆震問題，并不在于節油與降污。過去汽油機摻水燃燒采用把水霧化加入進氣的空氣中。據報導，目前法國已研制成功乳化汽油。乳化汽油的關鍵問題是乳化劑。摻水燃燒最好方法是使用乳化油，但由于使用上的麻煩無法推廣應用。在線乳化，特別是無乳化劑的在線乳化可解決上述問題，也可克服使用過程中出現破乳及分層問題。
本發明的目的是為了克服多點電噴汽油機上述不足之處和追求摻水燃燒最佳的節油效果而提供一種混合氣優化調節多點汽油噴射系統及其燃油在線乳化。
本發明是這樣實現的汽油機噴油泵相油柴油機噴油泵使用凸輪驅動柱塞泵。噴油泵的安裝位置與柴油機相同，與柴油機噴油泵不同的是，汽油機噴油泵在整個吸氣沖程噴油，供油時間約占凸輪軸轉角90°。另外，汽油機噴油泵采用改變搖臂比進行噴油量調節。汽油機噴油泵采用凸輪驅動柱塞泵的目的是利用噴油泵作為燃油在線乳化動力源及計量器具。多點汽油噴射系統的噴油器使用開式噴油器。實現本發明的第二項改進是汽油機進氣門改為節氣進氣門，即進氣門增加節氣門功能，改變進入氣缸的循環吸氣量。節氣進氣門傳動有兩種方案，一種是閉路液壓傳動方案，另一種是現在廣泛應用的機械傳動方案。閉路液壓傳動方案優點是氣缸蓋頂部結構簡單，特別適用于半球型燃燒室與斜置氣門型式汽油機，特別適用多氣門機構。不管是閉路液壓傳動方案或機械傳動方案，均在進氣門傳動機構中采用改變搖臂比控制進氣門的開度，從而改變進入氣缸的循環吸氣量。閉路液壓傳動氣門方案的具體做法是，在氣門桿頂設液壓馬達油缸驅動氣門開關，氣門液壓泵采用凸輪驅動柱塞泵。氣門液壓泵與噴油泵分居氣缸體兩側安裝，相當中置凸輪軸布置方案。進氣門液壓泵采用改變搖臂比進行進氣量調節，排氣門液壓泵不必采用此機構。柱塞液壓泵與柱塞液壓馬達組成泵一馬達閉路液壓系統。在氣門桿頂液壓馬達油缸一側設置閉路液壓系統補油逆止閥。補油從補油逆止閥進入。燃油在線乳化利用兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵或三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵作為乳化動力源與計量器具，把開式噴油器改造兼有乳化機功能，使燃油乳化在噴油器進行，達到乳化后立即用于噴射。
由于采用上述發明，使汽油機混合氣濃度的調節更精確，燃燒更完全，HC及CO的排放量更小；如果燃油在線少量摻水乳化，節油效果更佳，NOx的排放量也有所減少，并使摻水燃燒的使用麻煩及缺點用最低成本獲得解決；由于燃油乳化在噴油器，即使因長期停機造成噴油器內存儲的乳化油沉淀分離，發動機啟動后能把噴油器內積水迅速排出，不影響發動機重新啟動。
由于閉路液壓傳動節氣進氣門與機械傳動節氣進氣門均采用改變搖臂比改變氣缸進氣循環吸氣量，故本發明僅用閉路液壓傳動進氣節氣門方案作
。以下結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1是凸輪驅動柱塞式噴油泵剖視圖。
圖2是閉路液壓傳動氣門多點噴射汽油機局部剖視圖。
圖3是凸輪驅動柱塞式氣門液壓泵剖視圖。
圖4是兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵結構說明局部剖視圖。
圖5是三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵結構說明局部剖視圖。
圖6是添加乳化劑燃油在線乳化噴油系統流程圖。
圖7是無乳化劑燃油在線乳化噴油系統流程圖。
附圖所示1、噴油泵上泵體；2、噴油凸輪軸；3、滾輪挺柱機構；4、出油閥緊座；5、出油閥閥座；6、噴油泵柱塞套；7、噴油泵柱塞；8、彈簧機構；9、空心推桿；10、調節搖臂比曲柄連桿機構；11、搖臂；12、搖臂中間支點與滑塊總成；13、噴油泵槽狀滑塊軌道；14噴油泵底蓋；15、噴油泵下泵體；16、進氣門罩(每缸一個)；17、液壓補油逆止閥；18、補油接頭；19、開式噴油器；20、火花塞；21、排氣門罩(每缸一個)；22、排氣門；23、氣缸蓋；24、節氣進氣門；25、液壓馬達油缸體；26、排氣液壓泵油管接頭；27、液壓泵上泵體；28、平底空心推桿；29、液壓泵中泵體；30配氣凸輪軸；31、空心挺柱；32、液壓泵下泵體；33、液壓泵槽狀滑塊軌道；34、液壓泵底蓋；35、液壓泵柱塞；36、液壓泵柱塞套；37、密封墊片；38、進氣液壓泵油管接頭；39、柱塞套緊座；40、兩級階梯柱塞；41、泵水柱塞套；42、出水閥及其緊座；43、泵油柱塞套；44、出油閥及其緊座；45、出乳化劑閥及其緊座；46、泵乳化劑柱塞套；47、三級階梯柱塞；48、O型密封圈；49、O型密封圈；50、燃油箱；51、燃油輸送泵；52、水箱；53、輸水泵；54、乳化劑箱；55、乳化劑輸送泵；56、三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵；57、添加乳化劑在線乳化開式噴油器；58、渦流混合室；59、逆止閥；60、逆止閥彈簧；61、彈簧座板；62、射流渦流均化室；63、切向斜孔；64、兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵；65、無乳化劑在線乳化開式噴油器；66、射流渦流乳化室或超聲波乳化室；A、柱塞液壓馬達油口；B、柱塞液壓泵油口；C、補油回油縱向主油道。
參照圖1，多點汽油噴射系統采用凸輪驅動柱塞式噴油泵，噴油泵的安裝位置與柴油機相同。這種噴油泵結構與柴油機噴油泵不同在于，噴油凸輪軸2是吸氣沖程供油凸輪，供油時間約占凸輪軸轉角90°。另外不同之處是滾輪挺柱機構3與噴油泵柱塞7之間用搖臂11連接傳動，用調節搖臂比曲柄邊桿機構10調節噴油量。調節搖臂比曲柄連桿機構10的作用是移動搖臂中間支點與滑塊總成12，從而改變搖臂11中間支點位置，達到改變搖臂比的目的。如圖1所示，如果搖臂中間支點與滑塊總成12往右移動，噴油泵柱塞7的有效泵油行程減小，從而減小噴油量。
參照圖2及圖3，本發明進氣門采用節氣進氣門24，節氣進氣門24的開度是可以調節的，從而改變進入氣缸的循環吸氣量。氣門傳動采用閉路液壓傳動方案。氣門閉路液壓傳動的做法是，在氣門桿頂設液壓馬達油缸體25，氣門桿伸入液壓馬達油缸體25組成柱塞液壓馬達，在柱塞液壓馬達一側設置閉路液壓系統補油逆止閥17。氣門液壓泵采用凸輪驅動柱塞泵。氣門液壓泵與噴油泵分居氣缸體兩側安裝，相當中置凸輪油總體布置方案。氣門液壓泵如圖3所示，泵的高度方向分三段組成，液壓泵上泵體27安裝排氣門液壓泵部分；液壓泵中泵體29安裝配氣凸輪軸30與進氣門液壓泵部分，進氣門液壓泵部分布置在配氣凸輪軸30一側，液壓泵柱塞35與空心挺柱31通過可改變搖臂比的搖臂11連接傳動；液壓泵下泵體32安裝搖臂11和調節搖臂比曲柄連桿機構10。排氣門液壓泵部分用配氣凸輪軸30直接驅動，不必采用可改變搖臂比的搖臂機構作為中間連接傳動，因為排氣門的開度不必調節。從圖3與圖1比較可知，進氣門液壓泵結構與噴油泵結構基本相同，不同在于凸輪輪廊以及噴油泵增加出油閥部件。在配氣凸輪軸30軸線方向，進氣凸輪與排氣凸輪交替設置，適應氣缸單列布置。把圖2的柱塞液壓馬達油口A與圖3的柱塞液壓泵油口B用高壓油管連接組成泵——馬達閉路液壓傳動系統。液壓油可采用壓力機油或低壓燃油，也可用專用液壓油，如果用專用液壓油則要增加輸送泵。如果液壓油用機油，圖2的補油接頭18用油管與機油泵連接，圖3的補油回油縱向主油道C與油底殼連接。閉路液壓傳動實質是柱塞油馬達與柱塞泵直接聯動。如圖2及圖3所示，液壓補油發生在液壓泵柱塞35處于靜止的時段，當液壓泵柱塞35作上升運動關閉液壓泵柱塞套36的油孔后，液壓油管壓力上升，液壓補油逆止閥17關閉，節氣進氣門24在液壓油推動下移動，節氣進氣門24開啟；當液壓泵柱塞35作下行運動(復位)時，節氣進氣門24在氣門彈簧作用下關閉。當液壓泵柱塞套36油口打開后，液壓油管壓力下降，液壓補油逆止閥17打開進行補油。節氣進氣門24的開度決定搖臂11的搖臂比，改變搖臂11的搖臂比即可改變進氣門的循環吸氣量。
參照圖4，兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵結構原理是兩級階梯柱塞40配兩個柱塞套，一個柱塞套是泵油柱塞套43，用出油閥及其緊座44固定；另一個柱塞套是泵水柱塞套41，用柱塞套緊座39固定。出水閥及其緊座42設置在泵體側面。兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵用于油水同嘴噴射噴油系統或無乳化劑在線乳化噴油系統，也可以應用于預混乳化劑在線乳化噴油系統。
參照圖5，三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵在二級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵的基礎上，把兩級階梯柱塞40改為三級階梯柱塞47，并增加泵送乳化劑柱塞套46與出乳化劑閥及其緊座45。三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵應用于添加乳化劑在線乳化噴油系統。
燃油乳化的方法有機械攪拌、管流、射流、轉子定子均質器、膠體磨、高壓均質器及超聲波乳化器等。本發明燃油在線乳化采用兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵或三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵作為乳化的動力源與計量器具，改造開式噴油器兼有乳化機功能。以下介紹燃油在線乳化應用的兩個典型例子。
參照圖6，添加乳化劑燃油在線乳化噴油系統的特點是利用三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵56分別泵送燃油、水與乳化劑到添加乳化劑在線乳化開式噴油器57頂部，利用渦流混合室58產生渦流獲得混合。如果添加劑首先與燃油或水預混，則三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵56可改用兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵。燃油、水與乳化劑均以切向進入渦流混合室58。在彈簧座板61下方設置射流渦流均化室62，并在彈簧座板61園周向設置切向斜孔63。切向斜孔63的孔徑為0.2～0.3mm，孔數4-10個，相當柴油機多孔噴嘴的設計。利用切向斜孔63產生射流與渦流使乳化油進一步均質化。
參照圖7，無乳化劑燃油在線乳化噴油系統的特點是利用兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵64分別泵送燃油與水到無乳化劑在線乳化開式噴油器65頂部，利用射流渦流乳化室或超聲波乳化室66獲得混合乳化，再利用射流渦流均化室62使乳化油進一步均質化。產生超聲波用電磁作為動力源。產生射流渦流的動力源來自噴射泵。
由于燃油乳化在開式噴油器內部流道，即使因長期停機造成開式噴油器存儲的乳化油沉淀分離，也不影響發動機重新啟動。因為發動機起動可把開式噴油器內的積水迅速排除，積水排除后就能點燃乳化燃油。
權利要求
1.由凸輪驅動柱塞式噴油泵、開式噴油器與節氣進氣門組成的混合氣優化調節多點汽油噴射系統及其燃油在線乳化，其特征是(A)凸輪驅動柱塞式噴油泵的搖臂11用曲柄連桿機構10調節搖臂比，(B)節氣進氣門24的液壓傳動機構或機械傳動機構采用改變搖臂比方法控制節氣進氣門開度，(C)以兩級階梯柱塞40為特征的兩級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵或以三級階梯柱塞47為特征的三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵作為燃油在線乳化的動力源與計量器具，(D)以逆止閥彈簧座板61下方設置射流渦流均化室62為特征的開式噴油器兼有乳化機功能。
2.根據權利要求1所述混合氣優化調節多點汽油噴射系統及其燃油在線乳化，其特征是凸輪驅動柱塞式噴油泵的供油時間約占凸輪軸轉角90°，達到全吸氣沖程噴油。
3.根據權利要求1所述混合氣優化調節多點汽油噴射系統及其燃油在線乳化，其特征是節氣進氣門液壓泵傳動機構的搖臂11用曲柄連桿機構10調節搖臂比。
4.根據權利要求1所述混合氣優化調節多點汽油噴射系統及其燃油在線乳化，其特征是添加乳化劑在線乳化開式噴油器57頂部設置渦流混合室58，并利用射流渦流均化室62使乳化油均質化。
5.根據權利要求1所述混合氣優化調節多點汽油噴射系統及其燃油在線乳化，其特征是無乳化劑在線乳化開式噴油器65頂部設置射流渦流乳化室或超聲波乳化室66，并利用射流渦流均化室62使乳化油均質化。
全文摘要
本發明公開了一種應用于汽油機的燃油供給系統，稱為混合氣優化調節多點汽油噴射系統及其燃油在線乳化。該發明采用可改變搖臂比的凸輪驅動柱塞式噴油泵在全吸氣沖程噴油，把進氣門改造為節氣進氣門。燃油在線乳化采用兩級或三級階梯柱塞摻水燃燒噴射泵作為乳化動力源與計量器具，把開式噴油器改造兼有乳化機功能。本發明使混合氣配制更精確，使摻水燃燒應用上的麻煩與缺點以最低成本解決，從而達到提高汽油機節油效果和降低排氣污染的目的。
文檔編號F02M25/022GK1529048SQ200310100990
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月1日 優先權日2003年10月1日
發明者梁剛, 梁劍鋒, 常玉, 梁劍銳, 梁 剛 申請人:梁劍銳