柴油发动机的无泵燃油喷射方法及其装置
专利汇可以提供柴油发动机的无泵燃油喷射方法及其装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且无 泵 燃油喷射方法及其装置涉及柴油 发动机 的 燃料 系统，燃油在常压下输入燃油喷射装置并且在发动机吸气冲程进入喷射器的混合室，燃油与空气的混合气进入喷射装置内部设置的预燃室并且在被压燃后喷出喷射装置进入 气缸 ，从而完全燃烧推动 活塞 作功。本 发明 结构简单、使用维修方便；使用本发明的发动机工作稳定，震动性小，运转平顺柔和，故障率低。本发明的燃油喷射器可以设计为相似于常规 喷油器 的外形安装在常规 柴油发动机 上。，下面是柴油发动机的无泵燃油喷射方法及其装置专利的具体信息内容。
1、一种柴油发动机形成燃油与空气的混合气而燃烧的方法，燃油从输送装置送到喷射装置、然后进入发动机气缸，其特征是在发动机的进气冲程时燃油进入喷射装置20内部，进入喷射装置20的燃油和空气、在喷射装置20中被压缩时、形成混合气并且进一步被压燃；开始燃烧而体积膨胀的混合气由喷射装置20内部喷入燃烧室、气缸，从而完全燃烧并且推动活塞作功。
2、如权利要求1所述的方法，其特征是来自气缸的被压缩空气和被吸进喷射器20的燃油，经过喷射器混合室5，形成混合气。
3、如权利要求1所述的方法，其特征是混合气在喷射器预燃室7的空间被压燃。
4、如权利要求1、2或3所述的方法，其特征是被压燃的混合气在工作冲程时由预燃室7，经过混合室5和喷射装置的外喷口孔11喷入发动机燃烧室、气缸。
5、一种实现权利要求1所述方法的喷射器，包括燃油输送装置、输油管道和喷口、，其特征是所述喷射器20内设置有预燃室7的空间、与预燃室7通过连接口12相联通的混合室5的空间，所述混合室5与输油道4相联通并且设有与发动机燃烧室、气缸相沟通的外喷口11。
6、如权利要求5所述的喷射器，其特征是预燃室7设有导热隔套13。
7、如权利要求5所述的喷射器，其特征是混合室5所限定的空间内设置有主喷管6。
8、如权利要求5或7所述的喷射器，其特征是预燃室7、混合室5、联通接口12、主喷管6和外喷口孔11的位置，大体沿喷射器20的中心线设置。
9、如权利要求8所述的喷射器，其特征是喷射器20的安装位置和安装尺寸以及外喷口孔11在发动机气缸中的位置，与常规高压喷油器相似。
10、如权利要求5或6所述的喷射器，其特征是喷射器预燃室7的形状为圆柱形或球形，预燃室部位的外壳25设置冷却水套10。
本发明涉及柴油发动机的燃料系统，具体地涉及常压供油的方法及其喷射装置。
在现代柴油机的发展过程中，人们对燃油与空气的混合气形成的方式和燃烧过程，提出了许多不同的理论，基本上可以分为空气雾化混合方式与油膜蒸发混合方式的两种基本形式。高压喷射燃油的柴油发动机，主要依靠高压系统将高压燃油喷成高度雾化状态以形成混合气，它属于空间雾化混合方式。因此传统的柴油机采用的高压燃油泵和喷油器的装置，保证发动机运转工作。但是高压燃油泵和喷油器的制造和材料的工艺要求高，价格贵，在使用过程中容易出故障，例如在拥有量很大的农用柴油机的使用过程中，高压泵等燃料系统的故障率高于其他系统的故障率。
在柴油发动机的燃料系统，曾经提出过改进的方法和试验。德国缪雷尔博士提出“M过程”是在活塞到达上止点之前、压缩冲程未期，燃油一次喷入形成油膜。美国西南研究所对单缸二冲程柴油发动机进行了一系列无泵发动试验（参见《国外内燃机》1972年第1期第2～10页）。上述无泵发动试验，在活塞顶部安装凸块、并且使凸块在活塞上升到上止点之前，活塞、凸块和气缸头三者之间形成了一个主燃烧室和一个预燃室，设置燃油输送装置并且与主燃烧室和预燃室相沟通。在活塞上行到上止点的一瞬间，燃油和空气在主燃烧室内的空气压力作用下，经过上述输送装置的通道，进入预燃室，在预燃室所设置的电热塞作用之下开始燃烧，发动机即启动运转。这种试验的无泵喷射燃料系统，省略了高压油泵、喷油嘴偶件，结构比较简单，实现了发动机的试验运转，但是它需要改变发动机气缸、活塞等构件 的形状或结构，需要借助电热塞才能启动工作，其不足之处是混合气的形成和燃烧过程不够充分，并且需要增设电热塞及其附件。
一种设计合理、能够实现柴油发动机正常工作的无泵燃油系统，是人们迫切希望解决的试验或应用的课题。
本发明的目的首先是提出一种柴油发动机常压供油的燃料与空气形成混合气而燃烧的方法;
本发明其次的目的是提供一种实现上述方法的设置了混合室、预燃室的无泵燃油喷射装置。
本发明的混合气形成过程，基本上属于油膜蒸发的类型，在发动机的进气冲程时就已经进油、并且形成油膜，被加热蒸发，它充分利用了发动机气缸进气冲程时的负压，压缩冲程时的空气涡流和发动机的高温，形成燃油与空气的混合气并且最终自行着火燃烧，产生体积膨胀而作功。混合气的形成和燃烧步骤是：燃油在发动机进气冲程时进入喷射装置内部;在喷射装置中燃油与空气被压缩时形成混合气并且最终被压燃;被压燃而体积膨胀的混合气由喷射装置内部喷入气缸、燃烧室，完全燃烧而推动活塞作功。
实现上述方法的喷射装置，包括燃油输送装置、输油管道和喷口。喷射装置的内部设置有预燃室的空间，与预燃室通过连接口相联通的混合室的空间，混合室与燃油输油管道相联通并且设有与发动机气缸、燃烧室相沟通的外喷口。
本发明可以取得以下的积极效果：
（1）改革了柴油机燃料系统，免除了传统的高压燃油泵及其传动装置、高压喷油咀等附件，使柴油发动机的制造成本降低;
（2）燃油喷射装置的结构简单，不需要电热塞加热即可使混合气燃烧，在使用过程中可靠性强、故障率低;
（3）设置本发明的柴油发动机比常规的柴油发动机工作运转时 的振动小、工作平顺柔合、噪声低，例如安装使用在船用柴油机上将减少船体结构的疲劳、延长使用期、提高乘座的舒适性;
（4）燃油喷射器在使用过程中和维护检修时，具有安装拆卸简便，维修校验方便的优点，它不需要配备高压泵校验装置或喷油咀校验器;
（5）本发明喷射器的外形，可以按需要设计成为与高压喷油器相似的外形或安装尺寸，因此可以取代常规的燃料系统，安装在已有的常规柴油发动机上。
图1是工农195-C2型单缸四冲程柴油发动机，安装常规高压喷油器的示意图;
图2是本发明的一种喷射器安装在图1发动机上运转工作的示意图;
图3是可用于图1柴油发动机的一种燃油喷射器实例的结构示意图;
图4是图3燃油喷射器的一种变换形式;
图5是图3燃油喷射器零件的分解图。
参照图1，本发明以工农195-C2型单缸四冲程柴油机30作为一种试验发动机。此发动机安装了常规高压喷油器31，如图所示。
参照图2，本发明一种实例的燃油喷射器20安装在图1所示的单缸四冲程柴油发动机30上，喷射器20的外喷口孔11与发动机气缸33、燃烧室32沟通，它的安装位置与原发动机高压喷油器的安装位置相同。将燃油输送装置的针阀1与流量控制机构连接，接通进油管2以及冷却水进口8和出口9，即可启动发动机30。
参照图2和图3，无泵柴油机的空气燃料混合气的形成及燃烧工 作过程是：燃油在吸气冲程时进入喷射器混合室5的空间;在被压缩时，空气与燃油经过混合室5，形成混合气，并且在喷射器预燃室7的空间被压燃;开始燃烧的混合气体积膨胀由喷射器20的内部喷入发动机燃烧室32和气缸33，从而完全燃烧并且推动活塞作功。
图3的上半部分是燃油输送部分，下半部分是喷射器2的主体部分。针阀1控制进油管2的燃油输入流量，燃油经过燃油室15，装有弹簧14的止回阀3、输油道4和混合室燃油进口16，至喷射器下部的混合室5。混合室5的空间里设置主喷管6，混合室5的上部设置预燃室7，联接口12将混合室5的空间与预燃室7的空间相互沟通。混合室5的下端设置与发动机燃烧室32、气缸33相联通的外喷口孔11。
图3下半部分，喷射器20的内部设引发罩13。引发罩13的内部空间为预燃室7，引发罩13的外部与预燃室外壳25相配合接触。冷却水套10设置在预燃室外壳25中，它安装有冷却水进口8和出口9的管道。冷却水使预燃室外壳25保持适当的工作温度，引发罩13的部分外周29与预燃室外壳25相配合接触，因而使得引发罩13和它内部的预燃室7空间，保持在恰当的工作温度的范围。
对于四冲程发动机来说，燃油喷射器20在各冲程的工作情况如下。（1）进气冲程：因活塞快速下行而在气缸内产生负压，大量空气经过进气门进入气缸，另外一定数量的燃油通过输送装置的进油管2、针阀1、燃油室15、止回阀3、输油道4和燃油进口16，进入混合室5，附着分布在主喷管6的外周和混合室5的空间，并且因发动机前一工作冲程所产生的高温，使进入混合室的部分燃油被加热、蒸发;（2）压缩冲程：活塞上行，将气缸内的空气压缩，压缩空气的气流通过外喷口孔11，主喷管6和混合室5，使混合室5内的燃油被强制雾化，并且进一步被压缩通过联接口12进入与混合室5相 联通的预燃室7，在压缩冲程活塞将到达上止点前的某一瞬间，燃油与空气的混合气在预燃室7始被压燃;（3）工作冲程：被压燃的混合气体积膨胀、压力增高到大于气缸压力时，预燃室7内燃烧的混合气开始回喷，经过联接口12、混合室5和主喷管6再次扫除主喷管6的外周和混合室5空间内的燃油或雾化气，使它们进一步混合，最后经过外喷口孔11，喷向燃烧室32气缸33，从而与气缸内的空气完全燃烧;（4）排气冲程：燃烧后的废气被推出气缸，喷射器准备从下一次吸气冲程开始再次工作。
如上所述，本发明的燃油系统是在通常压力的情况下输送燃油的，它不需设置高压燃油泵。为了保障输送装置的可靠性，一般在进油管2可以采用0.3～0.8kg/cm2的输送压力。预燃室7、联通接口12、混合室5、主喷管6和外喷孔口孔11一般情况下的位置设计为大体沿喷射器20的中心线设置。
对于多缸柴油发动机，本发明的燃油系统可以通过燃油的输油道4，向多个燃油喷射器20输送燃油，使发动机运转工作。
参照图4，对于不同的设计要求，或者不同的发动机工作要求，燃油喷射装置的设计参数，例如混合室5的空间形状和体积、预燃室7的空间形状和体积、主喷管6的通径与喷管的形状和长度、联接口12的口径和形状、外喷口孔11的口径和形状等等，可以经计算或试验取得恰当的数值。图3所示的喷射器圆柱形预燃室7可以采用球形预燃室7，如图4所示。
参照图5，燃油喷射器的零件按照其工作原理的设计要求，可以制成组合式的装配结构。图3所示的喷射器20就是一种装配结构，它的组成零件按喷射器的轴线排列顺序位置逐件安装。从喷射器20的喷射端开始为带有外喷口孔11的喷口帽21，带有安装固定环22和喷口28的主喷管6，混合室外壳23，设有联通口12的混合 室与预燃室的连接片24，内部为预燃室7而外部设置环形凸起29的引发罩13，安装引发罩13的预燃室外壳25，上述零件组装为喷射器20的主体部分，即构成图3所示的外喷孔口11一混合室5和主喷管6-联通口12一预燃室7的管腔空间结构。
喷射器20的上端为装有针阀1和进油管2的安装座27，它通过连接垫圈26与预燃室外壳25连接，从而构成包括燃油输送、流量控制装置和喷射器主体的燃油喷射装置。
喷射器20的外形，包括喷口帽21、混合室外壳23、预燃室外壳25和安装座27，可以设计为与常规高压喷油器相似的外形和尺寸，安装座27上设有固定螺孔28，通过紧固件，将喷射器安装固定在发动机的喷油器位置，如图2所示。
本实施例经过试验，情况如下表： 项目 原发动机 工农195－C2型 使用无泵燃油 喷射器试验 压缩比 燃料系统 起动性能 全转速 运转情况 油耗 排气 输出功率 高压燃油泵 高压喷油器 1900转／分 200克／马力小时 10马力 无泵的燃油喷射 装置 较容易 300～2200转／分 正常温度，怠速低而平稳 相近似 除高速以外，基本无烟 1976年70％ 1978年93％ 1980年100～113.9％
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