一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器

本发明涉及的是一种发动机，具体地说是发动机的燃油装置。

背景技术：

1、相较于加装节能装置，对石化燃料进行清洁化替代是一种更为彻底的减碳降碳方式。近年来船舶燃料动力已经向着多元化、清洁化、低碳化的方向发展，特别是液化天然气、绿色甲醇、氨、电池等替代能源技术应用日新月异。其中，氨作为氢的良载体，易于储存，不容易发生爆炸事故，作为发动机的燃料可采用掺混引燃的方式弥补着火困难的问题，成为了未来低碳燃料发展的重要方向。

2、然而，氨作为单一燃料燃烧，由于其自着火温度高、热值低、火焰传播速度低等问题，影响了其在发动机上的应用。若采用预混燃烧的方式，可能会造成氨发动机的热效率低；若采用压燃方式，需要其它燃料引燃。其中，掺混氢气的方式可以进一步提高火焰传播速度，解决缸内氨燃料点火难、燃烧慢及动态控制复杂等问题。目前发动机气缸内往往没有足够的空间布置多个喷射器，或者尺寸更大的喷射器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供具有响应速度快、控制精度高、控制灵活、结构紧凑等特点的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、本发明一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：包括自上而下设置的蓄压腔壁、压电块、进液块、回液块、量孔板、喷嘴块，蓄压腔壁的顶部套有紧固帽，蓄压腔壁的底部与压电块、进液块、回液块、量孔板、喷嘴块通过紧帽固定在一起，压电块、进液块和回液块里安装压电执行组件，量孔板和喷嘴块里安装控制腔组件，喷嘴块里安装喷嘴组件，喷嘴组件里设置有氢槽和氨槽，蓄压腔壁里分别设置柴油蓄压腔、柴油管道、氢管道、氨管道，柴油蓄压腔连通柴油管道，氢管道连通氢槽，氨管道连通氨槽。

4、本发明还可以包括：

5、1、所述压电执行组件包括压电堆、液压垫片、液压芯、液压套、阀杆、阀座、阀芯，压电堆下端与液压垫片相接触，液压垫片下端开有凹槽，液压芯顶部安装于凹槽内，液压芯下方设置阀杆，液压芯外部套有液压套，液压芯下端与液压套、阀杆上端形成存有液压油的密封空间，阀杆的上部位于液压套里，阀杆的下部位于阀座里，阀杆中下端加工有锥角，与阀座形成锥面密封，阀杆下端与阀芯上端相固定，阀芯中上端加工有锥角，与阀座形成锥面密封，阀芯中上端与回液块、量孔板之间形成低压腔，阀芯位于低压腔的部分套有氢针阀复位弹簧，回液块里设置有回液孔、低压管，低压腔通过回液孔与低压管连通，阀座内加工有进液孔和双向孔，柴油管道通过进液孔、阀杆与阀座之间的间隙连通双向孔。

6、2、所述控制腔组件包括氨控制柱塞，氨控制柱塞套在阀芯外部并位于量孔板下方，量孔板与氨控制柱塞、阀芯、喷嘴块形成控制腔，位于量孔板和氨控制柱塞之间的阀芯的外部套有氨针阀复位弹簧，量孔板加工有双向节流孔，控制腔通过双向节流孔连通双向孔。

7、3、所述喷嘴组件包括氢针阀、氨针阀、氢针阀凸台、氨针阀凸台，阀芯下端与氢针阀凸台上端固定，氢针阀凸台下端与氢针上端固定，氨控制柱塞为中空结构，且上半部分内径小，下半部分内径大，上半部分套在阀芯外部，其内侧和外侧分别与阀芯、喷嘴块形成动态密封，氢针阀凸台位于下半部分里，下半部分的外侧与喷嘴块形成动态密封，氨针阀安装于喷嘴块中并位于氢针阀的外侧，氨针阀的内侧和外侧均与喷嘴块形成动态密封，氢针阀的底部设置锥面，氨针阀上端与氨针阀凸台下端固定，氨针阀凸台上端与氨控制柱塞下端固定，氨针阀中上部加工有氢活动孔，喷嘴块上加工有氢固定孔，氢槽通过氢活动孔、氢固定孔与氢针阀下端的锥面连通，喷嘴块底部设置氨喷孔，氨针阀下端与喷嘴块形成锥面密封隔断氨槽和氨喷孔，氨针阀下端设置与氢针阀方向相反的锥面，均与喷嘴块形成锥面密封。

8、4、氢针阀凸台向外凸出，氨针阀凸台向内凸出。

9、5、在喷射准备阶段，压电堆不通电，高压柴油通过柴油蓄压腔、柴油管道进入控制腔组件，柴油管道内的高压柴油通过进液孔、阀杆与阀座之间的间隙、双向孔、双向节流孔进入控制腔，氢燃料通过氢管道流入喷嘴组件，到达氢槽后通过氢活动孔、氢固定孔进入氢针阀与喷嘴块之间的环形间隙，氨燃料通过氨管道进入喷嘴组件的氨槽，并充满氨针阀和喷嘴块之间的环形空间，在液压力和氢针阀复位弹簧弹力的共同作用下，阀芯与阀座形成锥面密封，隔断双向孔内的高压柴油和低压腔内的低压柴油，氢针阀下端与喷嘴块形成锥面密封，隔断氢燃料与气缸内的燃气，氨针阀在液压力和氨针阀复位弹簧弹力的共同作用下，下端与喷嘴块形成锥面密封，隔断氨槽内的氨燃料与氨喷孔内的燃气。

10、6、喷射开始时，压电堆通电而伸长，使得液压垫片受压，连同液压芯向下运动，从而对液压芯下方的密封液压油进行挤压，液压油压力上升使阀杆承受向下的液压力，并带动阀芯、氢针阀凸台、氢针阀下行，氢针阀下端的锥面打开，氢燃料通过氢针阀下端的锥面与喷嘴块之间的间隙喷入气缸，阀杆与阀座之间形成锥面密封，切断进液孔与双向孔的通路，阀芯与阀座之间形成通路，控制腔内的高压柴油通过双向节流孔、双向孔、阀芯与阀座之间的间隙进入低压腔，再通过回液孔进入低压管，控制腔内的压力降低，直至氨控制柱塞、氨针阀凸台、氨针阀向上运动，氨针阀下端打开，氨槽内的氨燃料通过氨针阀与喷嘴块之间的间隙、氨喷孔喷入气缸，直至氨针阀凸台上端面限位于氢针阀凸台的下端面，氨控制柱塞、氨针阀凸台、氨针阀不再上升。

11、7、喷射结束后，压电堆断电，液压芯、阀杆、阀芯、氢针阀凸台和氢针阀在氢针阀复位弹簧弹力的作用下向上运动，压电堆在液压芯和液压垫片的挤压下恢复至原来的长度，氢针阀下端的锥面关闭，氢燃料停止喷射；阀芯与阀座之间形成锥面密封，切断双向孔与低压腔的通路，阀杆与阀座之间形成通路，柴油管道内的高压柴油通过进液孔、阀杆与阀座之间的间隙、双向孔、双向节流孔进入控制腔，在液压力和氨针阀复位弹簧弹力的作用下，氨控制柱塞、氨针阀凸台、氨针阀下行，氨针阀下端与喷嘴块形成锥面密封，氨燃料停止喷射。

12、8、当压电堆通的电压较小时，压电堆随之伸长长度较短，氢针阀凸台和氢针阀下行的距离较短，氢针阀下端的锥面与喷嘴块之间的间隙较小，喷入气缸的氢燃料流量小，氨针阀与喷嘴块之间的间隙较大，喷入气缸的氨燃料流量大；当压电堆通的电压较大时，压电堆随之伸长较长，氢针阀下端的锥面与喷嘴块之间的间隙更大，喷入气缸的氢燃料流量更大，氨针阀与喷嘴块之间的间隙更小，喷入气缸的氨燃料流量更小。

13、本发明的优势在于：本发明可以通过压电方式控制氢燃料和氨燃料的喷射比例，具有响应速度快、控制精度高、控制灵活、结构紧凑等优点，仅采用一组压电晶体直接控制氢针阀开启，间接控制氨针阀的开启。采用氢针阀凸台向外凸出、氨针阀凸台向内凸出的特殊设计，使得氢针阀凸台能够起到限制氨针阀凸台上升距离的作用。利用压电堆伸长长度灵活可调的特点，能够精准控制氢针阀向下运动的距离，从而调节了喷氢量，再利用氢针阀凸台对氨针阀凸台的限制作用，调节氨针阀向上运动的距离，从而调节了喷氨量，因此能够实现不同的喷氢/氨比例。

1.一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：包括自上而下设置的蓄压腔壁、压电块、进液块、回液块、量孔板、喷嘴块，蓄压腔壁的顶部套有紧固帽，蓄压腔壁的底部与压电块、进液块、回液块、量孔板、喷嘴块通过紧帽固定在一起，压电块、进液块和回液块里安装压电执行组件，量孔板和喷嘴块里安装控制腔组件，喷嘴块里安装喷嘴组件，喷嘴组件里设置有氢槽和氨槽，蓄压腔壁里分别设置柴油蓄压腔、柴油管道、氢管道、氨管道，柴油蓄压腔连通柴油管道，氢管道连通氢槽，氨管道连通氨槽。

2.根据权利要求1所述的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：所述压电执行组件包括压电堆、液压垫片、液压芯、液压套、阀杆、阀座、阀芯，压电堆下端与液压垫片相接触，液压垫片下端开有凹槽，液压芯顶部安装于凹槽内，液压芯下方设置阀杆，液压芯外部套有液压套，液压芯下端与液压套、阀杆上端形成存有液压油的密封空间，阀杆的上部位于液压套里，阀杆的下部位于阀座里，阀杆中下端加工有锥角，与阀座形成锥面密封，阀杆下端与阀芯上端相固定，阀芯中上端加工有锥角，与阀座形成锥面密封，阀芯中上端与回液块、量孔板之间形成低压腔，阀芯位于低压腔的部分套有氢针阀复位弹簧，回液块里设置有回液孔、低压管，低压腔通过回液孔与低压管连通，阀座内加工有进液孔和双向孔，柴油管道通过进液孔、阀杆与阀座之间的间隙连通双向孔。

3.根据权利要求2所述的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：所述控制腔组件包括氨控制柱塞，氨控制柱塞套在阀芯外部并位于量孔板下方，量孔板与氨控制柱塞、阀芯、喷嘴块形成控制腔，位于量孔板和氨控制柱塞之间的阀芯的外部套有氨针阀复位弹簧，量孔板加工有双向节流孔，控制腔通过双向节流孔连通双向孔。

4.根据权利要求3所述的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：所述喷嘴组件包括氢针阀、氨针阀、氢针阀凸台、氨针阀凸台，阀芯下端与氢针阀凸台上端固定，氢针阀凸台下端与氢针上端固定，氨控制柱塞为中空结构，且上半部分内径小，下半部分内径大，上半部分套在阀芯外部，其内侧和外侧分别与阀芯、喷嘴块形成动态密封，氢针阀凸台位于下半部分里，下半部分的外侧与喷嘴块形成动态密封，氨针阀安装于喷嘴块中并位于氢针阀的外侧，氨针阀的内侧和外侧均与喷嘴块形成动态密封，氢针阀的底部设置锥面，氨针阀上端与氨针阀凸台下端固定，氨针阀凸台上端与氨控制柱塞下端固定，氨针阀中上部加工有氢活动孔，喷嘴块上加工有氢固定孔，氢槽通过氢活动孔、氢固定孔与氢针阀下端的锥面连通，喷嘴块底部设置氨喷孔，氨针阀下端与喷嘴块形成锥面密封隔断氨槽和氨喷孔，氨针阀下端设置与氢针阀方向相反的锥面，均与喷嘴块形成锥面密封。

5.根据权利要求4所述的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：氢针阀凸台向外凸出，氨针阀凸台向内凸出。

6.根据权利要求3所述的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：在喷射准备阶段，压电堆不通电，高压柴油通过柴油蓄压腔、柴油管道进入控制腔组件，柴油管道内的高压柴油通过进液孔、阀杆与阀座之间的间隙、双向孔、双向节流孔进入控制腔，氢燃料通过氢管道流入喷嘴组件，到达氢槽后通过氢活动孔、氢固定孔进入氢针阀与喷嘴块之间的环形间隙，氨燃料通过氨管道进入喷嘴组件的氨槽，并充满氨针阀和喷嘴块之间的环形空间，在液压力和氢针阀复位弹簧弹力的共同作用下，阀芯与阀座形成锥面密封，隔断双向孔内的高压柴油和低压腔内的低压柴油，氢针阀下端与喷嘴块形成锥面密封，隔断氢燃料与气缸内的燃气，氨针阀在液压力和氨针阀复位弹簧弹力的共同作用下，下端与喷嘴块形成锥面密封，隔断氨槽内的氨燃料与氨喷孔内的燃气。

7.根据权利要求3所述的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：喷射开始时，压电堆通电而伸长，使得液压垫片受压，连同液压芯向下运动，从而对液压芯下方的密封液压油进行挤压，液压油压力上升使阀杆承受向下的液压力，并带动阀芯、氢针阀凸台、氢针阀下行，氢针阀下端的锥面打开，氢燃料通过氢针阀下端的锥面与喷嘴块之间的间隙喷入气缸，阀杆与阀座之间形成锥面密封，切断进液孔与双向孔的通路，阀芯与阀座之间形成通路，控制腔内的高压柴油通过双向节流孔、双向孔、阀芯与阀座之间的间隙进入低压腔，再通过回液孔进入低压管，控制腔内的压力降低，直至氨控制柱塞、氨针阀凸台、氨针阀向上运动，氨针阀下端打开，氨槽内的氨燃料通过氨针阀与喷嘴块之间的间隙、氨喷孔喷入气缸，直至氨针阀凸台上端面限位于氢针阀凸台的下端面，氨控制柱塞、氨针阀凸台、氨针阀不再上升。

8.根据权利要求3所述的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：喷射结束后，压电堆断电，液压芯、阀杆、阀芯、氢针阀凸台和氢针阀在氢针阀复位弹簧弹力的作用下向上运动，压电堆在液压芯和液压垫片的挤压下恢复至原来的长度，氢针阀下端的锥面关闭，氢燃料停止喷射；阀芯与阀座之间形成锥面密封，切断双向孔与低压腔的通路，阀杆与阀座之间形成通路，柴油管道内的高压柴油通过进液孔、阀杆与阀座之间的间隙、双向孔、双向节流孔进入控制腔，在液压力和氨针阀复位弹簧弹力的作用下，氨控制柱塞、氨针阀凸台、氨针阀下行，氨针阀下端与喷嘴块形成锥面密封，氨燃料停止喷射。

9.根据权利要求7所述的一种可调氢氨喷射比例的压电式双燃料喷射器，其特征是：当压电堆通的电压较小时，压电堆随之伸长长度较短，氢针阀凸台和氢针阀下行的距离较短，氢针阀下端的锥面与喷嘴块之间的间隙较小，喷入气缸的氢燃料流量小，氨针阀与喷嘴块之间的间隙较大，喷入气缸的氨燃料流量大；当压电堆通的电压较大时，压电堆随之伸长较长，氢针阀下端的锥面与喷嘴块之间的间隙更大，喷入气缸的氢燃料流量更大，氨针阀与喷嘴块之间的间隙更小，喷入气缸的氨燃料流量更小。