一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置

1.本发明是一种应用在小型重油转子发动机的夹气喷射装置，属于发动机燃油供应技术领域。


背景技术：

2.转子机受自身结构条件约束，压缩比较小，同时重油与常规汽油相比，饱和蒸汽压较小，蒸发性能差，因此重油在转子机上止点很难达到点燃工况。夹气喷射装置的作用主要是利用空气对燃油进行辅助雾化，降低燃油颗粒的平均液滴粒径，改善发动机冷启动时的上止点工况，因此将夹气喷射装置应用在转子机成为一种发展趋势。
3.转子机由于运行转速过高，会引起夹气喷射系统中气路的压力波动，额外的压力波使精确控制喷油量成为了一个难点；小型转子机作战对隐蔽性提出了需求，应用在普通活塞发动机的夹气喷射装置往往体积较大，过大的负载也会进一步降低发动机的动力性和经济性。
4.当前针对夹气喷射装置的研究主要集中在雾化特性和机理等研究层面上，但忽视了夹气喷射装置与发动机适用性的研究。因此针对小型发动机设计一款重量轻便，满足精确喷油量和雾化效果的夹气喷射装置具有重要意义。


技术实现要素：

5.针对夹气喷射装置体积较大，精确喷油量难以控制的问题，本发明主要目的是提供一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，通过油气两路的压力反馈，减少油气路的两端机构，通过调压阀的调节作用，分别保证气路和油路稳定的压差，实现精确的喷油量控制，改善重油转子发动机性能和工作可靠性，本发明还具有结构体积小，质量轻的优点。
6.本发明的目的是通过下述技术方案实现：
7.本发明公开的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，包括油气分离器、油泵、连接块、气泵、油箱、气嘴。所述连接块用于油气运输，维持油气两相恒定的压差，所述连接块由入油口、出油口、流量传感器、电磁控制器、调压阀腔室、进气口、泄压口、第一排气口、第二排气口、回油口和电子控制单元(ecu)组成。高压燃油从入油口进入油道，从出油口直接进入气嘴，为了保证发动机安全需求，利用电磁控制器控制回油口的开度大小，当发动机紧急停止运转时，回油口打开，排净连接块内的燃油。同时入油口处安装流量传感器，利用ecu记录油道流量，利于实现喷油装置与发动机动力特性的匹配。油道从上至下，截面积先变大后变小，利用截面积处产生的压损，增加燃油动能，提升燃油雾化质量。压缩气体通过进气口后，通过排气口直接进入气嘴。泄压口用来保证气路在使用完成后，未及时排出的高压空气不会对连接块腔体强度造成损害。调压阀腔室作为油气路的连接媒介，用于实现油气路压力的互相传播。所述调压阀包括电磁线圈、磁块簧片、气口、弹簧、进油口、回油口、磁块和压力传感器，气口用于为调压阀腔室内部的压缩气体提供入口，为了保证气口处足够流量的流入，开启三处气口，增加压缩气体流通面积，使油气调节变得更为灵敏，减少因
压力波传输需要花费的时间。由电子控制单元(ecu)控制电磁线圈的电流的强度，会使磁块产生不同电磁力大小，引起簧片位置发生偏移，不同簧片位置会影响调压阀内油气腔室容积不同，会影响油气两相压力差，簧片位置会通过压力传感器记录在ecu，从而依据油气两相力平衡要求灵活调节电磁力大小，满足发动机与喷油系统的适配需求。当调压阀内簧片下端液体压力过大时，燃油会从回油口回流至连接块的调压阀腔室。由气泵提供的压缩空气与高压燃油在气嘴中进行混合，油气混合物由气嘴喷出。利用油、气压互相平衡方式减少油道的稳压装置，实现油气压的即时调节，同时将油气嘴、调压阀与连接块进行集成，极大减少夹气喷射装置体积。
8.所述气口分别指三个气口中的第一气口、第二气口或第三气口。
9.所述回油口分别指三个回油口中的第一回油口、第二回油口。
10.所述油气两相力平衡要求为：弹簧力f
spring
，簧片自身重力g，压缩气体对簧片的作用力f
g1
和f
g2
，以及各自的夹角α和β，燃油对簧片的压力f
oil
以及由通电线圈产生的电磁力f
electric
形成的合力相平衡，其中弹簧力主要由弹簧本身的弹力f0与由预压缩量x产生的弹力所组成。
11.f
g1
cosα+f
g2
cosβ
±fspring-g-f
electric-f
oil
＝0
ꢀꢀꢀ
(1)
12.f
g1
sinα-f
g2
sinβ＝0
ꢀꢀꢀ
(2)
13.f
spring-f0±
kx＝0
ꢀꢀꢀ
(3)
14.本发明公开的一种应用在小型重油转子发动机的夹气喷射装置的工作方法为：
15.在小型重油转子发动机运转之前，打开连接块处的泄压口，夹气喷射装置内压力恢复到大气压后，关闭泄压口。启动转子发动机，利用气泵对夹气喷射装置进行加压，压缩气体部分进入连接块的调压阀腔室，经过第一气口、第二气口和第三气口，顶开调压阀的弹簧和簧片，部分直接充满连接块的气嘴腔。发动机根据指令将转速维持在某一确定数值后，ecu依据发动机的供油量需求，改变电磁线圈中的电流，进而调节磁铁簧片的电磁力大小，通过压力传感器返回的压力得到油气之间的压差，使连接块腔内压力趋于稳定。当发动机转速发生改变时，ecu通过压力传感器得到的反馈对电磁线圈中的电流大小进行调整，通过油气两路的压力反馈，减少油气路的两端机构，通过调压阀的调节作用，分别保证气路和油路稳定的压差，实现精确的喷油量控制，实现喷油装置的供油特性与发动机的转速特性相匹配。储存在气嘴腔的燃油利用压缩气体的冲刷扰动作用实现液滴的二次破碎，进而提升雾化效果，改善重油转子发动机性能和工作可靠性。
16.为了使油道骤缩段对燃油动能提升效果最好，作为优选，油道骤缩段采取夹角为60
°
。
17.为了使油气调压反馈更为灵敏，作为优选，ecu直接布置在连接块腔室内部，提高可靠性。
18.为了保证油气压差的可调节性，作为优选，调压阀弹簧材料选取为铬合金钢。
19.有益效果：
20.1、本发明公开的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，采用连接块直接利用流量传感器和调压阀控制油路流量，省去燃油计量嘴的空间，使夹气喷射装置结构更为紧凑。
21.2、本发明公开的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，借助ecu控制电
磁线圈的电流的强度，会使磁块产生不同电磁力大小，引起簧片位置发生偏移，不同簧片位置会影响调压阀内油气腔室容积不同，会影响油气两相压力差，簧片位置会通过压力传感器记录在ecu，从而能够依据发动机需求转速灵活调节电磁力大小，满足发动机与喷油系统的适配。
22.3、本发明公开的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，为了保证气口处足够流量的流入，开启三处气口，增加压缩气体流通面积，使油气调节变得更为灵敏，减少因压力波传输需要花费的时间。
23.4、本发明公开的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，油道从上至下，截面积先变大后变小，利用截面积处产生的压损，增加燃油动能，即储存在气嘴腔的燃油利用压缩气体的冲刷扰动作用实现液滴的二次破碎，提升燃油雾化质量。
附图说明
24.图1为夹气喷射装置整体示意图。
25.1—油气分离器、2—油泵、3—连接块、4—气泵、5—油箱、6—气嘴、7—调压阀；
26.图2为夹气喷射装置连接块的具体结构示意图。
27.3.1—入油口、3.2—出油口、3.3—流量传感器、—3.4电磁控制器、3.5—调压阀腔室、3.6—进气口、3.7—泄压口、3.8—第一排气口、3.9—第二排气口、3.10—回油口、3.11—电子控制单元(ecu)；
28.图3为调压阀装置结构示意图。
29.8—电磁线圈、9—磁块簧片、10—气口、11—弹簧、12—进油口、13—回油口、14—磁块、15—压力传感器；
30.图4为夹气喷射装置调压阀受力示意图。
31.弹簧力f
spring
，簧片自身重力g，压缩气体对簧片的作用力f
g1
和f
g2
，f
g1
和f
g2
与反重力方向之间的夹角α和β，燃油对簧片的压力f
oil
、通电线圈产生的电磁力f
electric
。
具体实施方式
32.现在结合附图对本发明进行进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
33.实施例1：
34.如图1所示，本实施例公开的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，包括油气分离器1、油泵2、连接块3、气泵4、油箱5、气嘴6和调压阀7。如图2所示，所述连接块3用于油气运输，维持油气两相恒定的压差，所述连接块3由入油口3.1、出油口3.2、流量传感器3.3、电磁控制器3.4、调压阀腔室3.5、进气口3.6、泄压口3.7、第一排气口3.8、第二排气口3.9、回油口3.10和电子控制单元(ecu)3.11组成。高压燃油从入油口3.1进入油道，从出油口3.2直接进入气嘴6，为了保证发动机安全需求，利用电磁控制器3.4控制回油口3.10的开度大小，当发动机紧急停止运转时，回油口3.10打开，排净连接块3内的燃油。同时入油口3.1处安装流量传感器3.3，利用ecu3.11记录油道流量，利于实现喷油装置与发动机动力特性的匹配。油道从上至下，截面积先变大后变小，利用截面积处产生的压损，增加燃油动能，提升燃油雾化质量。渐缩管段喉口处直径尺寸为15mm，入口段直径尺寸为10mm，出口段尺寸
为8mm。压缩气体通过进气口3.6后，通过第一排气口3.8和第二排气口3.9直接进入气嘴6。泄压口3.7用来保证气路在使用完成后，未及时排出的高压空气不会对连接块3腔体强度造成损害。调压阀腔室3.5作为油气路的连接媒介，用于实现油气路压力的互相传播。调压阀7与调压阀腔室3.5依据aabb接口进行连接。如图3所示，所述调压阀7包括电磁线圈8、磁块簧片9、气口10、弹簧11、进油口12、回油口13、磁块14、压力传感器15，气口用于为调压阀腔室3.5内部的压缩气体提供入口，为了保证气口处足够流量的流入，开启三处气口，分别为第一气口10.1、第二气口10.2和第三气口10.3，增加压缩气体流通面积，使油气调节变得更为灵敏，减少因压力波传输需要花费的时间。由电子控制单元(ecu)3.11控制电磁线圈的电流的强度，会使磁块14产生不同电磁力大小，引起簧片9位置发生偏移，不同簧片位置会使调压阀7内油气腔室容积不同，会影响油气两相压力差，簧片位置会通过压力传感器记录在ecu3.11，从而依据油气两相力平衡要求灵活调节电磁力大小，满足发动机与喷油系统的适配需求。当调压阀7内簧片9下端液体压力过大时，燃油会从第一回油口13.1和第二回油口13.2回流至连接块3的调压阀腔室3.5。由气泵4提供的压缩空气与高压燃油在气嘴6中进行混合，油气混合物由气嘴6喷出。如图4所示，利用油、气压互相平衡方式减少油道的稳压装置，实现油气压的即时调节，同时将气嘴6、调压阀7与连接块3进行集成，极大减少夹气喷射装置体积。
35.所述气口分别指三个气口中的第一气口10.1、第二气口10.2或第三气口10.3。
36.所述回油口分别指三个回油口中的第一回油口13.1、第二回油口13.2。
37.如图4所示，所述油气两相力平衡要求为：弹簧力f
spring
，簧片自身重力g，压缩气体对簧片的作用力f
g1
和f
g2
，以及各自的夹角α和β，燃油对簧片的压力f
oil
以及由通电线圈产生的电磁力f
electric
形成的合力相平衡，其中弹簧力主要由弹簧本身的弹力f0与由预压缩量x产生的弹力所组成。
38.f
g1
cosα+f
g2
cosβ
±fspring-g-f
electric-f
oil
＝0
ꢀꢀꢀ
(1)
39.f
g1
sinα-f
g2
sinβ＝0
ꢀꢀꢀ
(2)
40.f
spring-f0±
kx＝0
ꢀꢀꢀ
(3)
41.本实施例公开的一种应用在小型重油转子发动机的夹气喷射装置的工作方法为：
42.在小型重油转子发动机运转之前，打开连接块3处的泄压口3.7，夹气喷射装置内压力恢复到大气压后，关闭泄压口3.7。启动转子发动机，利用气泵4对夹气喷射装置进行加压，压缩气体部分进入连接块3的调压阀腔室3.5，经过第一气口10.1、第二气口10.2和第三气口10.3，顶开调压阀7的弹簧11和簧片9，部分直接充满连接块3的气嘴腔3.2。发动机根据指令将转速维持在某一确定数值后，ecu3.11依据发动机的供油量需求，改变电磁线圈8中的电流，进而调节磁铁簧片9的电磁力大小，通过压力传感器15返回的压力得到油气之间的压差，使连接块3腔内压力趋于稳定。当发动机转速发生改变时，ecu3.11通过压力传感器得到的反馈对电磁线圈8中的电流大小进行调整，通过油气两路的压力反馈，减少油气路的两端机构，通过调压阀7的调节作用，分别保证气路和油路稳定的压差，实现精确的喷油量控制，实现喷油装置的供油特性与发动机的转速特性相匹配。储存在气嘴腔的燃油利用压缩气体的冲刷扰动作用实现液滴的二次破碎，进而提升雾化效果，改善重油转子发动机性能和工作可靠性。
43.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应
理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，其特征在于：包括油气分离器、油泵、调压阀、气嘴、气泵、连接块、油管和油箱；所述连接块用于油气运输，维持油气两相恒定的压差，所述连接块由入油口、回油口、流量传感器、电磁控制器、调压阀、进气口、泄压口和排气口组成；高压燃油从入油口进入油道，从出油口直接进入气嘴，为了保证发动机安全需求，利用电磁控制器控制回油口的开度大小，当发动机紧急停止运转时，回油口打开，排净连接块内的燃油；同时入油口处安装流量传感器，利用ecu记录油道流量，利于实现喷油装置与发动机动力特性的匹配；油道从上至下，截面积先变大后变小，利用截面积处产生的压损，增加燃油动能，提升燃油雾化质量；压缩气体通过进气口后，通过排气口直接进入气嘴；泄压口用来保证气路在使用完成后，未及时排出的高压空气不会对连接块腔体强度造成损害；调压阀腔室作为油气路的连接媒介，用于实现油气路压力的互相传播；所述调压阀包括电磁线圈、磁块簧片、气口、弹簧、进油口和回油口，气口用于为调压阀腔室内部的压缩气体提供入口，为了保证气口处足够流量的流入，开启三处气口，增加压缩气体流通面积，使油气调节变得更为灵敏，减少因压力波传输需要花费的时间；由电子控制单元ecu控制电磁线圈的电流的强度，会使磁块产生不同电磁力大小，引起簧片位置发生偏移，不同簧片位置会影响调压阀内油气腔室容积不同，会影响油气两相压力差，簧片位置会通过压力传感器记录在ecu，从而依据油气两相力平衡要求灵活调节电磁力大小，满足发动机与喷油系统的适配需求；当调压阀内簧片下端液体压力过大时，燃油会从回油口回流至连接块的调压阀腔室；由气泵提供的压缩空气与高压燃油在气嘴中进行混合，油气混合物由气嘴喷出；利用油、气压互相平衡方式减少油道的稳压装置，实现油气压的即时调节，同时将油气嘴、调压阀与连接块进行集成，极大减少夹气喷射装置体积。2.如权利要求1所述的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，其特征在于：所述油气两相力平衡要求为：弹簧力f
spring
，簧片自身重力g，压缩气体对簧片的作用力f
g1
和f
g2
，以及各自的夹角和，燃油对簧片的压力f
oil
以及由通电线圈产生的电磁力f
electric
形成的合力相平衡，其中弹簧力主要由弹簧本身的弹力f0与由预压缩量x产生的弹力所组成；f
g1
cosα+f
g2
cosβ
±
f
spring-g-f
electric-f
oil
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)f
g1
sinα-f
g2
sinβ＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)f
spring-f0±
kx＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。3.如权利要求1或2所述的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，其特征在于：在小型重油转子发动机运转之前，打开连接块处的泄压口，夹气喷射装置内压力恢复到大气压后，关闭泄压口；启动转子发动机，利用气泵对夹气喷射装置进行加压，压缩气体部分进入连接块的调压阀腔室，经过第一气口、第二气口和第三气口，顶开调压阀的弹簧和簧片，部分直接充满连接块的气嘴腔；发动机根据指令将转速维持在某一确定数值后，ecu依据发动机的供油量需求，改变电磁线圈中的电流，进而调节磁铁簧片的电磁力大小，通过压力传感器返回的压力得到油气之间的压差，使连接块腔内压力趋于稳定；当发动机转速发生改变时，ecu通过压力传感器得到的反馈对电磁线圈中的电流大小进行调整，通过油气两路的压力反馈，减少油气路的两端机构，通过调压阀的调节作用，分别保证气路和油路稳定的压差，实现精确的喷油量控制，实现喷油装置的供油特性与发动机的转速特性相匹配；储存在气嘴腔的燃油利用压缩气体的冲刷扰动作用实现液滴的二次破碎，进而提升雾化效果，改善重油转子发动机性能和工作可靠性。
4.如权利要求3所述的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，其特征在于：油道骤缩段采取夹角为60
°
。5.如权利要求3所述的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，其特征在于：ecu直接布置在连接块腔室内部。6.如权利要求3所述的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，其特征在于：压阀弹簧材料选取为铬合金钢。

技术总结
本发明公开的一种用于小型重油转子发动机的夹气喷射装置，属于发动机燃油供应领域。本发明包括油气分离器、油泵、调压阀、气嘴、气泵、连接块、油管和油箱。所述连接块由入油口、回油口、流量传感器、电磁控制器、调压阀、进气口、泄压口和排气口组成。所述连接块用于油气运输，维持油气两相恒定的压差。开启三处气口，使油气调节变得更为灵敏。通过油气两路的压力反馈，减少油气路的两端机构，通过调压阀的调节作用，分别保证气路和油路稳定的压差，实现精确的喷油量控制，改善重油转子发动机性能和工作可靠性。本发明采用连接块直接利用流量传感器和调压阀控制油路流量，省去燃油计量嘴的空间，使夹气喷射装置结构更为紧凑。使夹气喷射装置结构更为紧凑。使夹气喷射装置结构更为紧凑。


技术研发人员：刘金祥 曹博伟 崔灿
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/22