具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器
本发明的目的在于提供具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，属于内燃机技术领域，包括喷氨器体、两级增压模块、套筒式热管理蓄压模块、进氨控制油回油管路协同控制模块、超磁滞电磁控制针阀限位模块、控制阀组件，所述两级增压模块、套筒式热管理蓄压模块、进氨、控制油回油管路协同控制模块、超磁滞电磁控制针阀限位模块、控制阀组件，均在喷氨器体内部，并依次自上而下设置。本发明能够有效控制喷入气缸内氨燃料的相态，减少因液氨在缸内汽化吸热对动力系统造成的不良影响，采用对喷射压力和针阀升程进行协同控制的方法，实现氨燃料宽广流量的喷射，满足发动机不同工况下的需求，还可以实现针阀高响应的关闭，防止因压力波动导致的针阀二次开启。
发明专利
CN202311524044.X
2023-11-16
CN117552899A
2024-02-13
F02M21/02(2006.01)
哈尔滨工程大学
范立云;张佃浩;礼博;毛运涛;许菁;李屿明;陈晨
150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号
黑龙江;23
1.具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：包括自上而下设置的两级增压模块（1）、蓄压腔体、蓄压腔中间块、进氨控制油回油管路协同控制模块（8）、超磁滞电磁控制针阀限位模块（9）和控制阀组件（13）； 所述两级增压模块（1）包括喷氨器体（4）、紧固帽（16）、控制阀块座（1-18）、第一电磁阀（1-1）、1号衔铁（1-2）、内控制阀杆（1-3）、外控制阀块（1-4）、双增压活塞（1-14），紧固帽（16）固定在喷氨器体（4）上方，1号衔铁（1-2）位于喷氨器体（4）里，且固定在内控制阀杆（1-3）顶部，紧固帽（16）里设置第一电磁阀（1-1），第一电磁阀（1-1）里安装1号衔铁复位弹簧，1号衔铁复位弹簧位于1号衔铁上方，内控制阀杆（1-3）下部套有外控制阀块（1-4），外控制阀块（1-4）位于控制阀块座（1-18）里，双增压活塞（1-14）安装在控制阀块座（1-18）下方，双增压活塞（1-14）的外部套有增压活塞复位弹簧（1-15）； 控制阀块座（1-18）里设置主增压油回油油路（1-9）、一级增压油回油油路（1-8）、二级增压油回油油路（1-12）、增压油进油口（1-6）、二级增压油进油油路（1-10），双增压活塞（1-14）与控制阀块座（1-18）之间分别形成一级增压油腔（1-7）和二级增压油腔（1-11），内控制阀杆（1-3）里设置通孔（1-17），主增压油回油油路（1-9）和一级增压油回油油路（1-8）与通孔（1-17）配合连通或断开，一级增压油腔（1-7）分别连通一级增压油回油油路（1-8）和增压油进油口（1-6），二级增压油进油油路（1-10）与二级增压油腔（1-11）连通，外控制阀块（1-4）上部空间和二级增压油回油油路（1-12）以及主增压油回油油路（1-9）连通，二级增压油回油油路（1-12）和主增压油回油油路（1-9）之间设有单向阀（1-13），外控制阀块（1-4）的内部和内控制阀杆（1-3）外部配合位置以及外控制阀块（1-4）和控制阀块座（1-18）的上下接触面之间均设有密封面。 2.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：蓄压腔体里分别设置套筒式热管理腔（6）和氨燃料蓄压腔（5），套筒式热管理腔（6）分别连通套筒式热管理腔入口（3）和套筒式热管理腔出口（7），氨燃料蓄压腔（5）连接单向进氨口（2）。 3.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：所述进氨控制油回油管路协同控制模块（8）包括协同上模块、协同下模块、第二电磁阀（8-1）、2号衔铁（8-2）、双通路阀杆（8-3），协同上模块安装在协同下模块上方，协同上模块里设置第二电磁阀（8-1）、1号进氨管路（8-4），第二电磁阀（8-1）里安装2号衔铁复位弹簧（8-8），协同下模块里设置2号衔铁（8-2）、双通路阀杆（8-3）、2号进氨管路（8-5）、1号控制油回油管路（8-6）和2号控制油回油管路（8-7），2号衔铁（8-2）固定在双通路阀杆（8-3）顶部，2号衔铁复位弹簧（8-8）位于2号衔铁（8-2）上方，双通路阀杆（8-3）为上细、下粗的结构，在下部的两侧位置分别设有半回形的通路（8-9），在双通路阀杆（8-3）肩部的上方设有限位块（8-10），1号进氨管路（8-4）连通氨燃料蓄压腔（5），2号进氨管路（8-5）和1号控制油回油管路（8-6）均与通路（8-9）相配合。 4.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：所述超磁滞电磁控制针阀限位模块（9）包括超磁滞上模块、超磁滞下模块、超磁滞材料（9-12）、活塞（9-4）、主副磁极（9-2）、磁滞座（9-3）、下凸状针阀限位块（9-6），超磁滞上模块安装在超磁滞下模块上方，主副磁极（9-2）设置在超磁滞上模块里，主副磁极（9-2）里设置线圈（9-11），超磁滞材料（9-12）安装在主副磁极（9-2）内部，超磁滞材料（9-12）上下分别设置磁轭（9-1）和磁滞座（9-3），活塞（9-4）安装在磁滞座（9-3）下方，下凸状针阀限位块（9-6）位于活塞（9-4）下方，且二者形成中间腔（9-5），下凸状针阀限位块（9-6）下部套有复位弹簧（9-13），超磁滞上模块里设置润滑油进油口（9-9）、润滑油路（9-7）、单向中间腔进油口（9-10）、中间腔油路（9-8），润滑油进油口（9-9）连通润滑油路（9-7），单向中间腔进油口（9-10）通过中间腔油路（9-8）连通中间腔（9-5）。 5.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：所述控制阀组件（13）包括针阀（13-1）、针阀中间块（13-5），针阀（13-1）的中部穿过针阀中间块（13-5），针阀（13-1）中部有环形凹腔，环形凹腔与针阀中间块（13-5）的下表面所形成的空间为控制油腔（13-3），针阀中间块（13-5）下方形成控制油进油管路（13-2），控制油进油管路（13-2）、控制油腔（13-3）、1号控制油回油管路（8-6）处于连通状态。 6.根据权利要求3所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：双通路阀杆两侧的半回形通路（8-9）的入口和出口的半径与1号进氨管路（8-4）、1号控制油回油管路（8-6）的出口以及2号进氨管路（8-5）、2号控制油回油管路（8-7）的进口半径一致，双通路阀杆两侧的半回形通路（8-9）的入口与1号进氨管路（8-4）、2号控制油回油管路（8-7）的出口的间距和双通路阀杆两侧的半回形通路（8-9）的入口与2号进氨管路（8-5）、1号控制油回油管路（8-6）的入口的间距一致。 7.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：选择基压模式时，两级增压模块（1）不通电，1号衔铁（1-2）落座，一级增压油回油油路（1-8）和主增压油回油油路（1-9）通过内控制阀杆上的通孔（1-17）连通，外控制阀块（1-4）落座于控制阀块座（1-18）的下接触面，之间形成密封腔，一级增压油回油油路（1-8）和二级增压油进油油路（1-10）不连通，二级增压油回油油路（1-12）与主增压油回油油路（1-9）之间连通，一级增压油腔（1-7）和二级增压油腔（1-11）均不能建压，双增压活塞（1-14）不起增压作用。 8.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：选择低增压模式时，两级增压模块（1）通低电位，1号衔铁（1-2）受到电磁力的作用带动内控制阀杆（1-3）向上运动，从而断开一级增压油回油油路（1-8）和主增压油回油油路（1-9）的连通，外控制阀块（1-4）落座于控制阀块座（1-18）的下接触面，之间形成密封腔，一级增压油回油油路（1-8）和二级增压油进油油路（1-10）不连通，二级增压油回油油路（1-12）与主增压油回油油路（1-9）之间连通，此时二级增压油腔（1-11）不能建压，一级增压油腔（1-7）开始建压，双增压活塞（1-14）向下运动，氨燃料蓄压腔（5）内的压力升高，直至氨燃料蓄压腔（5）内的压力乘以双增压活塞（1-14）的下表面的面积/>加上双增压活塞复位弹簧（1-15）的弹力/>等于一级增压油腔（1-7）内增压油的压力/>乘以它作用在双增压活塞（1-14）上的面积/>时双增压活塞（1-14）不再运动，即/>。 9.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：选择高增压模式时，两级增压模块（1）通高电位，1号衔铁（1-2）受到电磁力的作用带动内控制阀杆（1-3）向上运动并进一步的带动外控制阀块（1-4）向上运动，切断一级增压油回油油路（1-8）与主增压油回油油路的连通，一级增压油腔（1-7）开始建压，二级增压油进油油路（1-10）与一级增压油回油油路（1-8）连通，与外控制阀块（1-4）的上部空间断开，二级增压油腔（1-11）开始建压；双增压活塞（1-14）向下运动，氨燃料蓄压腔（5）内的压力升高，直至氨燃料蓄压腔（5）内的压力乘以双增压活塞（1-14）的下表面的面积/>加上双增压活塞复位弹簧（1-15）的弹力/>等于增压油腔（1-7）和（1-11）内增压油的压力/>乘以它作用在双增压活塞（1-14）上的面积/>时双增压活塞（1-14）不再运动，即/>。 10.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：选择低针阀升程喷射时，超磁滞电磁控制针阀限位模块（9）通电，超磁滞材料（9-12）伸长，磁滞座（9-3）压迫活塞（9-4）向下运动，使活塞（9-4）和下凸状针阀限位块（9-6）所形成的中间腔（9-5）的压力升高，从而使下凸状针阀限位块（9-6）克服复位弹簧（9-13）的弹力下移；进氨控制油回油管路协同控制模块（8）通电，2号衔铁（8-2）受到电磁力的作用带动双通路阀杆（8-3）向上运动，直到双通路阀杆（8-3）接触到限位块（8-10），双通路阀杆（8-3）不再运动，此时双通路阀杆两侧的半回形通路（8-9）同时连通1号进氨管路（8-4）与2号进氨管路（8-5）、（1）号控制油回油管路（8-6）与2号控制油回油管路（8-7），与套筒式热管理腔（6）内的加热液充分换热过的氨燃料由蓄压腔（5）经过1号进氨管路（8-4）与2号进氨管路（8-5）流入压力室（14）中，控制油腔（13-3）内的控制油经过1号控制油回油管路（8-6）、2号控制油回油管路（8-7）流回到油箱中，当控制油腔（13-3）内的压力和针阀复位弹簧（13）的弹力形成的合力小于压力室（14）内向上的液压力时，针阀（13-1）向上抬起，直至针阀（13-1）的上表面与下凸状针阀限位块（9-6）的下表面接触，针阀（13-1）停止运动，喷射流道打开，进行喷氨；结束喷射时，进氨控制油回油管路协同控制模块（8）断电，在2号衔铁复位弹簧（8-8）的作用下，2号衔铁（8-2）落座，带动双通路阀杆（8-3）向下运动，同时切断1号进氨管路（8-4）与2号进氨管路（8-5）、1号控制油回油管路（8-6）与2号控制油回油管路（8-7），压力室（14）不再有氨燃料流入，控制油腔（13-3）逐渐建压，当控制油腔（13-3）内的压力和针阀复位弹簧（11）的弹力大于压力室（14）内向上的液压力时，针阀（13-1）重新落座。 11.根据权利要求1所述的具备热管理的宽广流量氨燃料喷射器，其特征是：选择高针阀升程喷射时，超磁滞电磁控制针阀限位模块（9）不通电，活塞（9-4）不动，下凸状针阀限位块（9-6）在复位弹簧（9-14）的作用下处于最高位置；进氨、控制油回油管路协同控制模块（8）通电，2号衔铁（8-2）受到电磁力的作用带动双通路阀杆（8-3）向上运动，直到双通路阀杆（8-3）接触到限位块（8-10），双通路阀杆（8-3）不再运动，此时双通路阀杆两侧的半回形通路（8-9）同时连通1号进氨管路（8-4）与2号进氨管路（8-5）、1号控制油回油管路（8-6）与2号控制油回油管路（8-7），与套筒式热管理腔（6）内的加热液充分换热过的氨燃料由蓄压腔（5）经过1号进氨管路（8-4）与2号进氨管路（8-5）流入压力室（14）中，控制油腔（13-3）内的控制油经过1号控制油回油管路（8-6）、2号控制油回油管路（8-7）流回到油箱中，当控制油腔（13-3）内的压力和针阀复位弹簧（13）的弹力形成的合力小于压力室（14）内向上的液压力时，针阀（13-1）向上抬起，直至针阀（13-1）的上表面与下凸状针阀限位块（9-6）的下表面接触，针阀（13-1）停止运动，喷射流道打开，进行喷氨；结束喷射时，进氨控制油回油管路协同控制模块（8）断电，在2号衔铁复位弹簧（8-8）的作用下，2号衔铁（8-2）落座，带动双通路阀杆（8-3）向下运动，同时切断1号进氨管路（8-4）与2号进氨管路（8-5）、1号控制油回油管路（8-6）与2号控制油回油管路（8-7），压力室（14）不再有氨燃料流入，控制油腔（13-3）逐渐建压，当控制油腔（13-3）内的压力和针阀复位弹簧（11）的弹力大于压力室（14）内向上的液压力时，针阀（13-1）重新落座。