一种可变流通面积的甲醇燃料喷射器

本发明涉及的是甲醇燃料发动机喷射系统，具体的说是一种可变流通面积的甲醇燃料喷射器。

背景技术：

1、甲醇作为一种储氢物质，便于贮运且廉价易得，具有可再生性和低碳排放等优点，是发动机的理想清洁燃料之一。因此甲醇燃料内燃机动力系统研究成为近年来内燃动力领域的研究热点之一，属于低碳领域的前沿科学技术。

2、甲醇燃料喷射器的设计开发是当前突破甲醇燃料内燃机动力系统的关键，甲醇燃料喷射器的高动态响应特性与运动件间的低撞击反弹是决定其喷射性能的两个矛盾的技术指标，高动态响应往往面临着运动件间大撞击力导致喷射器的工作性能下降。此外，甲醇燃料发动机可控燃烧技术对甲醇燃料喷射的控制提出了更高的要求，更加灵活可控的喷甲醇规律等将是未来甲醇燃料动力系统的发展趋势。然而，现有的甲醇燃料喷射器难以实现灵活可变的喷甲醇规律，也无法兼顾高响应特性与低撞击反弹两个矛盾的技术指标，这是提高甲醇燃料喷射器工作性能与稳定性亟须解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种可变流通面积的甲醇燃料喷射器，能在保证喷射器高动态响应与低撞击反弹的同时实现灵活可控的喷醇规律，提高喷射器工作性能与稳定性。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、本发明一种可变流通面积的甲醇燃料喷射器，其特征在于：包括喷射器端盖、电磁-永磁协同耦合电磁控制阀、电磁阀主体、喷射器主体螺母套、针阀升程控制组件、升程控制组件体、喷嘴螺母套、可变喷孔式喷嘴组件，喷射器主体螺母套与喷嘴螺母套内自下而上依次安装可变喷孔式喷嘴组件、升程控制组件体、针阀升程控制组件、电磁阀主体、电磁-永磁协同耦合电磁控制阀，电磁-永磁协同耦合电磁控制阀安装在电磁阀主体里，喷射器主体螺母套侧面分别设有一级进油孔与二级进油孔连接针阀升程控制组件，可变喷孔式喷嘴组件内包括节流控制块，升程控制组件体与节流控制块内均设有甲醇通道，针阀升程控制组件通过甲醇通道连通可变喷孔式喷嘴组件；

4、所述电磁-永磁协同耦合电磁控制阀包括电磁阀铁芯、主线圈骨架、主电磁线圈、主电磁阀体、控制衔铁、超磁致伸缩套筒、缓冲弹簧、缓冲弹簧限位体、辅助线圈骨架、辅助电磁线圈、辅助线圈体、永磁环体、落座辅助永磁环、缓冲碰撞环，主电磁线圈缠绕在主线圈骨架上，电磁阀铁芯下方嵌入进主线圈骨架里，主线圈骨架安装在主电磁阀体里，控制衔铁位于电磁阀铁芯下方，超磁致伸缩套筒与缓冲碰撞环均套在控制衔铁外部，超磁致伸缩套筒与缓冲碰撞环均位于缓冲弹簧限位体里，两者之间安装缓冲弹簧，永磁环体位于控制衔铁下方，并通过螺纹与控制衔铁进行连接固定，落座辅助永磁环安装在永磁环体内，落座辅助永磁环上端为“n”极，下端为“s”极，辅助电磁线圈缠绕在辅助线圈骨架上，辅助线圈骨架安装在辅助线圈体里。

5、本发明还可以包括：

6、1、落座辅助永磁环的高度等于辅助电磁线圈高度的一半。

7、2、初始状态下，即主电磁线圈与辅助电磁线圈不通电时，落座辅助永磁环下端面与辅助电磁线圈下端面处于同一水平面，电磁阀铁芯与控制衔铁的初始间隙即控制衔铁升程等于落座辅助永磁环的高度。

8、3、针阀升程控制组件包括控制阀杆复位弹簧、控制阀杆、油路控制外套筒复位弹簧、油路控制外套筒、回油腔控制球阀，控制阀杆上端位于辅助线圈体里，控制阀杆与永磁环体通过螺纹进行连接，控制阀杆复位弹簧套在控制阀杆上端，油路控制外套筒套在控制阀杆外部，油路控制外套筒安装在升程控制组件体内部，控制阀杆上开设环槽，控制阀杆与油路控制外套筒配合形成一级油路控制环腔与二级油路控制环腔，油路控制外套筒内设有一级油路与二级油路，一级油路、二级油路分别与一级油路控制环腔、二级油路控制环腔连接，控制阀杆下端设置回油腔控制球阀，油路控制外套筒复位弹簧安装在油路控制外套筒与升程控制组件体之间，一级油路与一级进油孔、二级油路与二级进油孔分别通过升程控制组件体内设有的甲醇通道进行连接，控制阀杆与油路控制外套筒配合形成回油腔。

9、4、一级油路控制环腔的高度是二级油路控制环腔高度的两倍。

10、5、可变喷孔式喷嘴组件包括大升程控制块复位弹簧、针阀套筒、大升程控制块、针阀复位弹簧、多喷孔喷嘴体、针阀、节流控制块，节流控制块里分别设置一级回油节流孔、二级回油节流孔、一级进油节流孔、二级进油节流孔，大升程控制块复位弹簧安装在大升程控制块与节流控制块之间，针阀套筒套在针阀上端并位于大升程控制块里，针阀的凸缘与针阀套筒下端之间安装针阀复位弹簧，大升程控制块安装在多喷孔喷嘴体里，针阀套筒、针阀与节流控制块共同配合形成主控制腔室，节流控制块、针阀套筒、大升程控制块与多喷孔喷嘴体共同配合形成副控制腔室，多喷孔喷嘴体里设置进醇道与针阀座，针阀在针阀复位弹簧作用下与针阀座形成密封环面，针阀下端开设环槽，针阀与多喷孔喷嘴体配合形成盛醇槽、二级喷孔控制环腔与压力室，进醇道连通盛醇槽，针阀内开设空腔并设置进醇孔，多喷孔喷嘴体下端分别设有一级喷孔与二级喷孔，一级喷孔、二级喷孔分别连通压力室、二级喷孔控制环腔。

11、6、在电磁-永磁协同耦合电磁控制阀开启阶段，电磁-永磁协同耦合电磁控制阀内主电磁线圈通电，电磁阀铁芯产生电磁力吸附控制衔铁，由于控制衔铁、永磁环体与控制阀杆固定，所以控制阀杆克服控制阀杆复位弹簧预紧力向上运动，超磁致伸缩套筒在受到主电磁线圈产生的磁场作用下轴向逐渐伸长，进而逐渐压缩缓冲弹簧，使永磁环体的凸缘受到缓冲弹簧的作用，实现控制衔铁顶部与电磁阀铁芯的低撞击反弹。

12、7、在电磁-永磁协同耦合电磁控制阀关闭阶段，电磁-永磁协同耦合电磁控制阀内主电磁线圈断电，辅助电磁线圈通电，产生经永磁环体、缓冲弹簧限位体、辅助线圈体的逆时针闭合磁通，落座辅助永磁环受到向下的电磁力，实现控制阀杆的加速向下关闭，在下降达到一半升程时，落座辅助永磁环受到的电磁力转换方向，实现回油腔控制球阀落座时的缓冲撞击；辅助电磁线圈产生少部分逆时针闭合磁通依次通过永磁环体、控制衔铁、电磁阀铁芯、主电磁阀体、缓冲弹簧限位体、辅助线圈体，实现电磁阀铁芯快速退磁。

13、8、在小喷孔数量喷射模式下，电磁-永磁协同耦合电磁控制阀通入小电流，电磁阀铁芯产生吸力吸附控制衔铁，带动控制阀杆克服控制阀杆复位弹簧预紧力向上运动，直至控制阀杆与油路控制外套筒碰撞接触后，在油路控制外套筒复位弹簧预紧力作用下停止运动；此时，回油腔控制球阀打开，一级油路控制环腔与二级油路控制环腔上移，二级油路断开，一级油路仍然接通，主控制腔室内高压油通过一级回油节流孔流入回油腔，主控制腔室内油压迅速降低，针阀在盛醇槽内高压甲醇的作用下克服针阀复位弹簧的预紧力向上运动，直至与大升程控制块接触后，由于大升程控制块受到大升程控制块复位弹簧预紧力与副控制腔室油压力，针阀停止运动，完成小升程打开，二级喷孔控制环腔与盛醇槽未连通；此时，针阀下端离开针阀座，盛醇槽内甲醇依次通过进醇孔、针阀内空腔、压力室，最终从一级喷孔喷出。

14、9、在大喷孔数量喷射模式下，电磁-永磁协同耦合电磁控制阀通入大电流，电磁阀铁芯产生吸力吸附控制衔铁，带动控制阀杆克服控制阀杆复位弹簧预紧力向上运动，控制阀杆与油路控制外套筒碰撞接触后，继续克服油路控制外套筒复位弹簧预紧力带动油路控制外套筒向上运动，直至达到最大升程；此时，回油腔控制球阀打开，油路控制外套筒下端面抬起，油路控制外套筒、一级油路控制环腔与二级油路控制环腔上移，一级油路与二级油路断开，主控制腔室与副控制腔室内高压油分别通过一级回油节流孔、二级回油节流孔流入回油腔，主控制腔室与副控制腔室内油压迅速降低，针阀在盛醇槽内高压甲醇的作用下克服针阀复位弹簧的预紧力向上运动，与大升程控制块接触后，继续克服大升程控制块复位弹簧预紧力带动大升程控制块向上运动，直至针阀达到最大升程；此时，针阀下端离开针阀座，同时二级喷孔控制环腔上移，二级喷孔控制环腔与盛醇槽连通，盛醇槽内一路甲醇依次通过进醇孔、针阀内空腔、压力室，最终从一级喷孔喷出，盛醇槽内另外一路甲醇通过二级喷孔控制环腔后从二级喷孔喷出

15、有益效果：

16、本发明采用电磁-永磁协同耦合电磁控制阀实现甲醇燃料喷射器开启与关闭的高动态响应与低撞击反弹，在电磁-永磁协同耦合电磁控制阀开启阶段，利用超磁致伸缩套筒与缓冲弹簧实现控制衔铁顶部与电磁阀铁芯的低撞击反弹；在电磁-永磁协同耦合电磁控制阀关闭阶段，利用落座辅助永磁环与辅助电磁线圈实现回油腔控制球阀落座时的缓冲撞击，同时加速电磁阀铁芯退磁；电磁-永磁协同耦合电磁控制阀、针阀升程控制组件与可变喷孔式喷嘴组件共同配合可调节喷射器喷孔开启数量，实现灵活可变的甲醇喷射规律，有利于提高甲醇燃料喷射器的燃料喷射性能，提升甲醇燃料喷射器工作稳定性与使用寿命；此外，为防止甲醇对针阀升程控制组件产生腐蚀，本发明采用柴油作为升程控制燃料实现可变喷孔式喷嘴组件内针阀的开启与关闭。