CN102425517B - 一种气体燃料电控喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电控喷射装置，特别是一种气体燃料电控喷射装置。它包括作为驱动部件的电磁直线执行器(1)、可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件(2)、螺母(3)、菌形气门(4)、连接架(5)、螺钉(6)、密封膜片压板(7)、密封膜片(8)、阀体上盖(9)、阀体(10)、气门座圈(11)和气门位置传感器(12)。本发明既能够以多点顺序间歇供气方式，定时、定量的将气体燃料喷射入发动机每一气缸进气道前的进气支管内，有效防止进气道及进气管内的回火现象，又可充分扫气，为各缸空燃比的实时、准确、独立的调节提供前提条件，同时还具备良好的控制特性、高响应速度和低落座速度，从而提高工作可靠性与使用寿命。

Description

一种气体燃料电控喷射装置

技术领域

本发明涉及一种燃料电控喷射装置，特别是一种气体燃料电控喷射装置。

背景技术

气体燃料被称为继煤炭和石油之后的第三大能源，除了压缩天然气和液化石油气外，还包括沼气、煤层气、高炉煤气、焦炉尾气等。气体燃料发动机与液体燃料发动机相比，具有排放有害污染物和二氧化碳量相对少的优势，在高效清洁利用能源方面发挥着重要作用。

现有气体燃料发动机的气体燃料供给方式主要包括：

1、单点连续供气方式，即应用单一混合器，其主要优势是结构简单，成本低。但存在各缸混合气空燃比控制精度低、响应慢以及不利于发动机性能提升的不足，技术相对落后，目前已应用渐少。

2、多点连续供气方式，如中国发明专利.03139143.5公开了胜利油田胜利动力机械有限公司提出的一种“煤气发动机分路增压多点喷射控制方法”，即在发动机各缸进气道前连续供入气体燃料，可以实现各缸独立调节，改善各缸的工作不均匀性。但存在不能充分扫气，有回火可能性等问题。

3、多点顺序间歇供气方式，即在发动机各缸进气道前顺序间歇(一般在进气过程中)供入气体燃料，可以有效解决发动机进气道及进气管内回火、扫气阶段气体燃料流失等问题，改善发动机性能。所需气体燃料的压力较低，但对气体燃料电控喷射装置有较高的要求；目前公开的文献中记载了采用电磁铁驱动方案，如国家发明专利.02113494.4公开了贵州红华科技开发有限公司提出的一种“气体燃料发动机电控燃料喷射阀”，但它存在电磁铁特性所导致的工作行程较小，不利于大流量的气体燃料喷射，特别在一些低热值气体燃料的应用需要加大容积流量的场合；同时存在控制特性差，难以实现低落座速度，影响到装置的工作可靠性等问题，对产生相互撞击的部件的材料、制造工艺等要求较高。其改进方案是在运动部件的一端装配“抗冲击的高硬度止动销”，但另一端(针阀密封锥面)却无法同样处理，难以克服高落座速度冲击带来的工作可靠性及寿命等问题。

4、缸内供气方式，将气体燃料在发动机压缩过程中直接供入缸内，有利于提高发动机升功率、有效效率等性能。但由于在相对高温高压环境供气，必须首先消耗一定能量将气体燃料压缩到较高压力，同时对气体燃料电控喷射装置要求更高，目前仅在小功率发动机中有极少量应用。

如何克服现有技术所存在的不足，进一步提高气体燃料喷射效能，已成为当今燃料电控喷射技术领域亟待解决的一项重大难题。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种气体燃料电控喷射装置。本发明既能够以多点顺序间歇供气方式，定时、定量的将气体燃料喷射入发动机每一气缸进气道前的进气支管内，有效防止进气道及进气管内的回火现象，又可充分扫气，为各缸空燃比的实时、准确、独立的调节提供前提条件，同时还具备良好的控制特性、高响应速度和低落座速度，从而提高工作可靠性与使用寿命。

根据本发明提出的一种气体燃料电控喷射装置，其特征在于包括作为驱动部件的电磁直线执行器、可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件、螺母、菌形气门、连接架、螺钉、密封膜片压板、密封膜片、阀体上盖、阀体、气门座圈和气门位置传感器，作为驱动部件的电磁直线执行器、菌形气门和气门座圈的中心轴线重合，连接架将作为驱动部件的电磁直线执行器与阀体上盖固定，阀体的一侧设有与外部气体燃料供给管路相连的气体燃料进口；气门座圈通过过盈配合装在阀体底部，菌形气门的杆部外圆与可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件上的内孔相配合，上部用螺母将菌形气门与可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件联接为一体；气门座圈的密封锥面与菌形气门的密封锥面角度相同；菌形气门杆部设有凸台，与可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件和密封膜片的轴向定位；密封膜片外圆侧由螺钉和密封膜片压板固定在阀体上盖上部，密封膜片内圆侧固定在菌形气门的杆部；作为驱动部件的电磁直线执行器的一侧装有气门位置传感器。

本发明的工作原理是：应用电磁直线执行器作为本发明的驱动元件，采用驱动电流和气门位置的双闭环反馈控制。为确保含气体燃料的混合气不进入排气道中，喷射始点选择为进气过程开始后至排气过程结束前的某一位置；喷射终点则根据气体燃料喷射量来确定，选择在进气过程结束前的某一位置。当需要气体燃料喷射时，电磁直线执行器运动部件驱动菌形气门迅速向上运动并达到气门最大升程，随即保持在最大升程位置，直至电磁直线执行器驱动电流反向，运动部件驱动菌形气门迅速向下运动，当气门运动到最下端时，落在气门座圈上，切断气体燃料喷射，实时电控驱动电流的大小来控制落座速度低于一定限值。气体燃料喷射量与保持在最大升程位置的时间或喷射脉宽相关，可根据需要实时调节。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：第一，本发明能够以多点顺序间歇供气方式，定时、定量的将气体燃料喷射入发动机每一气缸靠近进气道的进气支管内，能够有效防止进气道及进气管内的回火现象，并可充分扫气，为各缸空燃比的实时、准确、独立的调节提供前提条件。第二，本发明具有良好的控制特性，具备高响应速度和低落座速度，如在气门最大升程为4mm时，从动作(气门开启/关闭)信号发送开始至动作完成的时间小于3.5ms，气门落座速度低于0.1m/s，从而提高工作可靠性与使用寿命。第三，本发明特别适合于大流量气体燃料喷射应用，如在一些低热值气体燃料的应用需要加大容积流量的场合应用，最终将达到提高气体燃料发动机经济性和动力性，降低有害排放的效果。

附图说明

图1是根据本发明提出的一种气体燃料电控喷射装置的主视结构示意图。

图2是根据本发明提出的一种气体燃料电控喷射装置的俯视结构示意图。

图3是根据本发明提出的一种气体燃料电控喷射装置的控制结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

结合图1和图2，本发明提出的一种气体燃料电控喷射装置，包括作为驱动部件的电磁直线执行器1、可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件2、螺母3、菌形气门4、连接架5、螺钉6、密封膜片压板7、密封膜片8、阀体上盖9、阀体10、气门座圈11和气门位置传感器12。其中，作为驱动部件的电磁直线执行器1为伺服直线电机，作为驱动部件的电磁直线执行器1、菌形气门4和气门座圈11的中心轴线重合。连接架5将作为驱动部件的电磁直线执行器1和阀体上盖9固定在一起，阀体上盖9安装在阀体10上部，阀体9上盖与阀体10之间形成一空腔体，两者通过圆形台阶定位。阀体10的一侧设有与外部气体燃料供给管路相连的气体燃料进口。气体燃料出口端，气门座圈11通过过盈配合装在阀体10底部，气门座圈11的密封锥面与菌形气门4的密封锥面角度相同，呈以向上或向下的扩张角度，以气门座圈11的密封锥面与菌形气门4的密封锥面角度呈以向上的扩张角度45°为佳；菌形气门4的杆部外圆与可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件2上的内孔相配合，上部用螺母3将菌形气门4和可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件2固定为一体，可共同沿气门轴线做直线运动，菌形气门4的运动规律(运动方向、位移和速度等)受电磁直线执行器驱动电流的方向和大小控制，可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件2为动圈或动铁。菌形气门4的杆部有一凸台，起到对可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件2和密封膜片8的轴向定位作用。密封膜片8的材质采用有防止气体燃料泄漏功能的耐腐蚀的橡胶材料，并制成波纹形状，密封膜片8的外圆侧由螺钉6和密封膜片压板7固定在阀体上盖9上部，密封膜片8的内圆侧固定在菌形气门4的杆部。在作为驱动部件的电磁直线执行器1的一侧装有气门位置传感器12，气门位置传感器12采用基于磁阻原理或差动变压器原理的位置传感器为佳。

结合图3，气体燃料发动机每一气缸对应安装一套电控喷射装置，安装位置应在进气管上靠近气缸盖上进气道处，电控喷射装置气门中心轴线可与进气管中心轴线垂直或呈一定角度，以有利于燃料顺气流方向进入气缸。发动机控制单元根据发动机转速、曲轴相位角以及所需空燃比等计算出各缸喷射开始时刻及喷射脉宽，将动作气缸编号及相应动作(开始或结束喷射)信号发送至电控喷射装置控制器，电控喷射装置控制器通过驱动模块实时控制指定气缸对应的电控喷射装置的动作，采用驱动电流和气门位置双闭环反馈控制，完成定时、定量的气体燃料喷射。

Claims (10)

1.一种气体燃料电控喷射装置，其特征在于包括作为驱动部件的电磁直线执行器(1)、可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件(2)、螺母(3)、菌形气门(4)、连接架(5)、螺钉(6)、密封膜片压板(7)、密封膜片(8)、阀体上盖(9)、阀体(10)、气门座圈(11)和气门位置传感器(12)，作为驱动部件的电磁直线执行器(1)、菌形气门(4)和气门座圈(11)的中心轴线重合，连接架(5)将作为驱动部件的电磁直线执行器(1)与阀体上盖(9)固定，阀体上盖(9)装在阀体(10)上部，阀体(10)的一侧设有与外部气体燃料供给管路相连的气体燃料进口；气门座圈(11)通过过盈配合装在阀体(10)底部，菌形气门(4)的杆部外圆与可沿电磁直线执行器(1)的轴线运动的电磁直线执行器运动部件(2)上的内孔相配合，上部用螺母(3)将菌形气门(4)与可沿电磁直线执行器(1)的轴线运动的电磁直线执行器运动部件(2)联接为一体；气门座圈(11)的密封锥面与菌形气门(4)的密封锥面角度相同；菌形气门(4)杆部设有凸台，与可沿电磁直线执行器(1)的轴线运动的电磁直线执行器运动部件(2)和密封膜片(8)的轴向定位；密封膜片(8)外圆侧由螺钉(6)和密封膜片压板(7)固定在阀体上盖(9)上部，密封膜片(8)内圆侧固定在菌形气门(4)的杆部；作为驱动部件的电磁直线执行器(1)的一侧装有气门位置传感器(12)。 

2.根据权利要求1所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于作为驱动部件的电磁直线执行器(1)为伺服直线电机。 

3.根据权利要求1或2所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于可沿电磁直线执行器(1)的轴线运动的电磁直线执行器运动部件(2)为动圈或动铁。 

4.根据权利要求1或2所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于密封膜片(8)的材质为有防止气体燃料泄漏功能的耐腐蚀的橡胶材料。 

5.根据权利要求3所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于密封膜片(8)的材质为有防止气体燃料泄漏功能的耐腐蚀的橡胶材料。 

6.根据权利要求1所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于阀体上盖(9)装在阀体(10)上部，阀体上盖(9)与阀体(10)之间形成一空腔体，两者通过圆形台阶定位。 

7.根据权利要求1所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于气门座圈(11)的密封锥面与菌形气门(4)的密封锥面角度呈以向上或向下的扩张角度。 

8.根据权利要求1或7所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于气门座圈(11)的密封锥面与菌形气门(4)的密封锥面角度呈以向上的扩张角度为45°。 

9.根据权利要求1所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于菌形气门(4)的运动规律受作为驱动部件的电磁直线执行器(1)驱动电流的方向和大小控制。 

10.根据权利要求1所述的气体燃料电控喷射装置，其特征在于气门位置传感器(12)为基于磁阻原理的位置传感器或差动变压器原理的位置传感器。 

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