CN105275672B - 发动机用电控燃气喷射阀 - Google Patents
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Abstract
一种发动机用电控燃气喷射阀，包括阀壳体、出气口阀芯组件和上盖组件。阀壳体内腔分为燃气进气室、燃气高压工作室、燃气低压出气室；出气口阀芯组件包括运动盘、出气口阀芯和垫圈；上盖组件包括上盖、电磁阀、止动衬套和弹簧。采用高速强力电磁阀驱动衔铁的方式实现阀门开启功能。电磁阀通电时，运动盘组件受到强大电磁力，迅速抬升，阀门开启对发动机供燃气；电磁阀断电时，在弹簧预紧力的作用下运动盘组件迅速落座，并结合高压气体在凸台上产生的压力差，使密封效果良好。
Description
技术领域
本发明属于柴油机技术领域，具体涉及燃气喷射阀。
背景技术
随着船舶排放法规的日益严格以及燃油价格的不断攀升，气体机及双燃料发动机在国际市场上的地位越来越重要。燃料喷射系统作为气体机、双燃料发动机的关键零部件，其性能直接影响发动机的动力性和排放性。燃气喷射阀是气体燃料电控多点喷射气体机（含双燃料机）的核心零部件之一，可实现各缸定时定量分期供气和进气分层，其工作性能对气体机或双燃料发动机的动力性、排放性有着十分重要的影响。
目前，我国燃气喷射阀的配套能力较低，严重依赖进口，造成了研发和产业严重受制于人的不良局面，再加上国外对其关键技术的封锁，系统性地开展燃气喷射阀的自主研发，形成具有自主知识产权的系列产品，显得非常必要和重要。
发明内容
本发明提出一种发动机用电控燃气喷射阀，主要是为单缸功率为100kW～350kW多点喷射的气体燃料发动机或双燃料发动机设计，其采用ECM电控控制技术，以强大电磁阀驱动运动盘组件的形式控制燃气的开关，从而实现对燃气喷始点及喷射持续时间进行无级柔性调节，可以精确控制对主机每缸的燃气喷射量。
本发明的技术方案如下：
一种发动机用电控燃气喷射阀，主要包括上盖组件、出气口阀芯组件和阀壳体，所述出气口阀芯组件装在阀壳体内，由上盖组件盖住固定。
所述阀壳体的内腔分为三个区域：燃气进气室、燃气高压工作室、燃气低压出气室，三者依次连通。
所述出气口阀芯组件包括运动盘、出气口阀芯和垫圈，所述上盖组件包括上盖、电磁阀、止动衬套和弹簧。具体结构如下：
上盖与阀壳体内的出气口阀芯螺纹刚性连接，电磁阀和运动盘设置在上盖和出气口阀芯内，电磁阀的线圈插座从上盖伸出。
出气口阀芯内运动盘之下的空间为所述燃气低压出气室，出气口阀芯外周与阀壳体之间形成所述燃气高压工作室，出气口阀芯沿圆周方向对称分布8个环形进气口，阀开启时用于连通燃气高压工作室和燃气低压出气室。
所述运动盘分成运动盘上体与运动盘下体，两者通过螺纹刚性连接，运动盘上体作为衔铁布置在电磁阀下端面，在通电时向上吸起运动盘上体；在电磁阀的中心轴向装有止动衬套和一个弹簧，弹簧上端顶在止动衬套上，下端压在下弹簧座上，下弹簧座装在运动盘上体上端；在出气口阀芯的出口附近装有垫圈，动盘下体的下端面与垫圈上端面与配合，两者端面配合位置对应于出气口阀芯上的环形进气口，运动盘上体在被吸起时与垫圈分开，燃气高压工作室和燃气低压出气室连通，在断电时通过弹簧的预紧力两端面紧贴实现密封。
本发明的优点在于：
1、采用高速强力电磁阀驱动衔铁的方式实现阀门开启功能：电磁阀通电时，运动盘组件受到强大电磁力，迅速抬升，阀门开启对发动机供燃气；电磁阀断电时，在弹簧预紧力的作用下运动盘组件迅速落座，并结合高压气体在凸台上产生的压力差，使密封效果良好。同时可以采用成熟的电控系统控制电磁阀的动作，使得整个系统响应迅速、精准，能很好的满足发动机的供气规律。
2、上盖与出气口阀芯、运动盘上体（衔铁）与运动盘下体使用螺纹刚性连接， 使得喷射阀结构紧凑、可靠性高。
3、运动盘上体采用优质合金材料，表面采用镀层处理。既能满足强大电磁力要求，又能较好地抵抗燃气的腐蚀。
4、使用单弹簧结构设计，运动盘下体凸台上下两面巧妙地设计了面积差，利用高压燃气产生的压差来增强密封效果，从而降低弹簧的预紧力要求，减轻运动盘下体与出气口阀芯的撞击，提高使用寿命。
5、止动衬套下端面凸出电磁阀下端面0.1-0.2mm，有效避免电磁阀受运动盘上体撞击；止动衬套、下弹簧座进行高硬度表面处理，耐磨且可抗强烈冲击，使用寿命长。
6、出气口阀芯沿圆周方向对称分布环形进气口，可平衡运动盘组件受到径向的燃气冲击，增加运动件的平稳性，并可保证足够的流通面积。
8、 燃气喷射阀的内腔分为三个区域：燃气进气室、燃气高压工作室、燃气低压出气室。燃气进气室与高压工作室之间，用高密度、高精度的滤网组件分隔，以保证燃气的纯净；高压工作室与低压出气室之间由高韧性膜片密封，并采用压力补偿方法，工作压力稳定。
附图说明
图1a为发动机用电控燃气喷射阀结构剖面图（关闭状态）。
图1b为发动机用电控燃气喷射阀结构剖面图（开启状态）。
图2为图1所示燃气喷射阀的外形图。
具体实施方式
以下结合附图说明本技术。
本电控燃气喷射阀主要是为单缸功率为100kW～350kW多点喷射的气体燃料发动机或双燃料发动机设计。其完全开启时，流通面积为240mm2～260mm2，升程1.2mm～1.4mm，最高进气压力可达8bar，可承受进出气口最大压差3bar。根据进出气口压差不同，流量在0-200g/s范围内可调,可在-20℃～105℃环境下正常运行。
参加图1a和图1b,本燃气喷射阀由上盖组件1、出气口阀芯组件3、滤网组件2及阀壳体4等零件组成，采用电控系统，驱动电磁阀工作，实现对阀门的开闭功能。
阀壳体4内腔分为三个区域：燃气进气室41、燃气高压工作室42、燃气低压出气室43。燃气进气室41与燃气高压工作室42之间，用高密度、高精度的滤网组件2分隔，以保证燃气的纯净；燃气高压工作室42与燃气低压出气室43之间由高韧性密封膜片5密封，并采用压力补偿方法，工作压力稳定。
上盖组件1包括上盖11、电磁阀12、止动衬套13和弹簧14。
出气口阀芯组件3包括运动盘31、出气口阀芯32和垫圈33。运动盘31包括动盘上体311与运动盘下体312
上盖11与出气口阀芯32、运动盘上体311与运动盘下体312设计成螺纹刚性连接，使其整体结构紧凑、可靠性高。
上盖11与阀壳体内的出气口阀芯32螺纹刚性连接，电磁阀12和运动盘31设置在上盖和出气口阀芯内，电磁阀的线圈插座121从上盖11伸出。
出气口阀芯32内运动盘31之下的空间为所述燃气低压出气室43，出气口阀芯32外周与阀壳体4之间形成所述燃气高压工作室42，出气口阀芯32沿圆周方向对称分布八个环形进气口321，阀开启时用于连通燃气高压工作室42和燃气低压出气室43。
运动盘的运动盘上体311作为衔铁布置在电磁阀12下端面，在通电时向上吸起运动盘上体。在电磁阀的中心轴向装有止动衬套13和弹簧14，弹簧14上端顶在止动衬套13上，下端压在下弹簧座15上，下弹簧座15装在运动盘上体311上端。在出气口阀芯的出口附近装有垫圈33，运动盘下体312的下端面与垫圈33上端面与配合，两者端面配合位置对应于出气口阀芯上的环形进气口321，可平衡运动盘组件受到径向的燃气冲击，增加运动件的平稳性，并可保证足够的流通面积。运动盘上体在被吸起时与垫圈分开，燃气高压工作室和燃气低压出气室连通，在断电时通过弹簧的预紧力两端面紧贴实现密封。
所述运动盘上体311采用优质合金材料，表面采用镀层处理，既能满足强大电磁力要求，又能较好地抵抗燃气的腐蚀。
所述燃气喷射阀使用单弹簧结构设计，运动盘下体312的外周有一圈凸台313，凸台的上下两面具有面积差，上面面积大于下面，利用高压燃气产生的压差来增强密封效果，从而降低弹簧的预紧力要求，减轻运动盘下体与出气口阀芯的撞击，提高使用寿命。
所述止动衬套13下端面凸出电磁阀下端面0.1-0.2mm，以有效避免电磁阀受运动盘上体撞击。另外，对止动衬套、下弹簧座进行高硬度表面处理，耐磨且可抗强烈冲击，使用寿命长。
本燃气喷射阀采用高速强力电磁阀驱动衔铁的方式实现阀门开启功能：电磁阀通电时，运动盘组件受到强大电磁力，迅速抬升，阀门开启对发动机供燃气；电磁阀断电时，在弹簧预紧力的作用下运动盘组件迅速落座，并结合高压气体在凸台上产生的压力差，使密封效果良好。
本燃气喷射阀可以采用成熟的电控系统控制电磁阀的动作，使得整个系统响应迅速、精准，能很好的满足发动机的供气规律。
本燃气喷射阀布置在进气歧管中，可用于多点喷射的气体燃料发动机和双燃料发动机。其采用ECM电控单元技术，喷射阀的快速开启由高速电磁阀控制，电磁阀通电时对运动盘施加作用力，使得运动盘向上运动，开始进气；喷射阀快速关闭由弹簧控制。具体工作过程如下：电磁阀未通电时，气体燃料由燃气进口进入进气室，经过滤网组件过滤之后进入阀壳体的工作高压腔，运动盘组件在弹簧预紧力、高压气体对运动盘下体产生的压差作用下，能很好的被压紧在垫圈之上，气体燃料不能被喷入发动机进气口；电磁阀通电时，运动盘组件在电磁吸力的作用下，克服弹簧预紧力、摩擦力以及其他阻力而向上运动，使得运动盘组件不再与垫圈压紧，喷射阀被打开，气体燃料经运动盘下体与垫圈之间的间隙流入出气低压室，进入发动机进气口。
图2是本燃气喷射阀的外形，可见其结构紧凑。
Claims (5)
1.一种发动机用电控燃气喷射阀，包括阀壳体、出气口阀芯组件和上盖组件，其特征在于：
所述阀壳体的内腔分为三个区域：燃气进气室、燃气高压工作室、燃气低压出气室，三者依次连通；
所述出气口阀芯组件包括运动盘、出气口阀芯和垫圈；
所述上盖组件包括上盖、电磁阀、止动衬套和弹簧；
上盖与阀壳体内的出气口阀芯螺纹刚性连接，电磁阀和运动盘设置在上盖和出气口阀芯内，电磁阀的线圈插座从上盖伸出；
出气口阀芯内运动盘之下的空间为所述燃气低压出气室，出气口阀芯外周与阀壳体之间形成所述燃气高压工作室，出气口阀芯沿圆周方向对称分布多个环形进气口，阀开启时用于连通燃气高压工作室和燃气低压出气室；
所述运动盘分成运动盘上体与运动盘下体，两者通过螺纹刚性连接，中心有通孔，运动盘上体作为衔铁布置在电磁阀下端面，在通电时向上吸起运动盘上体；在电磁阀的中心轴向装有止动衬套和一个弹簧，弹簧上端顶在止动衬套上，下端压在下弹簧座上，下弹簧座装在运动盘上体上端；在出气口阀芯的出口附近装有垫圈，动盘下体的下端面与垫圈上端面与配合，两者端面配合位置对应于出气口阀芯上的环形进气口，运动盘上体在被吸起时与垫圈分开，燃气高压工作室和燃气低压出气室连通，在断电时通过弹簧的预紧力两端面紧贴实现密封；
所述运动盘下体的外周有一圈凸台，凸台的上下两面具有面积差，上面面积大于下面，利用高压燃气产生的压差来增强密封效果；
所述止动衬套下端面凸出电磁阀下端面0.1-0.2mm；
所述高压工作室与低压出气室之间设有密封膜片。
2.根据权利要求1所述的发动机用电控燃气喷射阀，其特征在于，止动衬套、下弹簧座进行高硬度表面处理。
3.根据权利要求1所述的发动机用电控燃气喷射阀，其特征在于，所述燃气进气室与高压工作室之间设有滤网组件进行分隔。
4.根据权利要求1所述的发动机用电控燃气喷射阀，其特征在于，运动盘上体采用合金材料，表面采用镀层处理。
5.根据权利要求1所述的发动机用电控燃气喷射阀，其特征在于，所述出气口阀芯沿圆周方向对称分布八环形进气口。
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