CN108825410A - 一种分流式燃气喷射装置及其燃气喷管 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料喷射装置及控制领域，具体涉及一种用于双进气道气体或双燃料发动机的分流式燃气喷射装置，包括燃料储存与供给系统、燃气喷射系统。本发明还涉及一种分流式燃气喷管。本发明不仅能够适应发动机在不同运行工况下燃气喷射量的要求，而且能够满足双进气道发动机燃气均匀分配要求和混合气缸内分层要求，优化发动机燃烧过程实现了燃气在两进气道内的合理分配，改善了缸内燃气和空气的混合气浓度分层，进而改善了发动机燃烧质量，同时降低了发动机的NOx排放。通过控制系统和调压装置与流量计，能够检测发动机管道内燃气的温度和压力、转速、节气门开度，从而根据发动机的不同工况控制燃气的喷射量，提高了发动机的经济性。

Description

一种分流式燃气喷射装置及其燃气喷管
技术领域
本发明属于燃料喷射装置及控制领域，具体涉及一种用于双进气道气体或双燃料发动机的分流式燃气喷射装置。本发明还涉及一种分流式燃气喷管。
背景技术
随着能源危机与环境污染的日益严重，国内外发动机制造商都在积极研发、探究各种节能减排技术。天然气因其来源广泛、热值高和排放污染少等优点，成为了最具发展前景的替代能源。其中稀薄燃烧技术能够降低进气节流损失、可以采用较高的压缩比，并且烧温度较低，使得发动机产生较高的热效率和较低的NOx排放量，成为实现发动机节能减排的重要技术措施。对于多点喷射的带有双进气道的气体/双燃料发动机，如果喷嘴后不加装喷管或者采用单个喷管，则由于进气管内存在较为复杂的气体波动和各缸相互作用，使得在进气过程中燃气进入两个进气道的量存在较大的随机性，从而影响缸内混合气的形成，特别在稀燃条件下缸内混合气浓度分布发生微小变化都会导致剧烈的发动机的循环变动，使部分燃烧和失火现象出现的频率增加，导致排放尾气中HC和CO增加，使发动机动力性和排放性变差。
公开号CN101985906B的专利提供了一种天然气发动机的燃料喷射结构，该机构通过将燃气喷嘴安装在更加接近发动机进气门的位置，燃气穿过进气门与阀座之间的间隙直接喷射到气缸内，利用燃气喷射的运动能量，提高缸内的湍动能，进而改善燃烧。公开号CN106050479A的专利涉及一种天然气发动机的燃气喷射机构，该机构喷射阀安装在发动机机体上具有散热良好的低温区侧面，使喷气效率提高。但是这两种结构对每个气缸采用单独喷气阀进行供气的装置，无法满足双进气道发动机燃气合理分配的需求，无法同时兼顾发动机所有工况的燃气喷射流量与精度要求，使发动机经济性和排放性变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够适应发动机在不同运行工况下燃气喷射量的要求，而且能够满足双进气道发动机燃气均匀分配要求和混合气缸内分层要求，优化发动机燃烧过程，从而改善其经济性和排放性的一种用于双进气道气体/双燃料发动机的分流式燃气喷射装置。本发明的目的还在于提供一种能够将燃气分流使之满足双进气道发动机燃气均匀分配要求和混合气缸内分层要求的燃气喷管。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种分流式燃气喷射装置，包括燃料储存与供给系统、燃气喷射系统，所述的燃气喷射系统包括燃气喷管1、盖板2、气轨4、压板5和燃气喷射阀6；所述的气轨4内通有喷气阀座22、供气总管23以及支路通道，气轨4通过管路与燃料储存与供给系统连接，燃气喷射阀6通过压板5紧固在气轨4上；气轨4紧固在盖板2上，盖板2安装在发动机的进气管15的开口端面上。
所述的燃料储存与供给系统包括调压装置7、流量计8、滤清器9、开关阀10和气体燃料储存装置11。
所述的燃气喷射阀6的进气口通过气轨的支路通道24与气轨的供气总管23保持连通。
所述的盖板2为T字形结构的可拆卸端面，四周布置有螺纹孔，中部布置有阶梯孔20，燃气喷管1的进气端安装在盖板2上的阶梯孔20内并与喷射阀6的出气口相连。
燃气喷管1由前半段喷管18和后半段喷管19组成，后半段喷管19末端设置有周向均匀分布的出气孔；后半段喷管19上的分叉结构将后半段喷管19分为上喷气支管19a与下喷气支管19b，上喷气支管19a与下喷气支管19b的出口端伸入进气道内2-3cm，且喷气射流的方向分别与发动机的两个进气道的中心线重合。
所述的上喷气支管19a与下喷气支管19b的直径均小于前半段喷管18的直径；所述的上喷气支管19a与下喷气支管19b的总流通面积大于前半段喷管18的流通面积，上喷气支管19a孔径与下喷气支管19b孔径的比例为0.5-2。
本发明的有益效果在于：
本发明设计了一种用于双进气道气体/双燃料发动机的分流式燃气喷射装置，本发明不仅能实现燃气在两进气道内的合理分配，改善了缸内燃气和空气的混合气浓度分层，进而改善了发动机燃烧质量，扩展了发动机的稀燃极限，同时降低了发动机的NOx排放。而且能够根据发动机的不同工况控制燃气的喷射量，提高了发动机的动力性、经济性和排放特性。本发明还设计了一种燃气喷管，用于分流式燃气喷射装置中实现燃气分流以满足双进气道发动机燃气均匀分配要求和混合气缸内分层要求。
附图说明
图1是双进气道气体/双燃料发动机分流式燃气喷射装置总体结构示意图；
图2(A)是燃气喷管上下喷气支管孔径比例为1:1的示意图
图2(B)是燃气喷管上下喷气支管孔径比例为1:2的示意图
图3(A)是盖板的正视图；
图3(B)是盖板的侧剖图；
图4(A)是气轨的正视图；
图4(B)是气轨的侧剖图；
图5是压板的结构示意图；
图6是进气歧管、盖板、气轨和燃气喷射阀安装示意图；
图7是歧管管道内燃气与空气混合过程示意图；
图8是气缸主体内混合气体浓度分布示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，为本发明双进气道气体/双燃料发动机分流式燃气喷射装置总体结构示意图，图中序号分别代表1燃气喷管、2盖板、3密封垫圈、4气轨、5压板、6燃气喷射阀、7调压装置、8流量计、9滤清器、10开关阀、11燃气储存装置、12连接螺栓、13节气门、14进气阀、15进气管、16火花塞和17缸体。气体/双燃料双进气道发动机分流式燃气喷射装置主要包括气体燃料储存与供给系统，燃气喷射系统和控制系统。其中气体燃料储存与供给系统主要由调压装置7、流量计8、滤清器9、气体燃料储存装置11组成。气体燃料储存装置11通过燃料供给管路与滤清器9相连接，滤清器9与流量计8相连接在一起，流量计8与调压装置7相连接在一起，调压装置7通过管路与气轨4连接，并且在燃料储存装置11与滤清器9之间的燃气供给管路上布置开关阀10。
燃气喷射系统主要由燃气喷管1、盖板2、密封垫圈3、气轨4、压板5、燃气喷射阀6和连接螺栓12组成。所述的燃气喷射阀6通过压板5和螺丝安装并紧固在气轨上，燃气喷射阀6通过喷气阀座22和通过气轨内支路通道24与气轨的供气总管腔体23相保持连通，并利用橡胶密封圈3对接触面进行密封；气轨4通过螺栓螺纹连接的方式形式与盖板2连接在一起。所述系统中的进气管15是一个端面开口的半封闭形腔体，开口端面的方向与进气歧管方向相对应，盖板2作为一个可拆卸端面，通过连接螺栓12安装在进气管开口端面上。所述燃气喷管1的进气端有安装接头，通过螺纹连接的方式安装在盖板上的阶梯孔20内，伸入进气道内，燃气喷管通过盖板上的阶梯孔20和气轨上的喷气阀座22与喷射阀的出气口相连接。
如图2所示，为燃气喷管的结构示意图，图中序号分别代表18喷管前半段和19喷管后半段。燃气喷管1包括前半段喷管18和后半段喷管19，后半段喷管19具有分叉结构，其中分叉后的上喷气支管19(a)为弯管，下喷气支管19(b)为直管。为满足发动机缸内混合气分层的要求，上喷气支管19(a)孔径与下喷气支管19(b)孔径关系可以有三种情况：上喷气支管19(a)孔径小于下喷气支管19(b)孔径，上喷气支管19(a)孔径等于下喷气支管19(b)孔径和上喷气支管19(a)孔径大于下喷气支管19(b)孔径。如图2(A)所示的情况是上喷气支管19(a)孔径等于下喷气支管19(b)孔径，如图2(B)所示的情况是上喷气支管19(a)孔径是下喷气支管19(b)孔径的一半。
如图3所示，为盖板结构的示意图，图中序号分别代表2盖板，20阶梯孔，21螺纹孔。盖板2呈T字形结构，盖板作为进气歧管的一个可拆卸端面，通过螺栓安装在进气管发动机上。在盖板2中部布置有阶梯孔20，用于安装燃气喷管1，且燃气喷管1通过该孔与喷射阀6出口喷射端相连接，阶梯孔20数量对应于气缸数,如图3(A)所示；在盖板2的四周布置有螺纹孔21，用于安装紧固，如图3(B)所示。
如图4所示，为气轨结构示意图，图中序号分别代表4气轨，22喷气阀阀座，23供气总管，24支路通道，25螺纹孔。气轨4呈长方体结构，用螺栓连接的形式安装在盖板2上，内部布置有供气总管道23和与供气总管道23垂直连通的支路管道24，燃气喷射阀4通过支路该管道24与供气总主气管道23相连接；在气轨4中下部有对应喷气阀数量的燃气喷射阀座22，在燃气喷射阀座22的四周有螺纹孔25用于固定压板5，如图4(A)和图4(B)所示。
如图5所示，为压板结构的示意图，图中序号分别代表5压板，26U形板，27螺纹孔。压板5是由两个U形板26组成的，两U形板26拼接在一起安装在气轨上，用于紧固燃气喷射阀；U形板26的上下两边布置有螺纹孔27；压板的数目对应于燃气喷射阀数目。
如图6所示，为进气管、盖板、气轨和燃气喷射阀的连接示意图，图中序号分别代表15进气管，2盖板，4气轨，6燃气喷射阀。进气管15是一个端面开口的半封闭形腔体，开口端面的方向与进气歧管方向相对应，盖板2作为一个可拆卸端面，用螺栓连接的形式安装在进气管开口端面上，便于安装燃气喷管。气轨4安装在盖板上，用螺栓进行紧固，二者之间安装有密封垫圈3。燃气喷射阀6通过压板5和螺丝安装并紧固在气轨喷气阀的阀座22内，燃气喷射阀6通过气轨内支路通道24与气轨的供气总管腔体23相保持连通，并利用橡胶密封圈对接触面进行密封；燃气喷射阀6数量对应气缸数。
如图7所示，为进气道内燃气和空气的混合过程示意图。在发动机进气冲程中，高压燃气静置、过滤、调压之后进入到气轨供气总管内，再由燃气喷气阀喷至喷管中，经前半段喷管18分流至后半段喷管19，再经后半段喷管19出气口分别喷至两进气道内，由于上喷气支管19(a)孔径和下喷气支管19(b)孔径比例不同，可实现两进气道内燃气的合理分配，燃气的流量通过流量计8进行监测。
如图8所示，为气缸主体内混合气浓度分布示意图。即通过本发明燃气喷射装置，实现燃气的合理分配，在气缸内形成燃气上浓下稀的浓度梯度，火花塞16处于燃气浓度较高的区域。
本发明包括燃气喷射阀6、燃气喷管1、盖板2、气轨4、压板5、调压装置7、流量计8、滤清器9、气体燃料储存装置11、燃气喷射控制系统以及螺栓、密封圈和密封垫等。所述的燃气喷射阀6通过压板5和螺丝安装并紧固在气轨喷气阀阀座22内，燃气喷射阀6通过气轨内支路通道24与气轨的供气总管腔体23相保持连通，并利用橡胶密封圈对接触面进行密封；气轨4通过螺栓螺纹连接的方式形式与盖板2连接在一起，气轨与盖板2一起固定安装在发动机进气歧管上。所述的燃气喷管1插接在盖板上的阶梯孔20内，并且通过盖板的阶梯孔20和气轨上的喷气阀阀座22与喷射阀喷射端相连接。所述燃气喷管1包括前半段喷管18和后半段喷管19，后半段喷管具有分叉结构，其中分叉后的上喷气支管19(a)为弯管，下喷气支管19(b)为直管，两个喷气支管的出口端分别伸入到两个进气道中，且喷气支管喷气射流的方向分别与两个进气道的中心线重合。所述系统中的进气管15是一个端面开口的半封闭形腔体，开口端面的方向与进气歧管方向相对应，盖板2作为一个可拆卸端面，用螺栓连接的形式安装在进气管开口端面上，便于安装燃气喷管。所述燃气喷管1的进气端有安装接头，通过螺纹连接的方式安装在盖板上的阶梯孔20内，伸入进气道内，燃气喷管通过盖板上的阶梯孔20和气轨上的喷气阀座22与喷射阀的出气口相连接。
燃气喷管的上下两喷气支管伸入进气道内2-3cm，以防止喷入进气道内的燃气回流。
燃气喷管分叉后的后半段两喷气支管19直径都小于前半段喷管18直径，但后半段两喷气支管总流通面积大于前半段喷管的面积。上喷气支管19(a)孔径与下喷气支管19(b)孔径的比例可以在0.5-2范围之内变化，满足缸内混合气浓度分层要求。
盖板2呈T字形结构，盖板作为进气歧管的一个可拆卸端面，通过螺栓安装在进气管发动机上。在盖板2中部布置有阶梯孔20，用于安装燃气喷管1，且燃气喷管1通过该孔与喷射阀6出口喷射端相连接，阶梯孔20数量对应于气缸数；在盖板2的四周布置有螺纹孔21，用于安装紧固。
气轨4呈长方体结构，用螺栓连接的形式安装在盖板2上，内部布置有供气总管道主气管道23和与供气总主气管道23垂直连通的支路管道24，燃气喷射阀4通过该支路管道24与供气总主气管道23相连接；在气轨中下部有对应喷气阀数量的燃气喷射阀座22。
高压燃气静置、过滤、调压之后进入到气轨供气总管内，再由燃气喷气阀喷至喷管中，经前半段喷管18分流至后半段喷管，再经后半段喷管出气口分别喷至两进气道内，实现两进气道内燃气的合理分配，燃气的流量通过流量计8进行监测。
控制系统包括控制单元和传感器，检测发动机进气道内空气的温度和压力、冷却液温度、转速、节气门开度、燃气供给管路内燃气的温度和压力，控制系统根据转速和上止点信号控制燃气喷射和点火。
本发明的有益效果在于：
该气体/双燃料双进气道分流式燃气喷射装置不仅能实现燃气在两进气道内的合理分配，改善了缸内燃气和空气的混合气浓度分层，进而改善了发动机燃烧质量，扩展了发动机的稀燃极限，同时降低了发动机的NOx排放。而且能够根据发动机的不同工况控制燃气的喷射量，提高了发动机的动力性、经济性和排放特性。
双进气道气体/双燃料发动机分流式燃气喷射装置燃气流量控制过程是这样实现的：
该装置中控制系统包括主控芯片和控制电路。在发动机工作过程中，传感器检测发动机进气道内空气的温度和压力，冷却液温度，转速，节气门开度，燃气供给管路内燃气的温度和压力，同时结合上止点信号、点火提前角等信息，由主控芯片产生一个控制信号，再由控制信号产生方波信号，方波信号可作为燃气喷气阀开关的控制信号控制喷气阀的喷气时间和时间间隔，从而满足发动机不同工况下，不同燃气喷射量的需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分流式燃气喷射装置，包括燃料储存与供给系统、燃气喷射系统，其特征在于：所述的燃气喷射系统包括燃气喷管(1)、盖板(2)、气轨(4)、压板(5)和燃气喷射阀(6)；所述的气轨(4)内通有喷气阀座(22)、供气总管(23)以及支路通道，气轨(4)通过管路与燃料储存与供给系统连接，燃气喷射阀(6)通过压板(5)紧固在气轨(4)上；气轨(4)紧固在盖板(2)上，盖板(2)安装在发动机的进气管(15)的开口端面上。
2.根据权利要求1所述的一种分流式燃气喷射装置，其特征在于：所述的燃料储存与供给系统包括调压装置(7)、流量计(8)、滤清器(9)、开关阀(10)和气体燃料储存装置(11)。
3.根据权利要求1所述的一种分流式燃气喷射装置，其特征在于：所述的燃气喷射阀(6)的进气口通过气轨的支路通道(24)与气轨的供气总管(23)保持连通。
4.根据权利要求1所述的一种分流式燃气喷射装置，其特征在于：所述的盖板(2)为T字形结构的可拆卸端面，四周布置有螺纹孔，中部布置有阶梯孔(20)，燃气喷管(1)的进气端安装在盖板(2)上的阶梯孔(20)内并与喷射阀(6)的出气口相连。
5.一种燃气喷管，其特征在于：所述的燃气喷管(1)由前半段喷管(18)和后半段喷管(19)组成，后半段喷管(19)末端设置有周向均匀分布的出气孔；后半段喷管(19)上的分叉结构将后半段喷管(19)分为上喷气支管(19a)与下喷气支管(19b)，上喷气支管(19a)与下喷气支管(19b)的出口端伸入进气道内2-3cm，且喷气射流的方向分别与发动机的两个进气道的中心线重合。
6.根据权利要求5所述的一种燃气喷管，其特征在于：所述的上喷气支管(19a)与下喷气支管(19b)的直径均小于前半段喷管(18)的直径；所述的上喷气支管(19a)与下喷气支管(19b)的总流通面积大于前半段喷管(18)的流通面积，上喷气支管(19a)孔径与下喷气支管(19b)孔径的比例为0.5-2。
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