CN108894896A - 一种旋流喷射式高压燃气喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流喷射式高压燃气喷射阀，属于燃气喷射阀技术领域。它包括端盖、分布排列有多个永磁体的定子、上阀盖和阀座；所述端盖盖放在定子的顶端，定子的底端座落在上阀盖上，在定子的内部沿竖直方向装配有铁芯。本发明设置上阀盖配合阀座形成圆形阀室，这种旋流喷嘴结构来实现喷射旋流的功能，促使高压燃气由阀室至阀口做高速旋流运动，进而增强混合效果，解决了高压缸内直喷供气方式所带来的燃料与空气混合不充分问题，不仅能缓解因滞燃期延长及其引发的一系列不良影响，并有效提高燃烧效率，提升发动机性能。通过设置定子配合线圈动子的电磁式驱动控制结构，有效减少阀门落座冲击，确保喷射阀良好的控制特性与工作稳定性。

Description

一种旋流喷射式高压燃气喷射阀

技术领域

本发明属于燃气喷射阀技术领域，具体涉及一种旋流喷射式高压燃气喷射阀。

背景技术

随着人类社会的快速发展，能源短缺和环境污染两大问题日趋严峻，而汽车工业首当其冲，不得不面对能源与环境问题所带来的巨大挑战。对此国内外诸多研究机构都在积极地开发替代燃料内燃机，在各种替代燃料中，天然气以其储量丰富、燃烧清洁、安全性好等特点而受到广泛关注。

现有天然气发动机的燃料供给系统大多为缸外喷射供气，影响了发动机的动力性与经济性，而一些研究表明，缸内直喷供气方式对提升天然气发动机的性能效果显著。燃气喷射阀作为燃料供给系统的终端部件，在设计研发过程中，应更多根据缸内直喷的工作环境来考虑。

在高压缸内直喷供气方式中，往往存在燃料与空气预混合不充分的情况，导致天然气发动机滞燃期的延长，而发动机最大压力升高率随着滞燃期的延长而迅速增长。通常情况下，预混合燃烧猛烈程度与最大压力升高率呈现正相关的规律，猛烈的预混合燃烧将加剧发动机工作时的振动，增强燃烧噪声。因可燃混合气混合不均所导致的粗暴燃烧也将促使NOx等有害气体的产生，不利于控制污染物的排放。同时，由于燃料与空气混合不充分，混合过程将与燃烧过程同时进行，在这种情况下，火焰燃烧速率受限于混合速率，导致气缸中火焰燃烧速率与热效率降低，进而影响发动机的动力性和经济性。

相关文献指出，施加旋流可以作为加快燃料与空气的混合速度的有效措施，但在目前常见的燃气喷射阀中，尚未出现拥有类似喷射旋流功能的结构设计，因此应在尽可能不增加喷射阻力的前提下，为天然气喷射阀设计旋流喷嘴结构以满足高压缸内直喷对燃气混合效果的要求。

其次，在燃气供给系统的实际工作过程中，燃气喷射阀的控制精度、喷射流量和工作可靠性均会对发动机性能造成影响。传统喷射阀驱动形式，往往存在控制特性较差的缺点和落座冲击大的问题，难以满足高压直喷供气系统对喷射阀的控制精度与工作稳定性要求。存在使用不便的问题。

发明内容

本发明为了解决市面上现有高压缸内直喷供气方式中，存在燃料与空气预混合不充分的情况，且市面尚未出现拥有类似喷射旋流功能结构的喷射阀；传统喷射阀控制精度与工作稳定性差，存在控制特性较差的缺点和落座冲击大的问题。而提供一种旋流喷射式高压燃气喷射阀。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种旋流喷射式高压燃气喷射阀，它包括端盖、分布排列有多个永磁体的定子、上阀盖和阀座；所述端盖盖放在定子的顶端，定子的底端座落在上阀盖上，在定子的内部沿竖直方向装配有铁芯，在铁芯上套装有线圈动子，使得线圈动子处于铁芯与定子的内壁之间，线圈动子上电磁线圈的出线由端盖上开设的线孔与外部连接；在线圈动子的底端连接有阀芯；

所述上阀盖的底端中部具有向下凸出的圆锥型部，所述阀座的顶端中部具有向内凹陷的漏斗状槽，且在漏斗状槽底端开设有喷气孔；所述上阀盖底端的圆锥型部座落在阀座顶端的漏斗状槽内，且上阀盖的圆锥型部与阀座的漏斗状槽之间具有一定空隙形成圆形阀室；所述阀芯的底端穿过上阀盖盖放在阀座内部底端的喷气孔上；在阀座的外侧壁上设置有连通圆形阀室的进气管道，且进气管道的进气方向相切于圆形阀室；

在上阀盖与线圈动子底端之间的阀芯上套装有密封膜片，在密封膜片顶端压放有膜片压板，膜片压板和密封膜片通过压紧螺钉固定在上阀盖上。

优选的，所述定子的多个永磁体呈Halbach阵列排布。

优选的，所述端盖顶端压放有两端开设螺孔的压板，所述压板通过装配在压板两端螺孔内的压紧螺钉与上阀盖固接，进而将端盖、定子和上阀盖紧固在一起。

优选的，线圈动子包括线圈骨架，在线圈骨架的上半部与下半部各开设有一个绕线槽，每个绕线槽内缠绕有电磁线圈，且两个绕线槽内的电磁线圈串联连接。

优选的，所述阀芯与线圈动子底端为螺纹连接，所述上阀盖与阀座为螺纹连接。

本发明的有益效果是：

本发明设置上阀盖配合阀座形成圆形阀室，这种旋流喷嘴结构来实现喷射旋流的功能，促使高压燃气由阀室至阀口做高速旋流运动，进而增强混合效果，解决了高压缸内直喷供气方式所带来的燃料与空气混合不充分问题，不仅能缓解因滞燃期延长及其引发的一系列不良影响，并有效提高燃烧效率，提升发动机性能。通过设置定子配合线圈动子的电磁式驱动控制结构，有效减少阀门落座冲击，确保喷射阀良好的控制特性与工作稳定性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是套装在铁芯上的线圈动子的结构示意图；

图4是线圈动子与阀芯的位置结构示意图；

图5是线圈动子与上阀盖的位置结构示意图；

图6是阀芯与密封膜片、膜片压板的位置结构示意图。

具体实施方式

这里需要说明的是，所述方位词左、右、上、下等均是以图1所示的视图为基准定义的，应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请所请求的保护范围。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图6所示，一种旋流喷射式高压燃气喷射阀，它包括端盖1、分布排列有多个永磁体的定子4、上阀盖6和阀座9；所述端盖1盖放在定子4的顶端，定子4的底端座落在上阀盖6上，在定子4的内部沿竖直方向装配有铁芯2，在铁芯2上套装有线圈动子3，使得线圈动子3处于铁芯2与定子4的内壁之间，线圈动子3上电磁线圈13的出线14由端盖1上开设的线孔与外部连接；在线圈动子3的底端连接有阀芯5；

所述上阀盖6的底端中部具有向下凸出的圆锥型部，所述阀座9的顶端中部具有向内凹陷的漏斗状槽，且在漏斗状槽底端开设有喷气孔；所述上阀盖6底端的圆锥型部座落在阀座9顶端的漏斗状槽内，且上阀盖6的圆锥型部与阀座9的漏斗状槽之间具有一定空隙形成圆形阀室；所述阀芯5的底端穿过上阀盖6盖放在阀座9内部底端的喷气孔上；在阀座9的外侧壁上设置有连通圆形阀室的进气管道16，且进气管道16的进气方向相切于圆形阀室；

在上阀盖6与线圈动子3底端之间的阀芯5上套装有密封膜片8，在密封膜片8顶端压放有膜片压板7，膜片压板7和密封膜片8通过压紧螺钉12固定在上阀盖6上。

本发明旋流喷射式高压燃气喷射阀，其中线圈动子3上电磁线圈13的出线14由端盖1上开设的线孔穿出与外部喷射阀控制系统电路连接，喷射阀控制系统为本领域的公知常识且不是本发明要求保护的技术方案，故在此不对其具体型号结构做详细描述。上阀盖6与阀座9之间形成的圆形阀室，其截面为圆形，而圆形阀室整体成漏斗状。

工作过程中，当需要开启阀门以喷射燃气时，在铁芯2上套装的线圈动子3，线圈动子3处于铁芯2与定子4的内壁之间，即线圈动子3位于定子4与铁芯2形成的磁场气隙中，向电磁线圈13通以正向电流即可产生轴向的电磁力，驱动与线圈动子3连接的阀芯5进行相应移动，阀芯5移开阀座9内部底端的喷气孔，并保持在最大升程位置以确保燃气由喷气孔的正常喷射；当需要停止燃气喷射时，向电磁线圈13通以反向电流，驱动阀芯5向下运动靠近阀座9，至阀芯5重新座落盖放在阀座9内部底端的喷气孔上，完成关闭。在此过程中，根据阀芯5的位移调整通入电磁线圈13电流大小，确保执行机构落座时的运动速度恰好为零，消除阀门关闭时的落座冲击，增强喷射阀的稳定性。阀芯5的移动工作区域位于上阀盖6与阀座9间形成的圆形阀室内。为了增加阀芯5与上阀盖6的密封性，密封膜片8可以以一定的预紧力套在阀芯5上。

本发明在进行喷射旋流功能时。其中上阀盖6与阀座9通过螺纹连接方式上下结合，并使得上阀盖6底端的圆锥型部座落在阀座9顶端的漏斗状槽内，上阀盖6的圆锥型部与阀座9的漏斗状槽之间具有一定空隙形成圆形阀室，进气管道16的进气方向垂直喷射阀沿竖直方向的中心轴线，进气管道16布置于上阀盖6上圆形阀室的外侧壁上并相切于圆形阀室。当高压燃气由进气管道16进入阀室时，由于切向供气的缘故，供气气流沿着圆形阀室内壁发生旋转，在圆形阀室内形成围绕喷射阀中心轴线的高速旋流。

这种漏斗状的阀室用以引导切向进入的高压天然气旋转运动，形成围绕喷射阀中心轴线的轴向旋流，同时，可减少旋流经由圆形阀室到阀口的直径突变引起的旋流动能损失。当阀芯5向上移动，喷气孔开启时，在阀内气体与外界环境高达十几MPa的压力差作用下，燃气旋流围绕喷射阀中心轴线由上至下靠近喷气孔，沿漏斗状阀室内壁逐步缩小旋流直径，最终在喷气孔喷射高速燃气旋流，实现喷射旋流的功能。

在上述技术方案基础上，所述定子4的多个永磁体呈Halbach阵列排布。如此设置，用于提高气隙磁通密度，满足实际使用需要。

在上述技术方案基础上，如图1所示，所述端盖1顶端压放有两端开设螺孔的压板10，所述压板10通过装配在压板10两端螺孔内的压紧螺钉11与上阀盖6固接，进而将端盖1、定子4和上阀盖6紧固在一起。如此设置，增强端盖1、定子4和上阀盖6整体结构的稳定性，确保喷射阀的使用安全。

在上述技术方案基础上，如图3和图4所示，线圈动子3包括线圈骨架15，在线圈骨架15的上半部与下半部各开设有一个绕线槽，每个绕线槽内缠绕有电磁线圈13，且两个绕线槽内的电磁线圈13串联连接。如此设置，设置两个绕线槽并使其内的电磁线圈13串联，用于抵消互相产生的电枢反应，满足实际使用需要。

在上述技术方案基础上，所述阀芯5与线圈动子3底端为螺纹连接，所述上阀盖6与阀座9为螺纹连接。如此设置，固定性与密封性好，装配与拆卸方便，满足日常维修维护需要。

对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种旋流喷射式高压燃气喷射阀，其特征在于：它包括端盖、分布排列有多个永磁体的定子、上阀盖和阀座；所述端盖盖放在定子的顶端，定子的底端座落在上阀盖上，在定子的内部沿竖直方向装配有铁芯，在铁芯上套装有线圈动子，使得线圈动子处于铁芯与定子的内壁之间，线圈动子上电磁线圈的出线由端盖上开设的线孔与外部连接；在线圈动子的底端连接有阀芯；

所述上阀盖的底端中部具有向下凸出的圆锥型部，所述阀座的顶端中部具有向内凹陷的漏斗状槽，且在漏斗状槽底端开设有喷气孔；所述上阀盖底端的圆锥型部座落在阀座顶端的漏斗状槽内，且上阀盖的圆锥型部与阀座的漏斗状槽之间具有一定空隙形成圆形阀室；所述阀芯的底端穿过上阀盖盖放在阀座内部底端的喷气孔上；在阀座的外侧壁上设置有连通圆形阀室的进气管道，且进气管道的进气方向相切于圆形阀室；

在上阀盖与线圈动子底端之间的阀芯上套装有密封膜片，在密封膜片顶端压放有膜片压板，膜片压板和密封膜片通过压紧螺钉固定在上阀盖上。

2.根据权利要求1所述的一种旋流喷射式高压燃气喷射阀，其特征在于：所述定子的多个永磁体呈Halbach阵列排布。

3.根据权利要求1所述的一种旋流喷射式高压燃气喷射阀，其特征在于：所述端盖顶端压放有两端开设螺孔的压板，所述压板通过装配在压板两端螺孔内的压紧螺钉与上阀盖固接，进而将端盖、定子和上阀盖紧固在一起。

4.根据权利要求1所述的一种旋流喷射式高压燃气喷射阀，其特征在于：线圈动子包括线圈骨架，在线圈骨架的上半部与下半部各开设有一个绕线槽，每个绕线槽内缠绕有电磁线圈，且两个绕线槽内的电磁线圈串联连接。

5.根据权利要求1所述的一种旋流喷射式高压燃气喷射阀，其特征在于：所述阀芯与线圈动子底端为螺纹连接，所述上阀盖与阀座为螺纹连接。