CN108915902A - 一种大流量气体燃料电控喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大流量气体燃料电控喷射阀，属于气体燃料(压缩天然气、氢气等)喷射阀结构设计技术领域。它包括阀座、阀体、电磁直线驱动机构、压紧螺钉、压板、入口导管、出口导管聚四氟乙烯端盖、出口导管、连接螺钉和密封膜片。本发明可以有效解决传统由电磁铁驱动的针阀式喷射阀存在的控制特性差、落座冲击大、磨损快、喷射量不精确、进出口截面小和喷射流量小等问题，特别适用于大功率缸外多点喷射气体燃料发动机，可以确保喷射的气体燃料在进气门关闭时全部进入气缸，从而有效防止进气道及进气管回火现象。

Description

一种大流量气体燃料电控喷射阀
技术领域
本发明属于气体燃料(压缩天然气、氢气等)喷射阀结构设计技术领域，尤其是一种大流量气体燃料电控喷射阀。
背景技术
汽车在给人们带来极大便捷的同时，也给人类社会带来了不可回避的环境保护和能源危机问题，给内燃机的研究和设计提出了前所未有的挑战。面对这一严峻的挑战，一方面，世界各国都相继制定了越来越严格的燃油消耗法规和排放法规；另一方面，也在致力于研究和开发替代燃料内燃机，主要包括气体燃料、醇类燃料、二甲醚燃料和合成柴油等，其中储量丰富且能清洁燃烧的天然气应用最为广泛。
气体燃料发动机供气系统主要经历了缸外预混供气、电控缸外预混供气以及电控缸外喷射三种形式。其中，缸外预混供气方式通过机械式混合器在缸外形成混合气，在气体燃料发动机发展的初期得到了广泛应用。但这种供气方式难以实现空燃比精确控制，气体燃料占空气充量体积的10％-15％，对发动机的功率有一定影响；还存在排气温度高以及对气门重叠角要求较高等缺点。电控缸外预混供气方式在第一代缸外预混供气的基础上，通过电控系统实现闭环控制。该供气方式使发动机的动力性以及经济性等得到明显提高。但由于缺乏喷射阀，对燃料的控制不够精确，导致燃料的消耗较大。电控缸外喷射系统，采用电控喷射阀将气体燃料喷入进气总管、各缸进气道或者进气歧管，ECU通过节气门位置传感器、转速传感器和氧传感器等测定发动机的一系列参数，确定发动机的运行工况，据此实时控制喷射定时和喷射量。电控缸外喷射系统一般可分为单点(SPI)或多点(MPI)喷射两种方式。
综上所述，气体燃料发动机供气方式的不断发展正伴随着气体燃料供气装置的发展过程。从第一代机械式混合器到第二代电控机械式混合器，实现了空燃比的闭环控制，但控制精度不高；为了提高空燃比控制精度，催生了第三代电控单点喷射阀，提高了气体燃料供给量的控制精度；第三代电控单点喷射阀定时定量地将气体燃料喷入进气总管，但喷射阀距离发动机仍然较远，造成系统对空燃比的瞬态响应速度慢；为了缩短喷射阀与气缸之间的距离，使系统更快地响应空燃比变化，催生了第三代电控多点喷射阀，直接将气体燃料喷入各缸进气歧管或者进气门附近。
目前第三代缸外气体燃料喷射阀的专业生产厂商，主要有美国DELPHI、加拿大IMPCO、德国BOSCH以及韩国HANA公司。驱动部件均采用电磁铁方式，执行机构采用孔阀和针阀的形式。当喷射阀不工作时，电磁线圈不通电，此时在回位弹簧的作用下，阀门处于关闭状态；当需要喷射阀工作时，电子控制单元发出驱动电流，极靴与衔铁之间产生的电磁力使衔铁克服回位弹簧力及气体燃料背压力带动衔铁运动，阀门打开，实现气体燃料喷射。此类常规气体燃料喷射阀体积比较小、便于安装，但因为进、出口截面积较小，难以实现大流量喷射，限制了大功率气体燃料发动机的负荷调节范围。
气体燃料电控喷射阀大多基于电磁驱动的原理，其核心部件为电磁直线执行器，通过电能驱动气体燃料喷射阀执行器的开启与关闭。电磁直线执行器是一种将电能直接转换成直线运动机械能的机电传动阀，按照工作原理通常可以分为直线感应执行器、直线同步执行器、直线直流执行器、直线压电执行器和电磁铁等特殊直线执行器。传统气体燃料喷射阀均采用电磁铁驱动方式，这种驱动方式存在工作行程较小、控制特性较差以及落座速度较大的缺陷，容易导致气体燃料喷射量不精准以及加速喷射阀内部关键零部件的磨损，尤其是在需要大流量喷射时，行程增大、出口截面积增大以及动质量增大等因素均会使其缺陷更为明显。
发明内容
为解决传统针阀式气体燃料喷射阀存在的进出口截面小和喷射流量小的问题，以及传统电磁铁驱动方式存在的开启行程小、控制特性差和落座速度大的问题，本发明提供一种大流量气体燃料电控喷射阀。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种大流量气体燃料电控喷射阀，它包括阀座、阀体、电磁直线驱动机构、入口导管和出口导管，阀座安装在阀体上；电磁直线驱动机构安装在阀体上；电磁直线驱动机构包括线圈动子、定子和铁芯；线圈动子位于定子和铁芯形成的空隙内；铁芯的上端开有供线圈动子的出线通过的小孔；入口导管与出口导管通过连接螺钉及厌氧高强度胶粘接，同时连接螺钉与电磁直线驱动机构中的线圈动子通过螺纹连接；出口导管的端部粘有出口导管聚四氟乙烯端盖，从而使线圈动子通过连接螺钉与出口导管和出口导管聚四氟乙烯端盖直接相连，通过控制线圈动子中的电流大小和方向，可以精确控制气体燃料喷射阀开启行程，也可以降低落座撞击速度。
进一步地，定子中设有的永磁体按照Halbach阵列布局，可以增强气隙中的磁通密度，从而提高电磁直线驱动机构的功率密度和较为平滑的电磁力特性。
进一步地，出口导管聚四氟乙烯端盖为弹性材料，可以进一步抑制落座后反弹现象，有利于提高气体燃料喷射量的精确度，减少因落座撞击反弹导致的关键零部件磨损。
进一步地，阀座的出口直径为7mm，行程为1mm，与传统由电磁铁驱动的针阀直径一般仅为0.5mm，行程亦不超过0.4mm相比，可以实现气体燃料的大流量喷射，特别适用于大功率缸外多点喷射气体燃料发动机，可以确保喷射的气体燃料在进气门关闭时全部进入气缸。
进一步地，阀座通过螺纹连接的方式安装在阀体上。
进一步地，电磁直线驱动机构通过压板和压紧螺钉固定在阀体上。
进一步地，阀体的内部通过膜片压板安装有密封膜片，同时密封膜片以一定预紧力套在出口导管上，用于防止喷射阀腔体内的气体燃料通过出口导管与阀体之间的缝隙泄露。
有益效果：
本发明的大流量气体燃料电控喷射阀，可以解决传统针阀式气体燃料喷射阀存在的进出口截面小和喷射流量小的问题；采用电磁直线驱动机构可以解决传统电磁铁驱动方式存在的开启行程小、控制特性差和落座速度大的问题，从而实现对气体燃料喷射量的精确控制。
附图说明
图1是本发明一实施例的大流量气体燃料电控喷射阀的结构示意图；
图2是本发明一实施例的大流量气体燃料电控喷射阀中电磁直线驱动机构与出口导管的连接示意图；
图3是本发明一实施例的大流量气体燃料电控喷射阀中入口导管、出口导管和阀体的连接示意图；
图4是本发明一实施例的大流量气体燃料电控喷射阀中密封膜片与出口导管的连接示意图；
图中：1-阀座、2-阀体、3-电磁直线驱动机构、31-线圈动子、32-定子、33-铁芯、4-压紧螺钉、5-压板、6-入口导管、7-出口导管聚四氟乙烯端盖、8-出口导管、9-连接螺钉、10-出线、11-膜片压板、12-密封膜片、13-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本实施例提出一种大流量气体燃料电控喷射阀，如图1-4所示，它包括阀座1、阀体2、电磁直线驱动机构3、压紧螺钉4、压板5和入口导管6、出口导管聚四氟乙烯端盖7、出口导管8、连接螺钉9和密封膜片12；如图1所示，阀座1通过螺纹连接的方式安装在阀体2上；电磁直线驱动机构3通过压板5和压紧螺钉4固定在阀体2上；如图2所示，电磁直线驱动机构3包括线圈动子31、定子32和铁芯33；如图2(a)所示，线圈动子31位于定子32和铁芯33形成的空隙内；定子32中设有的永磁体按照Halbach阵列布局；如图2(b)所示，铁芯33的上端开有供线圈动子31的出线10通过的小孔；如图3所示，入口导管6与出口导管8通过连接螺钉9及厌氧高强度胶粘接，同时如图2(a)所示，连接螺钉9与电磁直线驱动机构3中的线圈动子31通过螺纹连接；如图2(a)、3、4所示，出口导管8的端部粘有出口导管聚四氟乙烯端盖7；如图3、4所示，密封膜片12通过膜片压板11和三个螺钉13安装在阀体2的内部，同时密封膜片12以一定预紧力套在出口导管8上。
在本实施例中，当需要气体燃料喷射时，在线圈动子31内通以一定大小和方向的电流，会受到沿轴向方向且大小与电流大小成近似正比的洛伦兹力，线圈动子31通过连接螺钉9与入口导管6、出口导管8以及出口导管聚四氟乙烯端盖7直接相连，从而线圈动子31在电磁力的作用下向上开启，打开气体燃料喷射阀，并保持在最大升程位置，实现气体燃料喷射；当需要气体燃料停止喷射时，在线圈动子31内通以反向电流，驱动线圈动子31连同出口导管8和聚四氟乙烯端盖7向下运动，落在阀座1上，切断气体燃料喷射；在落座过程中，实时控制电流的大小与方向来控制落座速度，出口导管8和聚四氟乙烯端盖7可以吸收一部分落座冲击能量，减小落座反弹的趋势；密封膜片12安装在阀体2与出口导管8之间，用于防止喷射阀腔体内的气体燃料通过出口导管8与阀体2之间的缝隙泄露。
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 (7)

1.一种大流量气体燃料电控喷射阀，它包括阀座(1)、阀体(2)、电磁直线驱动机构(3)、入口导管(6)和出口导管(8)，其特征在于：所述阀座(1)安装在所述阀体(2)上；所述电磁直线驱动机构(3)安装在所述阀体(2)上；所述电磁直线驱动机构(3)包括线圈动子(31)、定子(32)和铁芯(33)；所述线圈动子(31)位于所述定子(32)和所述铁芯(33)形成的空隙内；所述铁芯(33)的上端开有供所述线圈动子(31)的出线(10)通过的小孔；所述入口导管(6)与所述出口导管(8)通过连接螺钉(9)及厌氧高强度胶粘接，同时所述连接螺钉(9)与所述电磁直线驱动机构(3)中的所述线圈动子(31)通过螺纹连接；所述出口导管(8)的端部粘有出口导管聚四氟乙烯端盖(7)。
2.根据权利要求1所述的大流量气体燃料电控喷射阀，其特征在于：所述定子(32)中设有的永磁体按照Halbach阵列布局。
3.根据权利要求1所述的大流量气体燃料电控喷射阀，其特征在于：所述出口导管聚四氟乙烯端盖(7)为弹性材料。
4.根据权利要求1所述的大流量气体燃料电控喷射阀，其特征在于：所述阀座(1)的出口直径为7mm，行程为1mm。
5.根据权利要求1所述的大流量气体燃料电控喷射阀，其特征在于：所述阀座(1)通过螺纹连接的方式安装在所述阀体(2)上。
6.根据权利要求1所述的大流量气体燃料电控喷射阀，其特征在于：所述电磁直线驱动机构(3)通过压板(5)和压紧螺钉(4)固定在所述阀体(2)上。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的大流量气体燃料电控喷射阀，其特征在于：所述阀体(2)的内部通过膜片压板(11)安装有密封膜片(12)，同时所述密封膜片(12)以一定预紧力套在所述出口导管(8)上。
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