CN112459928A

CN112459928A - 一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置

Info

Publication number: CN112459928A
Application number: CN202011267317.3A
Authority: CN
Inventors: 范新宇; 庞红岩; 王鹏; 谢承志
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2021-03-09

Abstract

本发明公开一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，包括复合式驱动机构、阀体和执行机构，复合式驱动机构包括动圈式作动器和双稳态动铁式作动器，动圈式作动器包括动圈式作动器定子、永磁体阵列和动圈，双稳态动铁式作动器包括动铁式作动器定子，动铁，动铁式作动器线圈，导磁环和永磁环，动圈式作动器和双稳态动铁式作动器两者均为圆形回转体。动圈与动铁式作动器线圈同时通电，控制执行机构的开闭，实现气体燃料的精确供给，具有驱动力高、响应速度快、燃气流量大的优势。且有端部无源自保持能力，可大幅降低能耗，提高其可靠性和使用寿命。

Description

一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置

技术领域

本发明涉及气体发动机领域，特别是应用于发动机的电控复合式气体燃料喷射装置。

背景技术

气体燃料发动机以天然气为主要燃料，其资源丰富、热值高且价格低廉、且对内燃机结构改动较小。因此，可大量降低石油的消耗量。且天然气发动机在与柴油机相同的燃料利用率下，天然气发动机大约可减少30%以上的燃料费，因此具有更好的经济性。除此之外，天然气发动机燃烧后所产生的有害排放物明显低于传统的柴油发动机。可大量减少污染气体和温室气体的排放。

随着科学技术的不断进步和发展，气体燃料的供给日益精确化、高效化。供给方式从最初的机械混合式逐步发展到了电控喷射方式，燃气与空气的混合也从外部混合逐渐过渡到了缸内混合，从而对喷射装置提出了更高的要求。

燃料喷射装置作为重要执行元件，其动态性能决定了能否实现气体燃料定时定量的喷射，对发动机性能有着重要影响。目前，常规的电控喷射装置多采用电磁铁作为驱动机构，受电磁铁行程限制，难以实现大流量和高压力的气体燃料喷射；现有技术中有方案公开的气体燃料喷射装置，通过电磁直线执行器实现了快响应、大流量的多点顺序间歇式燃气喷射，但电磁直线执行器驱动能力有限，难以满足缸内直喷方式的高喷射压力需求，此外在执行机构保持开启或关闭阶段需要通电以维持所在位置。电液驱动喷射装置具有驱动力高、工作行程大等优势，但是存在响应速度慢、结构复杂等不足，且存在液压油泄露等风险。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术的不足，提供一种具有高驱动力、快响应速度、低功耗和大喷射流量的电控复合式气体燃料喷射装置，可满足大功率中低速发动机多点顺序间歇供气方式和缸内直喷供气方式的使用需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，包括复合式驱动机构、阀体和执行机构，其特征在于，复合式驱动机构包括动圈式作动器和双稳态动铁式作动器，动圈式作动器包括动圈式作动器定子、永磁体阵列和动圈，双稳态动铁式作动器包括动铁式作动器定子，动铁，动铁式作动器线圈，导磁环和永磁环，动圈式作动器和双稳态动铁式作动器两者均为圆形回转体。

进一步改进在于，动圈可在动圈式作动器定子的环形气隙内沿轴向上下运动。

进一步改进在于，所述动铁可在永磁环和导磁环内侧沿轴向上下运动，动铁上端与动圈相连接，动铁上端与执行机构相连接，且均为刚性连接。

进一步改进在于，所述执行机构设置为菌型阀或球形阀。

进一步改进在于，所述阀体包括阀体端盖、进气口和阀体主体，连接座固定在动铁式作动器定子的上侧，动铁式作动器定子固定在阀体端盖上侧，阀体端盖下侧与阀体主体通过螺钉紧固，阀体端盖与阀体主体两者之间构成空腔，阀体主体侧面设有进气通道，下侧为出气口。

进一步改进在于，所述阀体端盖为圆形回转体，中心沿轴向开通孔，内设气阀导管，所述执行机构可沿气阀导管沿轴向上或者向下运动。

进一步改进在于，所述阀体端盖圆柱面上环形布置6-8个椭圆形导气孔，具有强化气体燃料预混的作用，所述椭圆形导气孔，可通过改变其数量和大小达到理想的预混效果。

进一步改进在于，所述阀体端盖下侧设有密封锥面，与执行机构的密封锥面相贴合，从而实现气流通道的阻断和开启。

进一步改进在于，所述动圈的上下两侧分别设有上预紧弹簧和下预紧弹簧。

所述执行机构的运动规律由动圈和动铁式作动器线圈共同控制，动圈和动铁式作动器线圈同时通电工作以驱动其开启或关闭。

所述执行机构，当其保持开启或关闭时，动圈和动铁式作动器线圈无需通电即可维持所在位置。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

（1）现有的喷射装置普遍存在空燃比控制精度低、响应速度慢及动力性、经济性较差等缺点，技术较为落后。本发明采用复合式驱动机构作为驱动装置，通过精确的伺服控制实现执行机构的打开或关闭，从而实现气体燃料的精确供给。具有驱动力高、响应速度快、燃气流量大的优势。可满足大功率中低速发动机多点顺序间歇供气方式和缸内直喷供气方式的使用需求。

（2）本发明中复合式驱动机构具有端部无源自保持能力，执行机构保持开启或关闭阶段无需通电即可维持所在位置，能够大幅降低装置能耗，提高工作可靠性和使用寿命。

附图说明

图1为本发明中电控复合式气体燃料喷射装置的结构示意图；

图2为图1的立体示意图；

图3为阀体端盖的结构示意图；

其中，1-动圈式作动器定子，2-永磁体阵列，3-动圈，4-上预紧弹簧，5-连接座， 6-动铁式作动器定子，7-动铁，8-动铁式作动器线圈，9-进气口，10-阀体主体，11-下预紧弹簧，12-导磁环，13-永磁环，14-气阀导管，15-阀体端盖，16-执行机构，17-椭圆形导气孔，18-出气口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，说明书中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例，参照图1-3，一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，复合式驱动机构、阀体和执行机构16，复合式驱动机构由动圈式作动器和双稳态动铁式作动器组成。其中动圈式作动器包括动圈式作动器定子1、永磁体阵列2和动圈3。

动圈3可在动圈式作动器定子1的环形气隙内沿轴向上下运动。双稳态动铁式作动器包括动铁式作动器定子6，动铁7，动铁式作动器线圈8，导磁环12和永磁环13，动圈式作动器和双稳态动铁式作动器两者均为圆形回转体。动铁7可在永磁环13和导磁环12内侧沿轴向上下运动，动铁7上端与动圈3相连接，下端与执行机构16相连接，且均为刚性连接。执行机构16又可根据不同应用场合为菌型阀或球形阀。阀体包括阀体端盖15，进气口9和阀体主体10，连接座5固定在动铁式作动器定子6的上侧，动铁式作动器定子6固定在阀体端盖15上侧。

阀体端盖15下侧与阀体主体10通过螺钉紧固，两者之间构成空腔；阀体主体10侧面设有进气通道，下侧为出气口18，燃料由进气口9进入，流经进气通道进入空腔，由出气口18排出，详见图2。阀体端盖15为圆形回转体，中心沿轴向开通孔，内设气阀导管14。所述执行机构16可沿气阀导管14沿轴向上下运动；阀体端盖15圆柱面上环形布置6-8个椭圆形导气孔17，具有强化气体燃料预混的作用。阀体端盖15下侧设有密封锥面，可与执行机构16的密封锥面相贴合，实现气流通道的阻断和开启。

本发明提出一种电控复合式气体燃料喷射装置，通过复合式驱动机构提供较大的驱动力，从而实现较高的燃气喷射压力。并通过双稳态动铁作动器提供端部无源自保持力，具备在执行机构行程端部的自锁能力。其有益效果如下：

（1）执行机构的运动规律由动圈和动铁式作动器线圈共同控制，动圈和动铁式作动器线圈同时通电，提供较高的驱动力以推动执行机构开启或关闭，实现精确的运动伺服控制，具有驱动力高、响应速度快、燃气流量大的优势；

（2）当执行机构保持开启时，动圈和动铁式作动器线圈无需通电，动铁式作动器内部的动铁式作动器定子、动铁、导磁环和永磁环之间形成磁通回路，使动铁在克服上预紧弹簧和下预紧弹簧作用力的同时，还受到永磁环对其产生的向下的作用力，使执行机构在保持开启状态时具有端部无源自保持能力；

（3）当执行机构保持关闭时，动圈和动铁式作动器线圈也无需通电，动铁式作动器内部的动铁、动铁式作动器定子、永磁环之间所形成磁通回路，会使动铁在克服上预紧弹簧和下预紧弹簧作用力的同时，受到永磁环对其产生的向上的作用力，使执行机构在保持关闭状态时具有端部无源自保持能力；

（4）通过合理改变阀体主体中椭圆形导气孔的数量和大小，使燃料达到更加理想的预混效果。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims

1.一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，包括复合式驱动机构、阀体和执行机构（16），其特征在于，复合式驱动机构包括动圈式作动器和双稳态动铁式作动器，动圈式作动器包括动圈式作动器定子（1）、永磁体阵列（2）和动圈（3），双稳态动铁式作动器包括动铁式作动器定子（6），动铁（7），动铁式作动器线圈（8），导磁环（12）和永磁环（13），动圈式作动器和双稳态动铁式作动器两者均为圆形回转体。

2.如权利要求1所述的一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，其特征在于，所述动圈（3）可在动圈式作动器定子（1）的环形气隙内沿轴向上下运动。

3.如权利要求2所述的一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，其特征在于，所述动铁（7）可在永磁环（13）和导磁环（12）内侧沿轴向上下运动，动铁（7）上端与动圈（3）相连接，动铁（7）上端与执行机构（16）相连接，且均为刚性连接。

4.如权利要求3所述的一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，其特征在于，所述执行机构（16）设置为菌型阀或球形阀。

5.如权利要求4所述的一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，其特征在于，所述阀体包括阀体端盖（15）、进气口（9）和阀体主体（10），连接座（5）固定在动铁式作动器定子（6）的上侧，动铁式作动器定子（6）固定在阀体端盖（15）上侧，阀体端盖（15）下侧与阀体主体（10）通过螺钉紧固，阀体端盖（15）与阀体主体（10）两者之间构成空腔，阀体主体（10）侧面设有进气通道，下侧为出气口（18）。

6.如权利要求5所述的一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，其特征在于，所述阀体端盖（15）为圆形回转体，中心沿轴向开通孔，内设气阀导管（14），所述执行机构（16）可沿气阀导管（14）沿轴向上或者向下运动。

7.如权利要求6所述的一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，其特征在于，所述阀体端盖（15）圆柱面上环形布置6-8个椭圆形导气孔（17）。

8.如权利要求7所述的一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，其特征在于，所述阀体端盖（15）下侧设有密封锥面，与执行机构（16）的密封锥面相贴合，从而实现气流通道的阻断和开启。

9.如权利要求8所述的一种应用于发动机上电控复合式气体燃料喷射装置，其特征在于，所述动圈（3）的上下两侧分别设有上预紧弹簧（4）和下预紧弹簧（11）。