CN115355114B - 气体喷射器和汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气体发动机技术领域，公开了一种气体喷射器和汽车。气体喷射器包括壳体、控制阀组件、阀座组件和针阀组件，控制阀组件设于壳体内并位于壳体的顶端；阀座组件位于壳体内并位于控制阀组件的底端，控制阀组件被配置为驱动阀座组件打开或关闭；针阀组件设于壳体的底端并与壳体可拆卸地连接，阀座组件被配置为打开或关闭针阀组件。本发明将阀座组件与针阀组件分离设置，更容易设计和实现阀座组件的气阀密封面远离喷嘴端，进而远离燃烧室高温热源，进而提高气阀在高温工作环境下的密封可靠性，利于更准确地开启和关闭气阀，更准确地控制喷射气量。

Description

气体喷射器和汽车
技术领域
本发明涉及气体发动机技术领域，尤其涉及一种气体喷射器和汽车。
背景技术
汽车领域越来越多的使用天然气或氢气等清洁能源。为了提高热效率，直喷式气体喷射器成为技术主流。由于直喷喷射器需要插入燃烧室内，承受较高的工作环境温度，且气体分子较小，尤其氢气密封十分困难。气阀密封不严，轻则导致喷气量控制不精确，功率不稳定；重则导致喷嘴回火，或燃烧持续期变长，严重影响内燃机性能和寿命。
现有技术中多采用弹性体的易变形性质提升气阀的密封性，但是弹性体的耐高温密封性差，易高温损伤。对于存在加工平面平行度公差及运动件轴线偏转等引起密封面接触不均匀的问题，弹性体密封可靠性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体喷射器和汽车，以解决弹性体的密封可靠性低和易高温损伤的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
气体喷射器，包括：
壳体；
控制阀组件，所述控制阀组件设于所述壳体内并位于所述壳体的顶端；
阀座组件，所述阀座组件位于所述壳体内并位于所述控制阀组件的底端，所述控制阀组件被配置为驱动所述阀座组件打开或关闭；
针阀组件，所述针阀组件设于所述壳体的底端并与所述壳体可拆卸地连接，所述阀座组件被配置为打开或关闭所述针阀组件。
可选地，所述控制阀组件包括：
进气接头，所述进气接头的底端穿设在所述壳体内，所述进气接头的底端设置第一弹性件；
衔铁，所述衔铁的头部与所述第一弹性件抵接，所述衔铁的底部与所述阀座组件连接；
电磁执行器，所述电磁执行器被配置为驱动所述衔铁轴向移动以打开或关闭所述阀座组件。
可选地，所述阀座组件包括:
密封垫，所述密封垫位于所述壳体的底端通孔的上端面以密封所述底端通孔；
密封座，所述密封座的底端具有第一凹槽，所述衔铁的底端具有第二凹槽，所述密封垫嵌入所述第一凹槽内并与所述壳体的底端通孔的上端面相抵接，所述密封座的顶端穿设在所述第二凹槽内并与所述第二凹槽的槽底相抵，所述密封座的顶端为圆弧面；
导向套，所述导向套位于所述第二凹槽内并套设在所述密封座的顶端，所述导向套的外周壁与所述第二凹槽的槽壁之间为过盈配合，所述导向套与所述密封座的所述顶端之间具有周向间隙。
可选地，所述周向间隙为0.002-0.1mm。
可选地，所述密封座的顶端设有周向卡环，所述导向套的顶端与所述卡环之间具有轴向间隙。
可选地，所述轴向间隙为0.1-0.2mm。
可选地，所述壳体的所述底端通孔的所述上端面具有密封棱边，所述密封棱边绕所述底端通孔设置，所述密封垫抵接于所述密封棱边上。
可选地，所述针阀组件包括：
针阀座，所述针阀座的顶端与所述壳体的底端可拆卸地连接，所述针阀座背离所述壳体的一端具有喷气孔；
针阀，所述针阀从下向上穿设所述喷气孔并插入所述针阀座内；
弹性组件，所述弹性组件弹性抵接于所述针阀座和所述针阀之间以弹性密封所述喷气孔。
可选地，所述弹性组件包括：
底座，所述底座的外周面滑动连接于所述针阀座的内侧壁，所述底座与所述针阀的顶端固定连接；
第二弹性件，所述第二弹性件的两端分别止抵于所述针阀座和所述底座之间，在所述第二弹性件的弹力作用下，所述针阀弹性密封所述喷气孔。
本发明还提供一种汽车，包括本发明提供的所述气体喷射器。
本发明的有益效果：
本发明的气体喷射器，控制阀组件和阀座组件位于壳体内，针阀组件可拆卸地连接于壳体底端，阀座组件与针阀组件分离设置，更容易设计和实现阀座组件的气阀密封面远离喷嘴端，进而远离燃烧室高温热源，进而提高气阀在高温工作环境下的密封可靠性，利于更准确地开启和关闭气阀，更准确地控制喷射气量。
本发明的汽车，采用本发明提供的气体喷射器，阀座组件和针阀组件分离设置，更容易设计和实现阀座组件的气阀密封面远离喷嘴端，进而远离燃烧室高温热源，进而提高气阀在高温工作环境下的密封可靠性，利于更准确地开启和关闭气阀，更准确地控制喷射气量。
附图说明
图1是本发明的气体喷射器的结构示意图；
图2是图1中A区域放大示意图。
图中：
1、壳体；11、顶端通孔；12、第一空腔；13、第二空腔；14、底端通孔； 141、密封棱边；
2、控制阀组件；21、进气接头；22、第一弹性件；23、衔铁；24、电磁执行器；
3、阀座组件；31、密封垫；32、密封座；321、圆弧面；33、导向套；331、外周壁；332、周向间隙；333、轴向间隙；34、卡环；
4、针阀组件；41、针阀；42、针阀座；421、阀腔；422、喷气孔；43、第二弹性件；44、底座；441、通气孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种气体喷射器，包括壳体1、控制阀组件2、阀座组件3和针阀组件4，控制阀组件2设于壳体1内并位于壳体1 的顶端；阀座组件3位于壳体1内并位于控制阀组件2的底端，控制阀组件2 被配置为驱动阀座组件3打开或关闭；针阀组件4设于壳体1的底端并与壳体1 可拆卸地连接，阀座组件3被配置为打开或关闭针阀组件4。
如图1所示，壳体1为空腔结构，壳体1内部设有第一空腔12和第二空腔 13，第一空腔12的顶壁开设顶端通孔11，第二空腔13的底壁开设底端通孔14，第一空腔12的孔径大于顶端通孔11的孔径，第一空腔12的孔径大于第二空腔 13的孔径，第二空腔13的孔径大于底端通孔14的孔径，顶端通孔11、第一空腔12、第二空腔13和底端通孔14同轴设置且在孔径变化处形成台阶面。本发明实施例中，控制阀组件2和阀座组件3设于第一空腔12和第二空腔13内，针阀组件4可拆卸地连接在壳体1的底端，通过底端通孔14与针阀组件4连通实现气阀控制，当控制阀组件2控制阀座组件3开启后，针阀组件4随之开启并开始喷气；当控制阀组件2控制阀座组件3关闭密封后，针阀组件4随之关闭并停止喷气。本发明的气体喷射器，通过将控制阀组件2和阀座组件3设于壳体1内，针阀组件4可拆卸地连接于壳体1底端，实现了阀座组件3与针阀组件4的分离结构，阀座组件3用于气体密封，针阀组件4用于燃烧室喷气，更容易设计和实现阀座组件3的气阀密封面远离喷嘴端，进而远离燃烧室高温热源，进而提高气体喷射器在高温工作环境下的密封可靠性，利于更准确地开启和关闭气体喷射器，更准确地控制喷射气量。
可选地，控制阀组件2包括进气接头21、衔铁23和电磁执行器24，进气接头21的底端穿设在壳体1内，进气接头21的底端设置第一弹性件22；衔铁 23的头部与第一弹性件22抵接，衔铁23的底部与阀座组件3连接；电磁执行器24被配置为驱动衔铁23轴向移动以打开或关闭阀座组件3。
如图1所示，控制阀组件2通过电磁执行器24控制气体喷射器的开关，进而控制针阀组件4在气体压力作用下自行开关实现喷气与关闭。其中，衔铁23 和阀座组件3为运动件，进气接头21和电磁执行器24为固定件，在进气接头 21和衔铁23之间通过第一弹性件22预压作用使衔铁23和阀座组件3在电磁执行器24不通电时落座密封，实现气体喷射器在关闭状态时的密封；电磁执行器 24通电后产生电磁力使得衔铁3及其连接的阀座组件3向上运动实现气体喷射器的开启。可以理解，壳体1内部的第一空腔12和顶端通孔11之间的台阶面利于限制进气接头21的向上位移行程，第一空腔12和第二空腔13之间的台阶面利于限制衔铁23的向下位移行程。控制阀组件2用于为阀座组件3提供开启和密封的驱动力。控制阀组件2中第一弹性件22优选为弹簧，气压力与第一弹性件22的预紧弹簧力方向一致，气压越高越有助于密封。
可选地，阀座组件3包括密封垫31、密封座32和导向套33，密封垫31位于壳体1的底端通孔14的上方以密封底端通孔14；密封座32的底端具有第一凹槽，衔铁23的底端具有第二凹槽，密封垫31嵌入第一凹槽内并与壳体1的底端通孔14的上端面相抵接，密封座32的顶端穿设在第二凹槽内并与第二凹槽的槽底相抵，密封座32的顶端为圆弧面321；导向套33位于第二凹槽内并套设在密封座32的顶端，导向套33的外周壁331与第二凹槽的槽壁之间为过盈配合，导向套33与密封座32的顶端之间具有周向间隙332。
如图2所示，密封座32的底端为大头端，大头端的端面加工第一凹槽，密封座32的顶端为小头端，小头端的端面为圆弧面321或称为球面，第二凹槽的槽底为平面，密封座32的顶端与第二凹槽的槽底相抵，可实现弹性密封垫31 的背离所述密封座32的一端与底端通孔14的上端面(密封面)之间的自适应调节，圆弧面321使得密封座32在接触力的作用下自动调整密封座32的姿态，从而实现弹性的密封垫31与底端通孔14的上端面之间的良好贴合接触，提高气密性。
可选地，周向间隙332为0.002-0.1mm。
如图2所示，导向套33的外周壁331与第二凹槽之间为过盈配合以固定导向套33，密封座32的顶端穿设在导向套33内并与导向套33的内侧壁之间具有周向间隙332，优选周向间隙332为0.002-0.1mm之间，便于密封座32在一定范围内自适应调整姿态以调节密封垫31与密封面之间的接触密封。
可选地，密封座32的顶端设有卡环34，导向套33的顶端与卡环34之间具有轴向间隙333。
如图2，密封座32的顶端设有环形槽，卡环34压接在环形槽内且卡环34 卡接于密封座32的顶端，通过卡环34与导向套33之间的轴向间隙333，可以限定密封座32的轴向位移，进而确保密封座32的顶端始终与衔铁23相抵接。优选轴向间隙333为0.1-0.2mm。
可选地，壳体1的底端通孔14的上端面具有密封棱边141，密封棱边141 绕底端通孔14设置，密封垫31抵接于密封棱边141上。
如图2所示，密封棱边141为底端通孔14的上端面的绕底端通孔14的突出部，密封垫31压接在密封棱边141上，能够解决上端面加工平面的平行度公差及阀座组件3在运动时发生轴线偏转引起密封面接触不均匀的问题，提高密封性能。密封座32相对于第二凹槽的槽底自适应调整姿态时，带动密封垫31 与密封棱边141之间的贴合接触，提高密封可靠性。
可选地，针阀组件4包括针阀座42、针阀41和弹性组件，针阀座42的顶端与壳体1的底端可拆卸地连接，针阀座42背离壳体1的一端具有喷气孔422；针阀41从下向上穿设喷气孔422并插入针阀座42内；弹性组件弹性抵接于针阀座42和针阀41之间以弹性密封喷气孔422。
如图1所示，针阀座42为槽型件，槽型件开口端具有内螺纹用于螺纹连接壳体1的底端并形成阀腔421，阀腔421与底端通孔14连通。弹性组件弹性抵接在针阀41和针阀座42之间实现针阀41弹性抵接针阀座42和密封喷气孔422。
可选地，弹性组件包括底座44和第二弹性件43，底座44的外周面滑动连接于针阀座42的内侧壁，底座44与针阀41的顶端固定连接；第二弹性件43 的两端分别止抵于针阀座42和底座44之间，在第二弹性件43的弹力作用下，针阀41弹性密封喷气孔422。
如图1所示，第二弹性件43优选弹簧，第二弹性件43套设在针阀41的驱动端，针阀41的密封端位于针阀座42背离壳体1的一端，针阀41的驱动端穿设喷气孔422并向上依次穿设第二弹性件43和底座44后，通过螺栓将针阀41 的驱动端固定在底座44的顶端。第二弹性件43弹性抵接在针阀座42的底壁和底座44之间。可以理解，针阀41的驱动端的外径小于喷气孔422的孔径，使得针阀41向下运动时能够在喷气孔422和驱动端之间形成喷气通道实现喷气。
上述的气体喷射器，在电磁执行器24断电时，衔铁23在第一弹性件22的弹力作用下向下压接密封垫31在密封棱边141上实现密封，同时，针阀41的第二弹性件43的作用下弹性密封喷气孔422。在电磁执行器24通电时，衔铁 23带动阀座组件3上升，密封垫31与密封棱边141之间发生脱离，进气接头 21内的高压气体进入阀座组件3与第二空腔13之间的间隙进入底端通孔14，并进入针阀座42，针阀座42在气压作用下克服第二弹性件43的弹力向下推动针阀41离开针阀座42并打开喷气孔422，同时高压气体通过底座44上的通气孔441进入喷气孔422实现喷气。
本发明还提供一种汽车，包括本发明提供的气体喷射器。
本发明的汽车，采用本发明提供的气体喷射器，气体喷射器的阀座组件3 和针阀组件4分离设置，更容易设计和实现阀座组件3的气阀密封面141远离喷嘴端，进而远离燃烧室高温热源，进而提高气体喷射器在高温工作环境下的密封可靠性，利于更准确地开启和关闭气体喷射器，更准确地控制喷射气量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气体喷射器，其特征在于，包括：
壳体(1)；
控制阀组件(2)，所述控制阀组件(2)设于所述壳体(1)内并位于所述壳体(1)的顶端；
阀座组件(3)，所述阀座组件(3)位于所述壳体(1)内并位于所述控制阀组件(2)的底端，所述控制阀组件(2)被配置为驱动所述阀座组件(3)打开或关闭；
所述控制阀组件(2)包括：
进气接头(21)，所述进气接头(21)的底端穿设在所述壳体(1)内，所述进气接头(21)的底端设置第一弹性件(22)；
衔铁(23)，所述衔铁(23)的头部与所述第一弹性件(22)抵接，所述衔铁(23)的底部与所述阀座组件(3)连接；
电磁执行器(24)，所述电磁执行器(24)被配置为驱动所述衔铁(23)轴向移动以打开或关闭所述阀座组件(3)；
所述阀座组件(3)包括：
密封垫(31)，所述密封垫(31)位于所述壳体(1)的底端通孔(14)的上端面以密封所述底端通孔(14)；
密封座(32)，所述密封座(32)的底端具有第一凹槽，所述衔铁(23)的底端具有第二凹槽，所述密封垫(31)嵌入所述第一凹槽内并与所述壳体(1)的所述底端通孔(14)的上端面相抵接，所述密封座(32)的顶端穿设在所述第二凹槽内并与所述第二凹槽的槽底相抵，所述密封座(32)的顶端为圆弧面(321)；
导向套(33)，所述导向套(33)位于所述第二凹槽内并套设在所述密封座(32)的顶端，所述导向套(33)的外周壁(331)与所述第二凹槽的槽壁之间为过盈配合，所述导向套(33)与所述密封座(32)的所述顶端之间具有周向间隙(332)；
针阀组件(4)，所述针阀组件(4)设于所述壳体(1)的底端并与所述壳体(1)可拆卸地连接，所述阀座组件(3)被配置为打开或关闭所述针阀组件(4)。
2.根据权利要求1所述的气体喷射器，其特征在于，所述周向间隙(332)为0.002-0.1mm。
3.根据权利要求1所述的气体喷射器，其特征在于，所述密封座(32)的顶端设有卡环(34)，所述导向套(33)的顶端与所述卡环(34)之间具有轴向间隙(333)。
4.根据权利要求3所述的气体喷射器，其特征在于，所述轴向间隙(333)为0.1-0.2mm。
5.根据权利要求1所述的气体喷射器，其特征在于，所述壳体(1)的所述底端通孔(14)的所述上端面具有密封棱边(141)，所述密封棱边(141)绕所述底端通孔(14)设置，所述密封垫(31)抵接于所述密封棱边(141)上。
6.根据权利要求1所述的气体喷射器，其特征在于，所述针阀组件(4)包括：
针阀座(42)，所述针阀座(42)的顶端与所述壳体(1)的底端可拆卸地连接，所述针阀座(42)背离所述壳体(1)的一端具有喷气孔(422)；
针阀(41)，所述针阀(41)从下向上穿设所述喷气孔(422)并插入所述针阀座(42)内；
弹性组件，所述弹性组件弹性抵接于所述针阀座(42)和所述针阀(41)之间以弹性密封所述喷气孔(422)。
7.根据权利要求6所述的气体喷射器，其特征在于，所述弹性组件包括：
底座(44)，所述底座(44)的外周面滑动连接于所述针阀座(42)的内侧壁，所述底座(44)与所述针阀(41)的顶端固定连接；
第二弹性件(43)，所述第二弹性件(43)的两端分别止抵于所述针阀座(42)和所述底座(44)之间，在所述第二弹性件(43)的弹力作用下，所述针阀(41)弹性密封所述喷气孔(422)。
8.汽车，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的气体喷射器。
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