CN116576042B - 一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氨燃料发动机技术领域，具体为一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统，一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统，包括高压氨气罐、氨气轨和发动机进气道歧管，所述高压氨气罐的上端固定设置有两个氨气输送管路，所述氨气输送管路上固定安装有气体流量计和单向阀，且氨气输送管路固定连接有氨气轨，氨气轨上固定安装有压力传感器，且氨气轨的一侧固定设置有若干喷射阀座，使用电子控制喷射模式，可准确的定时定量为大功率氨燃料发动机进气道歧管内提供氨气，充分混合后进入气缸，保证了各缸氨气量的一致性，有效改善使用氨能的发动机的燃烧性能，有效提升空气与氨气的混合程度、提高发动机的输出功率与充气效率。

Description

一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统

技术领域

本发明涉及氨燃料发动机技术领域，具体为一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统。

背景技术

氨能源作为一种新兴的应用于交通载具和内燃机的燃料，具有零碳、能量密度高、易液化、易于运输、与氢能适应性好、成本低、安全性高、不易爆炸等优势。

但是氨能源用于发动机燃烧领域还存在着一些问题。氨层流燃烧速度低、具有毒性、腐蚀性、供氨难以量化等问题亟待解决。现阶段难以将氨气精确的定时定量喷入进气道参与燃烧，导致氨燃料发动机燃烧效果不够理想。

对于现有的氨燃料喷射系统还是存在一定的问题：

喷射方式多为液氨直接喷射和进气道总管喷射，液氨直接喷射需要能产生极高压力的喷射装置，并且喷入的燃料为液态燃料，由于液氨的高潜热，其在缸内难以完全气化，对燃烧效果有一定影响，进气道总管喷射的燃料为气态燃料，但是工作时分配给每个气缸的氨气量可能产生波动，导致分配不均，对燃烧也有一定影响，另外难以控制氨气与空气充分混合，再者就是阀体安拆较为麻烦，不能够实现便捷安拆，发生损坏时，更换较为麻烦，且在使用的过程中不能够对阀体实现保护，使其容易受到外力的撞击造成损坏，造成一定的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统，包括高压氨气罐、氨气轨和发动机进气道歧管，所述高压氨气罐的上端固定设置有两个氨气输送管路，所述氨气输送管路上固定安装有气体流量计和单向阀，且氨气输送管路固定连接有氨气轨，所述氨气轨上固定安装有压力传感器，且氨气轨的一侧固定设置有若干喷射阀座，所述喷射阀座的下端固定设置有氨气喷射管，所述氨气喷射管连接有发动机进气道歧管，所述发动机进气道歧管上固定设置有若干连接氨管，所述连接氨管的上端固定设置有配合插套，所述配合插套中插接有氨气喷射管，且与氨气喷射管进行焊接连接，所述喷射阀座的上端固定设置有支撑立杆，所述支撑立杆的上端焊接有安装承板，所述安装承板的两端对称固定设置有安装凸板，所述安装凸板上开设有转动插孔，且安装凸板的外侧固定设置有外凸支撑块，所述外凸支撑块上开设有长条通孔，所述长条通孔外侧的外凸支撑块上开设有连接插孔，所述喷射阀座上安装有氨气喷射控制机构。

优选的，所述氨气喷射控制机构包括电磁喷射阀阀体、上防护套板、第一复位弹簧、活动锁定架、连接弹簧、操作拉板、第二复位弹簧和下防护套板，所述电磁喷射阀阀体的一侧固定设置有插接阀柱，所述插接阀柱插接在喷射阀座中，且插接阀柱上套接有密封垫圈，所述密封垫圈与喷射阀座的端面相接触，所述电磁喷射阀阀体的另一侧固定连接有线缆。

优选的，所述电磁喷射阀阀体的两端对称固定设置有支撑杆件，所述支撑杆件的上端固定设置有推动顶杆，所述推动顶杆朝向氨气轨的方向，且推动顶杆上开设有锁定插孔，且推动顶杆靠近氨气轨的一侧固定设置有配合推柱。

优选的，所述上防护套板上远离氨气轨的一侧开设有线槽，所述线槽中插接有线缆，且上防护套板的上端两侧对称固定设置有安装连板，所述安装连板上开设有活动插孔，所述上防护套板上靠近氨气轨的一侧两端对称固定设置有转动插轴。

优选的，所述转动插轴插接在转动插孔中，且转动插轴上远离上防护套板的一端固定设置有被顶转柱，所述被顶转柱的下端靠近氨气轨的一侧固定设置有半圆弯杆，所述半圆弯杆插接在长条通孔中，且半圆弯杆上套接有第一复位弹簧，所述第一复位弹簧处于安装凸板的下侧。

优选的，所述活动锁定架的上侧两端对称固定设置有上凸板，所述上凸板上开设有配合通孔，且活动锁定架的下侧两端对称固定设置有插接锁杆，所述插接锁杆插接在活动插孔中，且插接锁杆上套接有连接弹簧，所述连接弹簧处于安装连板的上侧，所述插接锁杆的下端安装有旋转轮，所述旋转轮处于安装连板的下侧，所述上凸板上安装有操作拉板。

优选的，所述操作拉板上固定设置有配合插杆，所述配合插杆插接在配合通孔中，且配合插杆上远离操作拉板的一端固定设置有活动锁板，所述活动锁板的下端固定设置有限位插块，所述配合插杆上套接有第二复位弹簧，所述第二复位弹簧处于上凸板和操作拉板之间。

优选的，所述下防护套板处于电磁喷射阀阀体的下侧，且下防护套板上靠近氨气轨的一侧两端对称固定设置有凸出支撑板，所述凸出支撑板的上端固定设置有连接支撑柱，所述连接支撑柱的上端固定设置有被顶升板，且连接支撑柱插接在连接插孔中，所述被顶升板处于安装承板的上侧，且被顶升板上远离氨气轨的一侧上端固定设置有限位立块，所述限位立块的上侧靠近上防护套板的一端设置有推动斜面，所述推动斜面下侧的限位立块上开设有配合插槽，所述配合插槽中插接有限位插块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设置合理，功能性强，具有以下优点：

1.使用电子控制喷射模式，可准确的定时定量为大功率氨燃料发动机进气道歧管内提供氨气，充分混合后进入气缸，保证了各缸氨气量的一致性，有效改善使用氨能的发动机的燃烧性能，有效提升空气与氨气的混合程度、提高发动机的输出功率与充气效率。

2.该气态氨喷射装置，具有运行稳定、可控区间大、节能环保等优势。

3.另外，电磁喷射阀阀体安拆方便，当电磁喷射阀阀体发生损坏的时候，能够实现快捷更换，大大方便了工作人员更换工作的进行，在进行电磁喷射阀阀体的安装时，在推动顶杆的作用下可以带动上防护套板进行转动，进而使其覆盖在电磁喷射阀阀体上，对电磁喷射阀阀体起到保护的作用，上防护套板在进行转动的同时可以带动下防护套板往上移动，进而使其从电磁喷射阀阀体的下侧套接在电磁喷射阀阀体上，对电磁喷射阀阀体起到保护的作用，进而在上防护套板和下防护套的作用下可以对电磁喷射阀阀体起到全面的保护作用，避免其受到外力打击发生损坏。

附图说明

图1为气态氨喷射装置与发动机进气道歧管的装配示意图。

图2为氨气轨的装配示意图。

图3为图1中A处的放大示意图。

图4为图2中B处的放大示意图。

图5为图2中C处的放大示意图。

图6为氨气轨的结构示意图。

图7为电磁喷射阀阀体的结构示意图。

图8为上防护套板的结构示意图。

图9为活动锁定架的结构示意图。

图10为下防护套板的结构示意图。

图11为控制原理框图。

图中：1、高压氨气罐；11、氨气输送管路；12、气体流量计；13、单向阀；2、氨气轨；20、压力传感器；21、喷射阀座；22、氨气喷射管；23、支撑立杆；24、安装承板；25、安装凸板；26、转动插孔；27、外凸支撑块；28、长条通孔；29、连接插孔；3、发动机进气道歧管；31、连接氨管；32、配合插套；4、电磁喷射阀阀体；41、插接阀柱；42、密封垫圈；43、线缆；44、支撑杆件；45、推动顶杆；46、锁定插孔；47、配合推柱；5、上防护套板；51、线槽；52、安装连板；53、活动插孔；54、转动插轴；55、被顶转柱；56、半圆弯杆；57、第一复位弹簧；6、活动锁定架；61、上凸板；62、插接锁杆；63、旋转轮；64、连接弹簧；7、操作拉板；71、配合插杆；72、活动锁板；73、限位插块；74、第二复位弹簧；8、下防护套板；81、凸出支撑板；82、连接支撑柱；83、被顶升板；84、限位立块；85、推动斜面；86、配合插槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1至图11，本发明提供一种技术方案：

一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统，包括高压氨气罐1、氨气轨2和发动机进气道歧管3，高压氨气罐1的上端固定设置有两个氨气输送管路11，氨气输送管路11上固定安装有气体流量计12和单向阀13，其中气体流量计12示数需满足当前氨气需求量，若当前氨气供给量示数小于当前工况实际需求值，需要增大流量计的阀门开度，反之则减小流量计的阀门开度，单向阀13用来防止高压氨气逆向流动，以保证充足的进气量，且氨气输送管路11固定连接有氨气轨2，氨气轨2上固定安装有压力传感器20，压力传感器20与电子控制单元进行电性连接，电子控制单元为现有技术下的V型发动机上的控制器，其负责采集发动机上所用的传感器信息，将传感器信息处理后进行逻辑计算以确定发动机的燃料供给时刻和供给量，同时还要将部分关键信息传递到控制面板以便工作人员监测，压力传感器20能测量氨气轨2内的压力并将压力信号传递到电子控制单元，正常工作时氨气轨2的轨压应维持在5±0.05bar区间之内，氨气轨2轨压由气体流量计12、单向阀13、电磁喷射阀开闭的波动综合影响，实际应用时按需调整，且氨气轨2的一侧固定设置有若干喷射阀座21，喷射阀座21的下端固定设置有氨气喷射管22，氨气喷射管22连接有发动机进气道歧管3，发动机进气道歧管3上固定设置有若干连接氨管31，喷射阀座21的数量与发动机气缸数相等，且与连接氨管31的数量相等，且氨气的多点喷射，有利于氨燃烧过程中的定时定量分配，连接氨管31的上端固定设置有配合插套32，配合插套32中插接有氨气喷射管22，且与氨气喷射管22进行焊接连接，喷射阀座21的上端固定设置有支撑立杆23，支撑立杆23的上端焊接有安装承板24，安装承板24的两端对称固定设置有安装凸板25，安装凸板25上开设有转动插孔26，且安装凸板25的外侧固定设置有外凸支撑块27，外凸支撑块27上开设有长条通孔28，长条通孔28外侧的外凸支撑块27上开设有连接插孔29，喷射阀座21上安装有氨气喷射控制机构。

氨气喷射控制机构包括电磁喷射阀阀体4、上防护套板5、第一复位弹簧57、活动锁定架6、连接弹簧64、操作拉板7、第二复位弹簧74和下防护套板8，电磁喷射阀阀体4的一侧固定设置有插接阀柱41，插接阀柱41插接在喷射阀座21中，且插接阀柱41上套接有密封垫圈42，密封垫圈42与喷射阀座21的端面相接触，插接阀柱41与喷射阀座21的内径之间为过盈配合，电磁喷射阀阀体4安装到位之后，密封垫圈42产生一定的压缩量，电磁喷射阀阀体4的另一侧固定连接有线缆43，且线缆43连接有电子控制单元，电子控制单元根据发动机的曲轴信号盘与凸轮轴信号盘确定当前发动机工作状况后，就可以根据预设的发动机各缸配气相位信息来控制喷射阀阀芯的开闭时刻与持续时间，实现各个电磁喷射阀内的氨气循环喷射，电子控制单元将控制信号传递给电磁喷射阀，控制其喷射时间与喷射量，并使电磁喷射阀阀体4工作时间与发动机凸轮轴协调，满足发动机的配气需求，所用线缆接头为2pin接头。

电磁喷射阀阀体4的两端对称固定设置有支撑杆件44，支撑杆件44的上端固定设置有推动顶杆45，推动顶杆45朝向氨气轨2的方向，且推动顶杆45上开设有锁定插孔46，且推动顶杆45靠近氨气轨2的一侧固定设置有配合推柱47，配合推柱47的表面光滑无毛刺。

上防护套板5上远离氨气轨2的一侧开设有线槽51，线槽51中插接有线缆43，且上防护套板5的上端两侧对称固定设置有安装连板52，安装连板52上开设有活动插孔53，上防护套板5上靠近氨气轨2的一侧两端对称固定设置有转动插轴54，且转动插轴54插接在转动插孔26中，且转动插轴54上远离上防护套板5的一端固定设置有被顶转柱55，被顶转柱55的下端靠近氨气轨2的一侧固定设置有半圆弯杆56，半圆弯杆56插接在长条通孔28中，且半圆弯杆56上套接有第一复位弹簧57，第一复位弹簧57处于安装凸板25的下侧，第一复位弹簧57的两端分别焊接在被顶转柱55上和外凸支撑块27的下端面上，长条通孔28的宽度略大于半圆弯杆56的直径。

活动锁定架6的上侧两端对称固定设置有上凸板61，上凸板61上开设有配合通孔，且活动锁定架6的下侧两端对称固定设置有插接锁杆62，插接锁杆62插接在活动插孔53中，且插接锁杆62上套接有连接弹簧64，连接弹簧64处于安装连板52的上侧，连接弹簧64的两端分别焊接在安装连板52的上端面上和活动锁定架6的下端面上，插接锁杆62的下端安装有旋转轮63，旋转轮63处于安装连板52的下侧，上凸板61上安装有操作拉板7，插接锁杆62的直径与锁定插孔46的直径相等。

操作拉板7上固定设置有配合插杆71，配合插杆71插接在配合通孔中，且配合插杆71上远离操作拉板7的一端固定设置有活动锁板72，活动锁板72的下端固定设置有限位插块73，配合插杆71上套接有第二复位弹簧74，第二复位弹簧74处于上凸板61和操作拉板7之间，且第二复位弹簧74的两端分别焊接在上凸板61上和操作拉板7上，第二复位弹簧74的劲度系数小于连接弹簧64的劲度系数，即在推动斜面85的作用下可以推动操作拉板7进行移动，不足以推动活动锁定架6往上移动。

下防护套板8处于电磁喷射阀阀体4的下侧，且下防护套板8上靠近氨气轨2的一侧两端对称固定设置有凸出支撑板81，凸出支撑板81的上端固定设置有连接支撑柱82，连接支撑柱82的上端固定设置有被顶升板83，且连接支撑柱82插接在连接插孔29中，被顶升板83处于安装承板24的上侧，且被顶升板83上远离氨气轨2的一侧上端固定设置有限位立块84，限位立块84的上侧靠近上防护套板5的一端设置有推动斜面85，推动斜面85下侧的限位立块84上开设有配合插槽86，配合插槽86中插接有限位插块73，且配合插槽86的高度与限位插块73的高度相等。

氨气轨2在进行布置时，两个氨气轨2分别置于V型发动机的两侧，并且使用钢架对其进行支撑，防止V型发动机工作时的振动影响，在进行电磁喷射阀阀体4的安装时，将插接阀柱41插接到喷射阀座21中，将推动电磁喷射阀阀体4直到密封垫圈42与喷射阀座21相接触并产生一定的压缩量，此时电磁喷射阀阀体4即安装到位，在此过程中，配合推柱47将与被顶转柱55相接触，且随着电磁喷射阀阀体4的移动，配合推柱47将顶着被顶转柱55使其发生转动，进而带动上防护套板5往下转动，进而使其从上侧覆盖在电磁喷射阀阀体4上，在此过程中，旋转轮63将与推动顶杆45发生抵触，进而在推动顶杆45的作用下将带动活动锁定架6相对上防护套板5往上移动，直到插接锁杆62的中心线与锁定插孔46的中心线对齐，此时在连接弹簧64的作用下使得活动锁定架6往下移动，插接锁杆62插接到锁定插孔46中，实现电磁喷射阀阀体4和上防护套板5的互锁，而上防护套板5在进行转动的同时，半圆弯杆56将往上顶动被顶升板83，进而带动下防护套板8往上移动，从电磁喷射阀阀体4的下侧套接在电磁喷射阀阀体4上，这样上防护套板5和下防护套板8对电磁喷射阀阀体4形成包围之势，但是不闭合在一起，对电磁喷射阀阀体4进行保护，下防护套板8在往上移动的过程中，推动斜面85将与限位插块73发生抵触，进而在推动斜面85的作用下将推动限位插块73往靠近上凸板61的方向进行移动，直到插接锁杆62插接到锁定插孔46中时，此时的限位插块73也与配合插槽86对齐，在第二复位弹簧74的作用下使得限位插块73插接到配合插槽86中，使得活动锁定架6不能够相对上防护套板5进行移动，使得插接锁杆62不会在误操作时退出锁定插孔46，保证了上防护套板5的稳定性，进而保证了电磁喷射阀阀体4安装的稳定性，拆卸电磁喷射阀阀体4时，相向拉动两个操作拉板7，使得限位插块73退出配合插槽86，然后拉动活动锁定架6，使得插接锁杆62退出锁定插孔46，即可进行拆卸，使得电磁喷射阀阀体4的安拆非常的方便，且能够对电磁喷射阀阀体4进行很好的保护，非常的实用，此外为了保证气态氨喷射装置工作时的安全性与稳定性，与氨气直接相接触的零件部分选用304不锈钢制材料；密封垫圈42选用氯丁橡胶密封圈。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种用于大功率发动机的气态氨燃料喷射系统，包括高压氨气罐（1）、氨气轨（2）和发动机进气道歧管（3），其特征在于：所述高压氨气罐（1）的上端固定设置有两个氨气输送管路（11），所述氨气输送管路（11）上固定安装有气体流量计（12）和单向阀（13），且氨气输送管路（11）固定连接有氨气轨（2），所述氨气轨（2）上固定安装有压力传感器（20），且氨气轨（2）的一侧固定设置有若干喷射阀座（21），所述喷射阀座（21）的下端固定设置有氨气喷射管（22），所述氨气喷射管（22）连接有发动机进气道歧管（3），所述发动机进气道歧管（3）上固定设置有若干连接氨管（31），所述连接氨管（31）的上端固定设置有配合插套（32），所述配合插套（32）中插接有氨气喷射管（22），且与氨气喷射管（22）进行焊接连接，所述喷射阀座（21）的上端固定设置有支撑立杆（23），所述支撑立杆（23）的上端焊接有安装承板（24），所述安装承板（24）的两端对称固定设置有安装凸板（25），所述安装凸板（25）上开设有转动插孔（26），且安装凸板（25）的外侧固定设置有外凸支撑块（27），所述外凸支撑块（27）上开设有长条通孔（28），所述长条通孔（28）外侧的外凸支撑块（27）上开设有连接插孔（29），所述喷射阀座（21）上安装有氨气喷射控制机构，所述氨气喷射控制机构包括电磁喷射阀阀体（4）、上防护套板（5）、第一复位弹簧（57）、活动锁定架（6）、连接弹簧（64）、操作拉板（7）、第二复位弹簧（74）和下防护套板（8），所述电磁喷射阀阀体（4）的一侧固定设置有插接阀柱（41），所述插接阀柱（41）插接在喷射阀座（21）中，且插接阀柱（41）上套接有密封垫圈（42），所述密封垫圈（42）与喷射阀座（21）的端面相接触，所述电磁喷射阀阀体（4）的另一侧固定连接有线缆（43），所述电磁喷射阀阀体（4）的两端对称固定设置有支撑杆件（44），所述支撑杆件（44）的上端固定设置有推动顶杆（45），所述推动顶杆（45）朝向氨气轨（2）的方向，且推动顶杆（45）上开设有锁定插孔（46），且推动顶杆（45）靠近氨气轨（2）的一侧固定设置有配合推柱（47），所述上防护套板（5）上远离氨气轨（2）的一侧开设有线槽（51），所述线槽（51）中插接有线缆（43），且上防护套板（5）的上端两侧对称固定设置有安装连板（52），所述安装连板（52）上开设有活动插孔（53），所述上防护套板（5）上靠近氨气轨（2）的一侧两端对称固定设置有转动插轴（54），所述转动插轴（54）插接在转动插孔（26）中，且转动插轴（54）上远离上防护套板（5）的一端固定设置有被顶转柱（55），所述被顶转柱（55）的下端靠近氨气轨（2）的一侧固定设置有半圆弯杆（56），所述半圆弯杆（56）插接在长条通孔（28）中，且半圆弯杆（56）上套接有第一复位弹簧（57），所述第一复位弹簧（57）处于安装凸板（25）的下侧，所述活动锁定架（6）的上侧两端对称固定设置有上凸板（61），所述上凸板（61）上开设有配合通孔，且活动锁定架（6）的下侧两端对称固定设置有插接锁杆（62），所述插接锁杆（62）插接在活动插孔（53）中，且插接锁杆（62）上套接有连接弹簧（64），所述连接弹簧（64）处于安装连板（52）的上侧，所述插接锁杆（62）的下端安装有旋转轮（63），所述旋转轮（63）处于安装连板（52）的下侧，所述上凸板（61）上安装有操作拉板（7），所述操作拉板（7）上固定设置有配合插杆（71），所述配合插杆（71）插接在配合通孔中，且配合插杆（71）上远离操作拉板（7）的一端固定设置有活动锁板（72），所述活动锁板（72）的下端固定设置有限位插块（73），所述配合插杆（71）上套接有第二复位弹簧（74），所述第二复位弹簧（74）处于上凸板（61）和操作拉板（7）之间，所述下防护套板（8）处于电磁喷射阀阀体（4）的下侧，且下防护套板（8）上靠近氨气轨（2）的一侧两端对称固定设置有凸出支撑板（81），所述凸出支撑板（81）的上端固定设置有连接支撑柱（82），所述连接支撑柱（82）的上端固定设置有被顶升板（83），且连接支撑柱（82）插接在连接插孔（29）中，所述被顶升板（83）处于安装承板（24）的上侧，且被顶升板（83）上远离氨气轨（2）的一侧上端固定设置有限位立块（84），所述限位立块（84）的上侧靠近上防护套板（5）的一端设置有推动斜面（85），所述推动斜面（85）下侧的限位立块（84）上开设有配合插槽（86），所述配合插槽（86）中插接有限位插块（73）。