CN205477982U - 进气系统及内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了进气系统及内燃机，进气系统包括具有入口、出口和被配置成控制该入口和出口之间的流体流动的阀的进气阀组件以及与该进气阀组件的入口流体连通的限流器组件。本实用新型能够避免由于可能的负荷中断事故而发生的停机。限流器组件还可以配置为管理部件故障，例如进气阀组件被卡在打开位置中并且使非所需燃料进入。

Description

进气系统及内燃机

技术领域

本实用新型涉及一种用于燃料系统（如天然气燃料系统和/或双燃料系统）的气体限流器，更具体地涉及一种用于气态燃料进入阀的限流器组件。

背景技术

内燃机可至少部分地以气态燃料运转，并且内燃机可包括气态燃料内燃机和双燃料内燃机。在气态燃料内燃机和双燃料内燃机中，至少一个气态燃料进入阀（如进气阀），本文也称为进气阀，可位于气态燃料源和发动机燃烧室之间，以通过诸如进气口控制进入燃烧室的气态燃料的流量。例如，当进气阀打开时，气态燃料可进入进气口，用于与吸入空气混合。

气态燃料可与吸入空气进行预混合，并允许进入汽缸，以取代用于获得额定功率和功率需求所需要的柴油量。在这种类型的应用中，对是否已经发生了过多气体被预混合并输送至汽缸的故障进行检测和响应是十分必要的，以避免不良操作或严重故障。更具体地，有必要对发动机中任何可能导致燃料过量的故障，诸如但并不限于进气阀的故障作出响应。有必要设计一种调节方案，该方案在故障发生时可及时反应，防止发动机的不良操作或对发动机造成严重故障。

在美国专利第5,529,387号中，电磁控制节流孔切断阀包括活塞头，所述活塞头具有通过电磁控制弹出器的定位销密封的排出口以及通过其供给来自阀入口的高压流体的装料口。电磁致动进气阀（SOGAV）包括电磁线圈、可动板及固定板或固定圆盘，由此输送至电磁线圈的电流通过将可移动板自固定板提升而致动阀。

在内燃机中采用气态燃料进入阀可能产生的一个问题包括瞬时负荷的变化，其中发动机在相对高的负荷下运行，然后突然在低负荷下运转，发动机可能会过速，因此发动机可能由于无法继续燃料喷射而完全停止运转。

另一个可能产生的问题是进气阀可能在不当的时间打开。例如，对于电磁致动进气阀，吸入空气与气态燃料系统之间的压差可导致进气阀打开。作为另一个实例，小颗粒可能被积留在阀中，诸如留在可动板和固定板之间或电磁致动进气阀的阀座中，则该阀可能不能再正常关闭。作为又一个实例，进气阀的磨损及污染可导致泄露、通气率增大或甚至导致进气阀卡在打开的位置。其他的问题也可类似地在进气阀的工作中产生。

这些和其他现有技术的缺点由本实用新型来解决。

实用新型内容

进气系统可包括进气阀组件，该组件具有入口、出口及阀，所述阀配置为控制入口和出口之间的流体流量；及与进气阀组件的入口流体连通的限流器组件，限流器组件包括：进入管道，其配置为接收来自气态燃料系统的气态燃料；阀室，其包括进入端和远离进入端的排出端，其中阀室在进入端处与进入管道流体连通，并且在排出端处与进气阀组件的入口流体连通；阀座，其固定设置于阀室的排出端，其中阀座包括延伸贯穿其中的通道；排出管道，其与阀座的通道流体连通；阀体，其可移动地设置在阀室内，包括延伸贯穿其中的控制节流孔，其中所述控制节流孔配置为基于进入管道和排出管道的压差在阀室的进入端和排出端之间调节阀体的位置；以及弹簧元件，其设置在阀座和阀体之间，其中所述弹簧元件配置为使阀体朝向阀室的进入端偏置，其中阀体配置为抵靠阀座，以防止气态燃料在阀室和阀座通道间的流动，以响应进气管道和排出管道之间的第一预定压力差。

所述进气阀组件的所述阀为电磁致动阀。

所述限流器组件与所述进气阀组件的壳体集成为一体。

所述限流器组件包括联接至所述进气阀组件的壳体。

进一步包括密封件，所述密封件设置在所述限流器组件的所述壳体和所述进气阀组件的所述壳体之间以使两者密封接合。

内燃机可包括气态燃料源；多个汽缸；进气阀组件，其具有与气态燃料源流体连通的入口及与多个汽缸中的至少一个流体连通的出口；限流器组件，其包括：配置为接收来自于气态燃料源的气态燃料的进气管道；阀室，其包括进入端和远离进入端的排出端，其中所述阀室在进入端处与进气管道流体连通，并且在排出端处与进气阀组件的进口流体连通；阀座，其固定地设置在阀室的排出端，其中所述阀座包括延伸贯穿其中的通道、与阀座的通道流体连通的排出管道；阀体，其可移动地设置于阀室内，其中所述阀体包括延伸贯穿其中的控制节流孔并且该控制节流孔被配置为基于进气管道和排出管道之间的压差来调节阀室的进入端和排出端之间的阀体的位置；以及弹簧元件，其位于阀座与阀体之间，其中所述弹簧元件被配置为使阀体朝向阀室的进入端偏置，其中所述阀体被配置为抵靠阀座以防止气态燃料在阀室和阀座通道间的流动，以响应于进气管道和排出管道之间的第一预定压差。

所述限流器组件邻近所述进气阀组件的所述入口设置。

进一步包括控制单元，所述控制单元配置成接收压差并响应于所述压差启动气态燃料进入阀。

所述限流器组件包括联接至所述进气阀组件的壳体。

进一步包括密封件，其设置在所述限流器组件的所述壳体和所述进气阀组件的所述壳体之间以使两者密封接合。

方法可包括驱动进气阀组件的阀以引起流体的流动以从进气阀组件的入口通向出口，其中进气阀组件在一个或多个与流体的流动相关的压差下运转；以及响应于一个或多个超过阈值的工作参数、经由限流器组件限制提供给进气阀组件的进口的流体的流动。

本实用新型能够避免由于可能的负荷中断事故而发生的停机（或者非所需工作）。限流器组件还可以配置为管理部件故障，例如进气阀组件被卡在打开位置中并且使非所需燃料进入。

附图说明

图1是根据本实用新型的方面包括具有气体限流器组件的进气系统的燃气发动机的示意图。

图2是根据本实用新型的方面包括具有气体限流器组件的进气系统的双燃料发动机系统的示意图。

图3是根据本实用新型的方面包括进气阀组件和气体限流器组件并示出了处于闭合位置的该气体限流器组件的进气系统的横断面视图。

图4是根据本实用新型的方面包括进气阀组件和气体限流器组件并示出了处于闭合位置的该气体限流器组件的进气系统的横断面视图。

图5是图3中进气系统的横断面视图，示出了处于打开位置的气体限流器组件。

图6是图3中进气系统的横断面视图，示出了处于就位位置的气体限流器组件。

具体实施方式

在一个方面，气体限流器组件可配置为调节进入进气阀组件的流体（例如气态燃料）的流量。这可以通过将气体限流器组件集成在进气阀组件壳体或独立的限流器组件壳体与进气阀组件壳联接来实现。该气体限流器组件可作为用于可由进气阀组件引起的过度加油工况的机械调节方案。

参照图1，说明了燃气发动机100以及尤其包括限流器组件140的进气系统130。在图1中所示的发动机100可以包括气体压力调节单元104，所述气体压力调节单元104包括气体压力调节单元入口106和气体压力调节单元出口108。气体压力调节单元104可配置为在气体压力调节单元104入口处的供给压力下接收由气态燃料源102提供的气体（例如，天然气）。由气态燃料源102提供的气态燃料的燃气压力可高于适于向所述燃气发动机100的一个或多个燃烧室110提供气态燃料的燃气压力。因此，气体压力调节单元104可配置为将燃气压力降低至适于将气态燃料供给或喷射至燃烧室110的喷射压力。相应地，所述气体压力调节单元104可配置为在可低于供应压力的喷射压力下在气体压力调节单元出口108处排出气体。

供气管道120可布置成将气体压力调节单元104与进气系统130的阀入口132流体连接。由于燃气发动机100通常包括一个以上的燃烧室110，而且每个燃烧室110与其自身进气系统130相关联是合适的。在这种情形下，供气管道120可配置成将气体压力调节单元出口108与进气系统130的每个阀入口132连接。

进气系统130可以包括阀出口134。作为一个实例，阀出口134可以与被配置为提供空气和/或空气/气体混合物至燃烧室110的进气歧管125流体连通。因而，进气系统130可以被配置为控制气态燃料（例如）经由进气歧管125进入至燃烧室110中。进入燃烧室110的燃气-空气比可以经由通过进气系统130控制进气进行控制。作为另一个实例，阀出口134可以与被配置为直接提供气体至到燃烧室110的进气歧管127流体连通。因而，进气系统130可以被配置为使在预定时间具有喷射压力的进气，例如发动机的每个燃烧室110的气体入口持续进气的预定持续时间。

如下文将进一步详细描述，进气系统130可以包括限流器组件140和进气阀组件142。限流器组件140可以与进气阀组件142流体连通并且可以被配置为调节诸如气态燃料的流体进入至进气阀组件142。限流器组件140可以被配置为避免发动机100由于可能的负荷中断工况而停机。限流器组件140还可以被配置为管理部件故障，诸如进气阀组件142被堵塞在打开位置中以及使非所需燃料进入。

一方面，发动机100可以包括用于控制进气阀组件142的发动机控制单元116，以便使得将要在发动机100的至少一个燃烧室110中燃烧的气体进入该燃烧室110中。发动机100可以包括被配置为感测喷射气体压力的第一感测装置126和被配置为感测进气压力的第二感测装置128。可以使用感测装置126、128的各种设置，包括压敏应变仪、电容式、电磁、压电、光学、电势测量等传感器。发动机控制单元116可以被配置为与第一感测装置126和第二感测装置128两者通信。发动机控制单元116还可以被配置为控制阀122使得阀122在由第一感测装置126感测的喷射气体压力与由第二感测装置128感测的进气压力之间的压差高于预定阈值时调节供气管道120中的气体的过压。一方面，阀122可以被配置为减压阀以在压差高于预定阈值时通过施加进气压力和喷射气体压力于阀122的适当入口来自动地调节供气管道120中的气体的过压。

图2是根据本实用新型的方面的示例性双燃料发动机200的示意图。发动机200可以在各种应用中使用，例如（但不限于）采矿、建筑业、农业、运输业、发电、海运应用等。发动机200可以包括供应燃料至设置在发动机机体205中的多个汽缸204的双燃料轨道系统202。双燃料轨道系统202包括用于多个汽缸204中的每一个的喷射器206。电子控制模块（ECM）207可以调节喷射器206中的每一个。

双燃料轨道系统202可以包括流体连接至喷射器206中的每一个的液体燃料共轨208和气态燃料共轨210。液体燃料共轨208被配置为给喷射器206中的每一个供应液体燃料，例如柴油。另外，气态燃料共轨210被配置为给喷射器206中的每一个供应气态燃料，例如压缩天然气（CNG）。还预期用于每种类型的燃料的独立的燃料喷射器。液体燃料共轨208与液体燃料供应系统212流体连通，而气态燃料共轨210与限流器组件140和气态燃料供应系统214流体连通。

诸如进气系统130的一个或多个气态燃料控制装置可以被配置为调节气态燃料到相应汽缸204的流量。如所示，多个进气系统130中的每一个可以被配置为调节可进入（例如，直接进入、经由进气阀进入、经由喷射器206进入等）相应汽缸204中的气态燃料的量。

如下文将进一步详细描述，进气系统130可以包括限流器组件140和进气阀组件142。限流器组件140可以与进气阀组件142流体连通并且可以被配置为调节诸如气态燃料的流体进入至进气阀组件142。限流器组件140可以被配置为避免发动机200由于可能的负荷中断工况而停机（或其他非所需操作）。限流器组件140还可以被配置为管理部件故障，诸如进气阀组件142被卡在打开位置中以及使非所需燃料进入等状况。

图3说明根据本实用新型的方面的进气系统300的横截面图。进气系统300可以被实施为进气系统130（图1和图2）并且可以包括具有限流器组件140和进气阀组件142的壳体301。如所示，限流器组件140可以包括由壳体301的一部分界定的阀室302。阀室302可以具有与排出端306相对的进入端304。一方面，入口端口307可以由壳体301的一部分界定并且可以被设置在阀室302的进入端304处。

阀体308可以可移动地设置在阀室302中，并且可以可滑动地接合壳体301的一部分。阀体308可以包括形成在其中的突起309，突起309可以定向为朝着阀室302的进入端304。例如，突起309可以具有各种形状，诸如环形形状。

阀体308可以包括延伸通过其的一个或者多个控制节流孔310。控制节流孔310可以具有各种大小和形状。进一步地，控制节流孔310可以包括一个或者多个流动限制装置，该一个或者多个流动限制装置配置为可控制地操作系统的流动动力学。控制节流孔310可以在阀室302的进入端304与排出端306之间提供流体连通。控制节流孔310可以配置为：基于在阀室302的进入端304与排出端306之间的压差来调节阀室302的进入端304与排出端306之间阀体308的位置。在特定方面中，在阀室302的进入端304与排出端306之间的压力可以在大约15psi与100psi之间。保持器311，诸如扣环，可以联接至壳体301的一部分并且配置为将阀体308保持在阀室302中。

阀座312可以与阀室302的排出端306相邻固定地设置。阀座312可以通过本领域熟知的各种方法，例如，过盈配合、焊接等，固定至壳体301的一部分。阀座312可以包括密封肩部313，该密封肩部313与阀室302的排出端306相对设置并且配置为抵靠阀体308的一部分，当阀体308处于就位位置时，从而限制流体流动通过阀室302。阀座312可以包括延伸通过其中的通道314。通道314可以将阀室302与管道316流体连接。进一步地，管道316可以与进气阀组件142流体连通。

弹簧元件318可以设置在阀室302中，并且弹簧力可以使阀体308远离阀座312。作为一个实例，弹簧元件318可以是或者包括螺旋弹簧。其他偏置元件也可以使用。在一方面，弹簧元件318可以配置为：使阀体308在弹簧力作用下以抵靠保持器311，当阀体308处于闭合位置时，从而限制流体流动（例如，气态燃料）通过阀室302。

最终流过限流器组件140的气态燃料可以经由管道316流入进气阀组件142的阀室320中。进气阀组件142可以包括阀体322，该阀体322可被驱动用于控制流体流动通过出口323。在一方面，一个或者多个螺线管324可以配置为影响可以导致阀体322的移动的磁场。还可考虑其他类型的致动器使得阀体322移动。

图4示出了根据本实用新型的另一方面的进气系统400。该进气系统400可以包括与进气系统300相似的部件，并且进一步地包括分体独立的限流器组件壳体301A和进气阀壳体301B。进气系统400可实施为进气系统130（图1和图2）。作为一个实例，通道402可以形成在壳体301A、301B中的一个或者多个中，其中通道402配置为接纳密封件404，诸如O形环。密封件404可以用于在其之间提供密封接合。作为又一实例，限流器组件140可以通过本领域熟知的其他密封方法，例如，金属对金属密封、O形环和金属对金属密封的组合、焊接、钎焊等，与进气组件142配套。

工业实用性

本实用新型的进气系统130、300、400可与各种发动机、歧管和/或流体系统诸如气态燃料系统一起使用。限流器组件140的各种工作模式，如下所示，可针对发动机、歧管和/或流体系统的各种工作要求和/或故障。作为一个实例，本实用新型的进气系统130、300、400可以配置为减少在包括进气装置，例如，SOGAV（电磁控制进气阀），的燃气或双燃料燃烧发动机中的故障。具体而言，本实用新型可涉及避免由于可能的负荷中断事故而发生的停机（或者非所需操作）。限流器组件140还可以配置为管理部件故障，诸如进气阀组件142被堵塞在打开位置中并且使非所需燃料进入。

进气系统130、300、400的各种工作模式将在下文中参照图5和图6进行描述。虽然已参照图3的进气系统300，但是其他进气系统和限流器组件，诸如限流器组件140也可以使用并且可以在相似的模式中工作。还将参照图1和图2。进气系统130、300、400和相关工作方法可以响应于一个或者多个工作参数来控制。在一方面，流体至进气阀组件142的流动可以基于超过预定阈值的一个或者多个工作参数来限制（例如，经由限流器组件140）。这类工作参数可以包括流速、流动持续时间和/或最大流体体积。工作参数可以包括流体压力，该流体压力随着流速和流动持续时间发展。因而，通过监测并且调节流速一定持续时间，在预定正常工作范围之外或者超过预定正常工作范围的任何工作都可以用于触发限流器组件140的就位。

图5示出了进气系统300的工作模式。阀体308处于阀室302的进入端304和排出端306之间的打开位置（例如，中间位置）。当与图3所示的阀体308的关闭位置比较时，弹簧元件318被压缩。如图5所示，流体（例如，气态燃料）可以流动通过限流器组件140并可以通过进气阀组件142排出。在一个方面，控制节流孔310可使来自阀室302的进入端304的流体流向由阀体308限定的内部空间。然后流体可以经由阀座312限定的通道314流向阀室302的排出端306。流体可以从通道314流过管道316并进入进气阀组件142的阀室320。当阀体322在进气阀组件142的打开位置启动的情况下，流入阀室320的流体可以经由出口323排出进气系统130。在一个方面，阀体308的运动范围可以根据弹簧元件318的刚度和预定负荷以及根据控制节流孔310提供的流体动力学来调节。因而，弹簧元件318和控制节流孔310可以调节进入端304和排出端之间的阀体308的位置。控制节流孔310的尺寸、阀体308的横截面面积、凸起309的表面积和/或形状，和弹簧元件318的刚度可以基于进气阀组件142的流动特性来配置。例如，阀室320和阀体322的尺寸、阀体322的致动时间，和/或由进气阀组件142提供的流体体积和流速可以用于调节限流器组件140的构造。通过这种方式，阀体308的工作位置可以适合各种应用并可起到进气阀组件142的故障的故障保护作用。

图6示出了进气系统300的工作模式。阀体308示为处于阀体308抵靠阀座312的密封肩部313的就位位置。当与图3所示的阀体308的关闭位置以及图5所示的打开位置比较时，弹簧元件318压缩。如图6所示，流体（例如，气态燃料）的流动可以通过限流器组件140限制（例如，受限或停止）并且流体可以不通过限流器组件140排出并进入进气阀组件142。控制节流孔310的尺寸、阀体308的横截面面积、凸起309的表面积和/或形状，和弹簧元件318的刚度可以被配置以便在各种压力条件下控制阀体308的运动和/或位置。在某些压力下，阀体308可抵靠阀座312并封闭阀室302和阀座312的通道314之间的气体燃料的流动以防止经由进气阀组件142过量加料。作为实例，当进气阀组件142在正常工作范围（例如，压力、定时、流动特性等）之外工作时，限流器组件140的阀体308可以移动至就位位置（图6）以封闭附加流体流过进气阀组件142。

虽然本实用新型的各方面已参照上述实施例进行了特别示出和描述，但本领域技术人员将理解，在不背离所公开的精神和范围的情况下，通过改进所公开的机器、系统和方法可以想到各种附加实施例。根据权利要求及其任何等同物，这些实施例应被理解落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种进气系统，其特征在于包括：

进气阀组件，其具有入口、出口和配置成控制所述入口和所述出口之间的流体流动的阀；和

与所述进气阀组件流体连通的限流器组件，所述限流器组件包括：

进入管道，其配置成接收气态燃料；

阀室，其包括进入端和远离所述进入端的排出端，其中，所述阀室在所述进入端处与所述进入管道流体连通，且在所述排出端处与所述进气阀组件的所述入口流体连通；

阀座，其固定设置在所述阀室的所述排出端，其中所述阀座包括延伸穿过其中的通道；

排出管道，其与所述阀座的所述通道流体连通；

阀体，其可移动地设置在所述阀室内，所述阀体包括延伸穿过其的控制节流孔，所述控制节流孔配置成基于所述进入管道和所述排出管道之间的压差来调节所述阀体在所述阀室的所述进入端和所述排出端之间的位置；和

弹簧元件，其设置在所述阀座和所述阀体之间，其中，所述弹簧元件的弹簧力使所述阀体朝向所述阀室的所述进入端，

其中所述阀体配置成，响应于所述进入管道和所述排出管道之间的第一预定压差，抵靠所述阀座以关闭气态燃料在所述阀室和所述阀座的所述通道之间流动。

2.根据权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述进气阀组件的所述阀为电磁致动阀。

3.根据权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述限流器组件与所述进气阀组件的壳体集成为一体。

4.根据权利要求1所述的进气系统，其特征在于，所述限流器组件包括联接至所述进气阀组件的壳体。

5.根据权利要求4的所述的进气系统，其特征在于，进一步包括密封件，所述密封件设置在所述限流器组件的所述壳体和所述进气阀组件的所述壳体之间以使两者密封接合。

6.一种内燃机，其特征在于包括：

气态燃料源；

多个汽缸；

进气阀组件，其具有与所述气态燃料源流体连通的入口和与所述多个汽缸中的至少一个流体连通的出口；

限流器组件，其包括：

进入管道，其配置成接收来自于所述气态燃料源的气态燃料；

阀室，其包括进入端和远离所述进入端的排出端，其中所述阀室在所述进入端处与所述进入管道流体连通，且在所述排出端处与所述进气阀组件的所述入口流体连通；

阀座，其固定设置在所述阀室的所述排出端，其中所述阀座包括延伸穿过其中的通道、与所述阀座的所述通道流体连通的排出管道；

阀体，其可移动地设置在所述阀室内，其中所述阀体包括延伸穿过其中的控制节流孔，所述控制节流孔配置成基于所述进入管道和排出管道之间的压差来调节所述阀体在所述阀室的所述进入端和排出端之间的位置；和

弹簧元件，其设置在所述阀座和所述阀体之间，其中所述弹簧元件的弹簧力使所述阀体朝向所述阀室的所述进入端，

其中所述阀体被配置成，响应于所述进入管道和所述排出管道之间的第一预定压差，抵靠所述阀座以关闭气态燃料在所述阀室和所述阀座的所述通道之间流动。

7.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述限流器组件邻近所述进气阀组件的所述入口设置。

8.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，进一步包括控制单元，所述控制单元配置成接收压差并响应于所述压差启动气态燃料进入阀。

9. 根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述限流器组件包括联接至所述进气阀组件的壳体。

10.根据权利要求9的所述的内燃机，其特征在于，进一步包括密封件，其设置在所述限流器组件的所述壳体和所述进气阀组件的所述壳体之间以使两者密封接合。