CN206816404U - 一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，采用直通的供气方式，保证进入阀体内的燃气的充足供给；阀芯底端应用密封环带进而形成进气环腔，燃气沿轴向进入，一方面避免了燃气干涉，保证了气路平衡，另一方面减轻了阀座质量，提高了响应速度；采用带有稳压腔的阀座结构，其能够有效抑制燃气喷射阀内部燃气压力的波动，保证了燃气喷射阀喷气压力的稳定性；通过燃料扩散管的空腔结构，使燃料能够分布在整个装置中，实现了供气装置供气的连续性和响应性；通过支管斜槽结构，使喷出的气体燃料形成涡流，促进燃料与空气的混合程度，有利于燃烧，提高装置工作性能。

Description

一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种气体燃料喷射混合装置，具体地说是气体燃料发动机的气体燃料喷射混合装置。

背景技术

随着能源与环境形势的日益严峻、排放法规要求的提高，节能减排已然成为整个发动机行业需发展的必然趋势，应用气体燃料的发动机因其自身良好的排放性受到广泛的关注。一整套进气系统，包括从燃气喷射阀到进气歧管再到气阀气缸等诸多部分，燃料和空气流经的每个部分对于气体燃料发动机的性能都有着重要意义。对于气体燃料的喷射，既要要求喷射流量大、喷射效率高，同时还要求喷射稳定、响应性好；而对于气体燃料和空气的流动，需要使气体燃料和空气在进入到气缸之前能够进行充分的混合，以提高燃料燃烧效率节约能源消耗。

发明内容

本实用新型的目的在于提供能使燃料在进入到气缸之前与空气进行充分混合，提高燃烧效率的一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：包括燃气喷射阀、连接气罩、燃料扩散管；

所述燃气喷射阀包括阀体、阀座、电磁铁、阀芯组合体，阀座固定在阀体下方并与阀体之间形成阀空间，电磁铁位于阀空间里并与阀体上端固定，电磁铁里缠绕线圈，阀芯组合体位于阀空间里并设置在电磁铁下方，所述的阀芯组合体包括衔铁、弹簧座、底板、阀芯、导向销，衔铁、底板、阀芯自上而下布置同时通过紧固螺栓连接在一起，弹簧座位于衔铁外部并与衔铁之间形成环形槽，电磁铁内部设置环形槽，主复位弹簧的两端分别布置在电磁铁的环形槽和弹簧座的环形槽内，衔铁中心处安装导向销，导向销伸入至电磁铁里，电磁铁里设置辅复位弹簧，辅复位弹簧的两端分别接触电磁铁和导向销，导向销里设置压力平衡孔，底板上设置压力平衡槽，阀芯为中空结构，阀芯下方的阀座上设置中心稳压腔，阀座的外端设置端部稳压腔，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分以及中心稳压腔相通并构成内部空间，阀芯上设置密封环带，密封环带形成进气环腔，阀座上设置出气环带，出气环带位于进气环腔下方，出气环带下方设置出气口；

所述燃料扩散管包括气管主体，气管主体包括主管和支管，主管为空腔的圆环结构，圆环结构上设置主管连通孔，圆环中部为主管中心孔，支管的前端与主管的圆环结构相通，主管与连接气罩相连并相通，主管中心孔连通空气进气道，主管中心孔后方的支管区域构成燃气混合区，所有支管贴于进气歧管管壁四周分布，支管的内侧开设斜槽；

出气口连通连接气罩。

本实用新型还可以包括：

1、主管连接气罩的一端上方为波浪形结构，主管连通孔处为圆台结构。

2、支管的末端设置半圆开孔，每个支管上的斜槽为四个，其与进气歧管轴线的夹角分别为30°、30°、45°、60°。

3、电磁铁的上部与阀体之间形成进气口，电磁铁的中下部与阀体之间形成进气腔，阀芯组合体与阀体之间形成导流腔，进气口、进气腔、导流腔相通并构成外部空间，外部空间与内部空间相通，阀芯上设置轴向进气孔；

燃气经进气口垂直流入进气腔，一部分燃气流入到内部空间以及阀座的中心稳压腔，其余燃气继续垂直流动，在导流腔的导流作用下，一部分燃气流经轴向进气孔，充满阀芯上的进气环腔，另一部分燃气流入阀座外端的端部稳压腔内；

燃气喷射阀工作过程中，在线圈未通电时，在主复位弹簧和辅复位弹簧的预紧力作用下，阀芯上的密封环带与阀座的上表面紧密配合，燃气充满燃气喷射阀的阀体内部的外部空间和内部空间；线圈通电后，衔铁受到向上电磁力的作用，阀芯组合体在克服主复位弹簧、辅复位弹簧的预紧力后向上运动，阀芯与阀座表面分离，燃气喷射阀开启，气路开启，燃气由阀芯上的轴向进气孔流入，通过进气环腔，经由阀芯与阀座之间的空隙，经由出气口导向后垂直流出并进入连接气罩，之后进入燃料扩散管，燃气在主管的圆环结构内扩散，再流入到各个支管中，流入到支管的燃气通过各个斜槽喷入到燃气混合区，与此同时空气从空气进气道经过主管中心孔进入到燃气混合区，在涡流的作用下，燃气与空气混合流入到进气歧管中；线圈断电后，在主复位弹簧和辅复位弹簧的预紧力作用下，衔铁向下运动，阀芯组合体整体向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，重新回到初始位置，燃气喷射阀关闭，气路关闭。

本实用新型的优势在于：本实用新型通过电磁铁通电吸引衔铁的方式，使得电磁阀的阀芯组合体在导向销的内导向作用下离开阀座运动，实现燃气阀喷气的功能，燃气由电磁阀出口经连接气罩进入燃料扩散管喷射入进气歧管，实现燃气混合的功能；本实用新型采用直通的供气方式，保证进入阀体内的燃气的充足供给；阀芯底端应用密封环带进而形成进气环腔，燃气沿轴向进入，一方面避免了燃气干涉，保证了气路平衡，另一方面减轻了阀座质量，提高了响应速度；本实用新型采用带有稳压腔的阀座结构，其能够有效抑制燃气喷射阀内部燃气压力的波动，保证了燃气喷射阀喷气压力的稳定性；本实用新型于导向销处设置了压力平衡孔，于底板处设置了压力平衡槽，促使衔铁内外气路达到平衡，保证了衔铁上下无燃气压力差，避免了衔铁受到额外的轴向力，进一步地提高了燃气喷射阀的响应速度，降低了燃气喷射阀工作的控制难度；本实用新型采用较大曲率半径的连接气罩，减少了尖锐棱角结构引起的气流流动总压损失，进一步提高了装置的喷射流量；本实用新型采用的燃料扩散管紧贴歧管壁布置，在燃气喷射时破坏了空气流动的壁面边界层，增强了空气流动的湍动能，进一步加强了燃料与空气之间的混合。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为燃气喷射阀总体结构示意图；

图3为阀芯组合体示意图；

图4为燃料扩散管正视图；

图5为本实用新型的气流走向图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1-5，图1为本实用新型一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置的整体结构示意图，包括1燃气喷射阀、2连接气罩、3燃料扩散管。

如图2所示，一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置的燃气喷射阀，包括4阀体、5电磁铁、6线圈、7主复位弹簧、9辅复位弹簧、10阀芯组合体、12密封胶圈和13阀座。电磁铁5通过其上方的螺纹与阀体4连接在一起，使其固定在阀体4上方的中心位置，线圈6缠绕在电磁铁5内部的环槽内，在电磁铁5下方自上而下依次布置有阀芯组合体10、阀座13，阀座13与阀体4之间通过螺栓固定连接在一起，二者之间的配合面通过密封胶圈12来实现密封，阀座13在中心位置以及靠近密封环带19处两端均开有稳压腔8，阀座13中心位置的稳压腔8与阀芯组合体10内部的燃气空间相连通，而阀座13两端的稳压腔8与阀体4内的导流腔相连通；阀座13上的稳压腔8能够有效地抑制燃气喷射阀在工作过程中引起的燃气压力的波动，保证了燃气喷射阀喷气压力的稳定性。

如图3所示，一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置的阀芯组合体10由导向销14、衔铁15、弹簧座16、底板17、阀芯18、卡簧21、垫片22和紧固螺栓24组成，衔铁15通过紧固螺栓24与底板17、阀芯18连接在一起，衔铁15与底板17之间布置有一层垫片22，底板17上方开有四个压力平衡槽23，弹簧座16安装在底板17的上方，其内部的侧表面与衔铁15的侧表面相接触，主复位弹簧7的两端分别位于电磁铁5与弹簧座16的环形槽内，电磁铁5中心开有一定深度的直槽，电磁铁5与衔铁15之间的导向销14布置在直槽内部，导向销14上方与电磁铁5之间布置有辅复位弹簧9，导向销14中心开有压力平衡孔20，布置在衔铁15的中心位置，利用卡簧21将其与衔铁15固定起来，导向销14中心处的压力平衡孔20配合底板17上的压力平衡槽23使得阀芯组合体10内部空间与外部空间连通，内外气路达到平衡，阀芯组合体10的内外燃气无压力差，避免自身在运动时受到额外的轴向力，阀芯18由阀芯主体、密封环带19这两部分构成，阀芯组合体10整体布置在电磁铁5下方。

如图4所示，一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置的燃料扩散管由主管部分25、支管部分26和出气斜槽27组成。主管部分25与连接气罩2紧密相连，另一边与支管部分26连通，支管部分26紧贴在进气歧管壁上程周向布置，在支管部分26向歧管中心一侧的管壁上，开有一系列出气斜槽27，在本实施例中，出气斜槽与歧管轴向夹角分别为30°、30°、45°、60°。

气体燃料混合装置工作过程中，在线圈6未通电时，在主复位弹簧7和辅复位弹簧9的预紧力作用下，阀芯组合体10在初始位置维持不动，阀芯组合体10中的阀芯18上的密封环带19与阀座13的上表面紧密配合，此时出气环带11附近的环腔与阀体4内部空间尚未连通，燃气充满燃气喷射阀的阀体4内部的整个空间。线圈6通电后，电磁铁5、衔铁15被磁化，衔铁15受到向上电磁力的作用，由于紧固螺栓24将阀芯组合体10中包括衔铁15在内的各个组件固定在一起，阀芯组合体10同样受到向上的作用力，在克服主复位弹簧7、辅复位弹簧9的预紧力后向上运动，随之一同向上运动的阀芯18与阀座13表面分离，此时，燃气喷射阀开启，气路开启，燃气由阀芯18上的轴向进气孔28流入，通过多道密封环带19周围具有一定深度的进气环腔29，经由阀芯18与阀座13之间的空隙，最后经由出气口30导向后垂直流出，阀芯18和阀座13间采用多道环带，面密封，稳压平衡，并且较宽的环带面积可减少冲击，提高可靠性，阀座13在靠近进气环腔29两端以及自身中心位置处设置的稳压腔8使得周围的燃气在流动过程中通气均匀，气压平衡；气体燃料经由连通气罩2流入燃料扩散管3，气体燃料在主管25的圆环结构内扩散，再流入到各个支管中26，流入到支管26的气体燃料通过各个斜槽27喷入到燃气混合区，与此同时新鲜空气从空气进气道经过主管中心孔进入到燃气混合区，由于支管分布在贴近进气歧管的位置，破坏了歧管壁形成的空气边界层，增加空气流动的湍动能，此外由于支管上的斜槽27采取渐变的角度设计，因此气体燃料在喷入到混合区时会产生涡流，在涡流的作用下，燃料与空气可以进行充分的混合再流入到气缸中。燃气喷出一定量后，线圈5断电，衔铁15受到的电磁力消失，在电磁铁5与弹簧座16、导向销14之间的主复位弹簧7、辅复位弹簧9的预紧力作用下，衔铁15向下运动，阀芯组合体10向下运动，同时带动阀芯18向下运动，直至阀芯18表面与阀座13表面贴合，重新回到初始位置，燃气喷射阀关闭，气路关闭。

由上述的工作过程可知：本实用新型一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置通过电磁铁5通电吸引衔铁15的方式，使得阀芯组合体10在导向销14的内导向作用下离开阀座13运动，实现燃气阀喷气的功能；本实用新型采用直通的供气方式，保证进入阀体4内的燃气的充足供给；阀芯18底端应用密封环带19进而形成进气环腔29，燃气沿轴向进入，一方面避免了燃气干涉，保证了气路平衡，另一方面减轻了阀座13质量，提高了响应速度；本实用新型采用带有稳压腔8的阀座18结构，其能够有效抑制燃气喷射阀内部燃气压力的波动，保证了燃气喷射阀喷气压力的稳定性；本实用新型于导向销14处设置了压力平衡孔，于底板17处设置了压力平衡槽，保证了衔铁15上下无燃气压力差，避免了阀芯组合体10中衔铁15受到额外的轴向力，进一步地提高了燃气喷射阀的响应速度，降低了燃气喷射阀工作的控制难度。当燃料喷射停止时，燃料在燃料扩散管3内的流动也就基本停止，燃料就被储存在气罩2、主管25和各个支管26内。待到下次进气冲程时，燃气喷射阀1和气缸气阀打开，储存在气罩2、主管25、支管26内的燃料会被后续的燃料推送到燃气混合区，在与空气混合后进入气缸，由此提高了整个进气装置供气的响应性。

本实用新型是一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，装置分为燃气喷射阀、连接气罩和燃料扩散管。燃气喷射阀包括阀体、电磁铁、线圈、主复位弹簧、辅复位弹簧、阀芯组合体、密封胶圈和阀座，电磁铁通过其上方的螺纹与阀体连接在一起，使其固定在阀体上方的中心位置，线圈缠绕在电磁铁内部的环槽内，在电磁铁下方自上而下依次布置有阀芯组合体、阀座，阀座与阀体之间通过螺栓固定连接在一起，二者之间的配合面通过密封胶圈来实现密封，阀座在中心位置以及靠近密封环带处两端均开有稳压腔，阀座中心位置的稳压腔与阀芯组合体内部的燃气空间相连通，而阀座两端的稳压腔与阀体内的导流腔相连通；前述的阀芯组合体由导向销、衔铁、弹簧座、垫片、底板、卡簧、紧固螺栓和阀芯组成，衔铁通过紧固螺栓与底板、阀芯连接在一起，衔铁与底板之间布置有一层垫片，底板上方开有四个压力平衡槽，弹簧座安装在底板的上方，其内部的侧表面与衔铁的侧表面相接触，主复位弹簧的两端分别位于电磁铁与弹簧座的环形槽内，电磁铁中心开有一定深度的直槽，电磁铁与衔铁之间的导向销布置在直槽内部，导向销上方与电磁铁之间布置有辅复位弹簧，导向销中心开有压力平衡孔，布置在衔铁的中心位置，利用卡簧将其与衔铁固定起来，阀芯由阀芯主体、密封环带组成，阀芯组合体整体布置在电磁铁下方；燃气经由进气口垂直流入阀体内，由于导向销上的压力平衡孔和底板上的压力平衡槽的存在，阀芯组合体内部空间与阀体内空间连通，一部分燃气会流入到阀芯组合体内部空间，随即充满了阀芯组合体内部空间以及阀座中心处的稳压腔；其余燃气沿着导流腔流入充满阀体内部，一部分由轴向进气孔流入，充满多道密封环带周围的具有一定深度的进气环腔，另一部分充满了阀座两端处的稳压腔以及阀芯的周围空间。线圈未通电时，阀芯表面与阀座表面相贴合，阀芯上的进气环腔与阀座上出气环带附近的环腔不连通；线圈通电时，阀芯表面脱离阀座表面，此时进气环腔与出气环带附近的环腔相连通，阀芯的抬起与落座控制着进气环腔与出气环带附近的环腔之间的通断。连接气罩一端与燃气喷射阀出口紧密连接，另一端则与燃料扩散管紧密连接，燃料从燃气喷射阀喷出，经连接气罩进入燃料扩散管内部。燃料扩散管包括主管与支管，主管为一连接气罩的环形空腔结构，一端与连接气罩通过螺纹连接；在主管的另一侧连接着若干支管，支管紧贴进气歧管内壁周向布置，在支管内侧壁上开设一系列角度不等的斜槽，且斜槽角度渐变，气体燃料通过这些斜槽流入到进气歧管内与空气混合。

Claims (5)

1.一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：包括燃气喷射阀、连接气罩、燃料扩散管；

所述燃气喷射阀包括阀体、阀座、电磁铁、阀芯组合体，阀座固定在阀体下方并与阀体之间形成阀空间，电磁铁位于阀空间里并与阀体上端固定，电磁铁里缠绕线圈，阀芯组合体位于阀空间里并设置在电磁铁下方，所述的阀芯组合体包括衔铁、弹簧座、底板、阀芯、导向销，衔铁、底板、阀芯自上而下布置同时通过紧固螺栓连接在一起，弹簧座位于衔铁外部并与衔铁之间形成环形槽，电磁铁内部设置环形槽，主复位弹簧的两端分别布置在电磁铁的环形槽和弹簧座的环形槽内，衔铁中心处安装导向销，导向销伸入至电磁铁里，电磁铁里设置辅复位弹簧，辅复位弹簧的两端分别接触电磁铁和导向销，导向销里设置压力平衡孔，底板上设置压力平衡槽，阀芯为中空结构，阀芯下方的阀座上设置中心稳压腔，阀座的外端设置端部稳压腔，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分以及中心稳压腔相通并构成内部空间，阀芯上设置密封环带，密封环带形成进气环腔，阀座上设置出气环带，出气环带位于进气环腔下方，出气环带下方设置出气口；

所述燃料扩散管包括气管主体，气管主体包括主管和支管，主管为空腔的圆环结构，圆环结构上设置主管连通孔，圆环中部为主管中心孔，支管的前端与主管的圆环结构相通，主管与连接气罩相连并相通，主管中心孔连通空气进气道，主管中心孔后方的支管区域构成燃气混合区，所有支管贴于进气歧管管壁四周分布，支管的内侧开设斜槽；

出气口连通连接气罩。

2.根据权利要求1所述的一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：主管连接气罩的一端上方为波浪形结构，主管连通孔处为圆台结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：支管的末端设置半圆开孔，每个支管上的斜槽为四个，其与进气歧管轴线的夹角分别为30°、30°、45°、60°。

4.根据权利要求1或2所述的一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：电磁铁的上部与阀体之间形成进气口，电磁铁的中下部与阀体之间形成进气腔，阀芯组合体与阀体之间形成导流腔，进气口、进气腔、导流腔相通并构成外部空间，外部空间与内部空间相通，阀芯上设置轴向进气孔；

燃气经进气口垂直流入进气腔，一部分燃气流入到内部空间以及阀座的中心稳压腔，其余燃气继续垂直流动，在导流腔的导流作用下，一部分燃气流经轴向进气孔，充满阀芯上的进气环腔，另一部分燃气流入阀座外端的端部稳压腔内；

燃气喷射阀工作过程中，在线圈未通电时，在主复位弹簧和辅复位弹簧的预紧力作用下，阀芯上的密封环带与阀座的上表面紧密配合，燃气充满燃气喷射阀的阀体内部的外部空间和内部空间；线圈通电后，衔铁受到向上电磁力的作用，阀芯组合体在克服主复位弹簧、辅复位弹簧的预紧力后向上运动，阀芯与阀座表面分离，燃气喷射阀开启，气路开启，燃气由阀芯上的轴向进气孔流入，通过进气环腔，经由阀芯与阀座之间的空隙，经由出气口导向后垂直流出并进入连接气罩，之后进入燃料扩散管，燃气在主管的圆环结构内扩散，再流入到各个支管中，流入到支管的燃气通过各个斜槽喷入到燃气混合区，与此同时空气从空气进气道经过主管中心孔进入到燃气混合区，在涡流的作用下，燃气与空气混合流入到进气歧管中；线圈断电后，在主复位弹簧和辅复位弹簧的预紧力作用下，衔铁向下运动，阀芯组合体整体向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，重新回到初始位置，燃气喷射阀关闭，气路关闭。

5.根据权利要求3所述的一种轴向进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：电磁铁的上部与阀体之间形成进气口，电磁铁的中下部与阀体之间形成进气腔，阀芯组合体与阀体之间形成导流腔，进气口、进气腔、导流腔相通并构成外部空间，外部空间与内部空间相通，阀芯上设置轴向进气孔；

燃气经进气口垂直流入进气腔，一部分燃气流入到内部空间以及阀座的中心稳压腔，其余燃气继续垂直流动，在导流腔的导流作用下，一部分燃气流经轴向进气孔，充满阀芯上的进气环腔，另一部分燃气流入阀座外端的端部稳压腔内；

燃气喷射阀工作过程中，在线圈未通电时，在主复位弹簧和辅复位弹簧的预紧力作用下，阀芯上的密封环带与阀座的上表面紧密配合，燃气充满燃气喷射阀的阀体内部的外部空间和内部空间；线圈通电后，衔铁受到向上电磁力的作用，阀芯组合体在克服主复位弹簧、辅复位弹簧的预紧力后向上运动，阀芯与阀座表面分离，燃气喷射阀开启，气路开启，燃气由阀芯上的轴向进气孔流入，通过进气环腔，经由阀芯与阀座之间的空隙，经由出气口导向后垂直流出并进入连接气罩，之后进入燃料扩散管，燃气在主管的圆环结构内扩散，再流入到各个支管中，流入到支管的燃气通过各个斜槽喷入到燃气混合区，与此同时空气从空气进气道经过主管中心孔进入到燃气混合区，在涡流的作用下，燃气与空气混合流入到进气歧管中；线圈断电后，在主复位弹簧和辅复位弹簧的预紧力作用下，衔铁向下运动，阀芯组合体整体向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，重新回到初始位置，燃气喷射阀关闭，气路关闭。