CN206903776U - 一种混合进气的集成式交叉环槽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混合进气的集成式交叉环槽气体燃料喷射混合装置，通过阀内轴向主气槽直接进气和周向补气孔进气的混合进气方式，实现大流量的同时提高了进气的稳定性。经燃气喷射阀喷射出的燃气经过渐缩喷管的加速作用后进入气管结构的直段，此时燃气流速较高，而在气管的直段又开有周向布置的、大小不一的气管环槽，气管环槽互相呈90°错开布置，也可以根据实际需要将气管环槽倾斜方向设置为向着发动机进气方向。同时，进气歧管内的空气卷杂着气管环槽喷出的燃气高速流动，进一步提高了燃气空气混合效果，提高了混合的均匀性，同时气管直段末端靠近发动机进气阀，提高了进气响应性。

Description

一种混合进气的集成式交叉环槽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燃料喷射混合装置，具体地说是气体燃料喷射混合装置。

背景技术

天然气燃烧清洁并且在我国储量丰富，使其成为最有可能替代柴油的燃料。在内燃机行业中，节能减排作为内燃机发展的必然趋势，应用天然气作为主燃料的内燃机在保证动力性的前提下，可大幅地降低排放污染情况，应用天然气为燃料的内燃机近年来已然成为行业内的研究热点。作为天然气发动机的燃料供给装置，燃气喷射阀的性能直接决定天然气发动机的特性。开发响应速度快、气压稳定、控制精度高、可靠性高的大流量燃气喷射阀，是目前天然气发动机燃气喷射阀发展的趋势。

然而，由于天然气是气态燃料，在进气时会挤占较多的空气体积，造成充气效率降低。更重要的是，由于燃气和空气的密度不一致，进气时会有比较严重的进气分层现象，造成燃气和空气的混合效果不佳，影响后续的燃烧质量，造成污染物排放超标。

因此气体燃料喷射混合装置的整体性能是燃气发动机中的关键。许多研究人员提出了了一系列进气系统设计方案，这些系统结构虽然为燃气供给提供了一种较好的方法，但同时也存在着一些不足，比如进气混合均匀性和响应性仍有诸多不足之处。

发明内容

本实用新型的目的在于提供能够提高进气混合效果的同时兼顾进气的稳定性和响应性的一种混合进气的集成式交叉环槽气体燃料喷射混合装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种混合进气的集成式交叉环槽气体燃料喷射混合装置，其特征是：包括燃气喷射阀部分、进气弯管、气管；

燃气喷射阀部分包括阀体、阀座、电磁铁、阀芯组合体，电磁铁安装在阀体上，阀体安装在阀座上，电磁铁、阀体以及阀座之间形成阀空间，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，密封环带形成环腔，阀座上设置出气环带，出气环带位于环腔下方，出气环带下方设置出气口，阀芯上表面开设轴向主气槽，肋片上开有周向补气孔，并在补气孔处设置导流锥角；

进气弯管的首端设置在出气口下方，进气弯管的末端连接气管，气管位于进气歧管里，气管上设置气管环槽，进气弯管的首端和末端两个端截面轴线互成90°。

本实用新型还可以包括：

1、进气弯管为渐缩喷管，进气弯管的首端截面面积大于其末端截面面积，所述的气管环槽包括第一类气管环槽和第二类气管环槽，第一类气管环槽和第二类气管环槽各自成周向布置且互相成90°错开布置，第一类气管环槽和第二类气管环槽的大小不同。

2、第一类气管环槽和第二类气管环槽倾斜设置，其倾斜方向为指向发动机进气方向。

3、阀体上设置伸出部分，伸出部分设置进气口，进气口下方的阀体里设置导流腔，进气口、导流腔相通并构成外部空间，外部空间与内部空间相通；

燃气经进气口垂直流入导流腔，沿着导流腔流入充满阀体内部的外部空间和内部空间，其中一部分由压力平衡孔流入中心稳压腔内，端部稳压腔与导流腔相连通；

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，燃气由轴向主气槽和周向补气孔的混合进气方式流入，通过环腔，由出气口垂直流入进气弯管和气管，从气管的端部、第一类气管环槽、第二类气管环槽进入进气歧管；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：本实用新型压力平衡孔、压力平衡槽和稳压腔能够保证阀开闭的稳定性，增强系统供气和断气的响应性；通过阀内轴向主气槽直接进气和周向补气孔进气的混合进气方式，实现大流量的同时提高了进气的稳定性。当燃气从燃气喷射阀喷出时，燃气从喷射阀进入气管结构的弯曲段，由于弯曲喷管类似于渐缩喷管，所以经燃气喷射阀喷射出的燃气经过渐缩喷管的加速作用后进入气管结构的直段，此时燃气流速较高，而在气管的直段又开有周向布置的、大小不一的气管环槽，气管环槽互相呈90°错开布置，也可以根据实际需要将气管环槽倾斜方向设置为向着发动机进气方向。同时，进气歧管内的空气卷杂着气管环槽喷出的燃气高速流动，进一步提高了燃气空气混合效果，提高了混合的均匀性，同时气管直段末端靠近发动机进气阀，提高了进气响应性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为燃气喷射阀的整体结构示意图；

图3为阀芯组合体结构示意图；

图4为气体燃料的流动示意图。

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1-4，图1为种混合进气的集成式多孔气体燃料喷射混合装置的整体结构示意图，包括燃气喷射阀部分1a、进气弯管部分2b、气管结构部分3c。

图2中，电磁铁1通过固定螺栓9固定在阀体7上，线圈2缠绕在电磁铁1内部的环槽内，在电磁铁1下方自上而下依次布置有阀芯组合体5、阀座8，阀座8与阀体7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。

图3中的阀芯组合体主要由导向销13、卡簧21、衔铁14、弹簧座15、紧固螺栓24、垫片22、底板16和阀芯17组成，衔铁14通过紧固螺栓24与底板16、阀芯17连接在一起，衔铁14与底板16之间布置有一层垫片22，弹簧座 15安装在底板16的上方，其内部的侧表面与衔铁14的侧表面相接触，主复位弹簧3的两端分别位于电磁铁1与弹簧座15的环形槽内，电磁铁1中心开有一定深度的直槽，电磁铁1与衔铁14之间的导向销13布置在直槽内部，导向销 13中心开有压力平衡孔20，底板16上开有一定数量的压力平衡槽23，避免衔铁14受到轴向力，使衔铁14处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁14响应速度，导向销13上方与电磁铁1之间布置有辅复位弹簧4，布置在衔铁14的中心位置，利用卡簧21将导向销13与衔铁14固定起来。导向销13中心处的压力平衡孔20配合底板16上的压力平衡槽23使得阀芯组合体5内部空间与外部空间连通，内外气路达到平衡，阀芯组合体5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17由阀芯主体、肋片18和密封环带19组成。阀芯组合体5整体布置在电磁铁1下方。

首先，进气时燃气由进气口26垂直流入阀体7内，沿着导流腔27流入充满阀体7内部，其中一部分由导向销13处的压力平衡孔20流入阀座8中心处稳压腔29内，阀座8中心位置的稳压腔29与阀芯组合体5内部的燃气空间相连通，而阀座8外围处的稳压腔29与阀体7内的导流腔27相连通。在线圈2 未通电时，在主复位弹簧3和辅复位弹簧4的预紧力作用下，阀芯组合体5在初始位置维持不动，阀芯组合体5中的阀芯17的密封环带19的下表面与阀座8的出气环带11的上表面紧密贴合，此时出气环带11与阀体7内部空间尚未连通，燃气充满燃气喷射阀的阀体7内部的整个空间。线圈2通电后，电磁铁 1、衔铁14被磁化，电磁铁1与衔铁14之间形成磁回路，衔铁14受到电磁力的作用克服主复位弹簧3及辅复位弹簧4的预紧力后向上运动，带动阀芯17向上运动与阀座8表面分离，直到弹簧座15的上表面与电磁铁1的下表面相接触，整个运动过程中，衔铁14的轴向运动与周向定位均由导向销13与电磁铁1之间的配合来控制实现，此时，气路开启，电磁阀开启，气体迅速由轴向主气槽 32和周向补气孔28的混合进气方式流入，通过多道环腔30，最后由出气口31 垂直流出，燃气进入进气弯曲管3c，由于进气弯曲管3c的管径是逐渐减小的，所以这个弯曲喷管作用类似于渐缩喷管，根据流体力学知识可知，截面积的大小与流体流速成反比，所以这个弯曲喷管可以对亚声速气流产生加速作用，从而喷射出的燃气经过渐缩喷管的加速作用后进入气管结构33，此时燃气流速较高，在气管又开有周向布置的、大小不一的气管环槽35和36，由于环槽35和环槽36大小不一致，导致经过环槽喷出的燃气流速也不一致，从而形成一定的速度梯度。也增大了和进气歧管内空气流速的速度差，起到了加强混合的作用，而且为了减少管阻，也可以考虑将燃气喷射气管环槽倾斜设置为倾斜，方向设置为向着发动机进气方向。

气管外面的发动机进气歧管34同时吸入空气，由于气管环槽35和36的大小有一定的差别，所以经过不同的气管环槽喷出的燃气速度不同，由于燃气流速相对较快空气流速相对较慢，而且燃气流速存在速度梯度，这样会导致混合效果将会更加均匀，提高了发动机混合气形成的均匀性，同时气管33末端靠近发动机进气阀，提高了进气响应性，从而可以显著减少进气歧管34内残存的燃气，提高燃烧效率和做功能力。

当线圈2断电，衔铁14受到的电磁力消失，在电磁铁1与弹簧座15之间的主复位弹簧3和导向销13和电磁铁1之间的辅复位弹簧4的作用下，衔铁 14向下运动，带动阀芯17向下运动，直至阀芯17表面与阀座8表面贴合，衔铁14恢复到初始位置，气路关闭，系统供气结束。

轴向主气槽32直接进气和周向补气孔28进气的混合进气方式，增加进气流量系数，实现大流量，有效地提高了燃气喷射阀的供气效率，同时可以避免气流干涉，实现气路的平衡、稳定；阀芯17和阀座8间采用多道密封环带19 和出气环带11结构，实现燃气喷射阀的面密封，稳压平衡，并且较宽的环带面积可减少冲击，提高可靠性；在阀座8中心和外围处均设置稳压腔29，能够有效抑制燃气喷射阀内部燃气压力的波动可使通气均匀，实现气流的稳定工作，可靠工作，实现高响应速度。

本实用新型的技术解决内容如下：

本实用新型一种混合进气的集成式多孔气体燃料喷射混合装置，主要由电磁阀部分、进气弯管部分以及气管结构部分组成，其中燃气喷射阀部分包括电磁铁、主辅复位弹簧、导向销、阀芯、肋片、主气槽、补气孔、密封环带、出气环带、阀体、阀座、稳压腔、压力平衡孔和压力平衡槽；电磁铁通过固定螺栓固定在阀体上，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。燃气喷射阀的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，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，导向销中心开有压力平衡孔，底板上开有一定数量的压力平衡槽，导向销上方与电磁铁之间布置有辅复位弹簧，布置在衔铁的中心位置，利用卡簧将导向销与衔铁固定起来，阀芯由阀芯主体、肋片和密封环带组成，阀芯组合体整体布置在电磁铁下方，在阀芯的肋片上开周向补气孔并在补气孔处设置导流锥角，阀芯和阀座之间采用密封环带和出气环带结构，面密封，稳压平衡，并且具有较宽的环带面积，在阀座中心位置和外围处均开有稳压腔，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，而阀座外围处的稳压腔与阀体内的导流腔相连通。

进气弯管部分是一个所述的进气弯管部分是一个中空管结构，而且弯管的两端截面轴线互成90°。所以进气弯管作用类似于渐缩喷管，可以对经过燃气喷射阀喷出的燃气进行加速，增大后面气管直段内燃气流速与进气歧管内空气流速的速度差，从而增强燃气和空气的湍流撕裂混合作用，进气歧管内的空气卷杂着燃气高速流动，进一步提高了燃气空气混合效果，提高了混合的均匀性。进气弯管部分管径最小的末端和气管结构采用螺纹连接，并且采用专用的耐高温螺纹密封胶密封，以保证二者之间的气密性。

气管结构是一个壁厚2mm的不锈钢管，以适应发动机进气道内高温腐蚀的环境。而气管结构上开有周向环槽。环槽错开布置，而且错开布置的环槽的中心线互相垂直。环槽大小也可以根据需要将环槽开口设置为倾斜，倾斜方向向着发动机进气方向。同时，进气歧管内的空气卷杂着燃气高速流动，进一步提高了燃气空气混合效果，提高了混合的均匀性。气管末端尽可能靠近发动机进气阀，气管的具体长度以发动机不同类型而定，以提高发动机进气响应性，减少进气道内残余燃气。

Claims (4)

1.一种混合进气的集成式交叉环槽气体燃料喷射混合装置，其特征是：包括燃气喷射阀部分、进气弯管、气管；

燃气喷射阀部分包括阀体、阀座、电磁铁、阀芯组合体，电磁铁安装在阀体上，阀体安装在阀座上，电磁铁、阀体以及阀座之间形成阀空间，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，密封环带形成环腔，阀座上设置出气环带，出气环带位于环腔下方，出气环带下方设置出气口，阀芯上表面开设轴向主气槽，肋片上开有周向补气孔，并在补气孔处设置导流锥角；

进气弯管的首端设置在出气口下方，进气弯管的末端连接气管，气管位于进气歧管里，气管上设置气管环槽，进气弯管的首端和末端两个端截面轴线互成90°。

2.根据权利要求1所述的一种混合进气的集成式交叉环槽气体燃料喷射混合装置，其特征是：进气弯管为渐缩喷管，进气弯管的首端截面面积大于其末端截面面积，所述的气管环槽包括第一类气管环槽和第二类气管环槽，第一类气管环槽和第二类气管环槽各自成周向布置且互相成90°错开布置，第一类气管环槽和第二类气管环槽的大小不同。

3.根据权利要求2所述的一种混合进气的集成式交叉环槽气体燃料喷射混合装置，其特征是：第一类气管环槽和第二类气管环槽倾斜设置，其倾斜方向为指向发动机进气方向。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种混合进气的集成式交叉环槽气体燃料喷射混合装置，其特征是：阀体上设置伸出部分，伸出部分设置进气口，进气口下方的阀体里设置导流腔，进气口、导流腔相通并构成外部空间，外部空间与内部空间相通；

燃气经进气口垂直流入导流腔，沿着导流腔流入充满阀体内部的外部空间和内部空间，其中一部分由压力平衡孔流入中心稳压腔内，端部稳压腔与导流腔相连通；

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，燃气由轴向主气槽和周向补气孔的混合进气方式流入，通过环腔，由出气口垂直流入进气弯管和气管，从气管的端部、第一类气管环槽、第二类气管环槽进入进气歧管；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。