CN105156234A - 一种气体燃料发动机混合气调制装置 - Google Patents

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李蕾
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Abstract

一种气体燃料发动机混合气调制装置，本发明涉及用于气体燃料发动机的无级燃气喷射器与混合装置。它解决了发动机喷射器性能匹配问题和燃气与空气不能均匀混合的问题。所述无级燃气喷射器由燃气进口、喷射器上阀体、喷射器下阀体，喷射器上壳体，喷射器下壳体构成，喷射器阀体内设置能根据负载实现比例控制的电磁阀；燃气混合装置由气体稳压器外壳、燃气导流喷射管和旋流器构成，可实现燃气的二级弥散与混合，旋流器具有叶片结构。该专利在喷射器阀体内设置能根据负载实现比例控制的电磁阀，不仅可以兼顾启动和小负荷时燃气的小流量精确控制，又可以满足高负荷时燃气的大流量要求，而导流喷射管和旋流器能够促进燃气和空气的混合。

Description

一种气体燃料发动机混合气调制装置
技术领域
本发明涉及一种气体燃料发动机的混合气调配、混合装置，特别涉及一种用于气体燃料发动机的无级燃气喷射器与混合装置。
背景技术
发展内燃机替代燃料是实现其节能减排非常有效的手段之一，对解决越来越严峻的石油危机和环境污染状况有很大作用。气体燃料(如天然气、石油气)，具有燃烧清洁、热值大等优点，尤其是天然气因其储量丰富而成为未来内燃机替代燃料的首选。但是目前内燃机的种类繁多，型号功率相差甚远，在不同类型内燃机基础上开发或改造为气体燃料发动机时，所配备的气体燃料喷射器的要求也就相差很大，不可能根据不同发动机的需求单独配置相应的气体燃料喷射器，而喷射器的参数和安装位置又会对发动机的使用性能造成很大影响，当喷射器过小的燃料喷射量范围无法满足发动机大功率的功率运行要求，特别是采用歧管多点喷射时无法满足燃气喷射的及时性；当喷射器过大的燃料喷射量范围会使启喷燃料量过大，特别是船舶柴油机，配套的都是大流量喷射器，发动机在低负荷运行时，使得燃料喷射量不精确，造成燃料的浪费以及动力性、经济性和排放性能下降；目前，发动机厂家或发动机的改造单位为了满足大功率船用气体发动机燃气供应量要求，多是为每缸安装多个小流量喷射器并且单独控制每个小流量电磁阀，但是喷射器的数量受歧管结构尺寸限制，而远离进气管安装会导致变工况喷气响应速度下降，而且多个小流量喷射器向各缸供给燃气也会使控制难度和***的不可靠性增加，还会产生电磁干扰，导致***工作不稳定。同时，进气歧管安装时会存在燃气和空气混合不充分的问题，使得燃烧效率下降，排放性能变差。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体燃料发动机混合气调制装置，用以解决在不同功率范围的内燃机基础上进行气体燃料发动机研发和改造过程中，喷射器性能匹配问题和燃气与空气不能均匀混合的问题。
本发明的目的是这样实现的：它包括无级燃气喷射器和燃气混合装置；所述无级燃气喷射器包括燃气进管1、喷射器上阀体20、喷射器下阀体7、球体24、钢球弹簧25、电磁阀体27、衔铁31、阀芯弹簧29和电磁线圈30，燃气进管1***喷射器上阀体20上端的腔体内且燃气进管1的外圆柱表面与喷射器上阀体20间密封，钢球弹簧25从下端把球体24顶向燃气进管1的下端开孔处以形成单向阀结构；
阀芯弹簧29的上端顶在电磁阀体27的下端上，阀芯弹簧29的下端顶在衔铁31的上端上，衔铁31设置在喷射器下阀体7内腔中的中心滑道内，衔铁31的轴心线处开有燃气通道15，燃气通道15一直贯通电磁阀体27并与上阀体20的内腔贯通，电磁线圈30环绕在电磁阀体27外，电磁线圈30连接在比例控制电路上；
燃气混合装置包括气体稳压器外壳13、燃气导流喷射管10、旋流器40和进气道50，喷射器下阀体7的下端外圆表面包绕气体稳压器外壳13，喷射器下阀体7的外圆表面与气体稳压器外壳13的内孔表面形成封闭的腔体，喷射器下阀体7下端的外圆表面与内孔表面之间开有至少两条径向通槽33，所述多个径向通槽33沿喷射器下阀体7的外圆表面均匀分布，所述径向通槽33的横截面为矩形；
气体稳压器外壳13的下端端面中心处与燃气导流喷射管10的一端相连通，燃气导流喷射管10的另一端弯折90度并***进气道50，燃气导流喷射管10的另一端端面封闭并与进气道50的空气入口50-1相邻，燃气导流喷射管10的另一端外圆表面上加工有多个径向喷孔11，所述多个径向喷孔11沿燃气导流喷射管10外圆表面均匀分布，空气入口50-1上设置有旋流器40。
1、本发明在阀体内设置能根据控制信号实现燃气流量比例控制的电磁阀，不仅可以兼顾启动和小负荷时燃气的小流量精确控制，又可以满足高负荷时燃气的大流量要求，而导流喷射管和旋流器能够促进燃气和空气的混合。该发明具有结构紧凑，控制灵活，燃气与空气混合均匀等特点，有利于改善发动机的经济性和排放性能。
2、径向通槽33的横截面形状是矩形，这使得衔铁抬起的高度和喷气量成正比例关系，能简化控制算法。
2、燃气导流喷射管10下端中心轴线与进气道50中心线重合，使得径向喷孔喷出的燃气方向和空气气流方向垂直，有利于混合。
3、旋流器的叶片结构能增加气体的撞击，形成湍流，使得空气与燃气混合更加均匀。同时，固定式的叶片也能增加其使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。图2为图1中A处放大结构示意图。图3为图1中D处放大结构示意图。图4为图1中C处放大结构示意图。图5为图1中E处放大结构示意图。图6为图1中F处放大结构示意图。图7为图1中B处放大结构示意图。图8为本发明旋流器结构示意图。图9为图8的A-A剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图9具体说明本实施方式。本实施方式包括无级燃气喷射器和燃气混合装置；所述无级燃气喷射器包括燃气进管1、喷射器上阀体20、喷射器下阀体7、喷射器上壳体19和喷射器下壳体16、球体24、钢球弹簧25、电磁阀体27、衔铁31、阀芯弹簧29和电磁线圈30，燃气进管1***喷射器上阀体20上端的腔体内且燃气进管1的外圆柱表面与喷射器上阀体20间密封，钢球弹簧25从下端把球体24顶向燃气进管1的下端开孔处以形成单向阀结构；球体24、钢球弹簧25、喷射器上阀体20共同组成了燃气喷射器的单向阀部分，保证了燃气不会逆向流动。
阀芯弹簧29的上端顶在电磁阀体27的下端上，阀芯弹簧29的下端顶在衔铁31的上端上，衔铁31设置在喷射器下阀体7内腔中的中心滑道内，衔铁31的轴心线处开有燃气通道15，燃气通道15一直贯通电磁阀体27并与上阀体20的内腔贯通，电磁线圈30环绕在电磁阀体27外，电磁线圈30连接在比例控制电路上，使电磁线圈30上流过的电流能够按比例得到控制，从而控制衔铁31在喷射器下阀体7中的轴向位置；
燃气混合装置包括气体稳压器外壳13、燃气导流喷射管10、旋流器40和进气道50，喷射器下阀体7的下端外圆表面包绕气体稳压器外壳13，喷射器下阀体7的外圆表面与气体稳压器外壳13的内孔表面形成封闭的腔体，喷射器下阀体7下端的外圆表面与内孔表面之间开有至少两条径向通槽33，所述多个径向通槽33沿喷射器下阀体7的外圆表面均匀分布，所述径向通槽33的横截面为矩形；
气体稳压器外壳13的下端端面中心处与燃气导流喷射管10的一端相连通，燃气导流喷射管10的另一端弯折90度并***进气道50，燃气导流喷射管10的另一端端面封闭并与进气道50的空气入口50-1相邻，燃气导流喷射管10的另一端外圆表面上加工有多个径向喷孔11，所述多个径向喷孔11沿燃气导流喷射管10外圆表面均匀分布，空气入口50-1上设置有旋流器40。
本发明中所述的无级燃气喷射器，喷射器上阀体20上设有接线插槽21，喷射器下阀体7腔室内安装比例电磁阀，比例电磁阀主要包括电磁阀体27、弹簧座28、阀芯弹簧29、电磁线圈30、衔铁31等。无级燃气喷射器的电磁阀体27和衔铁31中心加工燃气通道15，燃气通道15通向储气室34，当电磁阀17通电时，衔铁31被提升，燃气从储气室34流向喷嘴33，电磁线圈30断电后，衔铁31在阀芯弹簧29作用下落座，衔铁31落座处通过密封材料进行密封。
在不同的工况下，发动机电控单元通过采集到的各种传感器信号，给比例控制电路发出信号，驱动电磁阀，通过控制电磁线圈30的通断电控制衔铁31的抬起和落座，进而控制燃气的喷射与否。当电磁线圈30不通电时，阀芯弹簧29将衔铁31压紧在阀座上，衔铁31不开启，燃气不喷射；当电磁线圈30通电时，电磁阀体27对衔铁31有电磁力作用，当其电磁力大于阀芯弹簧29的预紧力时衔铁31开启，储存在储气室34中的燃气开始喷射。ECU可根据负荷不同随时调整控制电压信号的大小，使得电磁线圈30的通电电流根据负载的不同而改变，这样可以控制比例电磁铁的吸力根据负荷而调整，从而可以控制衔铁31抬起的高度，实现不同量燃气及时精确地喷入气缸。
具体实施方式二：下面结合图1至图9具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一相比具体限定了所述旋流器40包括法兰体38和风扇叶轮37，风扇叶轮37固定镶嵌在法兰体38的中心开孔处，所述风扇叶轮37与燃气导流喷射管10和进气道50同轴心线。
燃气混合装置由气体稳压器外壳13、燃气导流喷射管10和旋流器40构成，可实现燃气的二级弥散与混合。
无级燃气喷射器下方设置的燃气稳压室，可以将喷射器喷射出来的燃气收集，并起到稳压的作用，气体稳压器外壳13通过螺纹与喷射器下阀体7相连，并通过密封垫14进行密封。
燃气混合装置具有二级弥散与混合结构，一级弥散与混合是通过燃气导流喷射管10实现，二级弥散是通过旋流器实现。燃气导流喷射管10与稳压室外壳13连接，燃气导流喷射管10侧壁上加工有径向喷孔11，喷孔11的总面积可以满足喷射器最大流量要求，安装时导流喷射管10中心轴线与进气管或进气道中心线重合。
旋流器40通过法兰体38安装在进气歧管和缸盖之间。
叶片结构能增加气体的撞击，形成湍流，使得混合更加均匀。同时，固定式的叶片能增加使用寿命。
具体实施方式三：下面结合图1至图9具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一相比具体限定了喷射器上阀体20和下阀体7内都有相互对应的一个腔室，喷射器上阀体20和下阀体7采用止口定位且利用密封垫18进行密封，定位孔4位于下阀体，喷射器上壳体19和下壳体16通过法兰连接将上阀体20和下阀体7装配压紧。
具体实施方式四：下面结合图1至图9具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一相比具体限定了燃气通道15和密封圈23组成了燃气喷射器的燃气进口部分。
具体实施方式五：下面结合图1至图9具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一相比具体限定了ECU、电位器35、放大器36组成了比例控制电路。
具体实施方式六：下面结合图1至图9具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一相比具体限定了喷射器上壳体19和下壳体16通过螺栓2和螺栓5将上阀体20和下阀体7装配压紧，连接处涂有密封胶。密封垫9保证了安装无级燃气喷射器时的密封，密封垫18保证了喷射器的内部不会泄露。衔铁31中部外径小于衔铁31两端外径，这样可以减轻衔铁质量，减小电磁铁吸力，从而能减少电流产生的热量。
具体实施方式七：下面结合图1至图9具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一相比具体限定了当电磁线圈30不通电时，阀芯弹簧29把衔铁31压紧至阀座上，以确保其密封性。衔铁31以喷射器体为阀座，这样一方面可以保证本发明耦件之间结构紧凑，另一方面有利于对燃气的密封，因衔铁落座部分面积较大并且其上有密封材料。衔铁31以及和衔铁31接触的表面都具有渗氮层并且都涂有聚四氟乙烯层，使得其表面硬度增加，当衔铁上下运动时，由于聚四氟乙烯层干摩擦系数低，能够减小摩擦，增加使用寿命。

Claims (10)

1.一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于它包括无级燃气喷射器和燃气混合装置；所述无级燃气喷射器包括燃气进管(1)、喷射器上阀体(20)、喷射器下阀体(7)、球体(24)、钢球弹簧(25)、电磁阀体(27)、衔铁(31)、阀芯弹簧(29)和电磁线圈(30)，燃气进管(1)***喷射器上阀体(20)上端的腔体内且燃气进管(1)的外圆柱表面与喷射器上阀体(20)间密封，钢球弹簧(25)从下端把球体(24)顶向燃气进管(1)的下端开孔处以形成单向阀结构；
阀芯弹簧(29)的上端顶在电磁阀体(27)的下端上，阀芯弹簧(29)的下端顶在衔铁(31)的上端上，衔铁(31)设置在喷射器下阀体(7)内腔中的中心滑道内，衔铁(31)的轴心线处开有燃气通道(15)，燃气通道(15)一直贯通电磁阀体(27)并与上阀体(20)的内腔贯通，电磁线圈(30)环绕在电磁阀体(27)外，电磁线圈(30)连接在比例控制电路上；
燃气混合装置包括气体稳压器外壳(13)、燃气导流喷射管(10)、旋流器(40)和进气道(50)，喷射器下阀体(7)的下端外圆表面包绕气体稳压器外壳(13)，喷射器下阀体(7)的外圆表面与气体稳压器外壳(13)的内孔表面形成封闭的腔体，喷射器下阀体(7)下端的外圆表面与内孔表面之间开有至少两条径向通槽(33)，所述多个径向通槽(33)沿喷射器下阀体(7)的外圆表面均匀分布，所述径向通槽(33)的横截面为矩形；
气体稳压器外壳(13)的下端端面中心处与燃气导流喷射管(10)的一端相连通，燃气导流喷射管(10)的另一端弯折90度并***进气道(50)，燃气导流喷射管(10)的另一端端面封闭并与进气道(50)的空气入口(50-1)相邻，燃气导流喷射管(10)的另一端外圆表面上加工有多个径向喷孔(11)，所述多个径向喷孔(11)沿燃气导流喷射管(10)外圆表面均匀分布，空气入口(50-1)上设置有旋流器(40)。
2.根据权利要求1所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于喷射器上阀体(20)上设有接线插槽(21)。
3.根据权利要求1所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于衔铁(31)落座处通过密封材料进行密封。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于所述旋流器(40)包括法兰体(38)和风扇叶轮(37)，风扇叶轮(37)固定镶嵌在法兰体(38)的中心开孔处，所述风扇叶轮(37)与燃气导流喷射管(10)和进气道(50)同轴心线。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于气体稳压器外壳(13)通过螺纹与喷射器下阀体(7)相连，并通过密封垫(14)进行密封。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于ECU、电位器(35)、放大器(36)组成了比例控制电路。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于喷射器上阀体(20)和下阀体(7)内都有相互对应的一个腔室，喷射器上阀体(20)和下阀体(7)采用止口定位且利用密封垫(18)进行密封，定位孔(4)位于下阀体，喷射器上壳体(19)和下壳体(16)通过法兰连接将上阀体(20)和下阀体(7)装配压紧。
8.根据权利要求7所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于喷射器上壳体(19)和下壳体(16)通过螺栓(2)和螺栓(5)将上阀体(20)和下阀体(7)装配压紧，连接处涂有密封胶。
9.根据权利要求1、2或3所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于衔铁(31)中部外径小于衔铁(31)两端外径。
10.根据权利要求1、2或3所述的一种气体燃料发动机混合气调制装置，其特征在于衔铁(31)表面以及和衔铁(31)接触的表面都具有渗氮层并且都涂有聚四氟乙烯层。
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