CN107120214B - 一种防反向的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种防反向的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，气体燃料经管路输送到本装置，先经过燃气喷射阀，执行器通过对阀芯的控制实现对阀开闭的控制；通过浮动阀座结构，实现避免由于燃气喷射阀内外压力不平衡导致的反向泄漏功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性；通过直通结构和导流腔结构实现进气和导流过程；进而实现喷气功能；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

一种防反向的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置

技术领域

本发明涉及的是一种燃料喷射混合装置，具体地说是天然气发动机燃气系统的燃料喷射混合装置。

背景技术

环境污染问题日益严重，排放指标要求日趋严格，市场上对大功率气体机的需求不断增长。伴随大规模的气体发动机的使用，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，这之中燃料和空气的流过的每个部分都对气体发动机的性能有着重要的意义，在发动机工况恶劣的情况下，喷射阀容易出现反向泄漏的情况，与此同时还需要喷射混合装置能够具有喷射流量大、喷射效率高并且稳定且兼具良好的响应特性。因此，需要设计一种具有防反向泄漏功能的集成式燃气喷射混合装置，使其流通能力能满足天然气发动机在高负荷状态下正常工作需求。

发明内容

本发明的目的在于提供响应速度快、燃气喷射稳定、可靠性强、具有防反向泄漏功能的一种防反向的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种防反向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、电磁执行器、阀芯组合体、浮动阀座，所述电磁执行器包括铁芯，铁芯固定在阀体上端，铁芯里缠绕线圈，铁芯里设置环形槽；所述阀芯组合体包括衔铁、弹簧座、底板、阀芯，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，复位弹簧的两端分别布置在铁芯的环形槽和弹簧座的环形槽内，衔铁中心处设置压力平衡孔，底板上设置压力平衡槽，阀芯为中空结构，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分相通，阀芯的中空部分里设置阀座复位弹簧，阀芯上设置密封环带和肋，密封环带形成环腔，阀芯上表面开设轴向主气槽，肋上开有周向补气孔，并在补气孔处设置导流锥角；所述浮动阀座包括导向基座、阀座，导向基座固定在阀体的下方，阀座位于阀芯下方，导向基座内圈设置有T形结构，阀座外圈通过设置与其配合的T形结构安装在导向基座里，阀座复位弹簧的两端分别固定在阀座和衔铁上，阀座上设置出气环带和导向块，导向块位于阀芯周围，出气环带位于环腔下方，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。

本发明还可以包括：

1、在阀座和导向基座之间设置两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈内沿上方加装压紧垫圈，第二重防漏气结构是在阀座和导向基座的T形结构连接处设置两层密封胶圈，在阀座和导向基座之间的T形结构连接处设置弹性垫圈。

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、铁芯的上部与阀体之间形成进气口，铁芯的中下部与阀体之间形成导流腔，进气口、导流腔相通；气体由进气口垂直流入阀体内，沿着导流腔流入充满阀体内部，线圈通电后，衔铁带动阀芯向上运动与阀座表面分离，气路开启，电磁阀开启，气体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，在铁芯与弹簧座之间的复位弹簧的作用下，衔铁向下运动，带动阀芯向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，恢复到初始位置，气路关闭，电磁阀关闭。

本发明的优势在于：本发明采用带浮动阀座的结构，其能够有效防止燃气喷射阀出现反向泄漏的情况并具有减震的功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性及安全性；本发明通过在衔铁中心开压力平衡孔并在底板上开有一定数量的压力平衡槽，避免衔铁受到轴向力，使衔铁处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁响应速度；本发明通过在阀芯的四个肋上开周向补气孔，增加流通面积，减少阀芯质量，提高可靠性。在阀芯周向补气孔处设置一定角度的出气环带，减少流动损失，增大流量系数。本发明采用轴向主气槽直接进气和周向补气孔进气的混合进气方式，气体燃料由燃气喷射阀出口经连接气罩进入燃料扩散管喷射入进气歧管，从而实现燃气混合的功能。在连接气罩处采用较大曲率半径的结构，减少尖锐棱角结构引起的气流流动总压损失，进一步增加进气流量系数，增加进气量，同时燃料扩散管紧贴进气歧管壁布置，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，有效地提高了发动机的供气效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

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为浮动阀座结构放大图；

图5为浮动阀座受力图；

图6为燃料扩散管正视图；

图7为本发明的气流走向图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-7，图1为本发明一种防反向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，包括燃气喷射阀1、连接气罩2、燃料扩散管3三个部分。

图2所示的为一种防反向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结构示意图，包括阀体4、电磁铁5、阀芯组合体6、浮动阀座7四大部分。电磁铁5通过上方螺纹与阀体4连接在一起。电磁铁5主要由铁芯8、线圈9组成。铁芯8两侧开有布置复位弹簧10的环形槽。

图3所示的阀芯组合体6主要由衔铁11、弹簧座13、紧固螺栓17、垫片15、底板16、阀芯18组成。其特征是：衔铁11、垫片15、底板16和阀芯18通过紧固螺栓17链接在一起，弹簧座13安装在底板16上。衔铁11上开有压力平衡孔12，底板16上开有一定数量的压力平衡槽14，避免衔铁11受到轴向力，使衔铁11处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁11响应速度；复位弹簧10位于铁芯8与弹簧座13之间。线圈9通电后，铁芯8、衔铁11被磁化，铁芯8与衔铁11之间形成磁回路，衔铁11受到电磁力的作用克服复位弹簧10的预紧力后向上运动，整个运动过程中，衔铁11的轴向运动与周向定位均由阀座27上的4个导向块25与阀芯18之间的配合来控制实现，直到弹簧座13的上表面与铁芯8的下表面相接触，衔铁11在该位置维持一段时间后，线圈9断电，衔铁11受到的电磁力消失，在铁芯8与弹簧座13之间的复位弹簧10的作用下，衔铁11向下运动，直到衔铁11重新回到初始位置。在阀芯18的四个肋19上分别开2个周向补气孔20，提高响应速度，增加流通面积，同时也可减少质量，提高可靠性。在周向补气孔20处设置一定角度的出气环带24，减少流动损失，增大流量系数。采用轴向主气槽直接进气和周向补气孔20进气的混合进气方式，增加进气流量系数，增加进气量，同时可以避免气流干涉，使气路达到平衡。阀芯18和阀座27间采用出气环带24，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。

如图6所示，一种防反向的集成式环歧管壁面气体燃料喷射装置的燃料扩散管由主管部分、支管部分和出气斜槽组成。主管部分34与连接气罩2紧密相连，另一边与支管部分35连通，支管部分35紧贴在进气歧管壁上程周向布置，在支管部分35向歧管中心一侧的管壁上，开有一系列出气斜槽36，在本实施例中，出气斜槽与歧管轴向夹角分别为30°、30°、45°、60°。

如图7所示，气体由进气口37垂直流入阀体4内，沿着导流腔38流入充满阀体4内部，线圈9通电后，衔铁11受到电磁力的作用克服复位弹簧10的预紧力后向上运动，带动阀芯18向上运动与阀座27表面分离，此时，气路开启，电磁阀开启，气体由轴向主气槽和周向补气孔20的混合进气方式流入，通过多道错综分布的环腔22，最后由出气口39垂直流出，流出的燃气经由连接气罩2，流入燃料扩散管3中，气体燃料在主管34的圆环结构内扩散，再流入到各个支管中35，流入到支管35的气体燃料通过各个斜槽36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36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；线圈9断电，衔铁11受到的电磁力消失，在铁芯与弹簧座13之间的复位弹簧的作用下，衔铁11向下运动，带动阀芯18向下运动，直至阀芯18表面与阀座27表面贴合，恢复到初始位置，气路关闭，电磁阀关闭。

如图4所示，为了防止燃气反向泄漏，提高燃气喷射阀的可靠性和安全性，本发明采用了浮动阀座7结构。浮动阀座7可以在电磁阀外部气压高与内部气压时将电磁阀锁死，有效地防止了燃气的反向泄漏。浮动阀座7由7部分组成：导向基座26、阀座27、和阀座复位弹簧33、密封胶圈29、压紧垫圈31、可变形密封圈32、弹性垫圈28。导向基座26通过螺栓固定在阀体4上，阀座27安装在导向基座26上。导向基座26内圈带有T形结构，与阀座27外圈的T形结构相配合。阀座复位弹簧33两端分别固定在阀座27和阀芯18上，并保持一定的预紧力。

为了防止阀座27和导向基座26之间漏气，在阀座27和导向基座26之间加装了两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座27和导向基座26连接处上方安装可变形密封圈32，可变形密封圈32外沿压紧在导向基座26和阀体4上的安装槽内，通过导向基座26和阀体4间的螺栓预紧力固定。可变形密封圈32内沿上方加装压紧垫圈34，通过螺丝30固定在阀座27上，压紧垫圈31保证受力均匀，增强密封性。可变形密封圈32的材料采用可变形的软塑料，保证其不影响阀座27的运动。第二重密封是在阀座27和导向基座26的T形连接处加装了两层密封胶圈29，进一步增强密封性。在阀座27和导向基座26之间的T形连接处加装了一层弹性垫圈28，减少接触时的振动冲击力，起到了减震的作用。有效地增加了电磁阀的可靠性。

阀座27受阀座复位弹簧33弹力F4、电磁阀外部气体压力F1和F2、电磁阀内部燃气压力F3和阀芯18压紧力的作用。阀芯18受复位弹簧弹力作用。当电磁阀下方气压大于电磁阀内部气压，电磁阀外部气体压力F1、F2分别作用在阀座27下方及出气环带24处，阀座27下方接触面积远大于出气环带24，因此，F1远大于F2，在外部气体压力扩大到导致阀芯18向上运动之前，外部气体压力F1、F2克服复位弹簧10的弹簧预紧力，阀座27连同阀芯18一起向上运动。阀座27向上运动直到弹簧座17与电磁铁相接触。此时即使电磁铁通电，阀芯15也无法向上运动，电磁阀无法开启。电磁阀锁死。

当电磁阀内外气压恢复正常时，阀座27在阀座复位弹簧33的作用下向下运动回到原位。如果此时电磁铁通电，阀芯18仍保持不动，电磁阀正常开启。想要关闭电磁阀时电磁铁断电，阀芯18在复位弹簧的作用下向下运动，电磁阀关闭。如果此时电磁铁未通电，阀座27与阀芯18一起在复位弹簧10的作用下向下运动回到原位，电磁阀保持关闭。想要开启电磁阀时，电磁铁通电，阀芯18在衔铁带动下向上运动，电磁阀正常开启。

由上述工作过程可知，本发明直通式带浮动阀座7的外导向燃气喷射阀采用带浮动阀座7的结构，其能够在喷射阀内外气压异常的情况下有效防止燃气喷射阀出现反向泄漏的情况并具有减震的功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性及安全性；同时，本发明当燃料喷射停止时，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34和各个支管35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34、支管35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。

本发明的技术方案：一种防反向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。其中燃气喷射阀由阀体、电磁铁、阀芯组合体、浮动阀座四大部分构成。电磁铁通过其上方螺纹与阀体连接在一起。电磁铁主要由铁芯、线圈组成。铁芯两侧开有布置复位弹簧的环形槽。阀芯组合体主要由衔铁、弹簧座、紧固螺栓、垫片、底板、阀芯组成。其特征是：衔铁、垫片、底板和阀芯通过紧固螺栓链接在一起，弹簧座安装在底板上，底板上开有一定数量的压力平衡槽，衔铁上带有压力平衡孔。复位弹簧位于铁芯与弹簧座之间。在阀芯的四个肋上分别开个周向补气孔。阀芯和阀座间采用三道出气环带，面密封，稳压平衡，并且具有较宽的环带面积。阀芯周向固定在阀座上的4个导向块上，保证其垂直度，阀芯上下运动由弹簧座与铁芯之间的距离进行限位。浮动阀座由导向基座、阀座、和阀座复位弹簧、密封胶圈、压紧垫圈、可变形密封圈、弹性垫圈组成。导向基座通过螺栓固定在阀体上，阀座安装在导向基座上。导向基座内圈带有T形结构，与阀座外圈的T形结构相配合。阀座复位弹簧两端分别固定在阀座和阀芯上，并保持一定的预紧力。在阀座和导向基座之间加装了两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈外沿压紧在导向基座和阀体上的安装槽内，通过导向基座和阀体间的螺栓预紧力固定。可变形密封圈内沿上方加装压紧垫圈，通过螺丝固定在阀座上。可变形密封圈的材料采用可变形的软塑料，保证其不影响阀座的运动。第二重密封是在阀座和导向基座的T形连接处加装了两层密封胶圈。

燃气喷射阀出口与连接气罩紧密连接，所述连接气罩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)

1.一种防反向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、电磁执行器、阀芯组合体、浮动阀座，所述电磁执行器包括铁芯，铁芯固定在阀体上端，铁芯里缠绕线圈，铁芯里设置环形槽；所述阀芯组合体包括衔铁、弹簧座、底板、阀芯，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，复位弹簧的两端分别布置在铁芯的环形槽和弹簧座的环形槽内，衔铁中心处设置压力平衡孔，底板上设置压力平衡槽，阀芯为中空结构，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分相通，阀芯的中空部分里设置阀座复位弹簧，阀芯上设置密封环带和肋，密封环带形成环腔，阀芯上表面开设轴向主气槽，肋上开有周向补气孔，并在补气孔处设置导流锥角；所述浮动阀座包括导向基座、阀座，导向基座固定在阀体的下方，阀座位于阀芯下方，导向基座内圈设置有T形结构，阀座外圈通过设置与其配合的T形结构安装在导向基座里，阀座复位弹簧的两端分别固定在阀座和衔铁上，阀座上设置出气环带和导向块，导向块位于阀芯周围，出气环带位于环腔下方，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所述的一种防反向的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：在阀座和导向基座之间设置两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈内沿上方加装压紧垫圈，第二重防漏气结构是在阀座和导向基座的T形结构连接处设置两层密封胶圈，在阀座和导向基座之间的T形结构连接处设置弹性垫圈。

3.根据权利要求1或2所述的一种防反向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所述的一种防反向的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：铁芯的上部与阀体之间形成进气口，铁芯的中下部与阀体之间形成导流腔，进气口、导流腔相通；气体由进气口垂直流入阀体内，沿着导流腔流入充满阀体内部，线圈通电后，衔铁带动阀芯向上运动与阀座表面分离，气路开启，电磁阀开启，气体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，在铁芯与弹簧座之间的复位弹簧的作用下，衔铁向下运动，带动阀芯向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，恢复到初始位置，气路关闭，电磁阀关闭。

5.根据权利要求3所述的一种防反向的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，其特征是：铁芯的上部与阀体之间形成进气口，铁芯的中下部与阀体之间形成导流腔，进气口、导流腔相通；气体由进气口垂直流入阀体内，沿着导流腔流入充满阀体内部，线圈通电后，衔铁带动阀芯向上运动与阀座表面分离，气路开启，电磁阀开启，气体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，在铁芯与弹簧座之间的复位弹簧的作用下，衔铁向下运动，带动阀芯向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，恢复到初始位置，气路关闭，电磁阀关闭。