一种混合进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置的制作方法

本发明涉及的是一种进气装置，具体地说是气体燃料发动机的进气装置。

背景技术：

不断提高的排放标准和日益严峻的能源危机问题对发动机技术提出了新的挑战，以天然气为首的许多气体燃料作为发动机的替代燃料成为了国内外许多科研工作者的研究重点，气体燃料发动机也成为了广泛研究的对象。一整套进气装置，包括从燃气喷射阀到进气歧管再到气缸气阀等诸多部分，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具有重要意义。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。因此，为了达到以上目的，所以本发明专门设计了一种混合进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置。本进气集成系统提升整了个进气装置功能，具有燃料供给响应快、稳定性高、流量大的特点，并且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。

为实现燃料供给的高响应性和燃料与空气的充分混合，许多研究人员在研究了一系列进气系统，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。例如：cn106050479a专利“一种燃气喷射阀及喷射管结构、安装布置方法”中介绍了一种发动机燃气喷射阀及喷管结构，其特点在于在喷管侧壁上开设了许多排喷口，各排喷口交错分布，在一定成程度上增强了燃料与空气的混合，但是气体燃料在从喷口喷出后，在进气道径向方向上的气体浓度会逐渐降低，这也会造成燃料与空气混合不充分。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供燃料与空气混合程度好、燃烧效率高的一种混合进气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：

本发明一种混合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，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，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孔；

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；

出气孔连通连接气罩。

本发明还可以包括：

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、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，由出气孔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。

本发明的优势在于：本发明不但具有燃料喷射稳定性高、流量大的特点，还具有燃料与空气混合程度好、燃烧效率高的优势；通过导向销、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，增强装置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，同时可以避免气流干涉，实现装置供气稳定性；通过燃料扩散管空腔结构，使燃料能分布在整个装置中，实现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。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为燃气喷射阀总体示意图；

图3为阀芯组合体示意图；

图4为燃料扩散管立体图；

图5为燃料扩散管正视图；

图6为气体燃料的流动图。

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1-6，本发明中的一种混合进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，分为燃气喷射阀1、连接气罩2和燃料扩散管3。燃气喷射阀1主要由电磁铁4、主复位弹簧5、辅复位弹簧6、阀芯组合体7、阀体8和阀座9组成，电磁铁4通过固定螺栓固定在阀体8上，并且中心开有一定深度的直槽，直槽内顶部布置辅复位弹簧6，线圈缠绕在电磁铁4内部的环槽内；在电磁铁下方布置有阀芯组合体7，阀芯组合体7下方为阀座9结构；阀座9与阀体8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。气罩2的作用在于将原来的混合气道分为两个部分，分别流通气体燃料和空气，气罩采用大的圆角结构，避免棱角结构造成的节流损失，增强装置供气能力。气罩2一端与燃气喷射阀1出口紧密连接，另一端则与燃料扩散管3紧密连接，燃料从燃气喷射阀1喷出经气罩2进入扩散管3。燃料扩散管3位于进气歧管内，紧贴进气歧管布置，根据结构特点可分为主管20和支管21，主管20是一个连接气罩2的环形空腔结构，主管中心孔连接着空气进气道；在主管20的另一侧连接着若干支管21，主管20和支管21相互连通。在支管21内侧壁上开设一系列角度不等的斜槽22，斜槽角度采用渐变形式，气体燃料可以通过这一系列的斜槽从各个支管21流入到燃气混合区，并使从支管21喷射到混合区的气体燃料形成涡流，加快燃料与空气的混合；支管末端开有半圆形孔，以防止气体燃料阻滞在支管中。

图3为阀芯组合体7位于阀体8之中，主要由导向销11、衔铁12、弹簧座13、底板14和阀芯18组成，其特征是：衔铁12、弹簧座13、底板14和阀芯18自上而下通过紧固螺栓连接在一起，弹簧座13内部的侧表面与衔铁12的侧表面相接触，主复位弹簧5位于电磁铁4与弹簧座13之间的环形槽内；在电磁铁4中心直槽与衔铁12中心孔之间布置导向销11，其中一端利用卡簧将导向销11与衔铁12固定起来，另外一端顶在电磁铁4直槽内的辅复位弹簧6上，这样能使阀芯组合体7在运动过程中保持垂直度，增强其工作的可靠性；同时，在导向销11内部开有压力平衡孔16，压力平衡孔16通过底板14上的压力平衡槽17与阀芯18外空间连通，实现阀芯18内外压力平衡，这样可以避免衔铁12受到轴向力，提高衔铁12响应速度；阀芯18由阀芯主体18、肋片19和密封环带15组成，在阀芯18的肋片19上开周向补气孔25，进而在增加燃料流通量同时减小气流流动干涉；

在燃气喷射阀工作过程中，线圈未通电时，在主复位弹簧5和辅复位弹簧6的预紧力作用下，阀芯组合体7在初始位置维持不动，阀芯组合体7中的阀芯18的密封环带15的下表面与阀座9的出气环带10的上表面紧密贴合，此时出气环带10与阀体8内部空间尚未连通，燃气充满燃气喷射阀的阀体8内部的整个空间。

在阀座9中心和外围处均设置稳压腔26，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。

当发动机进入进气冲程时，线圈通电，电磁铁4、衔铁12被磁化，电磁铁4与衔铁12之间形成磁回路，衔铁12受到电磁力的作用克服主复位弹簧5及辅复位弹簧6的预紧力后向上运动，带动阀芯18向上运动与阀座9表面分离，直到弹簧座13的上表面与电磁铁4的下表面相接触，整个运动过程中，衔铁12的轴向运动与周向定位均由导向销11与电磁铁4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24和周向补气孔25的混合进气方式流入，这种进气方式，能增加进气流量系数，实现大流量，有效地提高了装置的供气效率，同时可以避免气流干涉，实现气路的平衡、稳定；之后，经过多道环腔27，最后由出气口28垂直流出；

燃料经过气罩2流入燃料扩散管3，气体燃料在主管20的圆环结构内扩散，再流入到各个支管中21，流入到支管21的气体燃料通过各个斜槽22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22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。

在发动机进气冲程结束后，燃气喷射阀1内线圈断电，衔铁12受到的电磁力消失，在电磁铁4与弹簧座13之间的主复位弹簧5和导向销11和电磁铁4之间的辅复位弹簧6的作用下，衔铁12向下运动，带动阀芯18向下运动，直至阀芯18表面与阀座9表面贴合，衔铁12恢复到初始位置，气路关闭，燃气喷射阀1关闭。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20和各个支管21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20、支管21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。

本发明中的一种混合进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置，分为燃气喷射阀、连接气罩和燃料扩散管。燃气喷射阀主要由电磁铁、主辅复位弹簧、阀芯组合体、阀体和阀座组成，电磁铁通过固定螺栓固定在阀体上，并且中心开有一定深度的直槽，直槽内顶部布置辅复位弹簧，线圈缠绕在电磁铁内部的环槽内；在电磁铁下方布置有阀芯组合体，阀芯组合体位于阀体之中，主要由导向销、衔铁、弹簧座、底板和阀芯组成，衔铁、弹簧座、底板和阀芯自上而下通过紧固螺栓连接在一起，弹簧座内部的侧表面与衔铁的侧表面相接触，主复位弹簧位于电磁铁与弹簧座之间的环形槽内；在电磁铁中心直槽与衔铁中心孔之间布置导向销，其中一端利用卡簧将导向销与衔铁固定起来，另外一端顶在电磁铁直槽内的辅复位弹簧上，这样能使阀芯组合体在运动过程中保持垂直度，增强其工作的可靠性；阀芯由阀芯主体、肋片和密封环带组成，在阀芯的肋片上开周向补气孔，进而在增加燃料流通量同时减小气流流动干涉；阀芯下方为阀座结构；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。气罩的作用在于将原来的混合气道分为两个部分，分别流通气体燃料和空气。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气罩进入扩散管。燃料扩散管位于进气歧管内，紧贴进气歧管布置，根据结构特点可分为主管和支管，主管是一个连接气罩的环形空腔结构，主管中心孔连接着空气进气道；在主管的另一侧连接着若干支管，主管和支管相互连通。在支管内侧壁上开设一系列角度不等的斜槽，斜槽角度采用渐变形式，气体燃料可以通过这一系列的斜孔从各个支管流入到燃气混合区，并使从支管喷射到混合区的气体燃料形成涡流，加快燃料与空气的混合；支管末端开有半圆形孔，以防止气体燃料阻滞在支管中。

燃气喷射阀中导向销部分，位于电磁铁和衔铁中心槽之中，并在中心位置开设压力平衡孔，压力平衡孔与导向销下方底板开设的周向压力平衡槽相通，使内外气路达到平衡，阀芯组合体内外燃气无压力差，避免自身在运动时受到额外的轴向力。

燃气喷射阀中阀芯组合体和阀座结合处部分，采用密封环带和出气环带交错分布的形式进行面密封，同时大的环带结构能够减少结构质量，减小冲击，提高装置工作稳定性。

装置中燃气喷射阀座的中心和外围开有稳压腔，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，能够有效抑制阀内部气体压力的波动，提高装置工作稳定性，实现装置高响应速度。

装置中燃料喷射出口通路部分，由阀体内主气槽、阀芯肋板中心孔、阀芯密封环槽和阀座出气环槽构成；当燃气喷射阀处于关闭状态时，密封环槽和出气环槽交错接触，形成密封面，防止燃料进入进气歧管；当燃气喷射阀打开时，燃料可从主气槽进入出气环槽，也可从肋板中心孔经密封环槽进入出气环槽；这种混合进气方式，增加进气流量系数，实现装置的大流量，有效地提高进气装置的供气效率，同时可以避免气流干涉，实现了整个装置的供气稳定性。

装置中的气罩部分，其表面结构采用较大的曲率半径，避免较为尖锐的棱角结构，这样可以减小燃料从喷射阀经气罩喷入气管主体部分过程中的节流损失。

装置中燃料扩散管中的各个支管，均匀布置在贴近气歧管管壁的位置，这样的结构设计可以在燃气流通时破坏歧管壁形成的空气边界层，增加空气流动的湍动能，以增强燃料与空气之间的混合。

一种混合进气的集成式环歧管壁面气体燃料喷射混合装置可以增强燃料供给响应性，首先燃气喷射阀采用导向销和压力平衡孔结构增强阀芯开启响应性；当燃气喷射阀开启，燃料经气罩流入到染料扩散管中，经过一系列斜槽作用流入进气歧管并形成涡流，与空气进行充分的混合，最后流入到气缸中；在燃气喷射阀和气缸气阀都关闭后，由于本装置能够将燃料和空气进行一定的隔离，可以将已从喷射阀喷出但未能及时进入气缸的气体燃料贮存在燃料扩散管的空腔中防止扩散损失，待下次喷气阀和气缸气阀开启后，该部分气体燃料可以迅速地供给到到气缸中用于燃烧，提高了燃料供给响应性。