CN113738540B - 一种气体机用预燃室燃气喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气体机用预燃室燃气喷嘴，用于船用带有预燃室的气体机。其结构由喷嘴体、进气阀组件组成，两者通过过盈配合，成为一体；其中进气阀组件包括阀座、阀杆、弹簧、阀套、浇铸球头。阀杆穿过阀座中孔后与阀套通过焊接连接后，在端面浇铸加固，使阀杆和阀套结为一体；弹簧被夹在阀套与阀座之间，为阀杆复位提供动力。该燃气喷嘴结构紧凑、简单，采用模块化设计，根据使用环境及可靠性要求对喷嘴体、阀芯组件进行区别设计，在满足预燃室进气燃烧的功能需求外，也方便产品更换维修。

Description

一种气体机用预燃室燃气喷嘴

技术领域

本发明涉及气体发动机及双燃料发动机燃料喷射系统技术领域，具体涉及船用带有预燃室引燃的气体发动机。

背景技术

随着国内外排放法规日趋严格，新的排放法规将废气中的NOx、SOx和颗粒物含量限值定义得极为严格。随着市场对清洁动力的强烈追求，发动机行业正大力发展气体燃料发动机技术。由于气体燃料（CNG、LPG）无法像柴油进行压燃，需借助点火系统进行点燃燃烧，且点火能量比汽油机要高，一般不低于900K，为了促进多维火焰传播速率，加快燃烧放热，提高热效率，改善气体发动机稀薄燃烧并避免爆震，气缸预燃室结构应运而生。

对于船用气体发动机气缸预燃室，需要设置专用燃气喷嘴提供气体燃料喷射供给，现有的燃气喷嘴因流通面积大，气体燃料供给富裕，空燃比无法满足气体发动机稀薄燃烧的条件需求；另外，现有燃气喷嘴结构复杂，外形安装空间占比不利于船用气体发动机气缸盖结构布置。本发明的燃气喷嘴流通面积小，行程短，结构简单还具有单向阀功能，可较好地解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体机用预燃室燃气喷嘴，以满足船用气体机预燃室对气体燃料喷射供给需求，进而实现预燃室点火燃烧，提高主燃区点火能量，增大主燃室稀混合气的火焰传播速率，提高热效率。

本发明的技术方案如下：

一种气体机用预燃室燃气喷嘴，包括喷嘴体以及安装在喷嘴体的出气端的进气阀组件，两者过盈配合。所述进气阀组件包括阀座、阀杆、弹簧、阀套；所述阀杆的下端具有直径大于阀座中孔的环形锥面，与阀座下端的阀口配合；所述阀杆的上端穿过阀座中孔后与阀套通过焊接连接为一体，所述弹簧被夹在阀套与阀座之间，为阀杆复位提供动力，所述阀套的端部大于阀座中孔，限制阀阀杆的下行行程；所述阀座从上到下为直径逐级减小的三段，阀座上段设有周向均布的压差孔，连通喷嘴体的进气与阀座的中孔，阀座中段上端有二级外圆斜肩，其上均布进气斜孔，通至阀座内的阀口上方，引进燃气，阀座中段的外圆与喷嘴体内孔紧配合，阀座下段露出喷嘴体外，其上端有一级台肩，与喷嘴体的下端面配合。

进一步地，所述阀杆的上端与阀套的端面浇铸有球头，使阀杆、阀套、球头更稳固地结为一体。

进一步地，所述喷嘴体的进气端有外螺纹，用于与进气管内螺纹啮合拧紧，并有环形锥面Z1，进行密封；出气端有外螺纹M-2，用于与气缸盖内螺纹啮合拧紧，并在外圆上有环形锥面Z2，用于密封。

进一步地，所述进气阀组件采用短行程H，线密封的结构，进气阀组件完全开启时，阀杆的行程1.0mm～1.3mm，流通截面积为4.0mm²～5.0mm²，进气阀组件关闭时，阀座的阀口上的R圆角与阀杆上的环形锥面Z3进行线密封。

进一步地，所述进气阀组件的长度小于2cm，外径小于1cm。

通过采用以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、进气阀组件为不可拆卸结构。进气阀组件中的阀杆一旦与阀套焊接并浇铸后，阀杆两端均大于阀座的中孔，使其无法正常拆卸，这样在满足进气阀功能需求的同时，提高阀杆、阀套的可靠性。

2、进气阀组件的阀座上设计压差孔、进气斜孔，压差孔设计可以保证燃气喷嘴一旦通气后，使进气阀组件内腔快速与喷嘴体内的燃气达到压力平衡，避免阀杆开启或关闭过程中，因气压差造成卡滞，提高进气阀的开启或关闭的灵敏度。进气斜孔周向均匀分布于阀座二级外圆斜肩上，使得阀杆在进气压力的推动下，仅受轴向力，径向力相互抵消，从而保证阀杆在0.1mm级的配合间隙下顺利开启不卡滞；同时保证进气阀开启时，有充足的流通面积让燃气进入气缸预燃室，满足燃烧要求。

3、喷嘴体两端采用外螺纹+环形锥面的设计，进气端外螺纹M-1与进气管内螺纹啮合拧紧，利用环形锥面Z1密封，保证进气口燃气不泄露；出气端外螺纹M-2与气缸盖内螺纹啮合拧紧，利用环形锥面Z2密封，保证出气口燃气不泄露。该设计在满足燃气顺畅进入气缸燃烧室的同时，更提高了系统的安全性与可靠性；另外对于燃气喷嘴的拆检、维修更换也极为方便。

4、进气阀组件采用短行程，线密封的结构设计，在进气阀组件完全开启时：阀杆的行程1.0mm～1.3mm，流通截面积为4.0mm²～5.0mm²；进气阀关闭时，利用阀座上的R圆角与阀杆上的环形锥面Z3进行线密封，线密封的设计有利于减小密封面积，增大比压，实现更好的密封效果，防止进气阀关闭后，气缸内的燃气倒灌至燃气喷嘴。

5、燃气喷嘴结构轻巧、节凑；进气阀组件重量不足5克，长不足2厘米，外径不超过1厘米。采用模块化设计，便于燃气喷嘴维修，一旦进气阀组件产生故障，仅需借助工装将其敲出，换装新的进气阀组件即可使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为进气阀组件示意图；

图3和图3A为阀座示意图；

图4为阀杆阀套焊接浇铸后示意图；

图5为喷嘴体示意图；

图6为进气阀开启的示意图；

图7为进气阀关闭的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参见图1，在本实施例中，气体机用预燃室燃气喷嘴包括进气阀组件（1）和喷嘴体(2)，进气阀组件（1）装配在进气阀组件（1）的出气端，两者过盈配合。

参见图2、图4和图5进气阀组件由阀座（1-1）、阀杆（1-2）、弹簧（1-3）、阀套（1-4）、浇铸球头（1-5）组成。阀杆（1-2）的下端具有直径大于阀座（1-1）中孔的环形锥面（Z3），与阀座（1-1）下端的阀口配合，对燃气进行开、闭。阀杆（1-2）的上端穿过阀座（1-1）中孔后与阀套（1-4）通过焊接连接，并且在两者的端面浇铸加固，形成球头（1-5），使阀杆、阀套、浇铸球头（1-5）结为一体。弹簧（1-3）被夹在阀套（1-4）与阀座（1-1）之间，为阀杆复位提供动力。阀套（1-4）的端部大于阀座（1-1）中孔，限制阀阀杆的下行行程。这样，进气阀组件形成为不可拆卸结构，外形娇小，质量轻。

参见图图3、图3A，在本实施例中，阀座（1-1）从上到下为直径逐级减小的三段。其中，阀座上段设有周向均布的4个压差孔（φ-1），其连通喷嘴体(2)的进气与阀座（1-1）的中孔。阀座中段上端有二级外圆斜肩，其上均布6个进气斜孔（φ-2），通至阀座（1-1）内的阀口上方，引进燃气，阀座中段的外圆与喷嘴体(2)内孔紧配合。阀座下段露出喷嘴体(2)外，其上端有一级台肩，与喷嘴体(2)的下端面配合。

在本实施例中，喷嘴体两端为“外螺纹+环形锥面”设计，喷嘴体（1）的进气端有外螺纹，用于与进气管内螺纹啮合拧紧，并有环形锥面（Z1），球头与环形锥面Z1刚性接触，通过罩帽与进气端外螺纹拧紧的方式，压紧球头与环形锥面，实现线密封。出气端有外螺纹M-2，用于与气缸盖内螺纹啮合拧紧，并在外圆上有环形锥面（Z2），用于密封。

在本实施例中，进气阀组件（2）采用短行程（H），线密封的结构，进气阀组件完全开启时，阀杆（1-2）的行程1.0mm～1.3mm，流通截面积为4.0mm²～5.0mm²，进气阀组件关闭时，阀座（1-1）的阀口上的R圆角与阀杆（1-2）上的环形锥面（Z3）进行线密封，适用于需预燃室燃烧引燃的气体机。

结合图6～图7对本燃气喷嘴工作原理做具体说明:

燃气进气：燃气喷嘴正确安装到气缸盖上后，接好进气管，打开燃气止回阀，燃气顺着管路进入喷嘴体（2）中孔。由于阀座（1-1）小外圆周向均布4个压差孔（φ-1），使得进气阀组件（1）内腔与喷嘴体（2）内的燃气瞬间达到压力平衡，同时燃气通过阀座（1-1）二级外圆斜肩上的6个进气口（φ-2），并作用在阀杆（1-2）的环形锥面（Z3）；当燃气产生的推力大于弹簧（1-3）的安装预紧力后，进气阀组件（1）中的阀杆（1-2）被燃气推开，燃气沿着阀杆与阀座（1-1）之间的空隙进入气缸预燃室。

燃气断气：当燃气进入气缸预燃室，快达到燃烧条件的瞬间，气缸盖上的点火系统开启，燃气止回阀关闭，新鲜燃气不再进入喷嘴体（2）中孔，由于流动惯性及压差，燃气喷嘴内的燃气会继续流向预燃室，当进气阀组件内的气压与预燃室达到平衡时，阀杆（1-2）失去燃气推力，并在弹簧压缩产生的推力下快速回位，进气阀组件关闭。

上述实施例只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (5)

1.一种气体机用预燃室燃气喷嘴，包括喷嘴体(2) 以及安装在喷嘴体(2)的出气端的进气阀组件（1），两者过盈配合；其特征在于，所述进气阀组件包括阀座（1-1）、阀杆（1-2）、弹簧（1-3）、阀套（1-4）；所述阀杆（1-2）的下端具有直径大于阀座（1-1）中孔的环形锥面（Z3），与阀座（1-1）下端的阀口配合；所述阀杆（1-2）的上端穿过阀座（1-1）中孔后与阀套（1-4）通过焊接连接为一体，所述弹簧（1-3）被夹在阀套（1-4）与阀座（1-1）之间，为阀杆复位提供动力，所述阀套（1-4）的端部大于阀座（1-1）中孔，限制阀杆的下行行程；所述阀座（1-1）从上到下为直径逐级增大的三段，阀座上段设有周向均布的压差孔（φ-1），连通喷嘴体(2)的进气与阀座（1-1）的中孔，阀座中段上端有二级外圆斜肩，其上均布进气斜孔（φ-2），通至阀座（1-1）内的阀口上方，引进燃气，阀座中段的外圆与喷嘴体(2)内孔紧配合，阀座下段露出喷嘴体(2)外，其上端有一级台肩，与喷嘴体(2)的下端面配合。

2.根据权利要求1所述的所述气体机用预燃室燃气喷嘴，其特征在于，所述阀杆（1-2）的上端与阀套（1-4）的端面浇铸有球头（1-5），使阀杆、阀套、球头（1-5）结为一体。

3.根据权利要求1或2所述的所述气体机用预燃室燃气喷嘴，其特征在于，所述喷嘴体（1）的进气端有外螺纹，用于与进气管内螺纹啮合拧紧，并有环形锥面（Z1），进行密封；出气端有外螺纹M-2，用于与气缸盖内螺纹啮合拧紧，并在外圆上有环形锥面（Z2），用于密封。

4.根据权利要求1所述的所述气体机用预燃室燃气喷嘴，其特征在于，所述进气阀组件（2）采用短行程（H），线密封的结构，进气阀组件完全开启时，阀杆（1-2）的行程1.0mm～1.3mm，流通截面积为4.0mm²～5.0mm²，进气阀组件关闭时，阀座（1-1）的阀口上的R圆角与阀杆（1-2）上的环形锥面（Z3）进行线密封。

5.根据权利要求1所述的所述气体机用预燃室燃气喷嘴，其特征在于，所述进气阀组件（1）的长度小于2cm，外径小于1cm。

Images