[发明专利]一种大流量气体燃料电控喷射阀

说明书

本发明公开一种大流量气体燃料电控喷射阀，属于气体燃料(压缩天然气、氢气等)喷射阀结构设计技术领域。它包括阀座、阀体、电磁直线驱动机构、压紧螺钉、压板、入口导管、出口导管聚四氟乙烯端盖、出口导管、连接螺钉和密封膜片。本发明可以有效解决传统由电磁铁驱动的针阀式喷射阀存在的控制特性差、落座冲击大、磨损快、喷射量不精确、进出口截面小和喷射流量小等问题，特别适用于大功率缸外多点喷射气体燃料发动机，可以确保喷射的气体燃料在进气门关闭时全部进入气缸，从而有效防止进气道及进气管回火现象。

技术领域

本发明属于气体燃料(压缩天然气、氢气等)喷射阀结构设计技术领域，尤其是一种大流量气体燃料电控喷射阀。

背景技术

汽车在给人们带来极大便捷的同时，也给人类社会带来了不可回避的环境保护和能源危机问题，给内燃机的研究和设计提出了前所未有的挑战。面对这一严峻的挑战，一方面，世界各国都相继制定了越来越严格的燃油消耗法规和排放法规；另一方面，也在致力于研究和开发替代燃料内燃机，主要包括气体燃料、醇类燃料、二甲醚燃料和合成柴油等，其中储量丰富且能清洁燃烧的天然气应用最为广泛。

气体燃料发动机供气系统主要经历了缸外预混供气、电控缸外预混供气以及电控缸外喷射三种形式。其中，缸外预混供气方式通过机械式混合器在缸外形成混合气，在气体燃料发动机发展的初期得到了广泛应用。但这种供气方式难以实现空燃比精确控制，气体燃料占空气充量体积的10％-15％，对发动机的功率有一定影响；还存在排气温度高以及对气门重叠角要求较高等缺点。电控缸外预混供气方式在第一代缸外预混供气的基础上，通过电控系统实现闭环控制。该供气方式使发动机的动力性以及经济性等得到明显提高。但由于缺乏喷射阀，对燃料的控制不够精确，导致燃料的消耗较大。电控缸外喷射系统，采用电控喷射阀将气体燃料喷入进气总管、各缸进气道或者进气歧管，ECU通过节气门位置传感器、转速传感器和氧传感器等测定发动机的一系列参数，确定发动机的运行工况，据此实时控制喷射定时和喷射量。电控缸外喷射系统一般可分为单点(SPI)或多点(MPI)喷射两种方式。

综上所述，气体燃料发动机供气方式的不断发展正伴随着气体燃料供气装置的发展过程。从第一代机械式混合器到第二代电控机械式混合器，实现了空燃比的闭环控制，但控制精度不高；为了提高空燃比控制精度，催生了第三代电控单点喷射阀，提高了气体燃料供给量的控制精度；第三代电控单点喷射阀定时定量地将气体燃料喷入进气总管，但喷射阀距离发动机仍然较远，造成系统对空燃比的瞬态响应速度慢；为了缩短喷射阀与气缸之间的距离，使系统更快地响应空燃比变化，催生了第三代电控多点喷射阀，直接将气体燃料喷入各缸进气歧管或者进气门附近。

目前第三代缸外气体燃料喷射阀的专业生产厂商，主要有美国DELPHI、加拿大IMPCO、德国BOSCH以及韩国HANA公司。驱动部件均采用电磁铁方式，执行机构采用孔阀和针阀的形式。当喷射阀不工作时，电磁线圈不通电，此时在回位弹簧的作用下，阀门处于关闭状态；当需要喷射阀工作时，电子控制单元发出驱动电流，极靴与衔铁之间产生的电磁力使衔铁克服回位弹簧力及气体燃料背压力带动衔铁运动，阀门打开，实现气体燃料喷射。此类常规气体燃料喷射阀体积比较小、便于安装，但因为进、出口截面积较小，难以实现大流量喷射，限制了大功率气体燃料发动机的负荷调节范围。

气体燃料电控喷射阀大多基于电磁驱动的原理，其核心部件为电磁直线执行器，通过电能驱动气体燃料喷射阀执行器的开启与关闭。电磁直线执行器是一种将电能直接转换成直线运动机械能的机电传动阀，按照工作原理通常可以分为直线感应执行器、直线同步执行器、直线直流执行器、直线压电执行器和电磁铁等特殊直线执行器。传统气体燃料喷射阀均采用电磁铁驱动方式，这种驱动方式存在工作行程较小、控制特性较差以及落座速度较大的缺陷，容易导致气体燃料喷射量不精准以及加速喷射阀内部关键零部件的磨损，尤其是在需要大流量喷射时，行程增大、出口截面积增大以及动质量增大等因素均会使其缺陷更为明显。

发明内容