一种气体机用预燃室燃气喷嘴
阅读说明：本技术 一种气体机用预燃室燃气喷嘴 (Prechamber gas nozzle for gas engine ) 是由 郑石兵 李野 张重 杨宇坤 周科 冼则良 汪波 陈明 于 2021-09-04 设计创作，主要内容包括：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。(The invention discloses a pre-combustion chamber gas nozzle for a gas engine, which is used for a marine gas engine with a pre-combustion chamber. The structure of the device consists of a nozzle body and an air inlet valve component which are integrated into a whole through interference fit; the air inlet valve assembly comprises a valve seat, a valve rod, a spring, a valve sleeve and a casting ball head. After the valve rod penetrates through the middle hole of the valve seat and is connected with the valve sleeve in a welding mode, the end face of the valve rod is cast and reinforced, and the valve rod and the valve sleeve are combined into a whole; the spring is clamped between the valve sleeve and the valve seat to provide power for resetting the valve rod. This gas nozzle compact structure, simple adopt the modularized design, carry out the difference design to nozzle body, case subassembly according to service environment and reliability requirement, outside the functional requirement that satisfies the precombustion chamber and admit air the burning, also make things convenient for the product to change the maintenance.)
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。
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