一种直通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀的制作方法

本发明涉及的是一种燃气喷射阀，具体地说是天然气发动机燃气系统的燃气喷射阀。

背景技术：

随着船舶排放法规的日益严格以及燃油价格的不断攀升，气体机及双燃料发动机在国际市场上的地位越来越重要。燃料喷射系统作为气体机、双燃料发动机的关键零部件，其性能直接影响发动机的动力性和排放性。燃气喷射阀是气体燃料电控多点喷射气体机含双燃料机的核心零部件之一，可实现各缸定时定量分期供气和进气分层，其工作性能对气体机或双燃料发动机的动力性、排放性有着十分重要的影响。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。同时，为了实现更灵活的喷气控制。因此，需要设计一种具有防反向泄漏功能且可变升程的喷射阀。同时，需要开发响应速度快、控制精度高、可靠性好的大流量燃气喷射阀，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。

技术实现要素：

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直通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种直通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、浮动阀座、压电晶体、控制阀杆、液力放大器、隔板、阀芯组合体，阀体的内部上方固定有固定块，固定块中部开有直槽，压电晶体安装在直槽里，阀体中部设置隔板，隔板上方设置液力放大器，隔板下方设置阀芯组合体，隔板上分别设置通孔和通气孔，所述液力放大器包括大活塞、小活塞、套筒，套筒设置在隔板上，套筒上端的端部设置粗出口，套筒上端端部内侧设置细出口，大活塞设置在粗出口里，小活塞设置在细出口里，大活塞的凸缘与套筒之间设置大活塞支撑弹簧，小活塞的凸缘与套筒之间设置小活塞支撑弹簧，大活塞、小活塞下方的套筒里充有液压油，导向销穿过隔板的通孔，导向销的上方设置控制阀杆，导向销与控制阀杆之间设置辅复位弹簧，控制阀杆的上表面与压电晶体贴合在一起，控制阀杆的下表面与大活塞上表面贴合在一起，小活塞上表面与导向销贴合在一起，所述的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，隔板下表面设置环形槽，主复位弹簧的两端分别布置在隔板的环形槽和弹簧座的环形槽内，导向销与衔铁相固定，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，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分相通，阀芯上设置密封环带，密封环带形成环腔；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阀芯上，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口。

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、固定块的上部与阀体之间形成进气口，进气口下方形成导流腔，导流腔通过通气孔连通隔板下方空间；

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，压电晶体通电后，阀芯向上运动与阀座表面分离，气路开启，燃气阀开启，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；压电晶体断电，在主复位弹簧的作用下，衔铁带动阀芯向下运动，直至阀芯表面与阀座表面贴合，恢复到初始位置，气路关闭，燃气阀关闭。

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；本发明通过在导向销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导流锥角，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，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。有效地提高了发动机的喷气效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的阀芯组合体结构示意图；

图3为本发明的气路走向示意图；

图4为阀芯结构俯视图；

图5为阀芯结构三维结构图；

图6为浮动阀座结构放大图；

图7为浮动阀座受力图。

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为本发明直通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀的整体结构示意图，包括阀体1、压电执行器3、阀芯组合体15、浮动阀座17四大部分。压电执行器3通过上方螺纹与阀体1连接在一起。在压电执行器下方自上而下依次布置有阀芯组合体15、浮动阀座17。

压电执行器3由压电晶体2、控制阀杆4、液力放大器、辅复位弹簧9组成，其中液力放大器由大活塞5、大活塞支撑弹簧6、小活塞10、小活塞支撑弹簧11和套筒8组成，液力放大器布置在阀体上的隔板13上方，套筒8内布满一定压力的燃油，大活塞5、小活塞10与套筒8之间的配合面均设有密封环7；压电晶体2下方布置有控制阀杆4，控制阀杆4的下表面与液力放大器中的大活塞5上表面相接触，液力放大器中的大、小活塞均对称布置有四个，在大活塞支撑弹簧6的作用下，压电晶体2、控制阀杆4、大活塞5紧密贴合在一起，液力放大器中的小活塞10利用小活塞支撑弹簧11使其与导向销18下表面紧密贴合，导向销18上表面布置有辅复位弹簧4。

图2为阀芯组合体15主要由导向销9、衔铁19、弹簧座20、紧固螺栓27、垫片25、底板21、阀芯22组成。其特征是：衔铁19、垫片25、底板21和阀芯22通过紧固螺栓27链接在一起，弹簧座20安装在底板21上。导向销9中心开有压力平衡孔24，底板21上开有一定数量的压力平衡槽26，避免衔铁19受到轴向力，使衔铁19处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁19响应速度；导向销9通过螺纹与衔铁19固定在一起。主复位弹簧14位于隔板5与弹簧座20之间，辅复位弹簧8位于导向销9和控制阀杆4之间。压电晶体2通电后，压电晶体2受到电流激励从而伸长，使得控制阀杆4向下运动，液力放大器上的大活塞5随之向下运动，液力放大器中套筒8内的液体压力升高，在液体压力的作用下，液力放大器上的小活塞向上运动，导向销18受到四个小活塞10向上的作用力后，平稳地向上运动，导向销18作为阀芯组合体15的一部分，阀芯组合体15整体随之向上运动，整个运动过程中，衔铁19的轴向运动与周向定位均由导向销9与隔板5之间的配合来控制实现，直到弹簧座20的上表面与隔板5的下表面相接触，衔铁19在该位置维持一段时间后，压电晶体2断电，压电晶体2开始缩短，在大活塞支撑弹簧6的作用下，大活塞5开始向上运动，液力放大器中的套筒8内液体压力下降，在主辅复位弹簧的作用下，导向销18开始向下运动，小活塞10、阀芯组合体15整体随之一同向下运动，直至液力放大器内压力回到初始状态，大小活塞回到初始位置，此时阀芯组合体15也对应的回到初始位置，气路关闭，燃气阀关闭。

在阀芯22的四个肋片29上分别开2个周向补气孔33，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33处设置一定角度的导流锥角，减少流动损失，增大流量系数。采用轴向主气槽35直接进气和周向补气孔33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22和阀座39间采用出气环带16，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。

气路如图4所示，气体由进气口30垂直流入阀体1内，沿着导流腔31流入充满阀体1内部，压电晶体2通电后，燃气阀开启，气体由轴向主气槽35和周向补气孔33的混合进气方式流入，通过环腔32，最后由出气口34垂直流出；压电晶体2断电，衔燃气阀关闭。

如图3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17结构。浮动阀座17可以在燃气阀外部气压高与内部气压时将燃气阀锁死，有效地防止了燃气的反向泄漏。浮动阀座17由7部分组成：导向基座37、阀座39、和阀座复位弹簧43、密封胶圈38、压紧垫圈24、可变形密封圈41、弹性垫圈42。导向基座37通过螺栓固定在阀体1上，阀座39安装在导向基座37上。导向基座37内圈带有t形结构，与阀座39外圈的t形结构相配合。阀座复位弹簧43两端分别固定在阀座39和阀芯22上，并保持一定的预紧力。

为了防止阀座39和导向基座37之间漏气，在阀座39和导向基座37之间加装了两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座39和导向基座37连接处上方安装可变形密封圈41，可变形密封圈41外沿压紧在导向基座37和阀体1上的安装槽内，通过导向基座37和阀体1间的螺栓预紧力固定。可变形密封圈41内沿上方加装压紧垫圈24，通过螺丝40固定在阀座39上，压紧垫圈24保证受力均匀，增强密封性。可变形密封圈41的材料采用可变形的软塑料，保证其不影响阀座39的运动。第二重密封是在阀座39和导向基座37的t形连接处加装了两层密封胶圈38，进一步增强密封性。在阀座39和导向基座37之间的t形连接处加装了一层弹性垫圈42，减少接触时的振动冲击力，起到了减震的作用。有效地增加了燃气阀的可靠性。

阀座39受阀座复位弹簧43弹力f4、燃气阀外部气体压力f1和f2、燃气阀内部燃气压力f3和阀芯22压紧力的作用。阀芯22受主复位弹簧14弹力作用。当燃气阀下方气压大于燃气阀内部气压，燃气阀外部气体压力f1、f2分别作用在阀座39下方及出气环带16处，阀座39下方接触面积远大于出气环带16，因此，f1远大于f2，在外部气体压力扩大到导致阀芯22向上运动之前，外部气体压力克服主复位弹簧14的弹簧预紧力，阀座39连同阀芯22一起向上运动。阀座39向上运动直到弹簧座20与隔板13相接触。此时即使压电晶体2通电，阀芯22也无法向上运动，燃气阀无法开启。燃气阀锁死。

当燃气阀内外气压恢复正常时，阀座39在阀座复位弹簧43的作用下向下运动回到原位。如果此时压电晶体2通电，阀芯22仍保持不动，燃气阀正常开启。想要关闭燃气阀时压电晶体2断电，阀芯22在主复位弹簧14的作用下向下运动，燃气阀关闭。如果此时压电晶体2未通电，阀座39与阀芯22一起在主复位弹簧14的作用下向下运动回到原位，燃气阀保持关闭。想要开启燃气阀时，压电晶体2通电，阀芯22向上运动，燃气阀正常开启。

由上述工作过程可知，本发明直通式带浮动阀座17的内导向燃气喷射阀采用带浮动阀座17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，本发明通过在导向销9中心开压力平衡孔24并在底板21上开有一定数量的压力平衡槽26，避免衔铁19受到轴向力，使衔铁19处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁19响应速度；在阀芯22的四个肋片29上开周向补气孔33的结构，增加流通面积，减少阀芯22质量，提高可靠性。在阀芯22周向补气孔33处设置一定角度的导流锥角，减少流动损失，增大流量系数。本发明采用轴向主气槽35直接进气和周向补气孔33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。有效地提高了发动机的喷气效率。

本发明的技术方案：一种直通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀，它由阀体、压电执行器、阀芯组合体、浮动阀座四大部分构成。压电执行器通过其上方螺纹与阀体连接在一起。压电执行器由压电晶体、控制阀杆、液力放大器、辅复位弹簧组成，其中液力放大器由大活塞、大活塞支撑弹簧、小活塞、小活塞支撑弹簧和套筒组成，液力放大器布置在阀体上的隔板上方，套筒内布满一定压力的燃油，大活塞、小活塞与套筒之间的配合面均设有密封环7；压电晶体下方布置有控制阀杆，控制阀杆的下表面与液力放大器中的大活塞上表面相接触，液力放大器中的大、小活塞均对称布置有四个，在大活塞支撑弹簧的作用下，压电晶体、控制阀杆、大活塞紧密贴合在一起，液力放大器中的小活塞利用小活塞支撑弹簧使其与导向销下表面紧密贴合，导向销上表面布置有辅复位弹簧。在压电执行器下方自上而下依次布置有阀芯组合体、浮动阀座。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。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。主复位弹簧位于隔板与弹簧座之间，导向销中心开有压力平衡孔。在阀芯的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。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。