一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀的制作方法

文档序号:11403415阅读:277来源:国知局
一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀的制造方法与工艺

本发明涉及的是一种燃气喷射阀,具体地说是气体机和双燃料内燃机上的燃气喷射阀。



背景技术:

在节能减排的大背景下,面对化石能源的日益匮乏,排放法规要求的日益提高,寻找一种可替代的燃料已然成为内燃机行业发展的必然趋势,天然气因其自身来源广泛、热值高、排放污染少等优点,成为最具发展前景的能源。在内燃机实际工作中,应用天然气作为内燃机运行的主燃料,可大幅降低内燃机的排放污染情况,对优化能源结构、促进经济可持续发展有着极为重要的意义,应用天然气作为主燃料的内燃机近年来已然成为了内燃机行业中的研究热点。燃气喷射阀作为气体燃料内燃机的供气系统中的重要执行元件,其性能的优劣直接影响着内燃机的特性。目前来看,在燃气喷射阀的实际工作过程中,依照内燃机转速的不同,燃气喷射阀的响应时间一般在几毫秒到几十毫秒之间,即燃气喷射阀需具备高的响应速度以满足其迅速开关的要求,与此同时,燃气喷射阀还需具备尽量大的出气横截面积,以保证内燃机获得充足的燃气供给,此外,燃气喷射阀工作时供给自身燃气量的多少、所喷燃气压力的稳定性及控制精度等特性均会对内燃机性能造成影响。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供升程可变、响应速度高、喷气压力稳定的一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀。

本发明的目的是这样实现的:

本发明一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀,其特征是:包括阀体、阀座、阀杆、压电晶体、液力放大器、隔板、阀芯组合体,阀座固定在阀体下方并与阀体之间形成阀空间,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,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,套筒上端的中心为粗出口,套筒上端的端部为细出口,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,大活塞上表面与压电晶体下表面贴合在一起,大活塞外部设置圆环盘,小活塞上表面与圆环盘下表面贴合,圆环盘和固定块里均设置凹槽,复位弹簧的两端分别布置在圆环盘和固定块的凹槽里,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,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,衔铁中心处设置压力平衡孔,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,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,密封环带形成进气环腔,阀座上设置出气环带和导向块,导向块位于阀芯周围,出气环带位于进气环腔下方,出气环带下方设置出气口,隔板上分别设置通孔和通气孔,阀杆的中部穿过通孔,阀杆的上部与圆环盘相连,阀杆的下方通过卡簧与衔铁固定在一起。

本发明还可以包括:

1、阀座的外端设置端部稳压腔。

2、固定块的上部与阀体之间形成进气口,固定块的中下部以及液力放大器与与阀体之间形成进气腔,阀芯组合体与阀体之间形成导流腔,进气口、进气腔、通气孔、导流腔相通并构成外部空间,外部空间与内部空间相通,阀芯上设置轴向进气孔;

燃气经由进气口垂直流入阀体内,沿着进气腔垂直流动,直至流过通气孔,一部分燃气流入到阀芯组合体内部空间及阀座中心稳压腔,其余燃气沿着导流腔继续流动,一部分由轴向进气孔流入,充满阀芯的进气环腔,另一部分充满座外端的端部稳压腔以及阀芯的周围空间;

压电晶体未通电时,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;压电晶体通电后,压电晶体受到电流激励从而伸长,推动大活塞向下运动,套筒中的液压油受到压缩,在液压油压力的作用下,小活塞向上运动,阀杆亦向上运动,在卡簧的固定作用下,带动阀芯组合体向上运动,直到套筒内的液压油压力回到初始状态,小活塞不再运动,阀芯组合体随之停止,燃气由阀芯上的轴向进气孔流入,通过进气环腔,经由阀芯与阀座之间的空隙,最后经由出气口导向后垂直流出;压电晶体断电后,压电晶体缩短,在大活塞支撑弹簧的作用下,大活塞回到初始位置,套筒内液压油压力下降,在复位弹簧的作用下,圆环盘、小活塞向下运动,阀杆、阀芯组合体随之向下运动,直至套筒内液压油压力回到初始状态,大活塞、小活塞回到初始位置,阀芯组合体回到初始位置,阀芯表面与阀座表面贴合,燃气喷射阀关闭,气路关闭。

本发明的优势在于:本发明的利用压电晶体通电伸长,经由液力放大器放大位移后,对称布置的小活塞推动圆环盘平稳地向上运动,圆环盘通过阀杆带动阀芯组合体整体在外侧的导向块的外导向作用下离开阀座运动,实现燃气阀喷气的功能;本发明采用压电晶体驱动的方式,有效提高了燃气喷射阀的响应速度,通过压电晶体不同的电流驱动方式,实现了燃气喷射阀的升程可变;本发明采用直通的供气方式,保证了进入阀体内的燃气的充足供给;阀芯底端应用密封环带进而形成进气环腔,燃气沿轴向进入,一方面避免了燃气干涉,保证了气路平衡,另一方面减轻了阀座质量,提高了响应速度;本发明采用带有稳压腔的阀座结构,其能够有效抑制了燃气喷射阀内部燃气压力的波动,保证了燃气喷射阀喷气压力的稳定性;本发明于衔铁处设置了压力平衡孔,于底板处设置了压力平衡槽,促使阀芯组合体内外气路达到平衡,保证了阀芯组合体上下无燃气压力差,避免了阀芯组合体受到额外的轴向力,进一步地提高了燃气喷射阀的响应速度,降低了燃气喷射阀工作的控制难度。

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放大图;

图3为本发明的气路走向图;

图4为阀芯三维结构放大图;

图5为阀座三维结构放大图。

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1-5,图1为本发明一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀的整体结构示意图,包括1阀体、2压电晶体、3固定块、4大活塞、5大活塞支撑弹簧、6密封环、7套筒、9复位弹簧、10圆环盘、11阀杆、12小活塞支撑弹簧、13小活塞、15卡簧、16隔板、17阀芯组合体、19密封胶圈和20阀座,固定块3利用螺纹与阀体1连接在一起,使其自身固定在阀体1上方的中心位置,固定块3在中心位置开有一定深度的直槽,压电晶体2布置在其中,在直槽上方开有一直径较小的通孔,用于布置压电晶体2与阀体1外控制单元的接电线,压电晶体2下表面与大活塞4上表面相接触,在大活塞支撑弹簧5的预紧力作用下,压电晶体2下表面与大活塞4上表面紧密贴合在一起,套筒7上端为多出口形式,中心出口为粗出口,周围出口为细出口,对称布置在圆环盘10的下方,下端为一连通的封闭腔,大活塞4的下端布置在套筒8中心的粗出口内,大活塞支撑弹簧5位于大活塞4凸缘与套筒7之间,保证大活塞4不会整体进入套筒7内,套筒7内充满了具有一定压力的液压油14,套筒7周围的细出口上方布置有小活塞13,小活塞13下端布置在其中,在小活塞13凸缘与套筒7之间布置有小活塞支撑弹簧12,以保证小活塞13不会整体进入套筒7内,大活塞4、小活塞13侧表面与套筒7内壁之间布置有密封环6,以防止套筒7内液压油14的泄漏,大活塞4、小活塞13、大活塞支撑弹簧5、小活塞支撑弹簧12与套筒7一同构成了压电晶体的液力放大器,液力放大器作为一个整体布置在阀体1中隔板16的上方,在小活塞支撑弹簧12的预紧力作用下,小活塞13上表面与圆环盘10下表面紧密贴合,复位弹簧9的两端分别布置在固定块3与圆环盘10上的凹槽内,圆环盘10的两端开有圆孔,孔内开有螺纹,利用螺纹将圆环盘10与阀杆11连接在一起,阀杆11布置在隔板16中的通孔内,其下端利用卡簧15与阀芯组合体17上端固定在一起,隔板16两端还开有直径较大的通气孔,在隔板16下方由上到下依次布置有阀芯组合体17、阀座20,阀座20上开有螺栓孔39,阀座20与阀体1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19来实现密封,阀座20在中心位置以及靠近密封环带26处两端均开有稳压腔8,阀座20中心位置的稳压腔8与阀芯组合体17内部的燃气空间相连通,而阀座20两端的稳压腔8与阀体1内的导流腔35相连通;

如图2所示,一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀的阀芯组合体17由衔铁22、弹簧座23、底板24、阀芯25、衔铁复位弹簧28、垫片29和紧固螺栓31组成,衔铁22通过紧固螺栓31与底板24、阀芯25连接在一起,衔铁22与底板24之间布置有一层垫片29,衔铁22上开有压力平衡孔27,底板24上方开有四个压力平衡槽30,衔铁22中心处的压力平衡孔27配合底板24上的压力平衡槽30使得阀芯组合体17内部空间与外部空间连通,内外气路达到平衡,阀芯组合体17的内外燃气无压力差,避免自身在运动时受到额外的轴向力,弹簧座23安装在底板24的上方,其内部的侧表面与衔铁22的侧表面相接触,衔铁复位弹簧28的两端分别布置在隔板16与弹簧座23的环形槽上,阀芯25由阀芯主体、密封环带26组成,其周向固定在阀座20上的四个导向块18上,保证自身垂直度,阀芯组合体17整体布置在隔板16下方;

如图3所示,燃气在一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀中,首先,燃气经由进气口32垂直流入阀体1内,沿着进气腔33垂直流动,直至流过阀体1上隔板16两端的通气孔34,由于衔铁22上压力平衡孔27和底板24上的压力平衡槽30的存在,阀芯组合体17内部空间与阀体1内空间连通,一部分燃气会流入到阀芯组合体17内部空间,随即充满了阀芯组合体17内部空间以及阀座20中心处的稳压腔8;其余燃气沿着导流腔35流入充满阀体1内部,一部分由轴向进气孔36流入,充满多道密封环带26周围的具有一定深度的进气环腔37,另一部分充满了阀座20两端处的稳压腔8以及阀芯25的周围空间。压电晶体2未通电时,阀芯25表面与阀座20表面相贴合,阀芯25上的进气环腔37与阀座20上出气环带21附近的环腔不连通;压电晶体2通电后,压电晶体2伸长,经液力放大器放大后带动阀芯组合体17向上运动,阀芯25表面脱离阀座20表面,此时进气环腔37与出气环带21附近的环腔相连通,阀芯25的抬起与落座控制着进气环腔37与出气环带21附近的环腔之间的通断。

燃气喷射阀工作过程中,压电晶体2未通电时,在衔铁复位弹簧28的作用下,阀芯组合体17在初始位置维持不动,阀芯组合体17中的阀芯25上的密封环带26与阀座20的上表面紧密配合,阀芯25上的进气环腔37与阀座20上出气环带21附近的环腔不连通,燃气充满燃气喷射阀的阀体1内部的整个空间。压电晶体2通电后,压电晶体2受到电流激励从而伸长,推动大活塞4向下运动,套筒7中的液压油14受到压缩,压力升高,在液压油14压力的作用下,套筒7内细出口上的小活塞13向上运动,小活塞13对称分布在圆环盘10的下方,平稳地推动圆环盘10向上运动,由于螺纹的连接作用,阀杆11亦向上运动,最终在卡簧15的固定作用下,带动阀芯组合体17向上运动,在阀芯组合体17的运动过程中,通过导向块18实现外导向,直到套筒7内的液压油14压力回到初始状态,小活塞13不再运动,阀芯组合体17随之停止,阀芯组合体17在该位置维持一段时间,燃气由阀芯25上的轴向进气孔36流入,通过多道密封环带26周围具有一定深度的进气环腔37,经由阀芯25与阀座20之间的空隙,最后经由出气口38导向后垂直流出,阀芯25和阀座20间采用多道环带,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,阀座20在靠近进气环腔37两端以及自身中心位置处设置的稳压腔8使得周围的燃气在流动过程中通气均匀,气压平衡;燃气喷出一定量后,压电晶体2开始断电,压电晶体2缩短,在大活塞支撑弹簧5的作用下,大活塞4开始回到初始位置,套筒7内液压油14压力下降,在复位弹簧9的作用下,圆环盘10、小活塞13开始向下运动,阀杆11、阀芯组合体17随之向下运动,直至套筒7内液压油14压力回到初始状态,大活塞4、小活塞13回到初始位置,此时阀芯组合体17也对应的回到初始位置,阀芯25表面与阀座20表面贴合,重新回到初始位置,燃气喷射阀关闭,气路关闭。

由上述的工作过程可知:本发明一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀,在工作过程中,利用压电晶体2通电伸长,经由液力放大器放大位移后,对称布置的小活塞13推动圆环盘10平稳地向上运动,圆环盘10通过阀杆11带动阀芯组合体17整体在外侧的导向块18的外导向作用下离开阀座20运动,实现燃气阀喷气的功能;本发明采用压电晶体2驱动的方式,有效提高了燃气喷射阀的响应速度,实现了燃气喷射阀的升程可变;本发明采用直通的供气方式,保证了进入阀体1内的燃气的充足供给;阀芯25底端应用密封环带26进而形成进气环腔37,燃气沿轴向进入,一方面避免了燃气干涉,保证了气路平衡,另一方面减轻了阀座20质量,提高了响应速度;本发明采用带有稳压腔8的阀座20结构,其能够有效抑制了燃气喷射阀内部燃气压力的波动,保证了燃气喷射阀喷气压力的稳定性;本发明于衔铁22处设置了压力平衡孔27,于底板24处设置了压力平衡槽30,促使阀芯组合体17内外气路达到平衡,保证了阀芯组合体17上下无燃气压力差,避免了阀芯组合体17受到额外的轴向力,进一步地提高了燃气喷射阀的响应速度,降低了燃气喷射阀工作的控制难度。

本发明一种直通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀,包括阀体、压电晶体、固定块、大活塞、大活塞支撑弹簧、密封环、套筒、复位弹簧、圆环盘、阀杆、小活塞支撑弹簧、小活塞、卡簧、阀芯组合体、密封胶圈和阀座,固定块利用螺纹与阀体连接在一起,使其自身固定在阀体上方的中心位置,固定块在中心位置开有一定深度的直槽,压电晶体布置在其中,在直槽上方开有一直径较小的通孔,用于布置压电晶体与阀体外控制单元的接电线,压电晶体下表面与大活塞上表面相接触,在大活塞支撑弹簧的预紧力作用下,压电晶体下表面与大活塞上表面紧密贴合在一起,套筒上端为多出口形式,中心出口为粗出口,周围出口为细出口,对称布置在圆环盘的下方,下端为一连通的封闭腔,大活塞的下端布置在套筒中心的粗出口内,大活塞支撑弹簧位于大活塞凸缘与套筒之间,保证大活塞不会整体进入套筒内,套筒内充满了具有一定压力的液压油,套筒周围的细出口上方布置有小活塞,小活塞下端布置在其中,在小活塞凸缘与套筒之间布置有小活塞支撑弹簧,以保证小活塞不会整体进入套筒内,大活塞、小活塞侧表面与套筒内壁之间布置有密封环,以防止套筒内液压油的泄漏,大活塞、小活塞、大活塞支撑弹簧、小活塞支撑弹簧与套筒一同构成了压电晶体的液力放大器,液力放大器作为一个整体布置在阀体中隔板的上方,在小活塞支撑弹簧的预紧力作用下,小活塞上表面与圆环盘下表面紧密贴合,复位弹簧的两端分别布置在固定块与圆环盘上的凹槽内,圆环盘的两端开有圆孔,孔内开有螺纹,利用螺纹将圆环盘与阀杆连接在一起,阀杆布置在隔板中的通孔内,其下端利用卡簧与阀芯组合体上端固定在一起,隔板两端还开有直径较大的通气孔,在隔板下方由上到下依次布置有阀芯组合体、阀座,阀座上开有螺栓孔,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,阀座在中心位置以及靠近密封环带处两端均开有稳压腔,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,而阀座两端的稳压腔与阀体内的导流腔相连通;前述的阀芯组合体由衔铁、弹簧座、底板、阀芯、衔铁复位弹簧、垫片和紧固螺栓组成,衔铁通过紧固螺栓与底板、阀芯连接在一起,衔铁与底板之间布置有一层垫片,衔铁上开有压力平衡孔,底板上方开有四个压力平衡槽,衔铁中心处的压力平衡孔配合底板上的压力平衡槽使得阀芯组合体内部空间与外部空间连通,内外气路达到平衡,阀芯组合体的内外燃气无压力差,避免自身在运动时受到额外的轴向力,弹簧座安装在底板的上方,其内部的侧表面与衔铁的侧表面相接触,衔铁复位弹簧的两端分别布置在隔板与弹簧座的环形槽上,阀芯由阀芯主体、密封环带组成,其周向固定在阀座上的四个导向块上,保证自身垂直度,阀芯组合体整体布置在隔板下方;燃气经由进气口垂直流入阀体内,沿着进气腔垂直流动,直至流过阀体上隔板两端的通气孔,由于衔铁上压力平衡孔和底板上的压力平衡槽的存在,阀芯组合体内部空间与阀体内空间连通,一部分燃气会流入到阀芯组合体内部空间,随即充满了阀芯组合体内部空间以及阀座中心处的稳压腔;其余燃气沿着导流腔流入充满阀体内部,一部分由轴向进气孔流入,充满多道密封环带周围的具有一定深度的进气环腔,另一部分充满了阀座两端处的稳压腔以及阀芯的周围空间。压电晶体未通电时,阀芯表面与阀座表面相贴合,阀芯上的进气环腔与阀座上出气环带附近的环腔不连通;压电晶体通电后,压电晶体伸长,经液力放大器放大后带动阀芯组合体向上运动,阀芯表面脱离阀座表面,此时进气环腔与出气环带附近的环腔相连通,阀芯的抬起与落座控制着进气环腔与出气环带附近的环腔之间的通断。

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