一种旁通式轴向进气的压电式外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，具体地说是气体机和双燃料内燃机上的燃气喷射阀。

背景技术：

随着社会的迅速发展，能源的需求日益增加，环境污染的问题也日益加剧，天然气因其自身储量丰富、价格低廉且具有良好的经济性与排放性，成为最具发展前景的能源，在内燃机行业，将天然气作为内燃机运行的主燃料，对于降低排放问题有着显著的效果，因此，应用天然气作为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快速响应的特点以满足其迅速开关的要求，与此同时，为满足内燃机大功率时所需的燃气喷射量，燃气喷射阀还需具备尽量大的燃气喷射流通面积，此外，燃气喷射阀工作时燃气自身的流动状态、喷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、响应快速、喷气压力稳定的一种旁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：

本发明一种旁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，阀体上方固定有固定块，固定块中部开有直槽，压电晶体安装在直槽里，阀体固定在阀座上，阀体里设置隔板，液力放大器设置隔板上方，阀芯组合体设置在隔板下方，隔板下方的阀体与阀座之间形成阀空间，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，隔板上设置通孔，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、阀体上设置伸出部分，伸出部分设置进气口，进气口下方的阀体里设置导流腔，进气口、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；

燃气经进气口垂直流入导流腔，一部分燃气流入到内部空间以及阀座的中心稳压腔，其余燃气流入阀芯上方，一部分燃气流经轴向进气孔，充满阀芯上的进气环腔，另一部分燃气流入阀座外端的端部稳压腔内；

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；本发明采用旁通的供气方式，对燃气在阀体内的流动进行了导向；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示意图；

图3为本发明的气路走向图；

图4为阀芯三维结构图；

图5为阀座俯视图。

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为本发明一种旁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，包括固定块1、压电晶体2、阀体3、复位弹簧4、大活塞5、大活塞支撑弹簧6、密封环7、套筒8、密封胶圈9、密封胶圈10、定位螺栓12、密封胶圈13、圆环盘14、阀杆15、小活塞支撑弹簧16、小活塞17、隔板19、卡簧20、阀芯组合体21、出气环带23和阀座24，阀体3为一长方体，在靠近其中心一端开有燃气的进气口35及导流腔36，在靠近阀体3中心的另一端沿轴向上下均开有一定深度的孔，两孔中间隔有一定深度的隔板19，隔板19下方的孔空间与导流腔36相连通，固定块1利用定位螺栓12将其与阀体3连接在一起，使其自身固定在隔板19上方孔顶端的中心位置，在固定块1与阀体3之间的配合面上通过密封胶圈13来保持密封，固定块1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3外控制单元的接电线，压电晶体2下表面与大活塞5上表面相接触，在大活塞支撑弹簧6的预紧力作用下，压电晶体2下表面与大活塞5上表面紧密贴合在一起，套筒8上端为多出口，中心出口为粗出口，周围出口为细出口，对称布置在圆环盘14的下方，下端为一连通的封闭腔，大活塞5的下端布置在套筒8中心的粗出口内，大活塞支撑弹簧6位于大活塞5凸缘与套筒8之间，保证大活塞5不会整体进入套筒8内，套筒8内充满了具有一定压力的液压油18，套筒8两端的细出口上方布置有小活塞17，小活塞17下端布置在其中，在小活塞17凸缘与套筒8之间布置有小活塞支撑弹簧16，以保证小活塞17不会整体进入套筒8内，大活塞5、小活塞17侧表面与套筒8内壁之间布置有密封环7，以防止套筒8内液压油18的泄漏，大活塞5、小活塞17、大活塞支撑弹簧6、小活塞支撑弹簧16与套筒8一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3中隔板19的上方，在小活塞支撑弹簧16的预紧力作用下，小活塞17上表面与圆环盘14下表面紧密贴合，复位弹簧4的两端分别布置在固定块1与圆环盘14上的凹槽内，圆环盘14的两端开有圆孔，孔内开有螺纹，利用螺纹将圆环盘14与阀杆15连接在一起，阀杆15布置在隔板19中的通孔内，其下端利用卡簧20与阀芯组合体21上端固定在一起，在隔板19下方由上到下依次布置有阀芯组合体21、阀座24，阀座24与阀体3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10来实现密封，阀座24在中心位置以及靠近密封环带29处两端均开有稳压腔11，阀座24中心位置的稳压腔11与阀芯组合体21内部的燃气空间相连通，而阀座24两端的稳压腔11与阀体3内部空间相连通。

如图2所示，一种旁通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀的阀芯组合体21由衔铁25、弹簧座26、底板27、阀芯28、衔铁复位弹簧31、垫片32和紧固螺栓34组成，衔铁25通过紧固螺栓34与底板27、阀芯28连接在一起，衔铁25与底板27之间布置有一层垫片32，衔铁25上开有压力平衡孔30，底板27上方开有四个压力平衡槽33，衔铁25中心处的压力平衡孔30配合底板27上的压力平衡槽33使得阀芯组合体21内部空间与外部空间连通，内外气路达到平衡，阀芯组合体21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26安装在底板27的上方，其内部的侧表面与衔铁25的侧表面相接触，衔铁复位弹簧31的两端分别布置在隔板19与弹簧座26的环形槽上，阀芯28由阀芯主体、密封环带29组成，其周向固定在阀座24上的四个导向块上，保证自身垂直度，阀芯组合体21整体布置在隔板19下方。

如图3所示，燃气在一种旁通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀中，首先，燃气由阀体3上进气口35垂直进入，经导流腔36导向后，燃气流动方向由垂直方向改为水平方向，流入阀芯组合体21周围空间，由于衔铁25上压力平衡孔30和底板27上的压力平衡槽33的存在，阀芯组合体21内部空间与阀体3内空间连通，一部分燃气会流入到阀芯组合体21内部空间，随即充满了阀芯组合体21内部空间以及阀座24中心处的稳压腔11；其余燃气流入阀芯28的上方，一部分燃气由阀芯28上的轴向进气孔37流入，充满多道密封环带29周围的具有一定深度的进气环腔38，另一部分燃气充满了阀座24两端处的稳压腔11以及阀芯28的周围空间。压电晶体2未通电时，阀芯28表面与阀座24表面相贴合，阀芯28上的进气环腔38与阀座24上出气环带23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21向上运动，阀芯28表面脱离阀座24表面，此时进气环腔38与出气环带23附近的环腔相连通，阀芯28的抬起与落座控制着进气环腔38与出气环带23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31的作用下，阀芯组合体21在初始位置维持不动，阀芯组合体21中的阀芯28上的密封环带29与阀座24的上表面紧密配合，阀芯28上的进气环腔38与阀座24上出气环带23附近的环腔不连通，燃气充满燃气喷射阀的阀体3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5向下运动，套筒8中的液压油18受到压缩，压力升高，在液压油18压力的作用下，套筒8内细出口上的小活塞17向上运动，小活塞17对称分布在圆环盘14的下方，平稳地推动圆环盘14向上运动，由于螺纹的连接作用，阀杆15亦向上运动，最终在卡簧20的固定作用下，带动阀芯组合体21向上运动，在阀芯组合体21的运动过程中，通过导向块22实现外导向，直到套筒8内的液压油18压力回到初始状态，小活塞17不再运动，阀芯组合体21随之停止，阀芯组合体21在该位置维持一段时间，燃气由阀芯28上的轴向进气孔37流入，通过多道密封环带29周围具有一定深度的进气环腔38，经由阀芯28与阀座24之间的空隙，最后经由出气口39导向后垂直流出，阀芯28和阀座24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24在靠近进气环腔38两端以及自身中心位置处设置的稳压腔11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6的作用下，大活塞5开始回到初始位置，套筒8内液压油18压力下降，在复位弹簧4的作用下，圆环盘14、小活塞17开始向下运动，阀杆15、阀芯组合体21随之向下运动，直至套筒8内液压油18压力回到初始状态，大活塞5、小活塞17回到初始位置，此时阀芯组合体21也对应的回到初始位置，阀芯28表面与阀座24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：本发明一种旁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17推动圆环盘14平稳地向上运动，圆环盘14通过阀杆15带动阀芯组合体21整体在外侧的导向块22的外导向作用下离开阀座24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，通过压电晶体2不同的电流驱动方式，实现了燃气喷射阀的升程可变；本发明采用旁通的供气方式，对燃气在阀体3内的流动进行了导向；阀芯28底端应用密封环带29进而形成进气环腔38，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24质量，提高了响应速度；本发明采用带有稳压腔11的阀座24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25处设置了压力平衡孔30，于底板27处设置了压力平衡槽33，促使阀芯组合体21内外气路达到平衡，保证了阀芯组合体21上下无燃气压力差，避免了阀芯组合体21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。

本发明一种旁通式轴向进气的压电式外导向燃气喷射阀，包括固定块、压电晶体、阀体、复位弹簧、大活塞、大活塞支撑弹簧、密封环、套筒、密封胶圈、定位螺栓、圆环盘、阀杆、小活塞支撑弹簧、小活塞、卡簧、阀芯组合体和阀座，阀体为一长方体，在靠近其中心一端开有燃气的进气口及导流腔，在靠近阀体中心的另一端沿轴向上下均开有一定深度的孔，两孔中间隔有一定深度的隔板，隔板下方的孔空间与导流腔相连通，固定块利用定位螺栓将其与阀体连接在一起，使其自身固定在隔板上方孔顶端的中心位置，在固定块与阀体之间的配合面上通过密封胶圈来保持密封，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，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，套筒两端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，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部空间相连通；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；燃气由阀体上进气口垂直进入，经导流腔导向后，燃气流动方向由垂直方向改为水平方向，流入阀芯组合体周围空间，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；其余燃气流入阀芯的上方，一部分燃气由阀芯上的轴向进气孔流入，充满多道密封环带周围的具有一定深度的进气环腔，另一部分燃气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。