一種旁通式軸向進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥的製作方法

2023-09-15 23:19:20

本發明涉及的是一種燃氣噴射閥，具體地說是氣體機和雙燃料內燃機上的燃氣噴射閥。

背景技術：

隨著社會的迅速發展，能源的需求日益增加，環境汙染的問題也日益加劇，天然氣因其自身儲量豐富、價格低廉且具有良好的經濟性與排放性，成為最具發展前景的能源，在內燃機行業，將天然氣作為內燃機運行的主燃料，對於降低排放問題有著顯著的效果，因此，應用天然氣作為主燃料的內燃機近年來已然成為了內燃機行業中的研究熱點。燃氣噴射閥作為氣體燃料內燃機的供氣系統中的重要執行元件，其性能的優劣直接影響著內燃機的特性。目前來看，在燃氣噴射閥的實際工作過程中，依照內燃機轉速的不同，燃氣噴射閥的響應時間一般在幾毫秒到幾十毫秒之間，即燃氣噴射閥需具備高的響應速度以滿足其迅速開關的要求，與此同時，燃氣噴射閥還需具備儘量大的出氣橫截面積，以保證內燃機獲得充足的燃氣量，此外，燃氣噴射閥工作時燃氣自身的流動狀態、所噴燃氣壓力的穩定性及控制精度等特性均會對內燃機性能造成影響。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供升程可變、響應速度高、噴氣壓力穩定的一種旁通式軸向進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種旁通式軸向進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥，其特徵是：包括閥體、閥座、壓電晶體、液力放大器、隔板、閥芯組合體，閥體上方固定有固定塊，固定塊中部開有直槽，壓電晶體安裝在直槽裡，閥體固定在閥座上，閥體裡設置隔板，液力放大器設置隔板上方，閥芯組合體設置在隔板下方，隔板上分別設置通孔，隔板下方的閥體與閥座之間形成閥空間，所述液力放大器包括大活塞、小活塞、套筒，套筒設置在隔板上，套筒上端的端部設置粗出口，套筒上端端部內側設置細出口，大活塞設置在粗出口裡，小活塞設置在細出口裡，大活塞的凸緣與套筒之間設置大活塞支撐彈簧，小活塞的凸緣與套筒之間設置小活塞支撐彈簧，大活塞、小活塞下方的套筒裡充有液壓油，導向銷穿過隔板的通孔，導向銷的上方設置控制閥杆，導向銷與控制閥杆之間設置導向銷復位彈簧，控制閥杆的上表面與壓電晶體貼合在一起，控制閥杆的下表面與大活塞上表面貼合在一起，小活塞上表面與導向銷貼合在一起，所述的閥芯組合體包括銜鐵、彈簧座、底板、閥芯，銜鐵、底板、閥芯自上而下布置同時通過緊固螺栓連接在一起，彈簧座位於銜鐵外部並與銜鐵之間形成環形槽，隔板下表面設置環形槽，銜鐵復位彈簧的兩端分別布置在隔板的環形槽和彈簧座的環形槽內，導向銷與銜鐵相固定，導向銷裡設置壓力平衡孔，底板上設置壓力平衡槽，閥芯為中空結構，閥芯下方的閥座上設置中心穩壓腔，壓力平衡孔、壓力平衡槽、閥芯的中空部分以及中心穩壓腔相通並構成內部空間，閥芯上設置密封環帶，密封環帶形成進氣環腔，閥座上設置出氣環帶，出氣環帶位於進氣環腔下方，出氣環帶下方設置出氣口。

本發明還可以包括：

1、閥座的外端設置端部穩壓腔。

2、閥體上設置伸出部分，伸出部分設置進氣口，進氣口下方的閥體裡設置導流腔，進氣口、導流腔相通並構成外部空間，外部空間與內部空間相通，閥芯上設置軸向進氣孔；

燃氣經進氣口垂直流入導流腔，一部分燃氣流入到內部空間以及閥座的中心穩壓腔，其餘燃氣流入閥芯上方，一部分燃氣流經軸向進氣孔，充滿閥芯上的進氣環腔，另一部分燃氣流入閥座外端的端部穩壓腔內；

壓電晶體未通電時，閥芯上的密封環帶與閥座的上表面緊密配合，燃氣充滿燃氣噴射閥的閥體內部的外部空間和內部空間；壓電晶體通電後，壓電晶體受到電流激勵從而伸長，推動大活塞向下運動，套筒中的液壓油受到壓縮，在液壓油壓力的作用下，小活塞向上運動，導向銷亦向上運動，帶動閥芯組合體向上運動，燃氣噴射閥開啟，氣路開啟，直到套筒內的液壓油壓力回到初始狀態，大活塞和小活塞不再運動，閥芯組合體隨之停止，燃氣由閥芯上的軸向進氣孔流入，通過進氣環腔，經由閥芯與閥座之間的空隙，最後經由出氣口導向後垂直流出；壓電晶體斷電後，壓電晶體縮短，在大活塞支撐彈簧的作用下，大活塞回到初始位置，套筒內液壓油壓力下降，在導向銷復位彈簧的作用下，導向銷向下運動，小活塞、閥芯組合體隨之向下運動，直至套筒內液壓油壓力回到初始狀態，大活塞、小活塞回到初始位置，閥芯組合體回到初始位置，閥芯表面與閥座表面貼合，燃氣噴射閥關閉，氣路關閉。

本發明的優勢在於：本發明利用壓電晶體通電伸長，經由液力放大器放大位移後推動閥芯組合體的導向銷運動，閥芯組合體整體在導向銷與隔板之間配合面的內導向作用下離開閥座運動，實現燃氣閥噴氣的功能；本發明採用壓電晶體驅動的方式，有效提高了燃氣噴射閥的響應速度，通過壓電晶體不同的電流驅動方式，實現了燃氣噴射閥的升程可變；本發明採用旁通的供氣方式，對燃氣在閥體內的流動進行了導向；閥芯底端應用密封環帶進而形成進氣環腔，燃氣沿軸向進入，一方面避免了燃氣幹涉，保證了氣路平衡，另一方面減輕了閥座質量，提高了響應速度；本發明採用帶有穩壓腔的閥座結構，其能夠有效抑制了燃氣噴射閥內部燃氣壓力的波動，保證了燃氣噴射閥噴氣壓力的穩定性；本發明於導向銷處設置了壓力平衡孔，於底板處設置了壓力平衡槽，促使閥芯組合體內外氣路達到平衡，保證了閥芯組合體上下無燃氣壓力差，避免了閥芯組合體受到額外的軸向力，進一步地提高了燃氣噴射閥的響應速度，降低了燃氣噴射閥工作的控制難度。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的閥芯組合體結構放大圖；

圖3為本發明的氣路走向圖；

圖4為閥芯三維結構放大圖；

圖5為閥座三維結構放大圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：

結合圖1-5，圖1為本發明一種旁通式軸向進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥的整體結構示意圖，包括1固定塊，2壓電晶體，3閥體，4控制閥杆，5大活塞，6大活塞支撐彈簧，7密封環，8套筒，9密封膠圈，10密封膠圈，12定位螺栓，13密封膠圈，14導向銷復位彈簧，15小活塞，16小活塞支撐彈簧，19閥芯組合體和21閥座。閥體3為一長方體，在靠近其中心一端開有燃氣的進氣口33及導流腔34，在靠近閥體3中心的另一端沿軸向上下均開有一定深度的孔，兩孔中間隔有一定深度的隔板18，隔板18下方的通孔與導流腔34相連通，固定塊1利用定位螺栓12將其與閥體3連接在一起，使其自身固定在隔板18上方通孔頂端的中心位置，在固定塊1與閥體3之間的配合面上通過密封膠圈13來保持密封，固定塊1在中心位置開有一定深度的直槽，壓電晶體2布置在其中，在直槽上方開有一直徑較小的通孔，用於布置壓電晶體2與閥體3外控制單元的接電線，壓電晶體2下方緊密布置有控制閥杆4，控制閥杆4的下表面與大活塞5上表面相接觸，在導向銷復位彈簧14、大活塞支撐彈簧6的預緊力作用下，壓電晶體2下表面與控制閥杆4上表面、控制閥杆4下表面與大活塞5上表面均緊密貼合在一起，套筒8上端為兩齣口，分別是一粗出口和一細出口，下端為一連通的封閉腔，大活塞5的下端布置在套筒8的粗出口內，大活塞支撐彈簧6位於大活塞5凸緣與套筒8之間，保證大活塞5不會整體進入套筒8內，套筒8內充滿了具有一定壓力的液壓油17，套筒8的細出口上方布置有小活塞15，小活塞15下端布置在其中，在小活塞15凸緣與套筒8之間布置有小活塞支撐彈簧16，以保證小活塞15不會整體進入套筒內，大活塞5、小活塞15側表面與套筒8內壁之間布置有密封環7，以防止套筒8內液壓油17的洩漏，大活塞5、小活塞15、大活塞支撐彈簧6、小活塞支撐彈簧16與套筒8一同構成了壓電晶體2的液力放大器，液力放大器作為一個整體布置在閥體3中隔板18的上方，控制閥杆4中心位置下方從上到下依次布置有閥芯組合體19、閥座21，在小活塞支撐彈簧16的預緊力作用下，小活塞15上表面與閥芯組合體19的上端緊密貼合，閥座21上開有螺栓孔38，閥座21與閥體3之間通過螺栓固定連接在一起，二者之間的配合面通過密封膠圈10來實現密封，閥座21在中心位置以及靠近密封環帶27處兩端均開有穩壓腔11，閥座21中心位置的穩壓腔11與閥芯組合體19內部的燃氣空間相連通，而閥座21兩端的穩壓腔11與閥體3內的導流腔33相連通；

如圖2所示，一種旁通式軸向進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥的閥芯組合體19由導向銷22、銜鐵23、彈簧座24、底板25、閥芯26、銜鐵復位彈簧29、墊片30和緊固螺栓32組成，為保證導向銷22平穩地運動，在其下方布置有多個套筒8，對應的多個小活塞15對稱布置在導向銷22下方，個數為偶數數目，在小活塞支撐彈簧16的作用下，小活塞15上表面與閥芯組合體19中的導向銷22下表面緊密貼合，導向銷22中心開有壓力平衡孔28，布置在隔板18中心的通孔內，導向銷22下端通過螺紋連接與銜鐵23固定在一起，銜鐵23通過緊固螺栓32與底板25、閥芯26連接在一起，銜鐵23與底板25之間布置有一層墊片30，底板25上方開有四個壓力平衡槽31，彈簧座24安裝在底板25的上方，其內部的側表面與銜鐵23的側表面相接觸，銜鐵復位彈簧29的兩端分別位於隔板18與彈簧座24的環形槽內，底板25下方的閥芯26由閥芯主體、密封環帶27組成，閥芯組合體19整體布置在控制閥杆4下方。

如圖3所示，燃氣在一種旁通式軸向進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥中，首先，燃氣由閥體3上進氣口33垂直進入，經導流腔34導向後，燃氣流動方向由垂直方向改為水平方向，流入閥芯組合體19周圍空間，由於底板25上的壓力平衡槽31的存在，閥芯組合體19內部空間與閥體3內空間連通，一部分燃氣會流入到閥芯組合體19內部空間，隨即充滿了閥芯組合體19內部空間以及閥座21中心處的穩壓腔11，由於導向銷22上壓力平衡孔28的存在，燃氣會流入閥芯組合體19上方空間，同樣充滿閥芯組合體19上方空間；其餘燃氣流入閥芯26的上方，一部分燃氣由閥芯26上的軸向進氣孔35流入，充滿多道密封環帶27周圍的具有一定深度的進氣環腔36，另一部分燃氣充滿了閥座21兩端處的穩壓腔11以及閥芯26的周圍空間。壓電晶體2未通電時，閥芯26表面與閥座21表面相貼合，閥芯26上的進氣環腔36與閥座21上出氣環帶20附近的環腔不連通；壓電晶體2通電後，壓電晶體2伸長，經液力放大器放大後帶動閥芯組合體19向上運動，閥芯26表面脫離閥座21表面，此時進氣環腔36與出氣環帶20附近的環腔相連通，閥芯26的抬起與落座控制著進氣環腔36與出氣環帶20附近的環腔之間的通斷。

燃氣噴射閥工作過程中，壓電晶體2未通電時，在導向銷復位彈簧14、銜鐵復位彈簧29的預緊力作用下，閥芯組合體19在初始位置維持不動，閥芯組合體19中的閥芯26上的密封環帶27與閥座21的上表面緊密配合，閥芯26上的進氣環腔36與閥座21上出氣環帶20附近的環腔不連通，燃氣充滿燃氣噴射閥的閥體3內部的整個空間。壓電晶體2通電後，壓電晶體2受到電流激勵從而伸長，使得控制閥杆4向下運動，大活塞5隨之向下運動，套筒8內的液壓油17壓力升高，在液壓油17壓力的作用下，小活塞15向上運動，導向銷22受到多個小活塞15向上的作用力後，平穩地向上運動，導向銷22作為閥芯組合體19的一部分，閥芯組合體19整體隨之向上運動，此時，燃氣噴射閥開啟，氣路開啟，直到套筒8內的液壓油17壓力回到初始狀態，大活塞5、小活塞15停止運動，閥芯組合體19隨之停止運動，閥芯組合體19在該位置維持一段時間，此過程中，燃氣由閥芯26上的軸向進氣孔35流入，通過多道密封環帶27周圍具有一定深度的進氣環腔36，經由閥芯26與閥座21之間的空隙，最後經由出氣口37導向後垂直流出，閥芯26和閥座21間採用多道環帶，面密封，穩壓平衡，並且較寬的環帶面積可減少衝擊，提高可靠性，閥座21在靠近進氣環腔36兩端以及自身中心位置處設置的穩壓腔11使得周圍的燃氣在流動過程中通氣均勻，氣壓平衡；燃氣噴出一定量後，壓電晶體2開始斷電，壓電晶體2縮短，在大活塞支撐彈簧6的作用下，大活塞5開始向上運動，套筒8內液壓油17壓力下降，在導向銷復位彈簧14的作用下，導向銷22開始向下運動，小活塞15、閥芯組合體19整體隨之一同向下運動，直至套筒8內液壓油17壓力回到初始狀態，大活塞5、小活塞15回到初始位置，此時閥芯組合體19也對應的回到初始位置，閥芯26表面與閥座21表面貼合，重新回到初始位置，燃氣噴射閥關閉，氣路關閉。

由上述的工作過程可知：本發明一種旁通式軸向進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥，在工作過程中，利用壓電晶體2通電伸長，經由液力放大器放大位移後推動閥芯組合體19的導向銷22運動，閥芯組合體19整體在導向銷22與隔板18之間配合面的內導向作用下離開閥座21運動，實現燃氣閥噴氣的功能；本發明採用壓電晶體2驅動的方式，有效提高了燃氣噴射閥的響應速度，通過壓電晶體2不同的電流驅動方式，實現了燃氣噴射閥的升程可變；本發明採用旁通的供氣方式，對燃氣在閥體3內的流動進行了導向；閥芯26底端應用密封環帶27進而形成進氣環腔36，燃氣沿軸向進入，一方面避免了燃氣幹涉，保證了氣路平衡，另一方面減輕了閥座21質量，提高了響應速度；本發明採用帶有穩壓腔11的閥座21結構，其能夠有效抑制了燃氣噴射閥內部燃氣壓力的波動，保證了燃氣噴射閥噴氣壓力的穩定性；本發明於導向銷22處設置了壓力平衡孔28，於底板25處設置了壓力平衡槽31，促使閥芯組合體19內外氣路達到平衡，保證了閥芯組合體19上下無燃氣壓力差，避免了閥芯組合體19受到額外的軸向力，進一步地提高了燃氣噴射閥的響應速度，降低了燃氣噴射閥工作的控制難度。

本發明一種旁通式軸向進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥，包括固定塊、壓電晶體、閥體、控制閥杆、大活塞、大活塞支撐彈簧、密封環、套筒、密封膠圈、定位螺栓、導向銷復位彈簧、小活塞、小活塞支撐彈簧、閥芯組合體和閥座，閥體為一長方體，在靠近其中心一端開有燃氣的進氣口及導流腔，在靠近閥體中心的另一端沿軸向上下均開有一定深度的孔，兩孔中間隔有一定深度的隔板，隔板下方的孔空間與導流腔相連通，固定塊利用定位螺栓將其與閥體連接在一起，使其自身固定在隔板上方孔頂端的中心位置，在固定塊與閥體之間的配合面上通過密封膠圈來保持密封，固定塊在中心位置開有一定深度的直槽，壓電晶體布置在其中，在直槽上方開有一直徑較小的通孔，用於布置壓電晶體與閥體外控制單元的接電線，壓電晶體下方緊密布置有控制閥杆，控制閥杆的下表面與大活塞上表面相接觸，在導向銷復位彈簧、大活塞支撐彈簧的預緊力作用下，壓電晶體下表面與控制閥杆上表面、控制閥杆下表面與大活塞上表面均緊密貼合在一起，套筒上端為兩齣口，分別是一粗出口和一細出口，下端為一連通的封閉腔，大活塞的下端布置在套筒的粗出口內，大活塞支撐彈簧位於大活塞凸緣與套筒之間，保證大活塞不會整體進入套筒內，套筒內充滿了具有一定壓力的液壓油，套筒的細出口上方布置有小活塞，小活塞下端布置在其中，在小活塞凸緣與套筒之間布置有小活塞支撐彈簧，以保證小活塞不會整體進入套筒內，大活塞、小活塞側表面與套筒內壁之間布置有密封環，以防止套筒內液壓油的洩漏，大活塞、小活塞、大活塞支撐彈簧、小活塞支撐彈簧與套筒一同構成了壓電晶體的液力放大器，液力放大器作為一個整體布置在閥體中隔板的上方，控制閥杆中心位置下方從上到下依次布置有閥芯組合體、閥座，在小活塞支撐彈簧的預緊力作用下，小活塞上表面與閥芯組合體的上端緊密貼合，閥座上開有螺栓孔，閥座與閥體之間通過螺栓固定連接在一起，二者之間的配合面通過密封膠圈來實現密封，閥座在中心位置以及靠近密封環帶處兩端均開有穩壓腔，閥座中心位置的穩壓腔與閥芯組合體內部的燃氣空間相連通，而閥座兩端的穩壓腔與閥體內的導流腔相連通；前述的閥芯組合體由導向銷、銜鐵、銜鐵復位彈簧、彈簧座、底板、閥芯、墊片和緊固螺栓組成，為保證導向銷平穩地運動，在其下方布置有多個套筒，對應的多個小活塞對稱布置在導向銷下方，個數為偶數數目，在小活塞支撐彈簧的作用下，小活塞上表面與閥芯組合體中的導向銷下表面緊密貼合，導向銷中心開有壓力平衡孔，布置在隔板中心的通孔內，導向銷下端通過螺紋與銜鐵固定連接在一起，銜鐵通過緊固螺栓與底板、閥芯連接在一起，銜鐵與底板之間布置有一層墊片，底板上方開有四個壓力平衡槽，彈簧座安裝在底板的上方，其內部的側表面與銜鐵的側表面相接觸，銜鐵復位彈簧的兩端分別位於隔板與彈簧座的環形槽內，底板下方的閥芯由閥芯主體、密封環帶組成，閥芯組合體整體布置在控制閥杆下方；燃氣由閥體上進氣口垂直進入，經導流腔導向後，燃氣流動方向由垂直方向改為水平方向，流入閥芯組合體周圍空間，由於底板上的壓力平衡槽的存在，閥芯組合體內部空間與閥體內空間連通，一部分燃氣會流入到閥芯組合體內部空間，隨即充滿了閥芯組合體內部空間以及閥座中心處的穩壓腔，由於導向銷上壓力平衡孔的存在，燃氣會流入閥芯組合體上方空間，同樣充滿閥芯組合體上方空間；其餘燃氣流入閥芯的上方，一部分燃氣由閥芯上的進氣孔流入，充滿多道密封環帶周圍的具有一定深度的進氣環腔，另一部分燃氣充滿了閥座兩端處的穩壓腔以及閥芯的周圍空間。壓電晶體未通電時，閥芯表面與閥座表面相貼合，閥芯上的進氣環腔與閥座上出氣環帶附近的環腔不連通；壓電晶體通電後，壓電晶體伸長，經液力放大器放大後帶動閥芯組合體向上運動，閥芯表面脫離閥座表面，此時進氣環腔與出氣環帶附近的環腔相連通，閥芯的抬起與落座控制著進氣環腔與出氣環帶附近的環腔之間的通斷。