一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥的製作方法
2023-05-25 00:49:01
本發明涉及的是一種燃氣噴射閥，具體地說是天然氣發動機燃氣噴射閥。
背景技術：
近年來，隨著我國石油消耗的快速增長，石油嚴重依賴進口。天然氣燃燒清潔並且在我國儲量豐富，使其成為最有可能替代柴油的燃料。在內燃機行業中，節能減排作為內燃機發展的必然趨勢，應用天然氣作為主燃料的內燃機在保證動力性的前提下，可大幅地降低排放汙染情況，應用天然氣為燃料的內燃機近年來已然成為行業內的研究熱點。作為天然氣發動機的燃料供給裝置，燃氣噴射閥的性能直接決定天然氣發動機的特性。目前來看，在燃氣噴射閥的實際工作過程中，目前來看，在燃氣噴射閥的實際工作過程中，為了防止內燃機在工況惡劣情況下出現反向洩漏的情況，需要燃氣噴射閥具有防反向洩漏功能，依照內燃機在不同工況下的功率需求，燃氣噴射閥需滿足小流量、大流量等寬範圍噴氣流量需求，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，此外，燃氣噴射閥工作時所噴燃氣壓力的穩定性等特性均會對內燃機性能造成影響。因此，開發具有防反向洩漏功能的、流量可變、響應速度快、氣壓穩定、控制精度高、可靠性高的燃氣噴射閥，是目前天然氣發動機燃氣噴射閥發展的趨勢。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供具有防反向洩漏功能的、流量可變、響應速度快、控制精度高、可靠性高、氣壓穩定、高效密封的一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥。
本發明的目的是這樣實現的：
本發明一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥，其特徵是：包括閥體、電磁鐵、第一噴射閥結構、第二噴射閥結構、導向基座，第一噴射閥結構包括第一閥芯組合體、第一浮動閥座，第二噴射閥結構包括第二閥芯組合體、第二浮動閥座，電磁鐵固定在閥體裡，電磁鐵裡分別纏繞第一線圈和第二線圈，電磁鐵裡分別設置第一環形槽和第二環形槽，導向基座固定在閥體裡；
所述第一閥芯組合體包括第一銜鐵、第一彈簧座、第一底板、第一閥芯，第一銜鐵、第一底板、第一閥芯自上而下布置同時通過緊固螺栓連接在一起，第一彈簧座位於第一銜鐵外部並與第一銜鐵之間形成環形槽，第一主復位彈簧的兩端分別布置在電磁鐵的第一環形槽和彈簧座的環形槽內，第一銜鐵中心處安裝第一導向銷，第一導向銷通過卡簧和第一銜鐵固定在一起，第一導向銷伸入至電磁鐵裡，電磁鐵裡設置第一輔復位彈簧，第一輔復位彈簧的兩端分別接觸電磁鐵和第一導向銷，第一導向銷裡設置第一壓力平衡孔，第一底板上設置第一壓力平衡槽，第一閥芯為中空結構，第一壓力平衡孔、第一壓力平衡槽、第一閥芯的中空部分相通，第一閥芯的中空部分裡設置第一閥座復位彈簧，第一閥芯上設置第一密封環帶和第一肋片，第一密封環帶形成第一環腔，第一閥芯上表面開設第一軸向主氣槽，第一肋片上開有第一周向補氣孔；所述第一浮動閥座包括第一閥座，第一閥座位於第一閥芯下方，導向基座內圈設置有第一t形結構和第二t形結構，第一閥座外圈通過設置與導向基座第一t形結構配合的t形結構安裝在導向基座裡，第一閥座復位彈簧的兩端分別固定在第一閥座和第一閥芯上，第一閥座上設置第一出氣環帶，第一出氣環帶位於第一環腔下方，第一出氣環帶下方設置第一出氣口；
所述第二閥芯組合體包括第二銜鐵、第二彈簧座、第二底板、第二閥芯，第二銜鐵、第二底板、第二閥芯自上而下布置同時通過緊固螺栓連接在一起，第二彈簧座位於第二銜鐵外部並與第二銜鐵之間形成環形槽，第二主復位彈簧的兩端分別布置在電磁鐵的第二環形槽和彈簧座的環形槽內，第二銜鐵中心處安裝第二導向銷，第二導向銷通過卡簧和第二銜鐵固定在一起，第二導向銷伸入至電磁鐵裡，電磁鐵裡設置第二輔復位彈簧，第二輔復位彈簧的兩端分別接觸電磁鐵和第二導向銷，第二導向銷裡設置第二壓力平衡孔，第二底板上設置第二壓力平衡槽，第二閥芯為中空結構，第二壓力平衡孔、第二壓力平衡槽、第二閥芯的中空部分相通，第二閥芯的中空部分裡設置第二閥座復位彈簧，第二閥芯上設置第二密封環帶和第二肋片，第二密封環帶形成第二環腔，第二閥芯上表面開設第二軸向主氣槽，第二肋片上開有第二周向補氣孔；所述第二浮動閥座包括第二閥座，第二閥座位於第二閥芯下方，第二閥座外圈通過設置與導向基座第二t形結構配合的t形結構安裝在導向基座裡，第二閥座復位彈簧的兩端分別固定在第二閥座和第二閥芯上，第二閥座上設置第二出氣環帶，第二出氣環帶位於第二環腔下方，第二出氣環帶下方設置第二出氣口。
本發明還可以包括：
1、在第一閥座和導向基座之間設置兩重防漏氣結構，第一重防漏氣結構是在第一閥座和導向基座連接處上方安裝第一可變形密封圈，第一可變形密封圈內沿上方加裝第一壓緊墊圈，第二重防漏氣結構是在第一閥座和導向基座的第一t形結構連接處設置兩層密封膠圈，在第一閥座和導向基座之間的第一t形結構連接處設置第一彈性墊圈；在第二閥座和導向基座之間按照同樣的方式設置兩重防漏氣結構。
2、鐵芯的上部與閥體之間形成進氣口，進氣口下方依次為與其相通的進氣腔、導流腔，氣體由進氣口垂直流入閥體內，沿著導流腔流入充滿閥體內部；
當第一噴射閥結構單獨工作時，第一線圈通電後，第一銜鐵帶動第一閥芯向上運動與第一閥座表面分離，氣路開啟，第一噴射閥結構開啟，氣體由第一軸向主氣槽和第一周向補氣孔的混合進氣方式流入，通過第一環腔，由第一出氣口垂直流出；第一線圈斷電後，在電磁鐵與第一彈簧座之間的第一主復位彈簧的作用下，第一銜鐵帶動第一閥芯向下運動，直至第一閥芯表面與第一閥座表面貼合，恢復到初始位置，氣路關閉，第一噴射閥關閉；
當第二噴射閥結構單獨工作時，第二線圈通電後，第二銜鐵帶動第二閥芯向上運動與第二閥座表面分離，氣路開啟，第二噴射閥結構開啟，氣體由第二軸向主氣槽和第二周向補氣孔的混合進氣方式流入，通過第二環腔，由第二出氣口垂直流出；第二線圈斷電後，在電磁鐵與第二彈簧座之間的第二主復位彈簧的作用下，第二銜鐵帶動第二閥芯向下運動，直至第二閥芯表面與第一閥座表面貼合，恢復到初始位置，氣路關閉，第二噴射閥關閉；
第一噴射閥結構和第二噴射閥結構聯合工作時，按照單獨工作同樣的方式同步動作或先後動作完成噴射過程。
本發明的優勢在於：本發明通過電磁鐵通電吸引銜鐵的方式，使得閥芯組合體在導向銷的內導向作用下離開閥座運動，實現燃氣閥噴氣的功能；採用帶浮動閥座的結構，其能夠有效防止燃氣噴射閥出現反向洩漏的情況並具有減震的功能，保證了燃氣噴射閥工作的可靠性及安全性；採用兩個電磁閥分別控制燃氣噴射過程，一個電磁閥單獨工作，兩個電磁閥同時工作以及一個電磁閥先動作，一個電磁閥後動作，可實現小流量噴氣、大流量噴氣、變流量噴氣等三種工作模式，滿足發動機在不同工況下的功率及系列化發動機功率需求；本發明採用直通的供氣方式，保證進入閥體內的燃氣的充足供給；通過內導向結構保證閥芯的垂直度；通過壓力平衡孔、壓力平衡槽相配合，能夠有效抑制燃氣噴射閥內部燃氣壓力的波動，實現氣流的穩定工作，可靠工作，實現高響應速度；通過軸向主氣槽直接進氣和周向補氣孔進氣的混合進氣方式，實現大流量，有效地提高發動機的供氣效率，同時可以避免氣流幹涉，實現氣路的穩定；通過閥芯和閥座間的多道環帶結構，實現燃氣噴射閥的面密封，高可靠性。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為第一閥芯組合體結構示意圖；
圖3為第二閥芯組合體結構示意圖；
圖4為第一浮動閥座結構示意圖；
圖5為第二浮動閥座結構示意圖；
圖6為氣路走向示意圖；
圖7為閥芯三維結構示意圖；
圖8為第一浮動閥座受力分析圖。
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1-8，圖1為本發明一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥的整體結構示意圖，包括1閥體、2電磁鐵、3第一線圈、4第一輔復位彈簧、5第一主復位彈簧、6第一閥芯組合體、7第一浮動閥座、8第二線圈、9第二輔復位彈簧、10第二主復位彈簧、11第二閥芯組合體、12密封膠圈和13第二浮動閥座。電磁鐵2、第一線圈3、第一主復位彈簧5、第一輔復位彈簧4、第一閥芯組合體6和第一浮動閥座7構成電磁閥i，電磁鐵2、第二線圈8、第二主復位彈簧10、第二輔復位彈簧9、第二閥芯組合體11和第二浮動閥座13構成電磁閥ii，電磁閥i和電磁閥ii結構和安裝方式均相同，在噴射裝置內對稱分布且共用閥體1、電磁鐵2和導向基座46。前述的電磁閥i中的電磁鐵2通過其上方的螺紋與閥體1連接在一起，使其固定在閥體1上方的中心位置，第一線圈3纏繞在電磁鐵2內部的環槽內，在電磁鐵2下方自上而下依次布置有第一閥芯組合體6、第一浮動閥座7。
如圖2所示，一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥的第一閥芯組合體6由第一導向銷14、第一卡簧22、第一銜鐵15、第一彈簧座16、第一緊固螺栓25、第一墊片23、第一底板17和第一閥芯18組成，第一銜鐵15通過第一緊固螺栓25與第一底板17、第一閥芯18連接在一起，第一銜鐵15與第一底板17之間布置有一層第一墊片23，第一彈簧座16安裝在第一底板17的上方，其內部的側表面與第一銜鐵15的側表面相接觸，第一主復位彈簧5的兩端分別位於電磁鐵2與第一彈簧座16的環形槽內，電磁鐵2開有一定深度的直槽，電磁鐵2與第一銜鐵15之間的第一導向銷14布置在直槽內部，第一導向銷14中心開有第一壓力平衡孔21，第一底板17上開有一定數量的第一壓力平衡槽24，避免第一銜鐵15受到軸向力，使第一銜鐵15處內外氣路壓力更易達到平衡，提高第一銜鐵15響應速度，第一導向銷14上方與電磁鐵2之間布置有第一輔復位彈簧4，布置在第一銜鐵15的中心位置，利用第一卡簧22將第一導向銷14與第一銜鐵15固定起來。第一導向銷14中心處的第一壓力平衡孔21配合第一底板17上的第一壓力平衡槽24使得第一閥芯組合體6內部空間與外部空間連通，內外氣路達到平衡，第一閥芯組合體6的內外燃氣無壓力差，避免自身在運動時受到額外的軸向力，第一閥芯18由第一閥芯主體、第一肋片19和第一密封環帶20組成。第一閥芯組合體6整體布置在電磁鐵2下方。
如圖3所示，一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥的第二閥芯組合體11的結構，與圖2同理。
如圖4所示，一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥的第一浮動閥座由導向基座46、第一閥座48、第一閥座復位彈簧44、第一密封膠圈43、第一壓緊墊圈40、第一可變形密封圈41、第一彈性墊圈42組成。導向基座46通過螺栓固定在閥體1上，第一閥座48安裝在導向基座46上。導向基座46內圈帶有t形結構，與第一閥座48外圈的t形結構相配合。第一閥座復位彈簧44兩端分別固定在第一閥座48和第一閥芯18上，並保持一定的預緊力。
為了防止第一閥座48和導向基座46之間漏氣，在第一閥座48和導向基座46之間加裝了兩重防漏氣結構，第一重防漏氣結構是在第一閥座48和導向基座46連接處上方安裝第一可變形密封圈41，第一可變形密封圈41內沿和外沿上方加裝第一壓緊墊圈40，通過第一螺絲45固定在第一閥座48上。第一壓緊墊圈40保證受力均勻，增強密封性。第一可變形密封圈41的材料採用可變形的軟塑料，保證其不影響第一閥座48的運動。第二重密封是在第一閥座48和導向基座46的t形連接處加裝了兩層第一密封膠圈43，進一步增強密封性。在第一閥座48和導向基座46之間的t形連接處加裝了一層第一彈性墊圈42，減少接觸時的振動衝擊力，起到了減震的作用，有效地增加了電磁閥的可靠性。
如圖5所示，一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥的第二浮動閥座13的結構，與圖4同理。
如圖6所示，首先，燃氣由進氣口57垂直流入閥體1內的進氣腔58，沿著導流腔59流入充滿閥體1內部，其中一部分由第一壓力平衡槽24流入第一閥芯組合體6的內部，由第一壓力平衡孔21流入第一導向銷14的上方，第一閥芯組合體6的內部空間與外部空間相連通，一部分由第二壓力平衡槽37流入第二閥芯組合體11的內部，由第二壓力平衡孔34流入第二導向銷27的上方，第二閥芯組合體11的內部空間與外部空間相連通。
電磁閥i和電磁閥ii分別控制燃氣噴射過程，以電磁閥i和電磁閥ii同時工作為例，燃氣噴射閥工作過程中，在第一線圈3和第二線圈8未通電時，在第一主復位彈簧5和第一輔復位彈簧4，第二主復位彈簧10和第二輔復位彈簧9的預緊力作用下，第一閥芯組合體6和第二閥芯組合體11在初始位置維持不動，第一閥芯18的第一密封環帶20及第二閥芯31的第二密封環帶33的下表面分別與第一浮動閥座13的第一出氣環帶47及第二浮動閥座13的第二出氣環帶55上表面緊密貼合，此時第一閥座13處的第一環腔60、第二閥座56處的第二環腔63與閥體1內部空間尚未連通，燃氣充滿燃氣噴射閥的閥體1內部的整個空間。第一線圈3和第二線圈8通電後，電磁鐵2、第一銜鐵15、第二銜鐵28被磁化，電磁鐵2與第一銜鐵15、第二銜鐵28之間形成磁迴路，第一銜鐵15和第二銜鐵28受到電磁力的作用分別克服第一主復位彈簧5、第一輔復位彈簧4和第二主復位彈簧10及第二輔復位彈簧9的預緊力後向上運動，分別帶動第一閥芯18、第二閥芯31向上運動分別與第一閥座48、第二閥座56的上表面分離，直到第一彈簧座16及第二彈簧座29的上表面與電磁鐵2的下表面相接觸，整個運動過程中，第一銜鐵15和第二銜鐵28的軸向運動與周向定位均由第一導向銷14、第二導向銷27與電磁鐵2之間的配合來控制實現，此時，氣路開啟，電磁閥開啟，氣體迅速由軸向主氣槽66和周向第一補氣孔61、第二補氣孔64的混合進氣方式流入，通過多道第一環腔60、第二環腔63，最後由第一出氣口62和第二出氣口65垂直流出；第一線圈3和第二線圈8斷電，第一銜鐵15、第二銜鐵28受到的電磁力消失，在第一主復位彈簧5、第一輔復位彈簧4及第二主復位彈簧10、第二輔復位彈簧9的作用下，第一銜鐵15、第二銜鐵28向下運動，分別帶動第一閥芯18、第二閥芯31向下運動，直至第一閥芯18、第二閥芯31下表面分別與第一閥座48和第二閥座56的上表面貼合，第一銜鐵15、第二銜鐵28恢復到初始位置，氣路關閉，電磁閥i和電磁閥ii關閉。
如圖8所示，一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥的第一浮動閥座受力分析，第一閥座48受第一閥座復位彈簧44彈力f4、電磁閥外部氣體壓力f1和f2、電磁閥內部燃氣壓力f3和第一閥芯18壓緊力的作用。第一閥芯18受復位彈簧彈力作用。當電磁閥下方氣壓大於電磁閥內部氣壓，電磁閥外部氣體壓力f1、f2分別作用在第一閥座48下方及第一密封環帶20處，第一閥座48下方接觸面積遠大於第一密封環帶20，因此，f1遠大於f2，在外部氣體壓力擴大到導致第一閥芯18向上運動之前，外部氣體壓力克服復位彈簧的彈簧預緊力，第一閥座48連同第一閥芯18一起向上運動。第一閥座48向上運動直到第一彈簧座16與電磁鐵相接觸。此時即使電磁鐵通電，第一閥芯18也無法向上運動，電磁閥無法開啟。電磁閥鎖死。
當電磁閥內外氣壓恢復正常時，第一閥座48在第一閥座復位彈簧44的作用下向下運動回到原位。如果此時第一線圈3通電，第一閥芯18仍保持不動，電磁閥正常開啟。想要關閉電磁閥時第一線圈3斷電，第一閥芯18在復位彈簧的作用下向下運動，電磁閥關閉。如果此時第一線圈3未通電，第一閥座48與第一閥芯18一起在復位彈簧的作用下向下運動回到原位，電磁閥保持關閉。想要開啟電磁閥時，第一線圈3通電，第一閥芯18在第一銜鐵15帶動下向上運動，電磁閥正常開啟。
由上述工作過程可知，本發明一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥通過電磁鐵2通電吸引第一銜鐵15、第二銜鐵28的方式，使得第一閥芯組合體6、第二閥芯組合體11分別在第一導向銷14以及第二導向銷27的內導向作用下分別離開第一閥座48、第二閥座56運動，實現燃氣閥噴氣的功能；採用帶第一浮動閥座7和第二浮動閥座13的結構，其能夠在噴射閥內外氣壓異常的情況下有效防止燃氣噴射閥出現反向洩漏的情況並具有減震的功能，保證了燃氣噴射閥工作的可靠性及安全性；採用兩個電磁閥分別控制燃氣噴射過程，一個電磁閥單獨工作，兩個電磁閥同時工作以及一個電磁閥先動作，一個電磁閥後動作，可實現小流量噴氣、大流量噴氣、變流量噴氣等三種工作模式，滿足發動機在不同工況下的功率及系列化發動機功率需求；本發明採用直通的供氣方式，保證進入閥體1內的燃氣的充足供給；通過內導向結構保證第一閥芯18、第二閥芯31的垂直度；通過在第一導向銷14及第二導向銷27中心分別開第一壓力平衡孔21和第二壓力平衡孔34，並在第一底板17、第二底板30上分別開有一定數量的第一壓力平衡槽24和第二壓力平衡槽37，避免第一銜鐵15、第二銜鐵28受到軸向力，使第一銜鐵15、第二銜鐵28處內外氣路壓力更易達到平衡，提高第一銜鐵15、第二銜鐵28的響應速度；在第一閥芯18的第一肋片19上以及第二閥芯31的第二肋片32上分別開多個周向第一補氣孔61和第二補氣孔64的結構，第一閥芯18、第二閥芯31的下表面和第一閥座48、第二閥座56的上表面分別開有多道第一環腔60、第二環腔63，增加有效流通面積，減少第一閥芯18和第二閥芯31的質量，提高可靠性；在周向第一補氣孔61、第二補氣孔64處分別設置一定角度的第一導流錐角26和第二導流錐角39，減少流動損失，增大流量係數；本發明採用軸向主氣槽66直接進氣和周向第一補氣孔61、第二補氣孔64進氣的混合進氣方式，增加進氣流量係數，實現大流量，有效地提高了燃氣噴射閥的供氣效率，同時可以避免氣流幹涉，實現氣路的平衡、穩定；第一閥芯18、第二閥芯31和第一閥座48、第二閥座56間採用多道第一密封環帶20、第二密封環帶33和第一出氣環帶47、第二出氣環帶55結構，實現燃氣噴射閥的面密封，穩壓平衡，並且較寬的環帶面積可減少衝擊，提高可靠性。
噴射閥結構個數可為2個、3個、4個等，閥體結構可為直通、旁通或者直通旁通混合式結構，閥芯可為軸向進氣、軸向加周向混合進氣方式，電磁閥導向結構可為雙內導向、雙外導向或者內導向外導向混合形式等。
本發明的技術方案：一種帶浮動閥座的並列式燃氣噴射閥，它主要由閥體、電磁鐵、第一線圈、第一主復位彈簧、第一輔復位彈簧、第一閥芯組合體、第一浮動閥座、第二線圈、第二主復位彈簧、第二輔復位彈簧、第二閥芯組合體、第二浮動閥座、密封膠圈組成。電磁鐵、第一線圈、第一主復位彈簧、第一輔復位彈簧、第一閥芯組合體和第一浮動閥座構成電磁閥i，電磁鐵、第二線圈、第二主復位彈簧、第二輔復位彈簧、第二閥芯組合體和第二浮動閥座構成電磁閥ii，電磁閥i和電磁閥ii結構和安裝方式均相同，在噴射裝置內對稱分布且共用閥體、電磁鐵和導向基座。前述的電磁閥i中的電磁鐵通過其上方的螺紋與閥體連接在一起，使其固定在閥體上方的中心位置，第一線圈纏繞在電磁鐵內部的環槽內，在電磁鐵下方自上而下依次布置有第一閥芯組合體、第一浮動閥座；前述的第一閥芯組合體由第一導向銷、第一銜鐵、第一彈簧座、第一墊片、第一底板、第一卡簧、第一緊固螺栓和第一閥芯組成，第一銜鐵通過第一緊固螺栓與第一底板、第一閥芯連接在一起，第一銜鐵與第一底板之間布置有一層第一墊片，第一彈簧座安裝在第一底板的上方，其內部的側表面與第一銜鐵的側表面相接觸，第一主復位彈簧的兩端分別位於電磁鐵與第一彈簧座的環形槽內，電磁鐵開有一定深度的直槽，電磁鐵與第一銜鐵之間的第一導向銷布置在直槽內部，第一導向銷中心開有第一壓力平衡孔，第一底板上開有一定數量的第一壓力平衡槽，第一導向銷上方與電磁鐵之間布置有第一輔復位彈簧，布置在第一銜鐵的中心位置，利用第一卡簧將第一導向銷與第一銜鐵固定起來，第一閥芯由第一閥芯主體、第一肋片、第一密封環帶組成，第一閥芯組合體整體布置在電磁鐵下方，在第一閥芯的第一肋片上開周向第一補氣孔並在第一補氣孔處設置第一導流錐角，第一閥芯和第一閥座之間採用第一密封環帶和第一出氣環帶，面密封，穩壓平衡，並且具有較寬的環帶面積；前述的第一浮動閥座由導向基座、第一閥座、第一閥座復位彈簧、第一密封膠圈、第一壓緊墊圈、第一可變形密封圈、第一彈性墊圈組成。導向基座通過螺栓固定在閥體上，第一閥座安裝在導向基座上。導向基座內圈帶有t形結構，與第一閥座外圈的t形結構相配合。第一閥座復位彈簧兩端分別固定在第一閥座和第一閥芯上，並保持一定的預緊力。在第一閥座和導向基座之間加裝了兩重防漏氣結構，第一重防漏氣結構是在第一閥座和導向基座連接處上方安裝第一可變形密封圈，第一可變形密封圈內沿和外沿上方加裝第一壓緊墊圈，通過第一螺絲固定在第一閥座上。第一可變形密封圈的材料採用可變形的軟塑料，保證其不影響第一閥座的運動。第二重密封是在第一閥座和導向基座的t形連接處加裝了兩層第一密封膠圈。