一種旁通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥的製作方法

2023-08-06 19:26:51

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。天然氣發動機作為船舶動力，特別作為內河船的推進動力具有很好的應用前景。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經濟性與排放性能。目前，天然氣發動機在全工況狀態下工作時常有燃氣量供應不足的情況，導致發動機全工況運行時的轉速不穩現象，在大功率發動機上會更加嚴重，這嚴重影響著發動機的正常使用和發動機的性能。在發動機工況惡劣的情況下，噴射閥容易出現反向洩漏的情況。同時，為了實現更靈活的噴氣控制。因此，需要設計一種具有防反向洩漏功能且可變升程的噴射閥。同時，需要開發響應速度快、控制精度高、可靠性好的大流量燃氣噴射閥，使其流通能力能滿足天然氣發動機在高負荷狀態下正常工作需求。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供響應速度快、控制精度高、可靠性高、氣壓穩定、高效密封、大流量、具有防反向洩漏功能的一種旁通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種旁通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥，其特徵是：包括閥體、浮動閥座、閥杆、壓電晶體、液力放大器、隔板、閥芯組合體，閥體上固定有固定塊，固定塊中部開有直槽，壓電晶體安裝在直槽裡，閥體中部設置隔板，隔板上方設置液力放大器，隔板下方設置閥芯組合體，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，套筒上端的中心為粗出口，套筒上端的端部為細出口，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，大活塞上表面與壓電晶體下表面貼合在一起，大活塞外部設置圓環盤，小活塞上表面與圓環盤下表面貼合，圓環盤和固定塊裡均設置凹槽，復位彈簧的兩端分別布置在圓環盤和固定塊的凹槽裡；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，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，銜鐵中心處設置壓力平衡孔，底板上設置壓力平衡槽，閥芯為中空結構，壓力平衡孔、壓力平衡槽、閥芯的中空部分相通，閥芯上設置密封環帶和肋片，閥芯上表面開設軸向主氣槽，密封環帶形成環腔，肋片上開有周向補氣孔，隔板上分別設置通孔和通氣孔，閥杆的中部穿過通孔，閥杆的上部與圓環盤相連，閥杆的下方通過卡簧與銜鐵固定在一起；所述浮動閥座包括導向基座、閥座，導向基座固定在閥體裡，閥座位於閥芯下方，導向基座內圈設置有t形結構，閥座外圈通過設置與其配合的t形結構安裝在導向基座裡，閥座復位彈簧的兩端分別固定在閥座和閥芯上，閥座上設置出氣環帶，出氣環帶位於環腔下方，出氣環帶下方設置出氣口。

本發明還可以包括：

1、在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閥座和導向基座連接處上方安裝可變形密封圈，可變形密封圈內沿上方加裝壓緊墊圈，第二重防漏氣結構是在閥座和導向基座的t形結構連接處設置兩層密封膠圈，在閥座和導向基座之間的t形結構連接處設置彈性墊圈。

2、閥體上設置進氣口，進氣口位於閥體向外伸出的部分，進氣口下方形成導流腔，進氣口、導流腔相通；

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，壓電晶體通電後，壓電晶體受到電流激勵從而伸長，大活塞隨之向下運動，液壓油壓力升高，液力放大器上的小活塞向上運動，圓環盤帶動閥杆亦向上運動，在卡簧的固定作用下，帶動閥芯組合體向上運動，氣路開啟，燃氣閥開啟，氣體由軸向主氣槽和周向補氣孔的混合進氣方式流入，通過環腔，由出氣口垂直流出；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，液壓油壓力下降，在主復位彈簧的作用下，圓環盤、小活塞向下運動，閥杆、閥芯組合體隨之向下運動，直至液力放大器內壓力回到初始狀態，大活塞、小活塞回到初始位置，閥芯組合體回到初始位置，燃氣閥關閉。

本發明的優勢在於：本發明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；通過旁通結構和導流腔結構實現進氣和導流過程；通過壓電執行器的控制實現閥芯的控制，氣路的控制，實現燃氣閥噴氣的功能；通過外導向結構與壓力平衡孔、壓力平衡槽相配合，保證閥芯的垂直度，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為本發明的閥芯組合體結構示意圖；

圖3為本發明的氣路走向示意圖；

圖4為閥芯結構俯視圖；

圖5為閥芯結構三維結構圖；

圖6為浮動閥座結構放大圖；

圖7為浮動閥座受力圖。

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1-7，圖1為本發明旁通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥的整體結構示意圖，主要由壓電執行器3、主復位彈簧11、輔復位彈簧4、閥芯組合體18、閥體1和浮動閥座20組成。壓電執行器3通過固定螺栓12固定在閥體1上，在壓電執行器3下方自上而下依次布置有閥芯組合體18、浮動閥座20。

如圖2所示，一種旁通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥的閥芯組合體18主要由銜鐵21、彈簧座22、緊固螺栓29、墊片27、底板23和閥芯24組成，銜鐵21通過緊固螺栓29與底板23、閥芯24連接在一起，銜鐵21與底板23之間布置有一層墊片27，彈簧座22安裝在底板23的上方，其內部的側表面與銜鐵21的側表面相接觸，主復位彈簧11的兩端分別位於隔板17與彈簧座22的環形槽內，銜鐵11中心開有壓力平衡孔26，底板23上開有一定數量的壓力平衡槽28，避免銜鐵21受到軸向力，使銜鐵21處內外氣路壓力更易達到平衡，提高銜鐵21響應速度。銜鐵11中心處的壓力平衡孔26配合底板23上的壓力平衡槽28使得閥芯組合體18內部空間與外部空間連通，內外氣路達到平衡，閥芯組合體18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，閥芯24由閥芯主體、肋片31和密封環帶25組成。閥芯組合體18整體布置在壓電執行器下方。

壓電執行器3由壓電晶體2、液力放大器、壓電晶體復位彈簧4、圓盤6、閥杆9組成，其中液力放大器由大活塞5、大活塞支撐彈簧13、小活塞14、小活塞支撐彈簧15和套筒8組成，液力放大器布置在閥體1上的隔板17上方，套筒8內布滿一定壓力的燃油，大活塞5、小活塞14與套筒8之間的配合面均設有密封環7實現密封；壓電晶體2與液力放大器中的大活塞5上表面相接觸，利用大活塞支撐彈簧13使二者緊密貼合，二者布置於圓盤6中心所開的圓孔內，液力放大器中的小活塞14對稱布置有四個，利用小活塞支撐彈簧15使其與圓盤6緊密貼合，圓盤6兩側開有螺紋孔，與閥杆9實現螺紋連接，閥杆9下方通過卡簧10與銜鐵21固定在一起。

如圖3所示，首先，燃氣由進氣口32垂直流入閥體1內，沿著進氣口25流入充滿閥體1內部。燃氣噴射閥工作過程中，在壓電晶體2未通電時，在主復位彈簧11的預緊力作用下，閥芯組合體18在初始位置維持不動，閥芯組合體18中的閥芯24的密封環帶25的下表面與閥座41的出氣環帶19的上表面緊密貼合，此時出氣環帶19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。壓電晶體2通電後，壓電晶體2受到電流激勵從而伸長，大活塞5隨之向下運動，液力放大器的套筒8中的液體受到壓縮，壓力升高，在液體壓力的作用下，液力放大器上的小活塞14向上運動，圓盤6受到四個小活塞14的向上作用力，隨之一同平穩的向上運動，由於螺紋的連接作用，閥杆9亦向上運動，最終在卡簧10的固定作用下，帶動閥芯組合體4向上運動。整個運動過程中，銜鐵8的軸向運動與周向定位均由閥座41上的4個導向塊21與閥芯24之間的配合來控制實現。此時，氣路開啟，燃氣閥開啟，氣體迅速由軸向主氣槽37和周向補氣孔35的混合進氣方式流入，通過多道環腔34，最後由出氣口36垂直流出；壓電晶體2斷電，壓電晶體2開始縮短，在大活塞支撐彈簧13的作用下，大活塞5開始回到初始位置，液力放大器中的套筒8內液體壓力下降，在主復位彈簧11的作用下，圓盤6、小活塞14開始向下運動，閥杆9、閥芯組合體4隨之向下運動，直至液力放大器內壓力回到初始狀態，大小活塞回到初始位置，此時閥芯組合體4也對應的回到初始位置，燃氣閥關閉。

如圖6所示，為了防止燃氣反向洩漏，提高燃氣噴射閥的可靠性和安全性，本發明採用了浮動閥座20結構。浮動閥座20可以在燃氣閥外部氣壓高與內部氣壓時將燃氣閥鎖死，有效地防止了燃氣的反向洩漏。浮動閥座20由7部分組成：導向基座39、閥座41、閥座復位彈簧45、密封膠圈40、壓緊墊圈38、可變形密封圈43、彈性墊圈44。導向基座39與閥體1是一體式結構，閥座41安裝在導向基座39上。導向基座39內圈帶有t形結構，與閥座41外圈的t形結構相配合。閥座復位彈簧45兩端分別固定在閥座41和閥芯24上，並保持一定的預緊力。

為了防止閥座41和導向基座39之間漏氣，在閥座41和導向基座39之間加裝了兩重防漏氣結構，第一重防漏氣結構是在閥座41和導向基座39連接處上方安裝可變形密封圈43，可變形密封圈43內外沿上方均加裝壓緊墊圈38，通過螺絲42固定在閥座41上，壓緊墊圈38保證受力均勻，增強密封性。可變形密封圈43的材料採用可變形的軟塑料，保證其不影響閥座41的運動。第二重密封是在閥座41和導向基座39的t形連接處加裝了兩層密封膠圈40，進一步增強密封性。在閥座41和導向基座39之間的t形連接處加裝了一層彈性墊圈44，減少接觸時的振動衝擊力，起到了減震的作用。有效地增加了燃氣閥的可靠性。

閥座41受閥座復位彈簧45彈力f4、燃氣閥外部氣體壓力f1和f2、燃氣閥內部燃氣壓力f3和閥芯24壓緊力的作用。閥芯24受復位彈簧彈力作用。當燃氣閥下方氣壓大於燃氣閥內部氣壓，燃氣閥外部氣體壓力f1、f2分別作用在閥座41下方及出氣環帶19處，閥座41下方接觸面積遠大於出氣環帶19，因此，f1遠大於f2，在外部氣體壓力擴大到導致閥芯24向上運動之前，外部氣體壓力f1、f2克服復位彈簧7的彈簧預緊力，閥座41連同閥芯24一起向上運動。閥座41向上運動直到彈簧座14與隔板17相接觸。此時即使壓電晶體2通電，閥芯24也無法向上運動，燃氣閥無法開啟。燃氣閥鎖死。

當燃氣閥內外氣壓恢復正常時，閥座41在閥座復位彈簧45的作用下向下運動回到原位。如果此時壓電晶體2通電，閥芯24仍保持不動，燃氣閥正常開啟。想要關閉燃氣閥時壓電晶體2斷電，閥芯24在復位彈簧7的作用下向下運動，燃氣閥關閉。如果此時壓電晶體2未通電，閥座41與閥芯24一起在復位彈簧7的作用下向下運動回到原位，燃氣閥保持關閉。想要開啟燃氣閥時，壓電晶體2通電，閥芯24向上運動，燃氣閥正常開啟。

由上述工作過程可知，本發明旁通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥採用帶浮動閥座20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；通過旁通結構和進氣口25結構實現進氣和導流過程；通過執行器的控制實現閥芯24的控制，氣路的控制，實現噴氣功能；通過外導向結構保證閥芯24的垂直度；通過在銜鐵21中心開壓力平衡孔26並在底板23上開有一定數量的壓力平衡槽28，避免銜鐵21受到軸向力，使銜鐵21處內外氣路壓力更易達到平衡，提高銜鐵21響應速度；在閥芯24的肋上開多個周向補氣孔35的結構，閥芯24下表面和閥座41上表面開有多道環腔34，增加有效流通面積，減少閥芯24和閥座41的質量，提高可靠性；在閥芯24周向補氣孔35處設置一定角度的導流錐角30，減少流動損失，增大流量係數；本發明採用軸向主氣槽37直接進氣和周向補氣孔35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；閥芯24和閥座41間採用多道密封環帶25和出氣環帶19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。

本發明的技術方案：一種旁通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥，它主要由壓電執行器、復位彈簧、閥芯組合體、閥體和浮動閥座組成。壓電執行器由壓電晶體、液力放大器、復位彈簧、圓盤、閥杆組成，其中液力放大器由大活塞、大活塞支撐彈簧、小活塞、小活塞支撐彈簧和套筒組成，液力放大器布置在閥體上的隔板上方，套筒內布滿一定壓力的燃油，大活塞、小活塞與套筒之間的配合面均設有密封環7實現密封；壓電晶體與液力放大器中的大活塞上表面相接觸，利用大活塞支撐彈簧使二者緊密貼合，二者布置於圓盤中心所開的圓孔內，液力放大器中的小活塞對稱布置有四個，利用小活塞支撐彈簧使其與圓盤緊密貼合，圓盤兩側開有螺紋孔，與閥杆實現螺紋連接，閥杆下方通過卡簧與銜鐵固定在一起。壓電執行器通過固定螺栓固定在閥體上，在壓電執行器下方自上而下依次布置有閥芯組合體、浮動閥座。閥芯組合體由銜鐵、彈簧座、墊片、底板、卡簧、緊固螺栓和閥芯組成，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，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，復位彈簧的兩端分別位於隔板與彈簧座的環形槽內，銜鐵中心開有壓力平衡孔，底板上開有一定數量的壓力平衡槽。閥芯由閥芯主體、肋片、密封環帶組成，閥芯組合體整體布置在壓電執行器下方，在閥芯的肋片上開周向補氣孔並在周向補氣孔處設置導流錐角，閥芯和浮動閥座之間採用密封環帶和出氣環帶，面密封，穩壓平衡，並且具有較寬的環帶面積。閥芯周向固定在閥座上的4個導向塊上，保證其垂直度，閥芯上下運動由彈簧座與隔板之間的距離進行限位。浮動閥座由導向基座、閥座、和閥座復位彈簧、密封膠圈、壓緊墊圈、可變形密封圈、彈性墊圈組成。導向基座與閥體是一體的，閥座安裝在導向基座上。導向基座內圈帶有t形結構，與閥座外圈的t形結構相配合。閥座復位彈簧兩端分別固定在閥座和閥芯上，並保持一定的預緊力。在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閥座和導向基座連接處上方安裝可變形密封圈，可變形密封圈內外沿上方加裝壓緊墊圈，通過螺絲固定在閥座上。可變形密封圈的材料採用可變形的軟塑料，保證其不影響閥座的運動。第二重密封是在閥座和導向基座的t形連接處加裝了兩層密封膠圈。