一種直通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥的制作方法

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系統的燃氣噴射閥。

背景技術：

環境污染問題日益嚴重，排放指標要求日趨嚴格，市場上對大功率氣體機的需求不斷增長。伴隨大規模的氣體發動機的使用，關鍵零部件的制造、維護和修理成為制約氣體發動機發展的重要因素，燃氣噴射閥就是這樣一種關鍵零部件。燃氣噴射閥是氣體燃料電控多點噴射氣體機含雙燃料機的核心零部件之一，可實現各缸定時定量分期供氣和進氣分層，其工作性能對氣體機或雙燃料發動機的動力性、排放性有著十分重要的影響。噴射閥需要在高溫高壓等惡劣工況下累計工作數千小時，而拆卸等維護工作會導致誤差逐步累積，最終致使噴射閥難以調試。

在發動機工況惡劣的情況下，噴射閥容易出現反向泄漏的情況。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泄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：

本發明的目的在于提供響應速度快、燃氣噴射穩定、可靠性強、具有防反向泄漏功能的一種直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：

本發明一種直通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥，其特征是：包括閥體、浮動閥座、閥桿、壓電晶體、液力放大器、隔板、閥芯組合體，閥體的內部上方固定有固定塊，固定塊中部開有直槽，壓電晶體安裝在直槽里，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里，小活塞設置在細出口里，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、小活塞下方的套筒里充有液壓油，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，圓環盤和固定塊里均設置凹槽，復位彈簧的兩端分別布置在圓環盤和固定塊的凹槽里；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，彈簧座位于銜鐵外部并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，閥桿的中部穿過通孔，閥桿的上部與圓環盤相連，閥桿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的下方，閥座位于閥芯下方，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里，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，出氣環帶位于環腔下方，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、固定塊的上部與閥體之間形成進氣口，進氣口下方形成導流腔，導流腔通過通氣孔連通隔板下方空間；

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，壓電晶體通電后，閥芯向上運動與閥座表面分離，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，在隔板與彈簧座之間的復位彈簧的作用下，銜鐵帶動閥芯向下運動，直至閥芯表面與閥座表面貼合，恢復到初始位置，氣路關閉，燃氣閥關閉。

本發明的優勢在于：本發明采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泄漏的情況并具有減震的功能，保證了燃氣噴射閥工作的可靠性及安全性；本發明通過在銜鐵中心開壓力平衡孔并在底板上開有一定數量的壓力平衡槽，避免銜鐵受到軸向力，使銜鐵處內外氣路壓力更易達到平衡，提高銜鐵響應速度；本發明通過在閥芯的四個肋上開周向補氣孔，增加流通面積，減少閥芯質量，提高可靠性。在閥芯周向補氣孔處設置一定角度的出氣環帶，減少流動損失，增大流量系數。本發明采用軸向主氣槽直接進氣和周向補氣孔進氣的混合進氣方式，增加進氣流量系數，增加進氣量，同時可以避免氣流干涉，使氣路達到平衡。有效地提高了發動機的供氣效率。

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為本發明直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，包括閥體1、壓電執行器3、閥芯組合體18、浮動閥座20四大部分。壓電執行器3通過上方螺紋與閥體1連接在一起。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。

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、閥桿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，二者布置于圓盤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，與閥桿9實現螺紋連接，閥桿9下方通過卡簧11與銜鐵21固定在一起。

圖2所示的閥芯組合體18主要由銜鐵21、彈簧座22、緊固螺栓29、墊片27、底板23、閥芯24組成。其特征是：銜鐵21、墊片27、底板23和閥芯24通過緊固螺栓29鏈接在一起，彈簧座22安裝在底板23上。銜鐵21上開有壓力平衡孔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；復位彈簧10位于隔板17與彈簧座22之間。壓電晶體2通電后，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，由于螺紋的連接作用，閥桿9亦向上運動，最終在卡簧11的固定作用下，帶動閥芯組合體18向上運動。整個運動過程中，銜鐵21的軸向運動與周向定位均由閥座41上的4個導向塊26與閥芯24之間的配合來控制實現，直到彈簧座22的上表面與隔板17的下表面相接觸，銜鐵21在該位置維持一段時間后，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，在復位彈簧10的作用下，圓盤6、小活塞14開始向下運動，閥桿9、閥芯組合體18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18也對應的回到初始位置，燃氣閥關閉。在閥芯24的四個肋16上分別開2個周向補氣孔35，提高響應速度，增加流通面積，同時也可減少質量，提高可靠性。在周向補氣孔35處設置一定角度的出氣環帶19，減少流動損失，增大流量系數。采用軸向主氣槽37直接進氣和周向補氣孔35進氣的混合進氣方式，增加進氣流量系數，增加進氣量，同時可以避免氣流干涉，使氣路達到平衡。閥芯24和閥座41間采用出氣環帶19，面密封，穩壓平衡，并且較寬的環帶面積可減少沖擊，提高可靠性。

如圖3所示，氣體由進氣口32垂直流入閥體1內，沿著導流腔33流入充滿閥體1內部，壓電晶體2通電后，閥芯24向上運動與閥座41表面分離，此時，氣路開啟，燃氣閥開啟，氣體由軸向主氣槽37和周向補氣孔35的混合進氣方式流入，通過環腔34，最后由出氣口36垂直流出；壓電晶體2斷電，在隔板17與彈簧座22之間的復位彈簧10的作用下，銜鐵21向下運動，帶動閥芯24向下運動，直至閥芯24表面與閥座41表面貼合，恢復到初始位置，氣路關閉，燃氣閥關閉。

如圖6所示，為了防止燃氣反向泄漏，提高燃氣噴射閥的可靠性和安全性，本發明采用了浮動閥座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泄漏。浮動閥座20由7部分組成：導向基座39、閥座41、和閥座復位彈簧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通過螺栓固定在閥體1上，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，并保持一定的預緊力。

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外沿壓緊在導向基座39和閥體1上的安裝槽內，通過導向基座39和閥體1間的螺栓預緊力固定。可變形密封圈43內沿上方加裝壓緊墊圈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的材料采用可變形的軟塑料，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，減少接觸時的振動沖擊力，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10彈力作用。當燃氣閥下方氣壓大于燃氣閥內部氣壓，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下方接觸面積遠大于出氣環帶19，因此，f1遠大于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10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10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10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，本發明直通式帶浮動閥座20的外導向燃氣噴射閥采用帶浮動閥座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泄漏的情況并具有減震的功能，保證了燃氣噴射閥工作的可靠性及安全性；同時，本發明通過在銜鐵21中心開壓力平衡孔26并在底板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的四個肋16上開周向補氣孔35的結構，增加流通面積，減少閥芯24質量，提高可靠性。在閥芯24周向補氣孔35處設置一定角度的出氣環帶19，減少流動損失，增大流量系數。本發明采用軸向主氣槽37直接進氣和周向補氣孔35進氣的混合進氣方式，增加進氣流量系數，增加進氣量，同時可以避免氣流干涉，使氣路達到平衡。有效地提高了發動機的供氣效率。

本發明的技術方案：一種直通式帶浮動閥座的壓電式外導向燃氣噴射閥，它由閥體、壓電執行器、閥芯組合體、浮動閥座四大部分構成。壓電執行器通過其上方螺紋與閥體連接在一起。壓電執行器由壓電晶體、液力放大器、壓電晶體復位彈簧、圓盤、閥桿組成，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，二者布置于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，與閥桿實現螺紋連接，閥桿下方通過卡簧與銜鐵固定在一起。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。閥芯組合體主要由銜鐵、彈簧座、緊固螺栓、墊片、底板、閥芯組成。其特征是：銜鐵、墊片、底板和閥芯通過緊固螺栓鏈接在一起，彈簧座安裝在底板上，底板上開有一定數量的壓力平衡槽，銜鐵上帶有壓力平衡孔。復位彈簧位于隔板與彈簧座之間。在閥芯的四個肋上分別開個周向補氣孔。閥芯和閥座間采用三道出氣環帶，面密封，穩壓平衡，并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。其特征是：導向基座通過螺栓固定在閥體上，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，并保持一定的預緊力。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，可變形密封圈外沿壓緊在導向基座和閥體上的安裝槽內，通過導向基座和閥體間的螺栓預緊力固定。可變形密封圈內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采用可變形的軟塑料，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。