CN206816407U - 一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀，利用压电晶体通电伸长，经由液力放大器放大位移后推动阀芯组合体的导向销运动，阀芯组合体整体在导向销与隔板之间配合面的内导向作用下离开阀座运动，实现燃气阀喷气的功能；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；本实用新型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。

Description

一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀

技术领域

本实用新型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，应用天然气作为主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高的响应速度以满足其迅速开关的要求，与此同时，燃气喷射阀还需具备尽量大的出气横截面积，以保证内燃机获得充足的燃气量，此外，燃气喷射阀工作时燃气自身的流动状态、所喷燃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。

发明内容

本实用新型的目的在于提供升程可变、响应速度高、喷气压力稳定的一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、阀座、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，隔板上分别设置通孔，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，套筒上端的端部设置粗出口，套筒上端端部内侧设置细出口，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，导向销穿过隔板的通孔，导向销的上方设置控制阀杆，导向销与控制阀杆之间设置导向销复位弹簧，控制阀杆的上表面与压电晶体贴合在一起，控制阀杆的下表面与大活塞上表面贴合在一起，小活塞上表面与导向销贴合在一起，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，衔铁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，导向销与衔铁相固定，导向销里设置压力平衡孔，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，出气环带位于进气环腔下方，出气环带下方设置出气口。

本实用新型还可以包括：

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，导向销亦向上运动，带动阀芯组合体向上运动，燃气喷射阀开启，气路开启，直到套筒内的液压油压力回到初始状态，大活塞和小活塞不再运动，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，在导向销复位弹簧的作用下，导向销向下运动，小活塞、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。

本实用新型的优势在于：本实用新型利用压电晶体通电伸长，经由液力放大器放大位移后推动阀芯组合体的导向销运动，阀芯组合体整体在导向销与隔板之间配合面的内导向作用下离开阀座运动，实现燃气阀喷气的功能；本实用新型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；本实用新型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；本实用新型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；本实用新型于导向销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为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的阀芯组合体结构放大图；

图3为本实用新型的气路走向图；

图4为阀芯三维结构放大图；

图5为阀座三维结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1-5，图1为本实用新型一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀的整体结构示意图，包括1固定块，2压电晶体，3阀体，4控制阀杆，5大活塞，6大活塞支撑弹簧，7密封环，8套筒，9密封胶圈，10密封胶圈，12定位螺栓，13密封胶圈，14导向销复位弹簧，15小活塞，16小活塞支撑弹簧，19阀芯组合体和21阀座。阀体3为一长方体，在靠近其中心一端开有燃气的进气口33及导流腔34，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18，隔板18下方的通孔与导流腔34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18上方通孔顶端的中心位置，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下方紧密布置有控制阀杆4，控制阀杆4的下表面与大活塞5上表面相接触，在导向销复位弹簧14、大活塞支撑弹簧6的预紧力作用下，压电晶体2下表面与控制阀杆4上表面、控制阀杆4下表面与大活塞5上表面均紧密贴合在一起，套筒8上端为两出口，分别是一粗出口和一细出口，下端为一连通的封闭腔，大活塞5的下端布置在套筒8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17，套筒8的细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凸缘与套筒8之间布置有小活塞支撑弹簧16，以保证小活塞15不会整体进入套筒内，大活塞5、小活塞15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17的泄漏，大活塞5、小活塞15、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2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18的上方，控制阀杆4中心位置下方从上到下依次布置有阀芯组合体19、阀座21，在小活塞支撑弹簧16的预紧力作用下，小活塞15上表面与阀芯组合体19的上端紧密贴合，阀座21上开有螺栓孔38，阀座21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21在中心位置以及靠近密封环带27处两端均开有稳压腔11，阀座21中心位置的稳压腔11与阀芯组合体19内部的燃气空间相连通，而阀座21两端的稳压腔11与阀体3内的导流腔33相连通；

如图2所示，一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀的阀芯组合体19由导向销22、衔铁23、弹簧座24、底板25、阀芯26、衔铁复位弹簧29、垫片30和紧固螺栓32组成，为保证导向销22平稳地运动，在其下方布置有多个套筒8，对应的多个小活塞15对称布置在导向销22下方，个数为偶数数目，在小活塞支撑弹簧16的作用下，小活塞15上表面与阀芯组合体19中的导向销22下表面紧密贴合，导向销22中心开有压力平衡孔28，布置在隔板18中心的通孔内，导向销22下端通过螺纹连接与衔铁23固定在一起，衔铁23通过紧固螺栓32与底板25、阀芯26连接在一起，衔铁23与底板25之间布置有一层垫片30，底板25上方开有四个压力平衡槽31，弹簧座24安装在底板25的上方，其内部的侧表面与衔铁23的侧表面相接触，衔铁复位弹簧29的两端分别位于隔板18与弹簧座24的环形槽内，底板25下方的阀芯26由阀芯主体、密封环带27组成，阀芯组合体19整体布置在控制阀杆4下方。

如图3所示，燃气在一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀中，首先，燃气由阀体3上进气口33垂直进入，经导流腔34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19周围空间，由于底板25上的压力平衡槽31的存在，阀芯组合体19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19内部空间，随即充满了阀芯组合体19内部空间以及阀座21中心处的稳压腔11，由于导向销22上压力平衡孔28的存在，燃气会流入阀芯组合体19上方空间，同样充满阀芯组合体19上方空间；其余燃气流入阀芯26的上方，一部分燃气由阀芯26上的轴向进气孔35流入，充满多道密封环带27周围的具有一定深度的进气环腔36，另一部分燃气充满了阀座21两端处的稳压腔11以及阀芯26的周围空间。压电晶体2未通电时，阀芯26表面与阀座21表面相贴合，阀芯26上的进气环腔36与阀座21上出气环带20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19向上运动，阀芯26表面脱离阀座21表面，此时进气环腔36与出气环带20附近的环腔相连通，阀芯26的抬起与落座控制着进气环腔36与出气环带20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，在导向销复位弹簧14、衔铁复位弹簧29的预紧力作用下，阀芯组合体19在初始位置维持不动，阀芯组合体19中的阀芯26上的密封环带27与阀座21的上表面紧密配合，阀芯26上的进气环腔36与阀座21上出气环带20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，使得控制阀杆4向下运动，大活塞5随之向下运动，套筒8内的液压油17压力升高，在液压油17压力的作用下，小活塞15向上运动，导向销22受到多个小活塞15向上的作用力后，平稳地向上运动，导向销22作为阀芯组合体19的一部分，阀芯组合体19整体随之向上运动，此时，燃气喷射阀开启，气路开启，直到套筒8内的液压油17压力回到初始状态，大活塞5、小活塞15停止运动，阀芯组合体19随之停止运动，阀芯组合体19在该位置维持一段时间，此过程中，燃气由阀芯26上的轴向进气孔35流入，通过多道密封环带27周围具有一定深度的进气环腔36，经由阀芯26与阀座21之间的空隙，最后经由出气口37导向后垂直流出，阀芯26和阀座21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21在靠近进气环腔36两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开始向上运动，套筒8内液压油17压力下降，在导向销复位弹簧14的作用下，导向销22开始向下运动，小活塞15、阀芯组合体19整体随之一同向下运动，直至套筒8内液压油17压力回到初始状态，大活塞5、小活塞15回到初始位置，此时阀芯组合体19也对应的回到初始位置，阀芯26表面与阀座21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：本实用新型一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀，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推动阀芯组合体19的导向销22运动，阀芯组合体19整体在导向销22与隔板18之间配合面的内导向作用下离开阀座21运动，实现燃气阀喷气的功能；本实用新型采用压电晶体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；本实用新型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26底端应用密封环带27进而形成进气环腔36，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21质量，提高了响应速度；本实用新型采用带有稳压腔11的阀座21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；本实用新型于导向销22处设置了压力平衡孔28，于底板25处设置了压力平衡槽31，促使阀芯组合体19内外气路达到平衡，保证了阀芯组合体19上下无燃气压力差，避免了阀芯组合体19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。

本实用新型一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀，包括固定块、压电晶体、阀体、控制阀杆、大活塞、大活塞支撑弹簧、密封环、套筒、密封胶圈、定位螺栓、导向销复位弹簧、小活塞、小活塞支撑弹簧、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，压电晶体下方紧密布置有控制阀杆，控制阀杆的下表面与大活塞上表面相接触，在导向销复位弹簧、大活塞支撑弹簧的预紧力作用下，压电晶体下表面与控制阀杆上表面、控制阀杆下表面与大活塞上表面均紧密贴合在一起，套筒上端为两出口，分别是一粗出口和一细出口，下端为一连通的封闭腔，大活塞的下端布置在套筒的粗出口内，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，控制阀杆中心位置下方从上到下依次布置有阀芯组合体、阀座，在小活塞支撑弹簧的预紧力作用下，小活塞上表面与阀芯组合体的上端紧密贴合，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的导流腔相连通；前述的阀芯组合体由导向销、衔铁、衔铁复位弹簧、弹簧座、底板、阀芯、垫片和紧固螺栓组成，为保证导向销平稳地运动，在其下方布置有多个套筒，对应的多个小活塞对称布置在导向销下方，个数为偶数数目，在小活塞支撑弹簧的作用下，小活塞上表面与阀芯组合体中的导向销下表面紧密贴合，导向销中心开有压力平衡孔，布置在隔板中心的通孔内，导向销下端通过螺纹与衔铁固定连接在一起，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，底板上方开有四个压力平衡槽，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位于隔板与弹簧座的环形槽内，底板下方的阀芯由阀芯主体、密封环带组成，阀芯组合体整体布置在控制阀杆下方；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，由于导向销上压力平衡孔的存在，燃气会流入阀芯组合体上方空间，同样充满阀芯组合体上方空间；其余燃气流入阀芯的上方，一部分燃气由阀芯上的进气孔流入，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。

Claims (3)

1.一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、阀座、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，隔板上分别设置通孔，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，套筒上端的端部设置粗出口，套筒上端端部内侧设置细出口，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，导向销穿过隔板的通孔，导向销的上方设置控制阀杆，导向销与控制阀杆之间设置导向销复位弹簧，控制阀杆的上表面与压电晶体贴合在一起，控制阀杆的下表面与大活塞上表面贴合在一起，小活塞上表面与导向销贴合在一起，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，衔铁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，导向销与衔铁相固定，导向销里设置压力平衡孔，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，出气环带位于进气环腔下方，出气环带下方设置出气口。

2.根据权利要求1所述的一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：阀座的外端设置端部稳压腔。

3.根据权利要求1或2所述的一种旁通式轴向进气的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：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，导向销亦向上运动，带动阀芯组合体向上运动，燃气喷射阀开启，气路开启，直到套筒内的液压油压力回到初始状态，大活塞和小活塞不再运动，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，在导向销复位弹簧的作用下，导向销向下运动，小活塞、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。