一種直通式軸向進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥的制作方法

本發(fā)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：

在節(jié)能減排的大背景下，面對化石能源的日益匱乏，排放法規(guī)要求的日益提高，尋找一種可替代的燃料已然成為內燃機行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，天然氣因其自身來源廣泛、熱值高、排放污染少等優(yōu)點，成為最具發(fā)展前景的能源。在內燃機實際工作中，應用天然氣作為內燃機運行的主燃料，可大幅降低內燃機的排放污染情況，對優(yōu)化能源結構、促進經濟可持續(xù)發(fā)展有著極為重要的意義，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(yè)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(tǒng)中的重要執(zhí)行元件，其性能的優(yōu)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盡量大的出氣橫截面積，以保證內燃機獲得充足的燃氣供給，此外，燃氣噴射閥工作時供給自身燃氣量的多少、所噴燃氣壓力的穩(wěn)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(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供升程可變、響應速度高、噴氣壓力穩(wěn)定的一種直通式軸向進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明一種直通式軸向進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥，其特征是：包括閥體、閥座、閥桿、壓電晶體、液力放大器、隔板、閥芯組合體，閥座固定在閥體下方并與閥體之間形成閥空間，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(huán)盤，小活塞上表面與圓環(huán)盤下表面貼合，圓環(huán)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(huán)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(huán)形槽，隔板下表面設置環(huán)形槽，復位彈簧的兩端分別布置在隔板的環(huán)形槽和彈簧座的環(huán)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，閥芯下方的閥座上設置中心穩(wěn)壓腔，壓力平衡孔、壓力平衡槽、閥芯的中空部分以及中心穩(wěn)壓腔相通并構成內部空間，閥芯上設置密封環(huán)帶，密封環(huán)帶形成進氣環(huán)腔，閥座上設置出氣環(huán)帶和導向塊，導向塊位于閥芯周圍，出氣環(huán)帶位于進氣環(huán)腔下方，出氣環(huán)帶下方設置出氣口，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(huán)盤相連，閥桿的下方通過卡簧與銜鐵固定在一起。

本發(fā)明還可以包括：

1、閥座的外端設置端部穩(wěn)壓腔。

2、固定塊的上部與閥體之間形成進氣口，固定塊的中下部以及液力放大器與與閥體之間形成進氣腔，閥芯組合體與閥體之間形成導流腔，進氣口、進氣腔、通氣孔、導流腔相通并構成外部空間，外部空間與內部空間相通，閥芯上設置軸向進氣孔；

燃氣經由進氣口垂直流入閥體內，沿著進氣腔垂直流動，直至流過通氣孔，一部分燃氣流入到閥芯組合體內部空間及閥座中心穩(wěn)壓腔，其余燃氣沿著導流腔繼續(xù)流動，一部分由軸向進氣孔流入，充滿閥芯的進氣環(huán)腔，另一部分充滿座外端的端部穩(wěn)壓腔以及閥芯的周圍空間；

壓電晶體未通電時，閥芯上的密封環(huán)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；壓電晶體通電后，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，閥桿亦向上運動，在卡簧的固定作用下，帶動閥芯組合體向上運動，直到套筒內的液壓油壓力回到初始狀態(tài)，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(huán)腔，經由閥芯與閥座之間的空隙，最后經由出氣口導向后垂直流出；壓電晶體斷電后，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，在復位彈簧的作用下，圓環(huán)盤、小活塞向下運動，閥桿、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(tài)，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(fā)明的優(yōu)勢在于：本發(fā)明的利用壓電晶體通電伸長，經由液力放大器放大位移后，對稱布置的小活塞推動圓環(huán)盤平穩(wěn)地向上運動，圓環(huán)盤通過閥桿帶動閥芯組合體整體在外側的導向塊的外導向作用下離開閥座運動，實現(xiàn)燃氣閥噴氣的功能；本發(fā)明采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(xiàn)了燃氣噴射閥的升程可變；本發(fā)明采用直通的供氣方式，保證了進入閥體內的燃氣的充足供給；閥芯底端應用密封環(huán)帶進而形成進氣環(huán)腔，燃氣沿軸向進入，一方面避免了燃氣干涉，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(fā)明采用帶有穩(wěn)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(wěn)定性；本發(fā)明于銜鐵處設置了壓力平衡孔，于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(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的閥芯組合體結構放大圖；

圖3為本發(fā)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(fā)明做更詳細地描述：

結合圖1-5，圖1為本發(fā)明一種直通式軸向進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥的整體結構示意圖，包括1閥體、2壓電晶體、3固定塊、4大活塞、5大活塞支撐彈簧、6密封環(huán)、7套筒、9復位彈簧、10圓環(huán)盤、11閥桿、12小活塞支撐彈簧、13小活塞、15卡簧、16隔板、17閥芯組合體、19密封膠圈和20閥座，固定塊3利用螺紋與閥體1連接在一起，使其自身固定在閥體1上方的中心位置，固定塊3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，用于布置壓電晶體2與閥體1外控制單元的接電線，壓電晶體2下表面與大活塞4上表面相接觸，在大活塞支撐彈簧5的預緊力作用下，壓電晶體2下表面與大活塞4上表面緊密貼合在一起，套筒7上端為多出口形式，中心出口為粗出口，周圍出口為細出口，對稱布置在圓環(huán)盤10的下方，下端為一連通的封閉腔，大活塞4的下端布置在套筒8中心的粗出口內，大活塞支撐彈簧5位于大活塞4凸緣與套筒7之間，保證大活塞4不會整體進入套筒7內，套筒7內充滿了具有一定壓力的液壓油14，套筒7周圍的細出口上方布置有小活塞13，小活塞13下端布置在其中，在小活塞13凸緣與套筒7之間布置有小活塞支撐彈簧12，以保證小活塞13不會整體進入套筒7內，大活塞4、小活塞13側表面與套筒7內壁之間布置有密封環(huán)6，以防止套筒7內液壓油14的泄漏，大活塞4、小活塞13、大活塞支撐彈簧5、小活塞支撐彈簧12與套筒7一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1中隔板16的上方，在小活塞支撐彈簧12的預緊力作用下，小活塞13上表面與圓環(huán)盤10下表面緊密貼合，復位彈簧9的兩端分別布置在固定塊3與圓環(huán)盤10上的凹槽內，圓環(huán)盤10的兩端開有圓孔，孔內開有螺紋，利用螺紋將圓環(huán)盤10與閥桿11連接在一起，閥桿11布置在隔板16中的通孔內，其下端利用卡簧15與閥芯組合體17上端固定在一起，隔板16兩端還開有直徑較大的通氣孔，在隔板16下方由上到下依次布置有閥芯組合體17、閥座20，閥座20上開有螺栓孔39，閥座20與閥體1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19來實現(xiàn)密封，閥座20在中心位置以及靠近密封環(huán)帶26處兩端均開有穩(wěn)壓腔8，閥座20中心位置的穩(wěn)壓腔8與閥芯組合體17內部的燃氣空間相連通，而閥座20兩端的穩(wěn)壓腔8與閥體1內的導流腔35相連通；

如圖2所示，一種直通式軸向進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥的閥芯組合體17由銜鐵22、彈簧座23、底板24、閥芯25、銜鐵復位彈簧28、墊片29和緊固螺栓31組成，銜鐵22通過緊固螺栓31與底板24、閥芯25連接在一起，銜鐵22與底板24之間布置有一層墊片29，銜鐵22上開有壓力平衡孔27，底板24上方開有四個壓力平衡槽30，銜鐵22中心處的壓力平衡孔27配合底板24上的壓力平衡槽30使得閥芯組合體17內部空間與外部空間連通，內外氣路達到平衡，閥芯組合體17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，彈簧座23安裝在底板24的上方，其內部的側表面與銜鐵22的側表面相接觸，銜鐵復位彈簧28的兩端分別布置在隔板16與彈簧座23的環(huán)形槽上，閥芯25由閥芯主體、密封環(huán)帶26組成，其周向固定在閥座20上的四個導向塊18上，保證自身垂直度，閥芯組合體17整體布置在隔板16下方；

如圖3所示，燃氣在一種直通式軸向進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥中，首先，燃氣經由進氣口32垂直流入閥體1內，沿著進氣腔33垂直流動，直至流過閥體1上隔板16兩端的通氣孔34，由于銜鐵22上壓力平衡孔27和底板24上的壓力平衡槽30的存在，閥芯組合體17內部空間與閥體1內空間連通，一部分燃氣會流入到閥芯組合體17內部空間，隨即充滿了閥芯組合體17內部空間以及閥座20中心處的穩(wěn)壓腔8；其余燃氣沿著導流腔35流入充滿閥體1內部，一部分由軸向進氣孔36流入，充滿多道密封環(huán)帶26周圍的具有一定深度的進氣環(huán)腔37，另一部分充滿了閥座20兩端處的穩(wěn)壓腔8以及閥芯25的周圍空間。壓電晶體2未通電時，閥芯25表面與閥座20表面相貼合，閥芯25上的進氣環(huán)腔37與閥座20上出氣環(huán)帶21附近的環(huán)腔不連通；壓電晶體2通電后，壓電晶體2伸長，經液力放大器放大后帶動閥芯組合體17向上運動，閥芯25表面脫離閥座20表面，此時進氣環(huán)腔37與出氣環(huán)帶21附近的環(huán)腔相連通，閥芯25的抬起與落座控制著進氣環(huán)腔37與出氣環(huán)帶21附近的環(huán)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，在銜鐵復位彈簧28的作用下，閥芯組合體17在初始位置維持不動，閥芯組合體17中的閥芯25上的密封環(huán)帶26與閥座20的上表面緊密配合，閥芯25上的進氣環(huán)腔37與閥座20上出氣環(huán)帶21附近的環(huán)腔不連通，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通電后，壓電晶體2受到電流激勵從而伸長，推動大活塞4向下運動，套筒7中的液壓油14受到壓縮，壓力升高，在液壓油14壓力的作用下，套筒7內細出口上的小活塞13向上運動，小活塞13對稱分布在圓環(huán)盤10的下方，平穩(wěn)地推動圓環(huán)盤10向上運動，由于螺紋的連接作用，閥桿11亦向上運動，最終在卡簧15的固定作用下，帶動閥芯組合體17向上運動，在閥芯組合體17的運動過程中，通過導向塊18實現(xiàn)外導向，直到套筒7內的液壓油14壓力回到初始狀態(tài)，小活塞13不再運動，閥芯組合體17隨之停止，閥芯組合體17在該位置維持一段時間，燃氣由閥芯25上的軸向進氣孔36流入，通過多道密封環(huán)帶26周圍具有一定深度的進氣環(huán)腔37，經由閥芯25與閥座20之間的空隙，最后經由出氣口38導向后垂直流出，閥芯25和閥座20間采用多道環(huán)帶，面密封，穩(wěn)壓平衡，并且較寬的環(huán)帶面積可減少沖擊，提高可靠性，閥座20在靠近進氣環(huán)腔37兩端以及自身中心位置處設置的穩(wěn)壓腔8使得周圍的燃氣在流動過程中通氣均勻，氣壓平衡；燃氣噴出一定量后，壓電晶體2開始斷電，壓電晶體2縮短，在大活塞支撐彈簧5的作用下，大活塞4開始回到初始位置，套筒7內液壓油14壓力下降，在復位彈簧9的作用下，圓環(huán)盤10、小活塞13開始向下運動，閥桿11、閥芯組合體17隨之向下運動，直至套筒7內液壓油14壓力回到初始狀態(tài)，大活塞4、小活塞13回到初始位置，此時閥芯組合體17也對應的回到初始位置，閥芯25表面與閥座20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(fā)明一種直通式軸向進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥，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后，對稱布置的小活塞13推動圓環(huán)盤10平穩(wěn)地向上運動，圓環(huán)盤10通過閥桿11帶動閥芯組合體17整體在外側的導向塊18的外導向作用下離開閥座20運動，實現(xiàn)燃氣閥噴氣的功能；本發(fā)明采用壓電晶體2驅動的方式，有效提高了燃氣噴射閥的響應速度，實現(xiàn)了燃氣噴射閥的升程可變；本發(fā)明采用直通的供氣方式，保證了進入閥體1內的燃氣的充足供給；閥芯25底端應用密封環(huán)帶26進而形成進氣環(huán)腔37，燃氣沿軸向進入，一方面避免了燃氣干涉，保證了氣路平衡，另一方面減輕了閥座20質量，提高了響應速度；本發(fā)明采用帶有穩(wěn)壓腔8的閥座20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(wěn)定性；本發(fā)明于銜鐵22處設置了壓力平衡孔27，于底板24處設置了壓力平衡槽30，促使閥芯組合體17內外氣路達到平衡，保證了閥芯組合體17上下無燃氣壓力差，避免了閥芯組合體17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(fā)明一種直通式軸向進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥，包括閥體、壓電晶體、固定塊、大活塞、大活塞支撐彈簧、密封環(huán)、套筒、復位彈簧、圓環(huán)盤、閥桿、小活塞支撐彈簧、小活塞、卡簧、閥芯組合體、密封膠圈和閥座，固定塊利用螺紋與閥體連接在一起，使其自身固定在閥體上方的中心位置，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，用于布置壓電晶體與閥體外控制單元的接電線，壓電晶體下表面與大活塞上表面相接觸，在大活塞支撐彈簧的預緊力作用下，壓電晶體下表面與大活塞上表面緊密貼合在一起，套筒上端為多出口形式，中心出口為粗出口，周圍出口為細出口，對稱布置在圓環(huán)盤的下方，下端為一連通的封閉腔，大活塞的下端布置在套筒中心的粗出口內，大活塞支撐彈簧位于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，套筒周圍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(huán)，以防止套筒內液壓油的泄漏，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，在小活塞支撐彈簧的預緊力作用下，小活塞上表面與圓環(huán)盤下表面緊密貼合，復位彈簧的兩端分別布置在固定塊與圓環(huán)盤上的凹槽內，圓環(huán)盤的兩端開有圓孔，孔內開有螺紋，利用螺紋將圓環(huán)盤與閥桿連接在一起，閥桿布置在隔板中的通孔內，其下端利用卡簧與閥芯組合體上端固定在一起，隔板兩端還開有直徑較大的通氣孔，在隔板下方由上到下依次布置有閥芯組合體、閥座，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(xiàn)密封，閥座在中心位置以及靠近密封環(huán)帶處兩端均開有穩(wěn)壓腔，閥座中心位置的穩(wěn)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(wěn)壓腔與閥體內的導流腔相連通；前述的閥芯組合體由銜鐵、彈簧座、底板、閥芯、銜鐵復位彈簧、墊片和緊固螺栓組成，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，銜鐵上開有壓力平衡孔，底板上方開有四個壓力平衡槽，銜鐵中心處的壓力平衡孔配合底板上的壓力平衡槽使得閥芯組合體內部空間與外部空間連通，內外氣路達到平衡，閥芯組合體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，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布置在隔板與彈簧座的環(huán)形槽上，閥芯由閥芯主體、密封環(huán)帶組成，其周向固定在閥座上的四個導向塊上，保證自身垂直度，閥芯組合體整體布置在隔板下方；燃氣經由進氣口垂直流入閥體內，沿著進氣腔垂直流動，直至流過閥體上隔板兩端的通氣孔，由于銜鐵上壓力平衡孔和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(wěn)壓腔；其余燃氣沿著導流腔流入充滿閥體內部，一部分由軸向進氣孔流入，充滿多道密封環(huán)帶周圍的具有一定深度的進氣環(huán)腔，另一部分充滿了閥座兩端處的穩(wěn)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(huán)腔與閥座上出氣環(huán)帶附近的環(huán)腔不連通；壓電晶體通電后，壓電晶體伸長，經液力放大器放大后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(huán)腔與出氣環(huán)帶附近的環(huán)腔相連通，閥芯的抬起與落座控制著進氣環(huán)腔與出氣環(huán)帶附近的環(huán)腔之間的通斷。