CN107165744B - 一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀,通过在双阀芯双电磁铁控制的结构，实现了可调喷气流量。通过浮动阀座结构，实现避免由于燃气喷射阀内外压力不平衡导致的反向泄漏功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性；通过外导向结构与内部导流腔、压力平衡槽相配合，保证阀芯的垂直度，实现气流的稳定工作，可靠工作，实现高响应速度；通过轴向主气槽直接进气和周向补气孔进气的混合进气方式，实现大流量，有效地提高发动机的供气效率，同时可以避免气流干涉，实现气路的稳定；通过阀芯和阀座间的多道环带结构，实现燃气喷射阀的面密封，高可靠性。

Description

一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀

技术领域

本发明涉及的是一种燃气喷射阀，具体地说是天然气发动机燃气系统的燃气喷射阀。

背景技术

环境污染问题日益严重，排放指标要求日趋严格，市场上对大功率气体机的需求不断增长。伴随大规模的气体发动机的使用，关键零部件的制造、维护和修理成为制约气体发动机发展的重要因素，燃气喷射阀就是这样一种关键零部件。燃气喷射阀是气体燃料电控多点喷射气体机含双燃料机的核心零部件之一，可实现各缸定时定量分期供气和进气分层，其工作性能对气体机或双燃料发动机的动力性、排放性有着十分重要的影响。喷射阀需要在高温高压等恶劣工况下累计工作数千小时，而拆卸等维护工作会导致误差逐步累积，最终致使喷射阀难以调试。

在发动机工况恶劣的情况下，喷射阀容易出现反向泄漏的情况。因此，需要设计一种具有防反向泄漏功能的喷射阀。同时，需要开发响应速度快、控制精度高、可靠性好、喷气流量可调的大流量燃气喷射阀，使其流通能力能满足天然气发动机在高负荷状态下正常工作需求。

发明内容

本发明的目的在于提供响应速度快、燃气喷射稳定、可靠性强、具有防反向泄漏功能且喷气流量可调的一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、主电磁铁、次级电磁铁、阀芯组合体、阀杆、T形衔铁、小阀芯、浮动阀座，主电磁铁包括铁芯和主复位弹簧，铁芯里缠绕线圈并设置环形槽，次级电磁铁包括次级铁芯和次级复位弹簧，次级铁芯里缠绕次级线圈并设置环形槽，次级铁芯与阀体的上端相固定，铁芯位于次级铁芯的下方，铁芯与次级铁芯之间设置T形衔铁，T形衔铁上表面设置环形槽，T形衔铁的环形槽与次级铁芯的环形槽之间设置次级复位弹簧，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，主复位弹簧的两端分别布置在铁芯的环形槽和弹簧座的环形槽内，底板上设置压力平衡槽，阀芯上设置密封环带和肋，密封环带形成环腔，肋上开有周向补气孔，并在补气孔处设置导流锥角，阀芯上表面开设轴向主气槽，所述浮动阀座包括导向基座、阀座，导向基座固定在阀体的下方，阀座位于阀芯下方，导向基座内圈设置有T形结构，阀座外圈通过设置与其配合的T形结构安装在导向基座里，阀座上设置出气环带，出气环带位于环腔下方，出气环带下方设置出气口，阀杆的上端与T形衔铁相固定，阀杆的下端依次穿过铁芯、衔铁、底板以及阀芯并与小阀芯相固定，小阀芯位于阀座上，小阀芯下方的阀座设置出气孔。

本发明还可以包括：

1、小阀芯和阀杆均采用非金属材料。

2、在阀座和导向基座之间设置两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈内沿上方加装压紧垫圈，第二重防漏气结构是在阀座和导向基座的T形结构连接处设置两层密封胶圈，在阀座和导向基座之间的T形结构连接处设置弹性垫圈。

3、当需要小流量时，次级线圈通电，T形衔铁受到电磁力的作用克服次级复位弹簧的预紧力后带动阀杆向上运动，阀杆带动小阀芯向上运动，出气孔喷气；当需要大流量时，线圈通电，衔铁受到电磁力的作用克服主复位弹簧的预紧力后向上运动，衔铁带动整个阀芯组合体向上运动，出气口喷气；当需要关闭喷气时，线圈和次级线圈断电，衔铁和T形衔铁分别在主复位弹簧和次级复位弹簧的作用下向下运动，直到衔铁和T形衔铁重新回到初始位置，喷气结束。

本发明的优势在于：本发明通过在双阀芯双电磁铁控制的结构，实现了可调喷气流量。采用带浮动阀座的结构，其能够有效防止燃气喷射阀出现反向泄漏的情况并具有减震的功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性及安全性；本发明通过在衔铁中心开内部导流腔并在底板上开有一定数量的压力平衡槽，避免衔铁受到轴向力，使衔铁处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁响应速度；本发明通过在阀芯的四个肋上开周向补气孔，增加流通面积，减少阀芯质量，提高可靠性。在阀芯周向补气孔处设置一定角度的出气环带，减少流动损失，增大流量系数。本发明采用轴向主气槽直接进气和周向补气孔进气的混合进气方式，增加进气流量系数，增加进气量，同时可以避免气流干涉，使气路达到平衡。有效地提高了发动机的供气效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的阀芯组合体结构放大图；

图3为本发明的气路走向示意图；

图4为浮动阀座结构放大图；

图5为浮动阀座受力图；

图6为阀芯结构三维结构图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-6，图1为本发明带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀的整体结构示意图，包括阀体1、主电磁铁、次级电磁铁、阀杆7、小阀芯12、T形衔铁6、阀芯组合体11、浮动阀座14四大部分。主电磁铁2通过上方螺纹与阀体1连接在一起。主电磁铁主要由铁芯8、线圈9组成。铁芯8两侧开有布置主复位弹簧10的环形槽，阀芯组合体11布置在铁芯8下方。次级电磁铁主要由次级铁芯2、次级线圈3组成。其特征是：次级铁芯2两侧开有布置次级复位弹簧4的环形槽，T形衔铁6布置在次级铁芯2下方。阀杆7通过紧固螺丝5与T形衔铁6上，小阀芯12通过阀杆7下方的螺纹固定在阀杆7上，保证阀杆7的垂直度。小阀芯12位于阀芯组合体11中央，小阀芯12和阀杆7均采用非金属材料。小阀芯12的运动通过阀杆7与主电磁铁进行定位，通过T形衔铁6和次级电磁铁之间的距离进行限位。

图2所示的阀芯组合体11主要由衔铁15、弹簧座16、紧固螺栓20、垫片17、底板19、阀芯21组成。其特征是：衔铁15、垫片17、底板19和阀芯21通过紧固螺栓20链接在一起，弹簧座16安装在底板19上。衔铁15上开有内部导流腔29，底板19上开有一定数量的压力平衡槽18，避免衔铁15受到轴向力，使衔铁15处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁15响应速度；主复位弹簧10位于铁芯8与弹簧座16之间。

当需要较小流量时，次级线圈3通电，次级铁芯2、T形衔铁6被磁化，次级铁芯2与T形衔铁6之间形成磁回路，T形衔铁6受到电磁力的作用克服次级复位弹簧4的预紧力后带动阀杆7向上运动。阀杆7带动小阀芯向上运动，电磁阀小阀芯12开启，实现较小流量喷气。当需要较大流量时，线圈9通电，铁芯8、衔铁15被磁化，铁芯8与衔铁15之间形成磁回路，衔铁15受到电磁力的作用克服主复位弹簧10的预紧力后向上运动，衔铁15带动整个阀芯组合体11向上运动，电磁阀完全开启，实现较大流量喷气。整个运动过程中，衔铁15的轴向运动与周向定位均由阀座35上的4个导向块13与阀芯21之间的配合来控制实现，直到弹簧座16的上表面与铁芯8的下表面相接触。当需要电磁阀关闭时，线圈9和次级线圈3断电，衔铁15与T形衔铁6受到的电磁力消失，衔铁15和T形衔铁6分别在主复位弹簧10和次级复位弹簧4的作用下向下运动，直到衔铁15和T形衔铁6重新回到初始位置，电磁阀关闭。在阀芯21的四个肋23上分别开2个周向补气孔24，提高响应速度，增加流通面积，同时也可减少质量，提高可靠性。在周向补气孔24处设置一定角度的出气环带30，减少流动损失，增大流量系数。采用轴向主气槽39直接进气和周向补气孔24进气的混合进气方式，增加进气流量系数，增加进气量，同时可以避免气流干涉，使气路达到平衡。阀芯21和阀座35间采用出气环带30，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。

如图3所示，小流量喷气时，气体由进气口26垂直流入阀体1内，沿着导流腔27流入充满阀体1内部，次级线圈3通电后，小阀芯12上升，气体沿内部导流腔29和压力平衡槽18流入阀芯组合体11中部空间，然后由中央的出气孔流出。大流量喷气时，线圈9通电后，衔铁15受到电磁力的作用克服主复位弹簧10的预紧力后向上运动，带动阀芯21向上运动与阀座35表面分离，此时，气路开启，电磁阀开启，气体由轴向主气槽39和周向补气孔24的混合进气方式流入，通过多道错综分布的环腔28，最后由出气口31垂直流出；线圈9断电，衔铁15受到的电磁力消失，在铁芯8与弹簧座16之间的复位弹簧的作用下，衔铁15向下运动，带动阀芯21向下运动，直至阀芯21表面与阀座35表面贴合，恢复到初始位置，气路关闭，电磁阀关闭。

如图4所示，为了防止燃气反向泄漏，提高燃气喷射阀的可靠性和安全性，本发明采用了浮动阀座14结构。浮动阀座14可以在电磁阀外部气压高与内部气压时将电磁阀锁死，有效地防止了燃气的反向泄漏。浮动阀座14由导向基座33、阀座35、、密封胶圈34、压紧垫圈32、可变形密封圈37和弹性垫圈38组成。导向基座33通过螺栓固定在阀体1上，阀座35安装在导向基座33上。导向基座33内圈带有T形结构，与阀座35外圈的T形结构相配合。

为了防止阀座35和导向基座33之间漏气，在阀座35和导向基座33之间加装了两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座35和导向基座33连接处上方安装可变形密封圈37，可变形密封圈37外沿压紧在导向基座33和阀体1上的安装槽内，通过导向基座33和阀体1间的螺栓预紧力固定。可变形密封圈37内沿上方加装压紧垫圈32，通过螺丝36固定在阀座35上，压紧垫圈32保证受力均匀，增强密封性。可变形密封圈37的材料采用可变形的软塑料，保证其不影响阀座35的运动。第二重密封是在阀座35和导向基座33的T形连接处加装了两层密封胶圈34，进一步增强密封性。在阀座35和导向基座33之间的T形连接处加装了一层弹性垫圈38，减少接触时的振动冲击力，起到了减震的作用。有效地增加了电磁阀的可靠性。

如图5所示，阀座35受小阀芯12压紧力F4、电磁阀外部气体压力F1和F2、电磁阀内部燃气压力F3和阀芯21压紧力的作用。阀芯21受复位弹簧弹力作用。当电磁阀下方气压大于电磁阀内部气压，电磁阀外部气体压力F1、F2分别作用在阀座35下方及出气环带30处，阀座35下方接触面积远大于出气环带30，因此，F1远大于F2，在外部气体压力扩大到导致阀芯21向上运动之前，外部气体压力F1、F2克服主复位弹簧10和次级弹簧的弹簧预紧力，阀座35连同阀芯21和小阀芯12一起向上运动。阀座35向上运动直到弹簧座14与电磁铁相接触，T形衔铁6与次级铁芯2相接触。此时即使电磁铁通电，阀芯21和小阀芯12也无法向上运动，电磁阀无法开启。电磁阀锁死。当电磁阀内外气压恢复正常时，阀座35与阀芯21一起在主复位弹簧10的作用下向下运动回到原位，电磁阀保持关闭。想要开启电磁阀时，电磁铁通电，阀芯21在衔铁15带动下向上运动，电磁阀正常开启。

由上述工作过程可知，所发明的带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀，通过在双阀芯双电磁铁控制的结构，实现了可调喷气流量。采用带浮动阀座14的结构，其能够在喷射阀内外气压异常的情况下有效防止燃气喷射阀出现反向泄漏的情况并具有减震的功能，保证了燃气喷射阀工作的可靠性及安全性；同时，本发明通过在衔铁15中心开内部导流腔29并在底板19上开有一定数量的压力平衡槽18，避免衔铁15受到轴向力，使衔铁15处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁15响应速度；在阀芯21的四个肋23上开周向补气孔24的结构，增加流通面积，减少阀芯21质量，提高可靠性。在阀芯21周向补气孔24处设置一定角度的出气环带30，减少流动损失，增大流量系数。本发明采用轴向主气槽39直接进气和周向补气孔24进气的混合进气方式，增加进气流量系数，增加进气量，同时可以避免气流干涉，使气路达到平衡。有效地提高了发动机的供气效率。

本发明的技术方案：一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀，它由阀体、主电磁铁、次级电磁铁、阀芯组合体、阀杆、小阀芯、浮动阀座四大部分构成。主电磁铁和次级电磁铁均通过其上方螺纹与阀体连接在一起。主电磁铁主要由铁芯、线圈组成。铁芯两侧开有布置主复位弹簧的环形槽，阀芯组合体布置在铁芯下方。阀芯组合体主要由衔铁、弹簧座、紧固螺栓、垫片、底板、阀芯组成。衔铁、垫片、底板和阀芯通过紧固螺栓链接在一起，弹簧座安装在底板上，底板上开有一定数量的压力平衡槽，衔铁上带有内部导流腔。复位弹簧位于铁芯与弹簧座之间。在阀芯的四个肋上分别开多个周向补气孔。次级电磁铁主要由次级铁芯、次级线圈组成。次级铁芯两侧开有布置次级复位弹簧的环形槽，T形衔铁布置在次级铁芯下方。阀杆通过固定螺丝与T形衔铁上，小阀芯通过阀杆下方的螺纹固定在阀杆上，保证阀杆的垂直度。小阀芯位于阀芯组合体中央，小阀芯和阀杆均采用非金属材料。小阀芯的运动通过阀杆与主电磁铁进行定位，通过T形衔铁和次级电磁铁之间的距离进行限位。阀芯和阀座间采用三道出气环带，面密封，稳压平衡，并且具有较宽的环带面积。阀芯周向固定在阀座上的4个导向块上，保证其垂直度，阀芯上下运动由弹簧座与铁芯之间的距离进行限位。浮动阀座由导向基座、阀座、密封胶圈、压紧垫圈、可变形密封圈、弹性垫圈组成。导向基座通过螺栓固定在阀体上，阀座安装在导向基座上。导向基座内圈带有T形结构，与阀座外圈的T形结构相配合。在阀座和导向基座之间加装了两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈外沿压紧在导向基座和阀体上的安装槽内，通过导向基座和阀体间的螺栓预紧力固定。可变形密封圈内沿上方加装压紧垫圈，通过螺丝固定在阀座上。可变形密封圈的材料采用可变形的软塑料，保证其不影响阀座的运动。第二重密封是在阀座和导向基座的T形连接处加装了两层密封胶圈。

Claims (3)

1.一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、主电磁铁、次级电磁铁、阀芯组合体、阀杆、T形衔铁、小阀芯、浮动阀座，主电磁铁包括铁芯和主复位弹簧，铁芯里缠绕线圈并设置环形槽，次级电磁铁包括次级铁芯和次级复位弹簧，次级铁芯里缠绕次级线圈并设置环形槽，次级铁芯与阀体的上端相固定，铁芯位于次级铁芯的下方，铁芯与次级铁芯之间设置T形衔铁，T形衔铁上表面设置环形槽，T形衔铁的环形槽与次级铁芯的环形槽之间设置次级复位弹簧，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，主复位弹簧的两端分别布置在铁芯的环形槽和弹簧座的环形槽内，底板上设置压力平衡槽，阀芯上设置密封环带和肋，密封环带形成环腔，肋上开有周向补气孔，并在补气孔处设置导流锥角，阀芯上表面开设轴向主气槽，所述浮动阀座包括导向基座、阀座，导向基座固定在阀体的下方，阀座位于阀芯下方，导向基座内圈设置有T形结构，阀座外圈通过设置与其配合的T形结构安装在导向基座里，阀座上设置出气环带，阀座下方接触面积远大于出气环带，出气环带位于环腔下方，出气环带下方设置出气口，阀杆的上端与T形衔铁相固定，阀杆的下端依次穿过铁芯、衔铁、底板以及阀芯并与小阀芯相固定，小阀芯位于阀座上，小阀芯下方的阀座设置出气孔；在阀座和导向基座之间设置两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座和导向基座连接处上方安装可变形密封圈，可变形密封圈外沿压紧在导向基座和阀体上的安装槽内，通过导向基座和阀体间的螺栓预紧力固定，可变形密封圈内沿上方加装压紧垫圈，通过螺丝固定在阀座上，第二重防漏气结构是在阀座和导向基座的T形结构连接处设置两层密封胶圈，在阀座和导向基座之间的T形结构连接处设置弹性垫圈。

2.根据权利要求1所述的一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀，其特征是：小阀芯和阀杆均采用非金属材料。

3.根据权利要求1或2所述的一种带浮动阀座可调流通截面积同轴式燃气喷射阀，其特征是：当需要小流量时，次级线圈通电，T形衔铁受到电磁力的作用克服次级复位弹簧的预紧力后带动阀杆向上运动，阀杆带动小阀芯向上运动，出气孔喷气；当需要大流量时，线圈通电，衔铁受到电磁力的作用克服主复位弹簧的预紧力后向上运动，衔铁带动整个阀芯组合体向上运动，出气口喷气；当需要关闭喷气时，线圈和次级线圈断电，衔铁和T形衔铁分别在主复位弹簧和次级复位弹簧的作用下向下运动，直到衔铁和T形衔铁重新回到初始位置，喷气结束。