CN107965605A - 一种常压式排气阀 - Google Patents

Abstract

一种常压式排气阀，包括阀杆、阀壳、阀座、复位弹簧和驱动执行单元；其中，阀座设有顶部为阀座孔的气缸通道，阀壳固定连接于阀座之上，阀杆贯穿于阀壳和阀座的内腔中且下部设有阀杆头，该阀杆头的表面与阀座孔的内侧面形成密封式配合，复位弹簧与阀杆连接且推顶该阀杆向上，驱动执行单元与高压伺服油管连接，固定连接于阀壳的上部且压制在阀杆之上，该驱动执行单元利用高压伺服油控制并驱动阀杆上下运动以开启和关闭排气阀。本发明实现了阀杆在开启和关闭末期的缓冲，有效降低了部件间的硬碰撞，提高了排气及换气效率，具有结构简单、加工容易、成本低、寿命长、撞击小的优点。

Description

一种常压式排气阀

技术领域

本发明涉及一种排气阀，具体涉及一种船用大功率柴油机用常压式排气阀，属于柴油机技术领域。

背景技术

船用低速柴油机的排气阀及其控制驱动系统是柴油机的核心组件之一，其驱动特性将直接影响到发动机的经济性和排放性。目前市场上广泛使用的排气阀属于常闭式，即：其中的阀杆与阀座的接触面位于阀盘的上部，当气缸内柴油进行燃烧时，阀盘落座，并在缸内压力的压迫下压紧在阀座上。当排气阀需要打开时，高压伺服油驱动排气阀杆向下运动，排气阀开启；当排气阀需要关闭时，排气阀驱动单元中增压腔内伺服油的压力迅速降低，排气阀杆在空气弹簧的作用下向上运动，排气阀关闭。在现有的常闭式排气阀中缓冲机构分为两部分：排气阀开启时使用空气弹簧进行缓冲；排气阀关闭时使用阻尼活塞缓冲。由于常闭式排气阀在缸内燃烧时阀盘向上压紧在阀座上而无法打开，因此为了避免缸内压力过大导致危险，就需要另外配置安全阀，增加了结构的复杂性；而阻尼弹簧与空气弹簧的结构复杂、加工难度大，而且需要配置高压气体，因此容易使阀杆行程达不到预定值甚至导致失效，从而严重影响柴油机的性能和排放。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种常压式排气阀，在简化系统结构的同时，采用新型缓冲结构，以有效避免硬碰撞，提高排气及换气效率，并延长系统各组成零部件的使用寿命，达到结构简单、降低整个装置的加工难度和成本的效果。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种常压式排气阀，安装在气缸盖上，其特征在于，所述常压式排气阀包括有阀杆、阀壳、阀座、复位弹簧和驱动执行单元；所述阀座设有与气缸连通的气缸通道，该气缸通道的顶部为阀座孔，所述阀壳固定连接于所述阀座之上，所述阀杆自上而下地贯穿于所述阀壳的内腔和阀座的内腔中且下部设有阀杆头，该阀杆头的表面与所述阀座的阀座孔的内侧面形成密封式配合，所述复位弹簧设置于所述阀壳的内腔中，该复位弹簧与所述阀杆连接且推顶该阀杆向上，所述驱动执行单元固定连接于所述阀壳的上部且压制在所述阀杆之上，该驱动执行单元与高压伺服油管连接；当排气阀需要关闭时，外部的高压伺服油通过所述驱动执行单元驱动所述阀杆克服所述复位弹簧的阻力向下运动，使所述阀杆头自上方下压封闭所述阀座孔且截断所述气缸通道，以关闭所述常压式排气阀；当排气阀需要开启时，高压伺服油流出所述驱动执行单元，所述复位弹簧的恢复力与所述气缸通道内的压力共同作用，推动所述阀杆向上运动，使所述阀杆头向上脱离所述阀座孔且接通所述气缸通道，以开启所述常压式排气阀。

进一步地，所述的驱动执行单元包括进油头、壳体、活塞、上单向阀和下单向阀；所述活塞设置于所述壳体的内腔中且能够在该内腔中上下滑动，该活塞的下端抵靠于所述阀杆的上端；所述内腔下部的内壁上设有向内的环形凸起，紧靠该环形凸起的上缘处设有内端连通所述内腔的下节流孔，该内腔的上部设有内端连通所述内腔的上节流孔，一油道将所述上节流孔与下节流孔连通起来；所述下单向阀设于所述下节流孔的外端且与回油管连接；所述上单向阀设置于所述上节流孔与下节流孔之间的所述油道上；所述进油头密封地安装在所述壳体的上端，内部设有连通所述壳体的内腔上部与所述高压伺服油管的进油孔。

进一步地，所述的活塞包括第一圆柱和第二圆柱，所述第一圆柱的外径与所述进油孔的内径形成动配合，所述第二圆柱的外径与所述内腔的内径形成动配合，在所述常压式排气阀开启末期，所述活塞上行，所述第一圆柱进入所述进油孔，该活塞与所述壳体之间形成上蓄油腔且挤压高压伺服油依次通过上节流孔、上单向阀和油道进入所述下节流孔，从而产生节流作用进行液压缓冲，以防止所述活塞直接撞击到所述进油头。

进一步地，在所述常压式排气阀关闭末期，所述活塞下行，该活塞与所述环形凸起之间形成下蓄油腔且挤压高压伺服油依次通过下节流孔和下单向阀进入所述回油管，从而产生节流作用进行液压缓冲，以防止所述活塞直接撞击到所述壳体。

进一步地，所述的阀杆的行程由所述环形凸起的位置确定并且能够通过改变该环形凸起的位置进行调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明为常压式排气阀，当气缸内压力过大时可直接顶开阀杆头而开启，无需另外安装安全阀，从而简化了结构。

2、本发明的活塞的上下形成了基于蓄油腔的缓冲结构，有效地避免了构件之间的硬碰撞，提高了系统的使用寿命；同时该缓冲结构比起之前广泛使用的阻尼弹簧，具有结构简单的优点，降低了整个装置的加工难度。

3、本发明采用刚度较小的复位弹簧而不是空气弹簧进行复位，降低了整个装置的制造成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是驱动执行单元的结构放大图。

图中：1—进油头，11—进油孔，2—活塞，21—第一圆柱，22—第二圆柱，3—壳体，31—上节流孔，32—下节流孔，33—油道，34—环形凸起，35—上蓄油腔，36—下蓄油腔，4—阀杆，41—阀杆头，5—阀壳，6—阀座，61—气缸通孔，62—阀座孔，7—上单向阀，8—下单向阀，9—复位弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的常压式排气阀做进一步的详细阐述，但不应以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图示常压式排气阀安装在气缸盖上，该排气阀包括有阀杆4、阀壳5、阀座6、复位弹簧9和驱动执行单元。

所述阀座6设有与气缸连通的气缸通道61，该气缸通道61的顶部为阀座孔62。所述阀壳5固定连接于所述阀座6之上。

所述阀杆4自上而下地贯穿于所述阀壳5的内腔和阀座6的内腔中，并且该阀杆4的下部设有阀杆头41，该阀杆头41的表面与所述阀座6气缸通道61顶部的阀座孔62的内侧面形成密封式配合，构成排气阀的开关通道。

所述复位弹簧9设置于所述阀壳5的内腔中，该复位弹簧9与所述阀杆4连接并且其弹簧力能够推顶该阀杆4向上运动。

所述驱动执行单元固定连接于所述阀壳5的上部，包括进油头1、壳体3、活塞2、上单向阀7和下单向阀8；所述进油头1与外部的高压伺服油管连接，所述活塞2压制在所述阀杆4之上。所述驱动执行单元利用由所述进油头1进入的高压伺服油，控制并驱动所述阀杆4上下运动，以开启和关闭所述排气阀。当排气阀需要关闭时，外部的高压伺服油通过所述驱动执行单元的活塞2驱动所述阀杆4克服所述复位弹簧9的阻力向下运动，使所述阀杆头41自上方向下压，封闭所述阀座孔62且截断所述气缸通道61，以关闭所述常压式排气阀；当排气阀需要开启时，高压伺服油流出所述驱动执行单元排入回油管，所述复位弹簧9的恢复力与所述气缸通道61内的压力共同作用，推动所述阀杆4向上运动，使所述阀杆头41向上脱离所述阀座孔62，从而接通所述气缸通道61，以开启所述常压式排气阀。当气缸内压力过大时可直接顶开阀杆头41而开启所述常压式排气阀，无需另外安装安全阀，从而简化了结构。

请参阅图2，所述进油头1密封地安装在所述壳体3的上端，内部设有进油孔11，该进油孔11内端连通所述壳体3的内腔的上部，外端连接所述高压伺服油管。

所述活塞2设置于所述壳体3的内腔中，并且能够在该内腔中上下滑动，该活塞2的下端抵靠于所述阀杆4的上端。所述活塞2具有二级圆柱形式，以保证所述阀杆4开启过程中的导向作用，并在所述阀杆4开闭末期产生节流作用，进行液压缓冲。所述活塞2包括第一圆柱21和第二圆柱22，该第一圆柱21的直径小于第二圆柱的直径；所述第一圆柱21的外径与所述进油头1的进油孔11的内径形成动配合，所述第二圆柱22的外径与所述壳体3的内腔的内径形成动配合。

所述壳体3的内腔的下部的内壁上设有向内的环形凸起34，紧靠该环形凸起34的上缘处设有下节流孔32，该下节流孔32的内端连通所述壳体3的内腔的下部；该内腔的上部设有上节流孔31，该上节流孔31的内端连通所述壳体3的内腔的上部，一油道33连通于所述上节流孔31与下节流孔32之间。所述阀杆4的行程由所述环形凸起34的位置确定并且能够通过改变该环形凸起34的位置进行调整。

所述下单向阀8设于所述下节流孔32的外端并且与外部的回油管连接。所述上单向阀7设置于所述上节流孔31与下节流孔32之间的所述油道33上。所述上单向阀7和下单向阀8用于防止回油油路中的伺服油倒流入驱动执行单元中，且在所述阀杆4关闭时起到节流作用，进行液压缓冲。

在所述常压式排气阀开启末期，所述活塞2上行，所述第一圆柱21进入所述进油头1的进油孔11，该活塞2与所述壳体3之间形成上蓄油腔35，所述活塞2挤压高压伺服油依次通过上节流孔31、上单向阀7和油道33进入所述下节流孔32，从而产生节流作用进行液压缓冲，以防止所述活塞2直接撞击到所述进油头1。

在所述常压式排气阀关闭末期，所述活塞2下行，该活塞2与所述环形凸起34之间形成下蓄油腔36，所述活塞2挤压高压伺服油依次通过下节流孔32和下单向阀8进入所述回油管，从而产生节流作用进行液压缓冲，以防止所述活塞2直接撞击到所述壳体3。

本发明的具体工作原理如下：

排气阀关闭时，控制系统(图中未示出)发出控制信号，由排气阀控制单元(图中未示出)引出的一路高压伺服油通过进油头1进入驱动执行单元活塞2上方的上蓄油腔35，并推动活塞2与阀杆4克服复位弹簧9的阻力将排气阀关闭。由于阀杆4关闭时驱动力较大，为防止活塞2直接撞击到壳体3，壳体3下部的环形凸起34与活塞2、阀杆4紧密配合形成了下蓄油腔36。当阀杆4向下运动时，活塞2挤压下蓄油腔36内的油液并使它们通过下节流孔32和下单向阀8进入回油管路，产生节流作用，进行缓冲。

排气阀开启时，控制系统(图中未示出)发出控制信号，驱动执行单元活塞2上方的上蓄油腔35与回油路接通，活塞2和阀杆4在复位弹簧9和气缸缸压的影响下向上开启。由于缸压较大，为防止活塞2直接撞击到进油头1，在排气阀开启末期需要进行缓冲。当活塞2上行，第一圆柱21进入进油头1的进油孔11时，活塞2与壳体3之间形成上蓄油腔35，活塞2挤压油液使其通过上节流孔31、上单向阀7和油道33进入下节流孔32以及活塞2与壳体3环形凸起34间的下蓄油腔36，产生节流作用，进行缓冲。

上述仅为本发明的优选实施例，必须指出的是，所属领域的技术人员凡依本发明申请内容所作的各种等效修改、变化与修正，都应成为本发明专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种常压式排气阀，安装在气缸盖上，其特征在于，所述常压式排气阀包括有阀杆、阀壳、阀座、复位弹簧和驱动执行单元；所述阀座设有与气缸连通的气缸通道，该气缸通道的顶部为阀座孔，所述阀壳固定连接于所述阀座之上，所述阀杆自上而下地贯穿于所述阀壳的内腔和阀座的内腔中且下部设有阀杆头，该阀杆头的表面与所述阀座的阀座孔的内侧面形成密封式配合，所述复位弹簧设置于所述阀壳的内腔中，该复位弹簧与所述阀杆连接且推顶该阀杆向上，所述驱动执行单元固定连接于所述阀壳的上部且压制在所述阀杆之上，该驱动执行单元与高压伺服油管连接；当排气阀需要关闭时，外部的高压伺服油通过所述驱动执行单元驱动所述阀杆克服所述复位弹簧的阻力向下运动，使所述阀杆头自上方下压封闭所述阀座孔且截断所述气缸通道，以关闭所述常压式排气阀；当排气阀需要开启时，高压伺服油流出所述驱动执行单元，所述复位弹簧的恢复力与所述气缸通道内的压力共同作用，推动所述阀杆向上运动，使所述阀杆头向上脱离所述阀座孔且接通所述气缸通道，以开启所述常压式排气阀。

2.根据权利要求1所述的常压式排气阀，其特征在于，所述的驱动执行单元包括进油头、壳体、活塞、上单向阀和下单向阀；所述活塞设置于所述壳体的内腔中且能够在该内腔中上下滑动，该活塞的下端抵靠于所述阀杆的上端；所述内腔下部的内壁上设有向内的环形凸起，紧靠该环形凸起的上缘处设有内端连通所述内腔的下节流孔，该内腔的上部设有内端连通所述内腔的上节流孔，一油道将所述上节流孔与下节流孔连通起来；所述下单向阀设于所述下节流孔的外端且与回油管连接；所述上单向阀设置于所述上节流孔与下节流孔之间的所述油道上；所述进油头密封地安装在所述壳体的上端，内部设有连通所述壳体的内腔上部与所述高压伺服油管的进油孔。

3.根据权利要求2所述的常压式排气阀，其特征在于，所述的活塞包括第一圆柱和第二圆柱，所述第一圆柱的外径与所述进油孔的内径形成动配合，所述第二圆柱的外径与所述内腔的内径形成动配合，在所述常压式排气阀开启末期，所述活塞上行，所述第一圆柱进入所述进油孔，该活塞与所述壳体之间形成上蓄油腔且挤压高压伺服油依次通过上节流孔、上单向阀和油道进入所述下节流孔，从而产生节流作用进行液压缓冲，以防止所述活塞直接撞击到所述进油头。

4.根据权利要求2所述的常压式排气阀，其特征在于，在所述常压式排气阀关闭末期，所述活塞下行，该活塞与所述环形凸起之间形成下蓄油腔且挤压高压伺服油依次通过下节流孔和下单向阀进入所述回油管，从而产生节流作用进行液压缓冲，以防止所述活塞直接撞击到所述壳体。

5.根据权利要求2所述的常压式排气阀，其特征在于，所述的阀杆的行程由所述环形凸起的位置确定并且能够通过改变该环形凸起的位置进行调整。