CN108591604A

CN108591604A - 一种直旋转体调节阀阀芯设计方法

Info

Publication number: CN108591604A
Application number: CN201810316395.4A
Authority: CN
Inventors: 王振彪; 石磊; 邓康耀; 刘畅
Original assignee: China North Engine Research Institute Tianjin
Current assignee: China North Engine Research Institute Tianjin
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2018-09-28

Abstract

本发明提供了一种直旋转体调节阀阀芯设计方法，其步骤为：1)以阀座离摇臂旋转中心的最远点为起点，以摇臂旋转中心为圆心，做圆弧；2)取圆弧在阀座平面与阀座轴心之间的部分，并围绕阀座轴心旋转形成最大阀芯；3)找到阀芯在相差等差度数的N个不同开度下的阀座对应的平面；4)确定需要优化的开度n；5)命名为第一切割面，用第一切割面对步骤2得到的阀芯的下部分进行切割去除；6)形成第二切割面；7)得到改进后的阀芯结构。本发明具有以下优势：直旋转体调节阀的调节特性接近于等百分比流量特性；在相同开度范围内，由于直旋转体调节阀阀芯型面与阀座之间形成的流通面积的变化程度相对于平板阀芯的平缓，所以具有更高的调节精度。

Description

一种直旋转体调节阀阀芯设计方法

技术领域

本发明属于机电技术领域，具体涉及一种直旋转体调节阀阀芯设计方法。

背景技术

随着内燃机的功率密度的提升和转速范围的拓展、以及用途的多样化，追求以燃油经济性、动态响应性等为目的的全工况性能匹配，对增压系统提出全新要求，根据车辆使用特性和时间任务剖面，通过调节阀切换实现增压参数改变的可调增压系统，成为研究热点。以二级增压为代表的可调增压系统，不仅可以满足发动机的设计工况，还能适应变工况和不同使用环境工作要求，对拓宽发动机最佳燃油经济性区域、提高实际使用性能有着重要影响。

二级增压系统中，调节阀是一个关键部件，对实现增压系统内高、低压级涡轮的能量精确分配，随发动机不同工况的压比调节、全工况匹配起到关键作用。

一般的调节阀阀芯没有经过特殊设计，多采用平板结构。气体流过平板阀芯后，由于流通面积的突然变化，阀芯周边存在低速区和漩涡，降低了进入下游涡轮的能量利用率。尤其是在小开度下，调节特性不好。

对于二级增压系统调节阀，希望其具有接近于等百分比流量特性的调节特性：在小开度时，流量小，流量的变化也小，调节平稳缓和；在大开度时，流量大，流量的变化也大，调节灵敏有效，有利于二级增压系统高、低压级涡轮的能量精确分配，但平板阀芯结构的调节阀不能满足这种要求，调节精度差；而且，阀芯周边存在低速区和漩涡，不利于提高二级增压系统下游涡轮的废气能量利用率。

发明内容

本发明的目的正是为了解决现有技术的不足，提出既能满足线性流量特性、调节精度高，又能实现流动损失小的满足二级增压系统调节的，接近于等百分比流量特性调节特性的一种直旋转体调节阀阀芯设计方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种直旋转体调节阀阀芯设计方法，其步骤为：

1)以阀座离摇臂旋转中心的最远点到摇臂旋转中心的距离为半径，以摇臂旋转中心为圆心，做圆弧；

2)取圆弧在阀座平面与阀座轴心之间的部分，并围绕阀座轴心旋转形成最大阀芯；

3)找到阀芯在相差等差度数的N个不同开度下的阀座对应的平面；

4)对比上述各个开度下的理想的等百分比流量特性与实际阀芯流量特性，确定需要优化的开度n；

5)过阀座轴心与开度n前面的一个开度平面的交点，做平行于阀座平面的平面，命名为第一切割面，用第一切割面对步骤2得到的阀芯的下部分进行切割去除；

6)在摇臂的轴心与阀座轴心构成的基准平面内，选取两个点，第一个点是直旋转体旋转轴和开度n前面的一个开度平面的交点，第二个点是阀芯右侧圆弧与n前面的第三个开度平面的交点，通过所选取的二个点，做垂直于基准平面的平面，形成第二切割面；

7)用第二切割面切割去除步骤5得到的阀芯的右下部分，得到改进后的阀芯结构，完成基于等百分比流量特性的直旋转体调节阀阀芯的优化。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明的直旋转体调节阀的调节特性接近于等百分比流量特性。

(2)本发明的直旋转体调节阀阀芯在相同开度范围内，由于直旋转体调节阀阀芯型面与阀座之间形成的流通面积的变化程度相对于平板阀芯的平缓，所以具有更高的调节精度。

(3)本发明的直旋转体式阀芯结构更为简单，易于加工。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1、为一种直旋转体调节阀最大阀芯轮廓线示意图；

图2、为一种直旋转体调节阀最大阀芯模型；

图3、为一种直旋转体调节阀各开度的阀座平面示意图；

图4、为一种直旋转体调节阀的第一切割面与第二切割面示意图；

图5、为一种直旋转体调节阀流量特性与等百分比流量特性的对比曲线；

图6、为改进后的一种直旋转体调节阀阀芯模型。

附图标记说明：

1-摇臂旋转中心、2-阀座轴心、3-圆弧、4-摇臂、5-阀芯、6-阀座平面、7-5度平面、8-10度平面、9-15度平面、10-20度平面、11-25度平面、12-第一切割平面、13-第二切割平面、14-理想等百分比调节阀流量特性、15-直旋转体调节阀流量特性。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例直旋转体调节阀阀芯设计方法包括如下步骤：

1)如图1所示，以阀座距离摇臂4的摇臂旋转中心1的最远点到摇臂旋转中心1的距离为半径，以摇臂旋转中心1为圆心，做圆弧3；

2)取圆弧3在阀座平面6与阀座轴心2之间的部分，并围绕阀座轴心2旋转形成最大阀芯，如图2所示，此最大阀芯既满足运行过程中不发生干涉，同时也是直旋转体；

3)找到阀芯5在开启5度、10度、15度、20度、25度共五个不同开度下的阀座对应的平面，如图3所示，各个平面在对应开度下与阀座平面6平行，各平面与阀座平面6保持以下位置关系：

阀门关闭时，阀座平面6与阀门贴合在一起；阀芯5开启5度时，5度平面7呈水平位置，与阀座平面6重合；阀芯5开启10度时，10度平面8呈水平位置，与阀座平面6重合，以此类推。

4)对比各个开度下的理想的等百分比流量特性与实际阀芯流量特性，确定需要优化的开度；如图5所示，理想等百分比调节阀流量特性14与直旋转体调节阀流量特性15放置在同一坐标系内比较，可以看出，在前四个开度，每个开度下的直旋转体调节阀流量与理想等百分比流量非常接近，只需要增加第五个开度即25度下阀门的流量即可；这个对比曲线图对阀芯型面的调整和改进有指导意义；

5)过阀座轴心2与20度平面10的交点，做平行于阀座平面6的平面，命名为第一切割面12；用第一切割面12对阀芯5的下部分进行切割去除，形成的阀芯5如图4所示；

6)在通过阀座轴心2且平行于纸面(纸面指的是摇臂的轴心与阀座轴心构成的平面)的平面内，选取两个点，第一个点是直旋转体旋转轴和20度平面10的交点(即阀座轴心2与20度平面10的交点)，第二个点是阀芯右侧圆弧与10度平面8的交点，通过所选取的二个点，做垂直于纸面的平面，形成第二切割面13，如图4所示；

7)用第二切割面13切割去除步骤4得到的阀芯5的右下部分，得到改进后的阀芯结构，如图6所示，完成基于等百分比流量特性的直旋转体调节阀阀芯5的优化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种直旋转体调节阀阀芯设计方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种直旋转体调节阀阀芯设计方法，其特征在于：步骤3中，N＝5，找到阀芯在开启5度、10度、15度、20度、25度共五个不同开度下的阀座对应的平面，各个平面在对应开度下与阀座平面平行，各平面与阀座平面保持以下位置关系：

阀门关闭时，阀座平面与阀门贴合在一起；阀芯开启n度时，n度平面呈水平位置，与阀座平面重合。