CN110805719B - 高速大行程直动式压电阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速大行程直动式两位三通压电阀，包括两位三通阀结构、压电陶瓷和液压放大机构，通过液压放大机构将所述压电陶瓷的小位移转化为所述两位三通阀结构的内锥阀芯的大位移；所述液压放大机构采用弧面过渡密闭型液压腔，所述大比例活塞设置于所述液压腔的大端面并与压电陶瓷连接，所述小比例活塞设置于所述液压腔的小端面并与所述两位三通阀结构的内锥阀芯连接，所述内锥阀芯外部设置外阀芯，且其另一端与所述两位三通阀结构的端部之间设置有弹簧，所述弹簧在压电陶瓷未通电时处于自由状态。本发明可以实现高效的位移放大倍数，并加速内锥阀芯的复位，保证压电阀的快速关闭。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机工程技术领域，尤其涉及一种高速大行程直动式三通压电阀。
背景技术
目前，柴油机燃油喷射系统的应用促使柴油机减少了油耗和降低了排放，而其关键部件电磁阀作为共轨式燃油喷射系统的执行机构，是精确控制与调节何时喷油、喷油多少与喷油速率随具体工况变化的关键部件。电磁阀的工作性能与燃油喷射系统的工作状态紧密关联，是影响柴油机在动力输出、较低油耗与排放效果等方面的关键因素。目前，柴油机燃油喷射系统对高速大流量大行程电磁阀具有很高的要求，然而电磁阀的大流量和快速响应存在矛盾，大流量往往需要更大的阀口流通面积，这就导致了阀芯具有更大的运动惯性，从而增加了电磁阀的响应时间。因此，开发响应速度快并且同时具有大流量的电磁阀，使电磁阀的流通能力、响应速度能够同时满足柴油机电控喷油器的喷射控制要求，对船用低速柴油机共轨式电控燃油系统的开发具有重要意义。
与中国专利ZL201410111135.5公开了高速大流量自复位电磁阀，该电磁阀虽然具有大流量以及高速的动态响应特性，但是在实际使用过程中有下列问题：
该专利的电磁阀外阀芯是靠液压力来复位的，由于液压力在开启和关闭时变化比较复杂，使得电磁阀开启时需要的电磁力比较大，其触发外阀芯运动时所需要的电流也很大，长时间工作发热比较严重，所以这种电磁阀在实际使用过程中很难保证阀的快速反应和大流量的特性同时兼备，控制精度较低。该专利在实际使用过程中由于采用内外阀芯的结构，使得右内锥阀芯和外阀芯之间的泄漏比较严重，同时根据目前的压电式两位三通阀，一般采用压电材料来直接驱动阀芯，但是其位移量都比较小，很难满足阀所需的大流量特性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中流量性能不足以及阀芯运动位移量小的缺陷，提供一种高速大行程直动式三通压电阀，实现高精度、大流量控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种高速大行程直动式两位三通压电阀，包括两位三通阀结构、压电陶瓷和液压放大机构，通过液压放大机构将所述压电陶瓷的小位移转化为所述两位三通阀结构的内锥阀芯的大位移；
所述液压放大机构包括液压腔、大比例活塞和小比例活塞，所述液压腔为弧面过渡密闭型油腔，所述大比例活塞设置于所述液压腔的大端面并与压电陶瓷连接，所述小比例活塞设置于所述液压腔的小端面并与所述两位三通阀结构的内锥阀芯连接，所述大比例活塞与小比例活塞之间充有液压油；
所述两位三通阀结构包括阀体腔、阀盖、固定块、内锥阀芯和外阀芯，所述阀盖为平板式结构，用于压合所述固定块，其外径与所述阀体腔内径配合，所述固定块连接所述压电陶瓷，所述内锥阀芯外部设置外阀芯，且其另一端与所述两位三通阀结构的端部之间设置有弹簧，所述弹簧在压电陶瓷未通电时处于自由状态。
接上述技术方案，所述液压腔、外阀芯与所述阀体腔通过螺纹连接，所述压电陶瓷与所述固定块、大比例活塞通过螺纹连接。
接上述技术方案，所述外阀芯沿轴向依次设置有进油孔、控制孔和回油孔，并与所述内锥阀芯形成两位三通阀，所述内锥阀芯与所述进油孔相对的端头处设置有左密封锥面，与所述回油孔相对的端头处设置有右密封锥面。
接上述技术方案，所述阀体腔侧壁上设置有进油口、控制口和回油口，所述进油口、控制口和回油口分别与所述外阀芯上设置的进油孔、控制孔和回油孔连通。
接上述技术方案，所述阀体腔侧壁上还设置有供电插头，所述供电插头通过导线与所述压电陶瓷连接。
接上述技术方案，所述阀体腔的右端侧壁上设置有位移传感器，用于检测所述内锥阀芯的运动。
接上述技术方案，所述压电陶瓷为长方体结构，长、宽、高分别为8mm、8mm、60mm。
接上述技术方案，所述阀盖与阀体腔通过螺栓连接。
本发明产生的有益效果是：本发明提供的一种高速大行程直动式两位三通压电阀，通过带有弧面过渡密闭型油腔的液压放大机构连接压电陶瓷和两位三通阀结构的内锥阀芯，实现压电陶瓷小位移到内锥阀芯大位移的高效放大，同时在内锥阀芯设置有两个密封端面，其的另一端设置弹簧辅助内锥阀芯恢复。本发明可以保证高效的位移放大倍数，并加速内锥阀芯的复位，保证压电阀的快速关闭。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的压电阀常开状态时结构示意图；
图2是本发明实施例的压电阀液压放大机构剖面示意图；
图3是本发明实施例的压电阀左视结构示意图；
图4是图1中A-A线剖面示意图；
图5是本发明实施例的压电阀闭合状态时结构示意图；
图6是本发明实施例的压电阀内锥阀芯示意图；
图7是图6中A局部放大图；
图8是图6中B局部放大图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种高速大行程直动式两位三通压电阀，包括两位三通阀结构1、压电陶瓷和2液压放大机3构，通过液压放大机构3将所述压电陶瓷2的小位移转化为所述两位三通阀结构3的内锥阀芯14的大位移。由于压电陶瓷2的位移量很小，只有微米级别，普通压电阀采用压电陶瓷和阀芯直接连接在一起的结构，这样阀芯的位移量非常小，难以满足大行程大流量的需要，本发明用液压放大机构3来放大压电陶瓷2的输入位移。
如图5所示，液压放大机构3包括液压腔31、大比例活塞32和小比例活塞33，液压腔31为弧面过渡密闭型油腔。如图1所示，大比例活塞32设置于液压腔31的大端面并与压电陶瓷2连接，小比例活塞33设置于液压腔31的小端面并与两位三通阀结构1的内锥阀芯14连接，大比例活塞32与小比例活塞33之间充有液压油。本发明采用液压放大机构3来放大压电陶瓷2材料的输入位移，位移放大倍数为液压放大机构的大小活塞面积之比，大小活塞采用结构相似大小不同的刚性结构，这样保证了其在长时间工作后的可靠性，通过弧面过渡油腔，可以减少轴向产生的流阻，并防止困油现象的产生和降低流道突变带来的缩流影响，从而保证可靠的位移放大倍数。
如图1所示，两位三通阀结构1包括阀体腔11、阀盖12、固定块13、内锥阀芯14和外阀芯15，阀盖12为平板式结构，用于压合固定块13，其外径与阀体腔11内径配合，这样只需在阀体腔11一次定位加工圆孔，从而简化了阀体腔11整体的加工工艺，降低了加工成本。固定块13连接压电陶瓷2，压电陶瓷2另一端连接液压放大机构3的大比例活塞32，液压放大机构3的小比例活塞33连接内锥阀芯14的一端，内锥阀芯14外部设置外阀芯15，且其另一端与两位三通阀结构1的端部之间设置有弹簧4，弹簧4在压电陶瓷2未通电时处于自由状态。利用压电陶瓷2材料的正压电效应和弹簧4的作用，使得压电阀具有快速的响应。
进一地，液压腔31、外阀芯15与阀体腔11通过螺纹连接，压电陶瓷2与固定块13、大比例活塞32通过螺纹连接，通过螺纹连接方式可以有效保证装配的同轴度。
进一地，如图1所示，外阀芯15沿轴向依次设置有进油孔151、控制孔152和回油孔153，并与内锥阀芯14形成两位三通阀，如图6所示，内锥阀芯14与进油孔151相对的端头处设置有左密封锥面，如图7所示，与回油孔153相对的端头处设置有右密封锥面，如图8所示。
进一地，如图4所示，阀体腔11侧壁上设置有进油口111、控制口112和回油口113，进油口111、控制口112和回油口113分别与外阀芯15上设置的进油孔151、控制孔152和回油孔153连通。
进一地，阀体腔11侧壁上还设置有供电插头6，供电插头6通过导线61与压电陶瓷2连接。由于压电陶瓷材料2的电流很小，可解决传统电磁阀长时间工作发热严重的问题。
进一地，如图1所示，阀体腔11的右端侧壁上设置有位移传感器5，用于检测内锥阀芯14的运动。
进一地，压电陶瓷2为长方体结构，长、宽、高分别为8mm、8mm、60mm。
进一地，如图3所示，阀盖12与阀体腔11通过螺栓16连接。
本发明的压电阀的工作过程如下：
利用压电陶瓷材料2的正压电效应，当压电陶瓷材料2得电时，压电材料2伸长带动液压放大机构3中的大比例活塞32快速向右运动，此时大比例活塞32挤压液压油，液压油向右移动推动小比例活塞33和内锥阀芯14向右移动，此时内锥阀芯14左锥端面141和外阀芯15进油孔151处相互配合的密封锥面相接触，内锥阀芯14右端进一步挤压复位弹簧4，复位弹簧4此时处于进一步受力的状态，同时外阀芯15上对应的进油孔151关闭，此时外阀芯上15的控制孔152和对应回油孔153相接通，低压油通过回油孔153及回油口113回到油箱，此时压电阀个器件位置入图5所示。
当压电陶瓷材料2失电时，压电陶瓷材料2会快速复原，带动大比例活塞32向左运动，同时在复位弹簧4的作用下，内锥阀芯14向左运动，内锥阀芯14也会推动小比例活塞33向左运动，此时内锥阀芯14右锥端面142和外阀芯15回油孔153相互配合的密封锥面相接触，起到密封回油口113的作用，此时外阀芯15上对应的进油孔151和控制孔152接通。由于压电陶瓷材料2失电时具有复位力，所以可以快速复位，同时，进油孔151内的高压油的压力作用和复位弹簧4的复位作用，提高了本压电阀的响应速度。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种高速大行程直动式两位三通压电阀，其特征在于，包括两位三通阀结构、压电陶瓷和液压放大机构，通过所述液压放大机构将所述压电陶瓷的小位移转化为所述两位三通阀结构的内锥阀芯的大位移；
所述液压放大机构包括液压腔、大比例活塞和小比例活塞，所述液压腔为弧面过渡密闭型油腔，所述大比例活塞设置于所述液压腔的大端面并与压电陶瓷连接，所述小比例活塞设置于所述液压腔的小端面并与所述两位三通阀结构的内锥阀芯连接，所述大比例活塞与小比例活塞之间充有液压油；
所述两位三通阀结构包括阀体腔、阀盖、固定块、内锥阀芯和外阀芯，所述阀盖为平板式结构，用于压合所述固定块，其外径与所述阀体腔内径配合，所述固定块连接所述压电陶瓷，所述内锥阀芯外部设置外阀芯，且所述内锥阀芯的一端与所述阀体腔之间设置有弹簧，所述弹簧在压电陶瓷未通电时处于自由状态；
所述外阀芯沿轴向依次设置有进油孔、控制孔和回油孔，所述内锥阀芯与所述进油孔相对的端头处设置有左密封锥面，与所述回油孔相对的端头处设置有右密封锥面。
2.根据权利要求1所述的压电阀，其特征在于，所述液压腔、外阀芯与所述阀体腔通过螺纹连接，所述压电陶瓷与所述固定块、大比例活塞通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的压电阀，其特征在于，所述阀体腔侧壁上设置有进油口、控制口和回油口，所述进油口、控制口和回油口分别与所述外阀芯上设置的进油孔、控制孔和回油孔连通。
4.根据权利要求1所述的压电阀，其特征在于，所述阀体腔侧壁上还设置有供电插头，所述供电插头通过导线与所述压电陶瓷连接。
5.根据权利要求1所述的压电阀，其特征在于，所述阀体腔的右端侧壁上设置有位移传感器，用于检测所述内锥阀芯的运动。
6.根据权利要求1所述的压电阀，其特征在于，所述压电陶瓷为长方体结构，长、宽、高分别为8mm、8mm、60mm。
7.根据权利要求1所述的压电阀，其特征在于，所述阀盖与阀体腔通过螺栓连接。
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