CN115031023A - 一种车用气体瓶阀及其电磁阀 - Google Patents

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胡绍文
姜林
刘寅春
贺凯歌
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Abstract

本发明涉及一种车用气体瓶阀及其电磁阀，车用气体瓶阀包括电磁阀，电磁阀包括相对于中央轴线同轴设置的先导头和主阀座，主阀座的主阀口通过先导头和主阀座抵接或分离而开闭，主阀座具有处于主阀口周围的环形凸缘，环形凸缘具有顶面以及与顶面连接的内周面、外周面，顶面在相对于中央轴线的径向方向上为中央高于内、外两侧的圆拱形；先导头具有用于与主阀座抵接的抵接面，抵接面上具有环形凹槽，环形凹槽与环形凸缘互补配合，以在环形凹槽和环形凸缘上形成相互密封配合的密封配合面，密封配合面包括顶面密封配合面、内周面密封配合面、外周面密封配合面，先导头、主阀座的密封配合面进行嵌入式密封，能够有良好的密封性和耐久性。

Description

一种车用气体瓶阀及其电磁阀
技术领域
本发明涉及用于安装在车载气体容器上的瓶阀，具体涉及车用气体瓶阀上设置的电磁阀。
背景技术
现有的车用气体瓶阀(以下或简称为瓶阀)，一般用于车用燃料(氢气、天然气)等气体的存储和供应，主要功能包括向瓶内充气、向用气设备供气、在应泄放时(压力或温度超限)时快速泄放，此类瓶阀的基本结构和功能可见于申请公布号为CN113503467A的专利文献，瓶阀的基体包括两部分，即与气瓶安装时处于气瓶外的块状基体、伸入气瓶内部的柱状基体，柱状基体设有外螺纹，用于旋入容器口的内螺纹而实现瓶阀与容器的紧固连接，而实现上述功能的功能部件如各种阀都安装在基体上或基体内，其中供气功能需要用安装在基体中的电磁阀实现启停和流量控制，该瓶阀的电磁阀设置在块状基体上。
此类瓶阀上设置的电磁阀通常为常闭型先导式电磁阀，其结构和功能可见于现有技术如申请公布号为CN110594479A的专利文献所公开的“一种瓶口阀中的先导式电磁阀”，其先导头(即滑动阀芯)沿上下方向活动装配在阀套中，先导头中设有先导通道，先导头下端与主阀座配合形成主阀口密封结构，主阀口开设在主阀座中央，先导头上端与先导阀芯(第二活动铁芯)配合形成先导阀口密封结构，先导阀口开设在先导头的上端面中央，其中先导阀芯由电磁铁组件(电磁铁组件包括电磁线圈、固定铁芯、第一活动铁芯)驱动而能够启闭先导阀口，继而形成压力差而打开主阀口。
由于此类电磁阀所应用的气瓶的瓶内气压很高(达到70MPa)，且电磁阀需要反复开断，所以需要电磁阀在高压下及长期使用过程中保持良好的密封性。为此，现有技术如上述的电磁阀，它的先导头(滑动阀芯)的下端面上开设有环形凹槽，环形凹槽中嵌装了O型密封圈，先导头通过O型密封圈密封抵于主阀座(形成于气体流道之间的台阶面)上，实现先导头与主阀座开口的密封配合。但是，此类在先导头上使用O型圈的密封方式，由于高低温环境下O型圈材料会发生热胀冷缩，其与主阀座的配合并不能保证均匀严密，密封性能不佳，而且长期使用会发生脱落损坏等问题，导致瓶阀不能根据信号正常供气，车辆无法启动。
发明内容
本发明的目的是提供一种密封性好、耐久性高的车用气体瓶阀的电磁阀，同时提供使用该电磁阀的车用气体瓶阀。
本发明的车用气体瓶阀的电磁阀的技术方案是：
一种车用气体瓶阀的电磁阀，包括相对于中央轴线同轴设置的先导头和主阀座，主阀座中央设有主阀口，主阀口通过先导头和主阀座抵接或分离而开闭，主阀座具有处于主阀口周围的环形凸缘，环形凸缘具有顶面以及与顶面连接的内周面、外周面，顶面在相对于中央轴线的径向方向上为中央高于内、外两侧的圆拱形；所述先导头具有用于与主阀座抵接的抵接面，所述抵接面上具有环形凹槽，环形凹槽与环形凸缘互补配合，以在环形凹槽和环形凸缘上形成相互密封配合的密封配合面，密封配合面包括：与顶面对应的顶面密封配合面、与内周面对应的内周面密封配合面、与外周面对应的外周面密封配合面。
有益效果：通过在先导头上设置环形凹槽，在主阀座上设置与环形凹槽互补配合的环形凸缘，并使环形凸缘上的形状设置成具有圆拱形的顶面、内周面、外周面，这样在先导头与主阀座抵接后，环形凸缘能够嵌入环形凹槽中，并且形成顶面与顶面密封配合面的密封，内周面与内周面密封配合面的密封，外周面与外周面密封配合面的密封，保证密封效果，同时，以先导头、主阀座上直接设置的密封配合面进行嵌入式密封，相较于现有技术中采用密封圈密封的方式，能够获得良好的密封性和耐久性。
进一步地，所述顶面所在的环形凸缘的部分为顶部，顶部的经过中央轴线的截面形状为半圆形。
有益效果：将顶面所在顶部的截面形状设置半圆形，从而方便与内周面、外周面进行平滑过渡，使得环形凸缘上的密封配合面为平滑曲面，有利于保证密封效果。
进一步地，所述半圆形的半径为0.05mm。
有益效果：半径较小的半圆形的设置，有利于在先导头与主阀座抵接后，具有足够的抵接力，有利于密封可靠。
进一步地，环形凸缘的顶面、内周面、外周面的表面粗糙度为Ra0.4。
有益效果：使密封配合面光滑，保证密封效果。
进一步地，所述先导头的抵接面由塑料形成，所述环形凸缘由金属材料形成；所述环形凹槽以后述方式形成：通过开关电磁阀，使先导头与主阀座反复抵接、分离，使抵接面上与环形凸缘对应的位置上形成环形凹痕，环形凹痕随电磁阀开关次数增多而不断加深，直至形成环形凹槽。
有益效果：将先导头的设有抵接面的部分由塑料制成，环形凸缘由金属材料制成，并通过反复开关电磁阀，使先导头与主阀座反复抵接、分离，主阀座与先导头充分挤压，硬度较大的金属材料挤压硬度较小的塑料，以在反复抵接、分离过程中形成环形凹痕并不断加深，直到形成完整的、相匹配的配合凹面，这样的配合凹面形成的环形凹槽能够极大程度地与环形凸缘的表面进行吻合互补配合，贴合紧密，能够达到在最低工作压力下的持续密封性能。
进一步地，所述主阀座上于环形凸缘周围设有锥面，锥面与垂直于中央轴线的平面之间的夹角为10°～45°。
有益效果：通过在环形凸缘周围设置锥面，从而在先导头与主阀座抵接后，锥面与先导头的抵接面相间隔，避免主阀座的上表面与抵接面接触而影响环形凹槽与环形凸缘的密封。
进一步地，所述锥面与所述外周面之间设有圆弧过渡面。
有益效果：在环形凸缘的外周面与外围的锥面之间设置圆弧过渡面，有利于环形凸缘与环形凹槽的口沿部位的密封。
进一步地，圆弧过渡面所在圆的半径为0.03～0.05mm，圆弧过渡面的表面粗糙度为Ra0.4。
有益效果：有利于实现环形凸缘的外周面与外围的锥面的平滑过渡，并有利于圆弧过渡部位与环形凹槽的口沿处贴合紧密。
进一步地，在中央轴线的延伸方向上，所述圆弧过渡面所在圆的圆心与所述圆拱形的顶端之间的距离为0.06～0.16mm。
有益效果：有利于在圆弧过渡部位与圆拱形顶端之间留有设定距离，以满足环形凸缘的高度尺寸需求。
本发明的车用气体瓶阀的技术方案是：
一种车用气体瓶阀，包括基体，基体上设有电磁阀，电磁阀包括相对于中央轴线同轴设置的先导头和主阀座，主阀座中央设有主阀口，主阀口通过先导头和主阀座抵接或分离而开闭，主阀座具有处于主阀口周围的环形凸缘，环形凸缘具有顶面以及与顶面连接的内周面、外周面，顶面在相对于中央轴线的径向方向上为中央高于内、外两侧的圆拱形；所述先导头具有用于与主阀座抵接的抵接面，所述抵接面上具有环形凹槽，环形凹槽与环形凸缘互补配合，以在环形凹槽和环形凸缘上形成相互密封配合的密封配合面，密封配合面包括：与顶面对应的顶面密封配合面、与内周面对应的内周面密封配合面、与外周面对应的外周面密封配合面。
有益效果：通过在先导头上设置环形凹槽，在主阀座上设置与环形凹槽互补配合的环形凸缘，并使环形凸缘上的形状设置成具有圆拱形的顶面、内周面、外周面，这样在先导头与主阀座抵接后，环形凸缘能够嵌入环形凹槽中，并且形成顶面与顶面密封配合面的密封，内周面与内周面密封配合面的密封，外周面与外周面密封配合面的密封，保证密封效果，同时，以先导头、主阀座上直接设置的密封配合面进行嵌入式密封，相较于现有技术中采用密封圈密封的方式，能够获得良好的密封性和耐久性。
进一步地，所述顶面所在的环形凸缘的部分为顶部，顶部的经过中央轴线的截面形状为半圆形。
有益效果：将顶面所在顶部的截面形状设置半圆形，从而方便与内周面、外周面进行平滑过渡，使得环形凸缘上的密封配合面为平滑曲面，有利于保证密封效果。
进一步地，所述半圆形的半径为0.05mm。
有益效果：半径较小的半圆形的设置，有利于在先导头与主阀座抵接后，具有足够的抵接力，有利于密封可靠。
进一步地，环形凸缘的顶面、内周面、外周面的表面粗糙度为Ra0.4。
有益效果：使密封配合面光滑，保证密封效果。
进一步地，所述先导头的抵接面由塑料形成，所述环形凸缘由金属材料形成；所述环形凹槽以后述方式形成：通过开关电磁阀，使先导头与主阀座反复抵接、分离，使抵接面上与环形凸缘对应的位置上形成环形凹痕，环形凹痕随电磁阀开关次数增多而不断加深，直至形成环形凹槽。
有益效果：将先导头的设有抵接面的部分由塑料制成，环形凸缘由金属材料制成，并通过反复开关电磁阀，使先导头与主阀座反复抵接、分离，主阀座与先导头充分挤压，硬度较大的金属材料挤压硬度较小的塑料，以在反复抵接、分离过程中形成环形凹痕并不断加深，直到形成完整的、相匹配的配合凹面，这样的配合凹面形成的环形凹槽能够极大程度地与环形凸缘的表面进行吻合互补配合，贴合紧密，能够达到在最低工作压力下的持续密封性能。
进一步地，所述主阀座上于环形凸缘周围设有锥面，锥面与垂直于中央轴线的平面之间的夹角为10°～45°。
有益效果：通过在环形凸缘周围设置锥面，从而在先导头与主阀座抵接后，锥面与先导头的抵接面相间隔，避免主阀座的上表面与抵接面接触而影响环形凹槽与环形凸缘的密封。
进一步地，所述锥面与所述外周面之间设有圆弧过渡面。
有益效果：在环形凸缘的外周面与外围的锥面之间设置圆弧过渡面，有利于环形凸缘与环形凹槽的口沿部位的密封。
进一步地，圆弧过渡面所在圆的半径为0.03～0.05mm，圆弧过渡面的表面粗糙度为Ra0.4。
有益效果：有利于实现环形凸缘的外周面与外围的锥面的平滑过渡，并有利于圆弧过渡部位与环形凹槽的口沿处贴合紧密。
进一步地，在中央轴线的延伸方向上，所述圆弧过渡面所在圆的圆心与所述圆拱形的顶端之间的距离为0.06～0.16mm。
有益效果：有利于在圆弧过渡部位与圆拱形顶端之间留有设定距离，以满足环形凸缘的高度尺寸需求。
附图说明
图1是本发明的车用气体瓶阀实施例1的立体示意图；
图2是本发明的车用气体瓶阀实施例1的电磁阀处的局部剖视图；
图3是图2中的电磁阀的阀座上的主阀口的放大示意图；
图4是图2中的先导头上的环形凹槽形成前的结构示意图；
图5是图2中的先导头上的环形凹槽形成后的结构示意图。
图中：1、基体；11、基体主通道；2、电磁阀；21、阀套；22、第一铁芯；23、第二铁芯；24、先导头；241、环形凹槽；25、主阀座；251、电磁阀主通道；252、环形凸缘；2521、内周面；2522、顶面；2523、外周面；253、圆弧过渡面；254、锥面；3、进出气接头；4、过滤器；5、限流阀；6、基体密封组件；7、基体螺纹；8、线束接头。
具体实施方式
本发明的车用气体瓶阀的实施例1：
如图1、图2、图3、图4、图5所示，车用气体瓶阀包括基体1，基体1包括处于气体瓶外的块状基体和处于气体瓶内的柱状基体，块状基体上安装有电磁阀2、进出气接头3、线束接头8，柱状基体上安装有过滤器4、限流阀5、基体密封组件6，柱状基体上设有基体螺纹7以与气体瓶的瓶口固定连接。基体1内设有基体主通道11、供气通道，供气通道与过滤器4、限流阀5相连，在电磁阀2打开时，供气通道能够与基体主通道11相通，气体瓶内的气体经过滤器4、限流阀5、供气通道、电磁阀2、基体主通道11、进出气接头3排出。
电磁阀2为常闭型先导式电磁阀，电磁阀2包括阀套21、电磁铁组件、先导头24、主阀座25，基体1上设有电磁阀安装孔，阀套21插入电磁阀安装孔内，电磁铁组件包括电磁线圈、第一铁芯22、第二铁芯23，第一铁芯22、第二铁芯23、先导头24处于阀套21内，阀座设置在阀套21的插入电磁阀安装孔的内端，在电磁线圈通电时，电磁吸力使第一铁芯22与第二铁芯23贴合，第二铁芯23远离先导头24移动，使得先导头24的先导孔打开，先导头24上下形成压差，在压差作用下，先导头24远离主阀座25移动，使电磁阀2打开。
电磁阀2的先导头24和主阀座25相对于中央轴线同轴设置，主阀座25中央设有电磁阀主通道251，电磁阀主通道251的朝向先导头24的通道口形成主阀口，主阀口通过先导头24和主阀座25抵接或分离而开闭，阀套21上设有连通孔，以在主阀口打开时使供气通道与基体主通道11相通。
主阀座25具有处于主阀口周围的环形凸缘252，先导头24具有用于与主阀座25抵接的抵接面，抵接面上具有环形凹槽241，环形凹槽241与环形凸缘252互补配合，以使先导头24与主阀座25相密封，先导头24上的环形凹槽241与主阀座25上的环形凸缘252配合形成主阀口密封结构。
环形凸缘252具有顶面2522以及与顶面2522连接的内周面2521、外周面2523，顶面2522在相对于中央轴线的径向方向上为中央高于内、外两侧的圆拱形，也即顶面2522由圆拱形的曲线环绕中央轴线一周形成，顶面2522所在的环形凸缘252的部分为环形凸缘252的顶部，环形凸缘252顶部的经过中央轴线的截面形状为半圆形，也即顶面2522为圆环体外表面的上半部分。环形凸缘252的内周面2521、外周面2523为圆柱面，内周面2521与电磁阀主通道251的内壁面平齐。将顶面2522所在顶部的截面形状设置成半圆形，从而方便与内周面2521、外周面2523进行平滑过渡，使得环形凸缘252上的密封配合面为平滑曲面，有利于保证密封效果。
环形凸缘252的顶面2522、内周面2521、外周面2523的表面粗糙度均为Ra0.4，顶面2522所在的半圆形顶部的半径为0.05mm。
主阀座25上于环形凸缘252周围设有锥面254，锥面254与垂直于中央轴线的平面之间的夹角为10°～45°，锥面254的靠近中央轴线的内侧高于远离中央轴线的外侧，锥面254与环形凸缘252的外周面2523相接处设有圆弧过渡面253，圆弧过渡面253是指，以中央轴线为旋转轴线、母线为一条圆弧线的回转面，该圆弧线环绕中央轴线一周形成圆弧过渡面253。该圆弧线所在圆的半径为0.03～0.05mm，圆弧过渡面253的表面粗糙度为Ra0.4。通过在环形凸缘252周围设置锥面254，一方面，在先导头24与主阀座25抵接后，锥面254与先导头24的抵接面相间隔，从而避免先导头24向下运动时，主阀座25的处于环形凸缘252周围的上表面与抵接面接触，阻挡先导头24向下继续运动，而影响环形凹槽241与环形凸缘252的密封；另一方面，锥面254与环形凸缘的外周面2523之间的倾角(钝角)相比于直角，更利于实现环形凸缘252的外周面2523与外围的锥面254的平滑过渡，从而有利于圆弧过渡部位与环形凹槽241的口沿处贴合紧密。
在中央轴线的延伸方向上，圆弧过渡面253的圆心与环形凸缘252的顶端之间的距离为0.06～0.16mm。这样使得顶面2522所在的半圆形顶部的圆心与圆弧过渡面的圆心不在同一条垂直于中央轴线的直线上，使圆弧过渡面253的圆心在中央轴线的延伸方向上低于顶面2522所在的半圆形顶部的圆心，从而可供设置环形凸缘252的外周面2523。
先导头24的下端面为平面，先导头24的下端面构成抵接面，环形凹槽241和环形凸缘252互补配合而形成相互密封配合的密封配合面，环形凹槽241上的密封配合面包括：与顶面2522对应的顶面密封配合面、与内周面2521对应的内周面密封配合面、与外周面2523对应的外周面密封配合面。
先导头24的抵接面由塑料形成，环形凸缘252由金属材料形成，具体地，主阀座25的材料为316L不锈钢，先导头24设有环形凹槽241的部分的材料为聚醚醚酮。环形凹槽241的形成方式是：通过开关电磁阀2，使先导头24与主阀座25反复抵接、分离，使抵接面上与环形凸缘252对应的位置上形成环形凹痕，环形凹痕随电磁阀2开关次数增多而不断加深，直至形成环形凹槽241，具体地，环形凹槽241形成前，先导头24的抵接面为完整平面，在电磁阀2或气体瓶阀产品出厂测试时，为保证其满足气密性的设计要求，在最高压力43.75或87.5MPa压力下，将电磁阀2通电，连续开关约10次，主阀座25的阀口处的环形凸缘252与先导头24的抵接面充分挤压，使环形凸缘252上与抵接面对应的位置形成圆环形的凹痕，并最终使主阀座25的环形凸缘252与先导头24充分接触，形成完整的、相匹配的配合面，形成与环形凸缘252吻合紧密互补的环形凹槽241，达到在产品最低工作压力下的持续密封性能。
这样以先导头24、主阀座25上直接设置的密封配合面进行嵌入式密封，并且通过自然挤压形成吻合互补配合，在最低工作压力小于等于2MPa的情况下，全生命周期内实现良好的气密性，满足且优于现有的国际标准要求。为了验证其密封性能，在工作压力为2MPa的超低压情况下进行气密性试验且试验合格，另经过上万次开合的寿命试验，验证其使用寿命得到了很大提升，相较于现有技术中采用密封圈密封的方式，有良好的密封性和耐久性。
本发明的车用气体瓶阀的实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，顶面所在顶部经过中央轴线的截面形状为半圆形。而本实施例中，顶面所在顶部经过中央轴线的截面形状为扇形，顶面由劣弧环绕中央轴线一周形成。
本发明的车用气体瓶阀的实施例3：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，环形凹槽形成方式是：通过开关电磁阀，使先导头与主阀座反复抵接、分离，使抵接面上与环形凸缘对应的位置上形成环形凹痕，环形凹痕随电磁阀开关次数增多而不断加深，直至形成环形凹槽。而本实施例中，环形凹槽通过在先导头的抵接面上直接开槽加工而成，并通过加工工艺控制尺寸误差和粗糙度。
本发明的车用气体瓶阀的实施例4：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，先导头设有环形凹槽的部分的材料为聚醚醚酮。而本实施例中，先导头设有环形凹槽的部分的材料为聚酰亚胺。
本发明的车用气体瓶阀的电磁阀的实施例：
本实施例中的车用气体瓶阀的电磁阀与上述车用气体瓶阀的实施例1-4任一实施例中记载的电磁阀相同，此处不再赘述。
最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种车用气体瓶阀的电磁阀，包括相对于中央轴线同轴设置的先导头(24)和主阀座(25)，主阀座(25)中央设有主阀口，主阀口通过先导头(24)和主阀座(25)抵接或分离而开闭，其特征在于，主阀座(25)具有处于主阀口周围的环形凸缘(252)，环形凸缘(252)具有顶面(2522)以及与顶面(2522)连接的内周面(2521)、外周面(2523)，顶面(2522)在相对于中央轴线的径向方向上为中央高于内、外两侧的圆拱形；所述先导头(24)具有用于与主阀座(25)抵接的抵接面，所述抵接面上具有环形凹槽(241)，环形凹槽(241)与环形凸缘(252)互补配合，以在环形凹槽(241)和环形凸缘(252)上形成相互密封配合的密封配合面，密封配合面包括：与顶面(2522)对应的顶面密封配合面、与内周面(2521)对应的内周面密封配合面、与外周面(2523)对应的外周面密封配合面。
2.根据权利要求1所述的车用气体瓶阀的电磁阀，其特征在于，所述顶面(2522)所在的环形凸缘(252)的部分为顶部，顶部的经过中央轴线的截面形状为半圆形。
3.根据权利要求2所述的车用气体瓶阀的电磁阀，其特征在于，所述半圆形的半径为0.05mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的车用气体瓶阀的电磁阀，其特征在于，环形凸缘(252)的顶面(2522)、内周面(2521)、外周面(2523)的表面粗糙度为Ra0.4。
5.根据权利要求1或2或3所述的车用气体瓶阀的电磁阀，其特征在于，所述先导头(24)的抵接面由塑料形成，所述环形凸缘(252)由金属材料形成；所述环形凹槽(241)以后述方式形成：通过开关电磁阀(2)，使先导头(24)与主阀座(25)反复抵接、分离，使抵接面上与环形凸缘(252)对应的位置上形成环形凹痕，环形凹痕随电磁阀(2)开关次数增多而不断加深，直至形成环形凹槽(241)。
6.根据权利要求1或2或3所述的车用气体瓶阀的电磁阀，其特征在于，所述主阀座(25)上于环形凸缘(252)周围设有锥面(254)，锥面(254)与垂直于中央轴线的平面之间的夹角为10°～45°。
7.根据权利要求6所述的车用气体瓶阀的电磁阀，其特征在于，所述锥面(254)与所述外周面(2523)之间设有圆弧过渡面(253)。
8.根据权利要求7所述的车用气体瓶阀的电磁阀，其特征在于，圆弧过渡面(253)所在圆的半径为0.03～0.05mm，圆弧过渡面(253)的表面粗糙度为Ra0.4。
9.根据权利要求8所述的车用气体瓶阀的电磁阀，其特征在于，在中央轴线的延伸方向上，所述圆弧过渡面(253)所在圆的圆心与所述圆拱形的顶端之间的距离为0.06～0.16mm。
10.一种车用气体瓶阀，包括基体(1)，基体(1)上设有电磁阀(2)，其特征在于，电磁阀(2)为上述权利要求1-9任意一项所述的车用气体瓶阀的电磁阀。
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