CN206816394U - 一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀，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；通过旁通结构和导流腔结构实现进气和导流过程；通过压电执行器的控制实现阀芯的控制，气路的控制，实现燃气阀喷气的功能；通过内导向结构与压力平衡孔、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

一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀

技术领域

本实用新型涉及的是一种燃气喷射阀，具体地说是天然气发动机燃气喷射阀。

背景技术

近年来，随着我国石油消耗的快速增长，石油严重依赖进口。天然气燃烧清洁并且在我国储量丰富，使其成为最有可能替代柴油的燃料。天然气发动机作为船舶动力，特别作为内河船的推进动力具有很好的应用前景。作为天然气发动机的燃料供给装置，燃气喷射阀的性能直接决定天然气发动机的经济性与排放性能。目前，天然气发动机在全工况状态下工作时常有燃气量供应不足的情况，导致发动机全工况运行时的转速不稳现象，在大功率发动机上会更加严重，这严重影响着发动机的正常使用和发动机的性能。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。同时，为了实现更灵活的喷气控制。因此，需要设计一种具有防反向泄漏功能且可变升程的喷射阀。同时，需要开发响应速度快、控制精度高、可靠性好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

本实用新型的目的在于提供响应速度快、控制精度高、可靠性高、气压稳定、高效密封、大流量、具有防反向泄漏功能的一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、浮动阀座、压电晶体、控制阀杆、液力放大器、隔板、阀芯组合体，阀体上方为开口结构，开口结构上固定有固定块，固定块中部开有直槽，压电晶体安装在直槽里，阀体中部设置隔板，隔板上方设置液力放大器，隔板下方设置阀芯组合体，隔板上分别设置通孔，所述液力放大器包括大活塞、小活塞、套筒，套筒设置在隔板上，套筒上端的端部设置粗出口，套筒上端端部内侧设置细出口，大活塞设置在粗出口里，小活塞设置在细出口里，大活塞的凸缘与套筒之间设置大活塞支撑弹簧，小活塞的凸缘与套筒之间设置小活塞支撑弹簧，大活塞、小活塞下方的套筒里充有液压油，导向销穿过隔板的通孔，导向销的上方设置控制阀杆，导向销与控制阀杆之间设置辅复位弹簧，控制阀杆的上表面与压电晶体贴合在一起，控制阀杆的下表面与大活塞上表面贴合在一起，小活塞上表面与导向销贴合在一起，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，隔板下表面设置环形槽，主复位弹簧的两端分别布置在隔板的环形槽和弹簧座的环形槽内，导向销与衔铁相固定，导向销里设置压力平衡孔，底板上设置压力平衡槽，阀芯为中空结构，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分相通，阀芯上设置密封环带，密封环带形成环腔；所述浮动阀座包括导向基座、阀座，导向基座固定在阀体里，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，阀座复位弹簧的两端分别固定在阀座和阀芯上，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。

本实用新型还可以包括：

1、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。

2、阀体上设置进气口，进气口位于阀体向外伸出的部分，进气口下方形成导流腔，进气口、导流腔相通；

气体由进气口垂直流入阀体内，沿着导流腔流入充满阀体内部，压电晶体通电后，受到电流激励从而伸长，使得控制阀杆向下运动，大活塞随之向下运动，液压油压力升高，小活塞向上运动，导向销受到小活塞向上的作用力后向上运动，阀芯组合体整体随之向上运动，带动阀芯向上运动与阀座表面分离，直到弹簧座的上表面与隔板的下表面相接触，气路开启，燃气阀开启，气体由轴向主气槽和周向补气孔的混合进气方式流入，通过环腔，由出气口垂直流出；压电晶体断电后缩短，在大活塞支撑弹簧的作用下，大活塞向上运动，液压油压力下降，在主辅复位弹簧的作用下，导向销向下运动，小活塞、阀芯组合体整体随之一同向下运动，直至液压油压力回到初始状态，大活塞、小活塞回到初始位置，阀芯组合体回到初始位置，气路关闭，燃气阀关闭。

本实用新型的优势在于：本实用新型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；通过旁通结构和导流腔31结构实现进气和导流过程；通过压电执行器的控制实现阀芯的控制，气路的控制，实现燃气阀喷气的功能；通过内导向结构与压力平衡孔、压力平衡槽相配合，保证阀芯的垂直度，能够有效抑制燃气喷射阀内部燃气压力的波动，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。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的阀芯组合体结构示意图；

图3为本实用新型的气路走向示意图；

图4为阀芯结构俯视图；

图5为阀芯结构三维结构图；

图6为浮动阀座结构放大图；

图7为浮动阀座受力图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1-7，图1为本实用新型旁通式带浮动阀座17的内导向燃气喷射阀的整体结构示意图，主要由压电执行器3、主复位弹簧14、辅复位弹簧9、阀芯组合体15、阀体1和浮动阀座17组成。压电执行器3通过固定螺栓固定在阀体1上，在压电执行器3下方自上而下依次布置有阀芯组合体15、浮动阀座17。

如图2所示，一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀的阀芯组合体15主要由导向销18、衔铁19、弹簧座20、紧固螺栓27、垫片25、底板21和阀芯22组成，衔铁19通过紧固螺栓27与底板21、阀芯22连接在一起，衔铁19与底板21之间布置有一层垫片25，弹簧座20安装在底板21的上方，其内部的侧表面与衔铁19的侧表面相接触，主复位弹簧14的两端分别位于隔板13与弹簧座20的环形槽内，隔板13中心开有一定深度的直槽，导向销18中心开有压力平衡孔24，底板21上开有一定数量的压力平衡槽26，避免衔铁19受到轴向力，使衔铁19处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁19响应速度，导向销18上方布置有辅复位弹簧9。导向销18中心处的压力平衡孔24配合底板21上的压力平衡槽26使得阀芯组合体15内部空间与外部空间连通，内外气路达到平衡，阀芯组合体15的内外燃气无压力差，避免自身在运动时受到额外的轴向力，阀芯22由阀芯主体、肋片29和密封环带23组成。阀芯组合体15整体布置在压电执行器3下方。

压电执行器3由压电晶体2、控制阀杆4、液力放大器、辅复位弹簧组成，其中液力放大器由大活塞5、大活塞支撑弹簧6、小活塞10、小活塞支撑弹簧11和套筒8组成，液力放大器布置在阀体上的隔板13上方，套筒8内布满一定压力的燃油，大活塞5、小活塞10与套筒8之间的配合面均设有密封环7；压电晶体2下方布置有控制阀杆4，控制阀杆4的下表面与液力放大器中的大活塞5上表面相接触，液力放大器中的大、小活塞均对称布置有四个，在大活塞支撑弹簧6的作用下，压电晶体2、控制阀杆4、大活塞5紧密贴合在一起，液力放大器中的小活塞10利用小活塞支撑弹簧11使其与导向销下表面紧密贴合，导向销上表面布置有辅复位弹簧9。

如图3所示，首先，燃气由进气口30垂直流入阀体7内，沿着进气口25流入充满阀体1内部。燃气喷射阀工作过程中，在压电晶体2未通电时，在主复位弹簧14和辅复位弹簧9的预紧力作用下，阀芯组合体15在初始位置维持不动，阀芯组合体15中的阀芯22的密封环带23的下表面与阀座39的出气环带16的上表面紧密贴合，此时出气环带16与阀体1内部空间尚未连通，燃气充满燃气喷射阀的阀体1内部的整个空间。压电晶体2通电后，压电晶体2受到电流激励从而伸长，使得控制阀杆4向下运动，液力放大器上的大活塞5随之向下运动，液力放大器中套筒8内的液体压力升高，在液体压力的作用下，液力放大器上的小活塞向上运动，导向销受到四个小活塞10向上的作用力后，平稳地向上运动，导向销作为阀芯组合体15的一部分，阀芯组合体15整体随之向上运动，带动阀芯22向上运动与阀座39表面分离，直到弹簧座20的上表面与电磁铁1的下表面相接触，整个运动过程中，衔铁19的轴向运动与周向定位均由导向销18与隔板13之间的配合来控制实现，此时，气路开启，燃气阀开启，气体迅速由轴向主气槽35和周向补气孔33的混合进气方式流入，通过多道环腔32，最后由出气口34垂直流出；压电晶体2断电，压电晶体2开始缩短，在大活塞支撑弹簧6的作用下，大活塞5开始向上运动，液力放大器中的套筒8内液体压力下降，在主辅复位弹簧的作用下，导向销开始向下运动，小活塞10、阀芯组合体15整体随之一同向下运动，直至液力放大器内压力回到初始状态，大小活塞回到初始位置，此时阀芯组合体15也对应的回到初始位置，气路关闭，燃气阀关闭。

如图6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，本实用新型采用了浮动阀座17结构。浮动阀座17可以在燃气阀外部气压高与内部气压时将燃气阀锁死，有效地防止了燃气的反向泄漏。浮动阀座17由7部分组成：导向基座37、阀座39、阀座复位弹簧43、密封胶圈38、压紧垫圈36、可变形密封圈41、弹性垫圈42。导向基座37与阀体1是一体式结构，阀座39安装在导向基座37上。导向基座37内圈带有T形结构，与阀座39外圈的T形结构相配合。阀座复位弹簧43两端分别固定在阀座39和阀芯15上，并保持一定的预紧力。

为了防止阀座39和导向基座37之间漏气，在阀座39和导向基座37之间加装了两重防漏气结构，第一重防漏气结构是在阀座39和导向基座37连接处上方安装可变形密封圈41，可变形密封圈41内外沿上方均加装压紧垫圈36，通过螺丝40固定在阀座39上，压紧垫圈36保证受力均匀，增强密封性。可变形密封圈41的材料采用可变形的软塑料，保证其不影响阀座39的运动。第二重密封是在阀座39和导向基座37的T形连接处加装了两层密封胶圈38，进一步增强密封性。在阀座39和导向基座37之间的T形连接处加装了一层弹性垫圈42，减少接触时的振动冲击力，起到了减震的作用。有效地增加了燃气阀的可靠性。

阀座39受阀座复位弹簧43弹力F4、燃气阀外部气体压力F1和F2、燃气阀内部燃气压力F3和阀芯15压紧力的作用。阀芯15受复位弹簧弹力作用。当燃气阀下方气压大于燃气阀内部气压，燃气阀外部气体压力F1、F2分别作用在阀座39下方及出气环带16处，阀座39下方接触面积远大于出气环带16，因此，F1远大于F2，在外部气体压力扩大到导致阀芯15向上运动之前，外部气体压力F1、F2克服复位弹簧7的弹簧预紧力，阀座39连同阀芯15一起向上运动。阀座39向上运动直到弹簧座15与隔板13相接触。此时即使压电晶体2通电，阀芯15也无法向上运动，燃气阀无法开启。燃气阀锁死。

当燃气阀内外气压恢复正常时，阀座39在阀座复位弹簧43的作用下向下运动回到原位。如果此时压电晶体2通电，阀芯15仍保持不动，燃气阀正常开启。想要关闭燃气阀时压电晶体2断电，阀芯15在复位弹簧的作用下向下运动，燃气阀关闭。如果此时压电晶体2未通电，阀座39与阀芯15一起在复位弹簧主辅的作用下向下运动回到原位，燃气阀保持关闭。想要开启燃气阀时，压电晶体2通电，阀芯15向上运动，燃气阀正常开启。

由上述工作过程可知，本实用新型旁通式带浮动阀座的外导向燃气喷射阀采用带浮动阀座17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；通过旁通结构和进气口25结构实现进气和导流过程；通过执行器的控制实现阀芯22的控制，气路的控制，实现喷气功能；通过内导向结构保证阀芯22的垂直度；通过在导向销18中心开压力平衡孔24并在底板21上开有一定数量的压力平衡槽26，避免衔铁19受到轴向力，使衔铁19处内外气路压力更易达到平衡，提高衔铁19响应速度；在阀芯22的肋上开多个周向补气孔33的结构，阀芯22下表面和阀座39上表面开有多道环腔32，增加有效流通面积，减少阀芯22和阀座39的质量，提高可靠性；在阀芯22周向补气孔33处设置一定角度的导流锥角28，减少流动损失，增大流量系数；本实用新型采用轴向主气槽35直接进气和周向补气孔33进气的混合进气方式，增加进气流量系数，实现大流量，有效地提高了燃气喷射阀的供气效率，同时可以避免气流干涉，实现气路的平衡、稳定；阀芯22和阀座39间采用多道密封环带23和出气环带16结构，实现燃气喷射阀的面密封，稳压平衡，并且较宽的环带面积可减少冲击，提高可靠性。

本实用新型的技术方案：一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀，它主要由压电执行器、主复位弹簧、辅复位弹簧、阀芯组合体、阀体和浮动阀座组成。压电执行器由压电晶体、控制阀杆、液力放大器、辅复位弹簧组成，其中液力放大器由大活塞、大活塞支撑弹簧、小活塞、小活塞支撑弹簧和套筒组成，液力放大器布置在阀体上的隔板上方，套筒内布满一定压力的燃油，大活塞、小活塞与套筒之间的配合面均设有密封环7；压电晶体下方布置有控制阀杆，控制阀杆的下表面与液力放大器中的大活塞上表面相接触，液力放大器中的大、小活塞均对称布置有四个，在大活塞支撑弹簧的作用下，压电晶体、控制阀杆、大活塞紧密贴合在一起，液力放大器中的小活塞利用小活塞支撑弹簧使其与导向销下表面紧密贴合，导向销上表面布置有辅复位弹簧。压电执行器通过固定螺栓固定在阀体上，在压电执行器下方自上而下依次布置有阀芯组合体、浮动阀座；阀芯组合体由导向销、衔铁、弹簧座、垫片、底板、紧固螺栓和阀芯组成，衔铁通过紧固螺栓与底板、阀芯连接在一起，衔铁与底板之间布置有一层垫片，弹簧座安装在底板的上方，其内部的侧表面与衔铁的侧表面相接触，主复位弹簧的两端分别位于隔板与弹簧座的环形槽内，导向销中心开有压力平衡孔，底板上开有一定数量的压力平衡槽，导向销用螺纹固定在衔铁的中心位置，阀芯由阀芯主体、肋片、密封环带组成，阀芯组合体整体布置在电磁铁下方，在阀芯的肋片上开周向补气孔并在补气孔处设置导流锥角，阀芯和浮动阀座之间采用密封环带和出气环带，面密封，稳压平衡，并且具有较宽的环带面积。浮动阀座由导向基座、阀座、和阀座复位弹簧、密封胶圈、压紧垫圈、可变形密封圈、弹性垫圈组成。导向基座与阀体是一体的，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。阀座复位弹簧两端分别固定在阀座和阀芯上，并保持一定的预紧力。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，可变形密封圈内外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)

1.一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：包括阀体、浮动阀座、压电晶体、控制阀杆、液力放大器、隔板、阀芯组合体，阀体上方为开口结构，开口结构上固定有固定块，固定块中部开有直槽，压电晶体安装在直槽里，阀体中部设置隔板，隔板上方设置液力放大器，隔板下方设置阀芯组合体，隔板上分别设置通孔，所述液力放大器包括大活塞、小活塞、套筒，套筒设置在隔板上，套筒上端的端部设置粗出口，套筒上端端部内侧设置细出口，大活塞设置在粗出口里，小活塞设置在细出口里，大活塞的凸缘与套筒之间设置大活塞支撑弹簧，小活塞的凸缘与套筒之间设置小活塞支撑弹簧，大活塞、小活塞下方的套筒里充有液压油，导向销穿过隔板的通孔，导向销的上方设置控制阀杆，导向销与控制阀杆之间设置辅复位弹簧，控制阀杆的上表面与压电晶体贴合在一起，控制阀杆的下表面与大活塞上表面贴合在一起，小活塞上表面与导向销贴合在一起，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，隔板下表面设置环形槽，主复位弹簧的两端分别布置在隔板的环形槽和弹簧座的环形槽内，导向销与衔铁相固定，导向销里设置压力平衡孔，底板上设置压力平衡槽，阀芯为中空结构，压力平衡孔、压力平衡槽、阀芯的中空部分相通，阀芯上设置密封环带，密封环带形成环腔；所述浮动阀座包括导向基座、阀座，导向基座固定在阀体里，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，阀座复位弹簧的两端分别固定在阀座和阀芯上，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。

2.根据权利要求1所述的一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：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.根据权利要求1或2所述的一种旁通式带浮动阀座的压电式内导向燃气喷射阀，其特征是：阀体上设置进气口，进气口位于阀体向外伸出的部分，进气口下方形成导流腔，进气口、导流腔相通；

气体由进气口垂直流入阀体内，沿着导流腔流入充满阀体内部，压电晶体通电后，受到电流激励从而伸长，使得控制阀杆向下运动，大活塞随之向下运动，液压油压力升高，小活塞向上运动，导向销受到小活塞向上的作用力后向上运动，阀芯组合体整体随之向上运动，带动阀芯向上运动与阀座表面分离，直到弹簧座的上表面与隔板的下表面相接触，气路开启，燃气阀开启，气体由轴向主气槽和周向补气孔的混合进气方式流入，通过环腔，由出气口垂直流出；压电晶体断电后缩短，在大活塞支撑弹簧的作用下，大活塞向上运动，液压油压力下降，在主辅复位弹簧的作用下，导向销向下运动，小活塞、阀芯组合体整体随之一同向下运动，直至液压油压力回到初始状态，大活塞、小活塞回到初始位置，阀芯组合体回到初始位置，气路关闭，燃气阀关闭。