一種直通式混合進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥的制作方法

本發明涉及的是一種燃氣噴射閥，具體地說是天然氣發動機燃氣噴射閥。

背景技術：

近年來，隨著我國石油消耗的快速增長，石油嚴重依賴進口。天然氣燃燒清潔并且在我國儲量豐富，使其成為最有可能替代柴油的燃料。在內燃機行業中，節能減排作為內燃機發展的必然趨勢，應用天然氣作為主燃料的內燃機在保證動力性的前提下，可大幅地降低排放污染情況，應用天然氣為燃料的內燃機近年來已然成為行業內的研究熱點。作為天然氣發動機的燃料供給裝置，燃氣噴射閥的性能直接決定天然氣發動機的特性。目前來看，在燃氣噴射閥的實際工作過程中，燃氣噴射閥噴氣控制的靈活性、所噴燃氣壓力的穩定性及控制精度等特性均會對內燃機性能造成影響，依照內燃機轉速的不同，燃氣噴射閥的響應時間一般在幾毫秒到幾十毫秒之間，即燃氣噴射閥需具備高的響應速度以滿足其迅速開關的要求，與此同時，燃氣噴射閥還需具備盡量大的出氣橫截面積，以保證內燃機獲得充足的燃氣量。因此，開發升程可變、氣壓穩定、控制精度高、響應速度快、可靠性高的大流量燃氣噴射閥，是目前天然氣發動機燃氣噴射閥發展的趨勢。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供升程可變、響應速度快、控制精度高、可靠性高、噴氣壓力穩定、高效密封、大流量的一種直通式混合進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種直通式混合進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥，其特征是：包括閥體、閥座、閥桿、壓電晶體、液力放大器、隔板、閥芯組合體，閥座固定在閥體下方并與閥體之間形成閥空間，閥體的內部上方固定有固定塊，固定塊中部開有直槽，壓電晶體安裝在直槽里，閥體中部設置隔板，隔板上方設置液力放大器，隔板下方設置閥芯組合體，所述液力放大器包括大活塞、小活塞、套筒，套筒設置在隔板上，套筒上端的中心為粗出口，套筒上端的端部為細出口，大活塞設置在粗出口里，小活塞設置在細出口里，大活塞的凸緣與套筒之間設置大活塞支撐彈簧，小活塞的凸緣與套筒之間設置小活塞支撐彈簧，大活塞、小活塞下方的套筒里充有液壓油，大活塞上表面與壓電晶體下表面貼合在一起，大活塞外部設置圓環盤，小活塞上表面與圓環盤下表面貼合，圓環盤和固定塊里均設置凹槽，復位彈簧的兩端分別布置在圓環盤和固定塊的凹槽里，所述的閥芯組合體包括銜鐵、彈簧座、底板、閥芯，銜鐵、底板、閥芯自上而下布置同時通過緊固螺栓連接在一起，彈簧座位于銜鐵外部并與銜鐵之間形成環形槽，隔板下表面設置環形槽，復位彈簧的兩端分別布置在隔板的環形槽和彈簧座的環形槽內，銜鐵中心處設置壓力平衡孔，底板上設置壓力平衡槽，閥芯為中空結構，閥芯下方的閥座上設置中心穩壓腔，壓力平衡孔、壓力平衡槽、閥芯的中空部分以及中心穩壓腔相通并構成內部空間，閥芯上設置密封環帶和肋片，密封環帶形成環腔，閥座上設置出氣環帶和導向塊，導向塊位于閥芯周圍，出氣環帶位于環腔下方，出氣環帶下方設置出氣口，隔板上分別設置通孔和通氣孔，閥桿的中部穿過通孔，閥桿的上部與圓環盤相連，閥桿的下方通過卡簧與銜鐵固定在一起，閥芯上表面開設軸向主氣槽，肋片上開有周向補氣孔，并在補氣孔處設置導流錐角。

本發明還可以包括：

1、閥座的外端設置端部穩壓腔。

2、固定塊的上部與閥體之間形成進氣口，固定塊的中下部以及液力放大器與閥體之間形成進氣腔，閥芯組合體與閥體之間形成導流腔，進氣口、進氣腔、通氣孔、導流腔相通并構成外部空間，外部空間與內部空間相通；

燃氣經由進氣口垂直流入閥體內，沿著進氣腔垂直流動，直至流過通氣孔，一部分燃氣流入到閥芯組合體內部空間及閥座中心穩壓腔，其余燃氣沿著導流腔繼續流動，充滿座外端的端部穩壓腔以及閥芯的周圍空間；

壓電晶體未通電時，閥芯上的密封環帶與閥座的上表面緊密配合，燃氣充滿燃氣噴射閥的閥體內部的外部空間和內部空間；壓電晶體通電后，壓電晶體受到電流激勵從而伸長，推動大活塞向下運動，套筒中的液壓油受到壓縮，在液壓油壓力的作用下，小活塞向上運動，閥桿亦向上運動，在卡簧的固定作用下，帶動閥芯組合體向上運動，直到套筒內的液壓油壓力回到初始狀態，小活塞不再運動，閥芯組合體隨之停止，燃氣由軸向主氣槽和周向補氣孔的混合進氣方式流入，通過環腔，最后由出氣口垂直流出；壓電晶體斷電后，壓電晶體縮短，在大活塞支撐彈簧的作用下，大活塞回到初始位置，套筒內液壓油壓力下降，在復位彈簧的作用下，圓環盤、小活塞向下運動，閥桿、閥芯組合體隨之向下運動，直至套筒內液壓油壓力回到初始狀態，大活塞、小活塞回到初始位置，閥芯組合體回到初始位置，閥芯表面與閥座表面貼合，燃氣噴射閥關閉，氣路關閉。

本發明的優勢在于：本發明利用壓電晶體通電伸長，經由液力放大器放大位移后，對稱布置的小活塞推動圓環盤平穩地向上運動，圓環盤通過閥桿帶動閥芯組合體整體在外側的導向塊的外導向作用下離開閥座運動，實現燃氣閥噴氣的功能；本發明采用壓電晶體驅動的方式，有效提高了燃氣噴射閥的響應速度，實現了燃氣噴射閥的升程可變；本發明采用直通的供氣方式，保證進入閥體內的燃氣的充足供給；通過壓力平衡孔、壓力平衡槽及穩壓腔相配合，能夠有效抑制燃氣噴射閥內部燃氣壓力的波動，實現氣流的穩定工作，可靠工作，實現高響應速度；通過軸向主氣槽直接進氣和周向補氣孔進氣的混合進氣方式，實現大流量，有效地提高發動機的供氣效率，同時可以避免氣流干涉，實現氣路的穩定；通過閥芯和閥座間的多道環帶結構，實現燃氣噴射閥的面密封，高可靠性。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的閥芯組合體結構示意圖；

圖3為本發明的氣路走向示意圖；

圖4為閥芯三維結構示意圖；

圖5為閥座結構俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：

結合圖1-5，圖1為本發明一種直通式混合進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥的整體結構示意圖，包括1閥體、2壓電晶體、3固定塊、4大活塞、5大活塞支撐彈簧、6密封環、7套筒、8復位彈簧、9圓環盤、10閥桿、11小活塞支撐彈簧、12小活塞、14卡簧、15隔板、16閥芯組合體、18密封膠圈和19閥座，固定塊3利用螺紋連接與閥體1連接在一起，使其自身固定在閥體1上方的中心位置，固定塊3在中心位置開有一定深度的直槽，壓電晶體2布置在其中，在直槽上方開有一直徑較小的通孔，用于布置壓電晶體2與閥體1外控制單元的接電線，壓電晶體2下表面與大活塞4上表面相接觸，在大活塞支撐彈簧5的預緊力作用下，壓電晶體2下表面與大活塞4上表面緊密貼合在一起，套筒7上端為多出口，中心出口為粗出口，周圍出口為細出口，對稱布置在圓環盤9的下方，下端為一連通的封閉腔，大活塞4的下端布置在套筒7中心的粗出口內，大活塞支撐彈簧5位于大活塞4凸緣與套筒7之間，保證大活塞4不會整體進入套筒7內，套筒7內充滿了具有一定壓力的液壓油13，套筒7兩端的細出口上方布置有小活塞12，小活塞12下端布置在其中，在小活塞12凸緣與套筒7之間布置有小活塞支撐彈簧11，以保證小活塞12不會整體進入套筒7內，大活塞4、小活塞12側表面與套筒7內壁之間布置有密封環6，以防止套筒7內液壓油13的泄漏，大活塞4、小活塞12、大活塞支撐彈簧5、小活塞支撐彈簧11與套筒7一同構成了壓電晶體的液力放大器，液力放大器作為一個整體布置在閥體1中隔板15的上方，在小活塞支撐彈簧11的預緊力作用下，小活塞12上表面與圓環盤9下表面緊密貼合，復位彈簧8的兩端分別布置在固定塊3與圓環盤9上的凹槽內，圓環盤9的兩端開有圓孔，孔內開有螺紋，利用螺紋將圓環盤9與閥桿10連接在一起，閥桿10布置在隔板15中的通孔內，其下端利用卡簧15與閥芯組合體16上端固定在一起，隔板15兩端還開有直徑較大的通氣孔35，在隔板15下方由上到下依次布置有閥芯組合體16、閥座19，閥座19與閥體1之間通過螺栓固定連接在一起，二者之間的配合面通過密封膠圈18來實現密封。

如圖2所示，一種直通式混合進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥的閥芯組合體16由銜鐵21、彈簧座22、底板23、閥芯24、銜鐵復位彈簧28、墊片29和緊固螺栓31組成，銜鐵21通過緊固螺栓31與底板23、閥芯24連接在一起，銜鐵21與底板23之間布置有一層墊片29，銜鐵21上開有壓力平衡孔27，底板23上方開有四個壓力平衡槽30，銜鐵21中心處的壓力平衡孔27配合底板23上的壓力平衡槽使30得閥芯組合體16內部空間與外部空間連通，內外氣路達到平衡，閥芯組合體16的內外燃氣無壓力差，避免自身在運動時受到額外的軸向力，彈簧座22安裝在底板23的上方，其內部的側表面與銜鐵21的側表面相接觸，銜鐵復位彈簧28的兩端分別布置在隔板15與彈簧座22的環形槽上，閥芯24由閥芯主體、肋片25和密封環帶26組成，其周向固定在閥座19上的四個導向塊17上，保證自身垂直度，閥芯24運動升程通過彈簧座22與隔板15之間的距離進行限位，閥芯組合體16整體布置在隔板15下方；

如圖3所示，首先，燃氣經由進氣口33垂直流入閥體1內，沿著進氣腔34垂直流動，直至流過閥體1上隔板15兩端的通氣孔35，由于銜鐵21上壓力平衡孔27和底板23上的壓力平衡槽30的存在，閥芯組合體16內部空間與閥體1內空間連通，一部分燃氣會流入到閥芯組合體16內部空間，隨即充滿了閥芯組合體16內部空間以及閥座19中心處的穩壓腔38，保證閥芯組合體16內外氣路平衡無壓力差，避免其受到額外的軸向力；其余燃氣沿著導流腔36流入充滿閥體1內部，充滿了閥座19外圍處的穩壓腔38以及閥芯24的周圍空間。壓電晶體2未通電時，閥芯24下表面與閥座19上表面相貼合，閥芯24與閥座19間的環腔不連通；壓電晶體2通電后，壓電晶體2伸長，經液力放大器放大后帶動閥芯組合體16向上運動，閥芯24下表面脫離閥座19上表面，此時，氣路開啟，燃氣迅速由軸向主氣槽41和周向補氣孔37的混合進氣方式流入，通過閥芯24與閥座19間多道環腔39，最后由出氣口40垂直流出，閥芯24的抬起與落座控制著環腔39之間的通斷。

燃氣噴射閥工作過程中，壓電晶體2未通電時，在銜鐵復位彈簧28的作用下，閥芯組合體16在初始位置維持不動，閥芯組合體16中的閥芯24上的密封環帶26與閥座19的上的出氣環帶20緊密配合，閥芯24與閥座19間的環腔39不連通，燃氣充滿燃氣噴射閥的閥體1內部的整個空間。壓電晶體2通電后，壓電晶體2受到電流激勵從而伸長，推動大活塞4向下運動，套筒7中的液壓油13受到壓縮，壓力升高，在液壓油13壓力的作用下，套筒7內細出口上的小活塞12向上運動，小活塞12對稱分布在圓環盤9的下方，平穩地推動圓環盤9向上運動，由于螺紋的連接作用，閥桿10亦向上運動，最終在卡簧15的固定作用下，帶動閥芯組合體16向上運動，在閥芯組合體16的運動過程中，通過導向塊17實現外導向，直到套筒7內的液壓油13壓力回到初始狀態，小活塞12不再運動，閥芯組合體16隨之停止，閥芯組合體16在該位置維持一段時間，此過程中，燃氣迅速由軸向主氣槽41和周向補氣孔37的混合進氣方式流入，通過閥芯24與閥座19間的多道環腔39，最后經由出氣口40導向后垂直流出，閥芯24和閥座19間的多道環帶，面密封，穩壓平衡，并且較寬的環帶面積可減少沖擊，提高可靠性，閥座19中心位置和外圍處均開有穩壓腔38，使得周圍的燃氣在流動過程中通氣均勻，氣壓平衡；燃氣噴出一定量后，壓電晶體2開始斷電，壓電晶體2縮短，在大活塞支撐彈簧5的作用下，大活塞4開始回到初始位置，套筒7內液壓油13壓力下降，在復位彈簧8的作用下，圓環盤9、小活塞12開始向下運動，閥桿10、閥芯組合體16隨之向下運動，直至套筒7內液壓油13壓力回到初始狀態，大活塞4、小活塞12回到初始位置，此時閥芯組合體16也對應的回到初始位置，閥芯24下表面與閥座19上表面貼合，重新回到初始位置，燃氣噴射閥關閉，氣路關閉。

由上述工作過程可知，本發明一種直通式混合進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥，在工作過程中，利用壓電晶體2通電伸長，經由液力放大器放大位移后，對稱布置的小活塞12推動圓環盤9平穩地向上運動，圓環盤9通過閥桿10帶動閥芯組合體16整體在外側的導向塊17的外導向作用下離開閥座19運動，實現燃氣閥噴氣的功能；本發明采用壓電晶體2驅動的方式，有效提高了燃氣噴射閥的響應速度，實現了燃氣噴射閥的升程可變；本發明采用直通的供氣方式，保證了進入閥體1內的燃氣的充足供給；通過外導向結構保證閥芯24的垂直度；通過在銜鐵21中心開壓力平衡孔27并在底板23上開有一定數量的壓力平衡槽30，使閥芯組合體16處內外氣路壓力更易達到平衡，避免閥芯組合體16受到軸向力，提高其響應速度，降低控制難度；在閥芯24的肋片25上開多個周向補氣孔37的結構，閥芯24下表面和閥座19上表面開有多道環腔39，增加有效流通面積，減少閥芯24質量，提高可靠性；在閥芯24周向補氣孔37處設置一定角度的導流錐角32，減少流動損失，增大流量系數；本發明采用軸向主氣槽41直接進氣和周向補氣孔37進氣的混合進氣方式，增加進氣流量系數，實現大流量，有效地提高了燃氣噴射閥的供氣效率，同時可以避免氣流干涉，實現氣路的平衡、穩定；閥芯24和閥座19間采用多道密封環帶26和出氣環帶20結構，實現燃氣噴射閥的面密封，穩壓平衡，并且較寬的環帶面積可減少沖擊，提高可靠性；在閥座19中心和外圍處均設置穩壓腔38，能夠有效抑制燃氣噴射閥內部燃氣壓力的波動，實現氣流的穩定工作，可靠工作，實現高響應速度。

本發明的技術方案：一種直通式混合進氣的壓電式外導向燃氣噴射閥，它主要由閥體、壓電晶體、固定塊、大活塞、大活塞支撐彈簧、密封環、套筒、復位彈簧、圓環盤、閥桿、小活塞支撐彈簧、小活塞、卡簧、隔板、閥芯組合體、密封膠圈和閥座組成。固定塊利用螺紋連接與閥體連接在一起，使其自身固定在閥體上方的中心位置，固定塊在中心位置開有一定深度的直槽，壓電晶體布置在其中，在直槽上方開有一直徑較小的通孔，用于布置壓電晶體與閥體外控制單元的接電線，壓電晶體下表面與大活塞上表面相接觸，在大活塞支撐彈簧的預緊力作用下，壓電晶體下表面與大活塞上表面緊密貼合在一起，套筒上端為多出口，中心出口為粗出口，周圍出口為細出口，對稱布置在圓環盤的下方，下端為一連通的封閉腔，大活塞的下端布置在套筒中心的粗出口內，大活塞支撐彈簧位于大活塞凸緣與套筒之間，保證大活塞不會整體進入套筒內，套筒內充滿了具有一定壓力的液壓油，套筒兩端的細出口上方布置有小活塞，小活塞下端布置在其中，在小活塞凸緣與套筒之間布置有小活塞支撐彈簧，以保證小活塞不會整體進入套筒內，大活塞、小活塞側表面與套筒內壁之間布置有密封環，以防止套筒內液壓油的泄漏，大活塞、小活塞、大活塞支撐彈簧、小活塞支撐彈簧與套筒一同構成了壓電晶體的液力放大器，液力放大器作為一個整體布置在閥體中隔板的上方，在小活塞支撐彈簧的預緊力作用下，小活塞上表面與圓環盤下表面緊密貼合，復位彈簧的兩端分別布置在固定塊與圓環盤上的凹槽內，圓環盤的兩端開有圓孔，孔內開有螺紋，利用螺紋將圓環盤與閥桿連接在一起，閥桿布置在隔板中的通孔內，其下端利用卡簧與閥芯組合體上端固定在一起，隔板兩端還開有直徑較大的通氣孔，在隔板下方由上到下依次布置有閥芯組合體、閥座，閥座與閥體之間通過螺栓固定連接在一起，二者之間的配合面通過密封膠圈來實現密封，前述的閥芯組合體由銜鐵、彈簧座、底板、閥芯、銜鐵復位彈簧、墊片和緊固螺栓組成，銜鐵通過緊固螺栓與底板、閥芯連接在一起，銜鐵與底板之間布置有一層墊片，銜鐵上開有壓力平衡孔，底板上方開有四個壓力平衡槽，銜鐵中心處的壓力平衡孔配合底板上的壓力平衡槽使得閥芯組合體內部空間與外部空間連通，內外氣路達到平衡，閥芯組合體的內外燃氣無壓力差，避免自身在運動時受到額外的軸向力，彈簧座安裝在底板的上方，其內部的側表面與銜鐵的側表面相接觸，銜鐵復位彈簧的兩端分別布置在隔板與彈簧座的環形槽上，閥芯由閥芯主體、肋片、密封環帶組成，其周向固定在閥座上的四個導向塊上，保證自身垂直度，閥芯運動升程通過彈簧座與隔板之間的距離進行限位，閥芯組合體整體布置在隔板下方；在閥芯的肋片上開周向補氣孔并在補氣孔處設置導流錐角，閥芯和閥座之間采用密封環帶和出氣環帶，面密封，穩壓平衡，并且具有較寬的環帶面積，在閥座中心位置和外圍處均開有穩壓腔，閥座中心位置的穩壓腔與閥芯組合體內部的燃氣空間相連通，而閥座外圍處的穩壓腔與閥體內的導流腔相連通。壓電晶體未通電時，閥芯下表面與閥座上表面相貼合，閥芯與閥座間的環腔不連通；壓電晶體通電后，壓電晶體伸長，經液力放大器放大后帶動閥芯組合體向上運動，閥芯下表面脫離閥座上表面，此時閥芯與閥座間的環腔相連通，閥芯的抬起與落座控制著環腔之間的通斷。