本發(fā)明涉及的是一種燃氣噴射閥，具體地說是天然氣發(fā)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(yè)中，節(jié)能減排作為內燃機發(fā)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(yè)內的研究熱點。作為天然氣發(fā)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(fā)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(wěn)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(fā)升程可變、氣壓穩(wěn)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(fā)動機燃氣噴射閥發(fā)展的趨勢。

技術實現要素：

本發(fā)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(wěn)定、高效密封、大流量的一種直通式混合進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥。

本發(fā)明的目的是這樣實現的：

本發(fā)明一種直通式混合進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥，其特征是：包括閥體、閥座、壓電晶體、控制閥桿、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，隔板上分別設置通孔和通氣孔，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，套筒上端的端部設置粗出口，套筒上端端部內側設置細出口，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，導向銷穿過隔板的通孔，導向銷的上方設置控制閥桿，導向銷與控制閥桿之間設置導向銷復位彈簧，控制閥桿的上表面與壓電晶體貼合在一起，控制閥桿的下表面與大活塞上表面貼合在一起，小活塞上表面與導向銷貼合在一起，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(huán)形槽，隔板下表面設置環(huán)形槽，銜鐵復位彈簧的兩端分別布置在隔板的環(huán)形槽和彈簧座的環(huán)形槽內，導向銷與銜鐵相固定，導向銷里設置壓力平衡孔，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(wěn)壓腔，壓力平衡孔、壓力平衡槽、閥芯的中空部分以及中心穩(wěn)壓腔相通并構成內部空間，閥芯上設置密封環(huán)帶和肋片，密封環(huán)帶形成環(huán)腔，閥座上設置出氣環(huán)帶，出氣環(huán)帶位于環(huán)腔下方，出氣環(huán)帶下方設置出氣口，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(fā)明還可以包括：

1、閥座的外端設置端部穩(wěn)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，閥芯上設置軸向進氣孔；

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(wěn)壓腔，其余燃氣沿著導流腔繼續(xù)流動，充滿閥座外端的端部穩(wěn)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(huán)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，導向銷亦向上運動，帶動閥芯組合體向上運動，燃氣噴射閥開啟，氣路開啟，直到套筒內的液壓油壓力回到初始狀態(tài)，大活塞和小活塞不再運動，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(huán)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，在導向銷復位彈簧的作用下，導向銷向下運動，小活塞、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(tài)，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(fā)明的優(yōu)勢在于：本發(fā)明利用壓電晶體通電伸長，經由液力放大器放大位移后推動閥芯組合體的導向銷運動，閥芯組合體整體在導向銷與隔板之間配合面的內導向作用下離開閥座運動，實現燃氣閥噴氣的功能；本發(fā)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(fā)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(wěn)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(wěn)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(fā)動機的供氣效率，同時可以避免氣流干涉，實現氣路的穩(wěn)定；通過閥芯和閥座間的多道環(huán)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(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的閥芯組合體結構示意圖；

圖3為本發(fā)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(fā)明做更詳細地描述：

結合圖1-5，圖1為本發(fā)明一種直通式混合進氣的壓電式內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控制閥桿、5大活塞、6大活塞支撐彈簧、7密封環(huán)、8套筒、9導向銷復位彈簧、10小活塞、11小活塞支撐彈簧、13隔板、14閥芯組合體、15密封膠圈和16閥座。固定塊3利用螺紋與閥體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下方緊密布置有控制閥桿4，控制閥桿4的下表面與大活塞5上表面相接觸，在導向銷復位彈簧9、大活塞支撐彈簧6的預緊力作用下，壓電晶體2下表面與控制閥桿4上表面、控制閥桿4下表面與大活塞5上表面均緊密貼合在一起，套筒8上端為兩出口，分別是一粗出口和一細出口，下端為一連通的封閉腔，大活塞5的下端布置在套筒8的粗出口內，大活塞支撐彈簧6位于大活塞5凸緣與套筒8之間，保證大活塞5不會整體進入套筒8內，套筒8內充滿了具有一定壓力的液壓油12，套筒8的細出口上方布置有小活塞10，小活塞10下端布置在其中，在小活塞10凸緣與套筒8之間布置有小活塞支撐彈簧11，以保證小活塞10不會整體進入套筒8內，大活塞5、小活塞10側表面與套筒8內壁之間布置有密封環(huán)7，以防止套筒8內液壓油12的泄漏，大活塞5、小活塞10、大活塞支撐彈簧6、小活塞支撐彈簧11與套筒8一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13的上方，控制閥桿4中心位置下方從上到下依次布置有閥芯組合體14、閥座16，在小活塞支撐彈簧11的預緊力作用下，小活塞10上表面與閥芯組合體14的上端緊密貼合，閥座16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15來實現密封。

如圖2所示，一種直通式混合進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥的閥芯組合體14由導向銷18、銜鐵19、彈簧座20、底板21、閥芯22、銜鐵復位彈簧26、墊片27和緊固螺栓29組成，為保證導向銷18平穩(wěn)地運動，多個小活塞10對稱布置在導向銷18下方，個數為偶數數目，在小活塞支撐彈簧11的作用下，小活塞10上表面與閥芯組合體14中的導向銷18下表面緊密貼合，導向銷18中心開有壓力平衡孔25，布置在隔板13中心的通孔內，導向銷18下端通過螺紋連接與銜鐵19固定在一起，銜鐵19通過緊固螺栓29與底板21、閥芯22連接在一起，銜鐵19與底板21之間布置有一層墊片27，底板21上方開有四個壓力平衡槽28，使得閥芯組合體14內部空間與外部空間連通，內外氣路壓力更易達到平衡，避免其受到額外的軸向力，提高其響應速度，彈簧座20安裝在底板21的上方，其內部的側表面與銜鐵19的側表面相接觸，銜鐵復位彈簧26的兩端分別位于隔板13與彈簧座20的環(huán)形槽內，底板21下方的閥芯22由閥芯主體、肋片23和密封環(huán)帶24組成，閥芯組合體14整體布置在控制閥桿4下方。

如圖3所示，首先，燃氣經由進氣口31垂直流入閥體1內，沿著進氣腔32垂直流動，直至流過閥體1上隔板13兩端的通氣孔33，由于底板21上的壓力平衡槽28的存在，閥芯組合體14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14內部空間，隨即充滿了閥芯組合體14內部空間以及閥座16中心處的穩(wěn)壓腔36，由于導向銷18上壓力平衡孔25的存在，燃氣會流入閥芯組合體14上方空間，同樣充滿閥芯組合體14上方空間，內外氣路達到平衡，保證閥芯組合體14內外無壓力差，避免其受到額外的軸向力；其余燃氣沿著導流腔34流入充滿閥體1內部，充滿了閥座16外圍處的穩(wěn)壓腔36以及閥芯22的周圍空間。壓電晶體2未通電時，閥芯22表面與閥座16表面相貼合，閥芯22與閥座16間的環(huán)腔37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14向上運動，閥芯22下表面脫離閥座16上表面，此時，氣路開啟，燃氣迅速由軸向主氣槽39和周向補氣孔35的混合進氣方式流入，通過閥芯22與閥座16間多道環(huán)腔37，最后由出氣口38垂直流出，閥芯22的抬起與落座控制著環(huán)腔37之間的通斷。

燃氣噴射閥工作過程中，壓電晶體2未通電時，在導向銷復位彈簧9、銜鐵復位彈簧26的預緊力作用下，閥芯組合體14在初始位置維持不動，閥芯組合體14中的閥芯22上的密封環(huán)帶24與閥座16的上的出氣環(huán)帶17緊密配合，閥芯22與閥座16間的環(huán)腔37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，使得控制閥桿4向下運動，大活塞5隨之向下運動，套筒8內的液壓油12壓力升高，在液壓油12壓力的作用下，小活塞10向上運動，導向銷18受到四個小活塞10向上的作用力后，平穩(wěn)地向上運動，導向銷18作為閥芯組合體14的一部分，閥芯組合體14整體隨之向上運動，直到套筒8內的液壓油12壓力回到初始狀態(tài)，大活塞5、小活塞10停止運動，閥芯組合體14隨之停止運動，閥芯組合體14在該位置維持一段時間，此過程中，燃氣迅速由軸向主氣槽39和周向補氣孔35的混合進氣方式流入，通過閥芯22與閥座16間的多道環(huán)腔37，最后經由出氣口38導向后垂直流出，閥芯22和閥座16間的多道環(huán)帶，面密封，穩(wěn)壓平衡，并且較寬的環(huán)帶面積可減少沖擊，提高可靠性，閥座16中心位置和外圍處均開有穩(wěn)壓腔36，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6的作用下，大活塞5開始向上運動，套筒8內液壓油12壓力下降，在導向銷復位彈簧9的作用下，導向銷18開始向下運動，小活塞10、閥芯組合體14整體隨之一同向下運動，直至套筒8內液壓油12壓力回到初始狀態(tài)，大活塞5、小活塞10回到初始位置，此時閥芯組合體14也對應的回到初始位置，閥芯22下表面與閥座16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(fā)明一種直通式混合進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥，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推動閥芯組合體14的導向銷18運動，閥芯組合體14整體在導向銷18與隔板13之間配合面的內導向作用下離開閥座16運動，實現燃氣閥噴氣的功能；本發(fā)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(fā)明采用直通的供氣方式，保證了進入閥體內的燃氣的充足供給；通過內導向結構保證閥芯22的垂直度；通過在導向銷18中心開壓力平衡孔25并在底板21上開有一定數量的壓力平衡槽28，使閥芯組合體14處內外氣路壓力更易達到平衡，避免閥芯組合體14受到軸向力，提高其響應速度，降低控制難度；在閥芯22的肋片23上開多個周向補氣孔35的結構，閥芯22下表面和閥座16上表面開有多道環(huán)腔37，增加有效流通面積，減少閥芯22質量，提高可靠性；在閥芯22周向補氣孔35處設置一定角度的導流錐角30，減少流動損失，增大流量系數；本發(fā)明采用軸向主氣槽39直接進氣和周向補氣孔35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(wěn)定；閥芯22和閥座16間采用多道密封環(huán)帶24和出氣環(huán)帶17結構，實現燃氣噴射閥的面密封，穩(wěn)壓平衡，并且較寬的環(huán)帶面積可減少沖擊，提高可靠性；在閥座16中心和外圍處均設置穩(wěn)壓腔36，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(wěn)定工作，可靠工作，實現高響應速度。

本發(fā)明的技術方案：一種直通式混合進氣的壓電式內導向燃氣噴射閥，它主要由閥體、壓電晶體、固定塊、控制閥桿、大活塞、大活塞支撐彈簧、密封環(huán)、套筒、導向銷復位彈簧、小活塞、小活塞支撐彈簧、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，壓電晶體下方緊密布置有控制閥桿，控制閥桿的下表面與大活塞上表面相接觸，在導向銷復位彈簧、大活塞支撐彈簧的預緊力作用下，壓電晶體下表面與控制閥桿上表面、控制閥桿下表面與大活塞上表面均緊密貼合在一起，套筒上端為兩出口，分別是一粗出口和一細出口，下端為一連通的封閉腔，大活塞的下端布置在套筒的粗出口內，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(huán)，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，控制閥桿中心位置下方從上到下依次布置有閥芯組合體、閥座，在小活塞支撐彈簧的預緊力作用下，小活塞上表面與閥芯組合體的上端緊密貼合，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導向銷、銜鐵、銜鐵復位彈簧、彈簧座、墊片、底板、緊固螺栓和閥芯組成，為保證導向銷平穩(wěn)地運動，多個小活塞對稱布置在導向銷下方，個數為偶數數目，在小活塞支撐彈簧的作用下，小活塞上表面與閥芯組合體中的導向銷下表面緊密貼合，導向銷中心開有壓力平衡孔，布置在隔板中心的通孔內，導向銷下端通過螺紋連接與銜鐵固定在一起，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，底板上方開有四個壓力平衡槽，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位于隔板與彈簧座的環(huán)形槽內，底板下方的閥芯由閥芯主體、肋片、密封環(huán)帶組成，閥芯組合體整體布置在控制閥桿下方，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(huán)帶和出氣環(huán)帶，面密封，穩(wěn)壓平衡，并且具有較寬的環(huán)帶面積，在閥座中心位置和外圍處均開有穩(wěn)壓腔，閥座中心位置的穩(wěn)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(wěn)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(huán)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(huán)腔相連通，閥芯的抬起與落座控制著環(huán)腔之間的通斷。