压电式高速大流量两位三通阀

摘要

本发明公开了一种压电式高速大流量两位三通阀，该两位三通阀包括具有开口端和封闭端的阀体，阀体的开口端设置有阀盖，阀体的内腔为第一腔体和第二腔体构成的阶梯腔；第一腔体内穿设有外阀芯，外阀芯的一端向阀体的封闭端延伸，外阀芯的另一端向阀体的开口端延伸且穿入第二腔体内；第二腔体内位于外阀芯与阀盖之间设置有呈圆环状且可通电变形带动外阀芯轴向滑动的压电环；外阀芯的内腔由朝向开口端的一端至另一端依次分为第一空腔、第二空腔、第三空腔、第四空腔；第一空腔内穿设有第一内阀芯，第四空腔内穿设有第二内阀芯。本发明利用压电环的逆压电效应，使得外阀芯得以快速响应和动作，控制精度高、流量大、响应速度快。

说明书

技术领域

本发明涉及两位三通阀，具体地指一种压电式高速大流量两位三通阀。

背景技术

目前，船用柴油机电控燃油喷射系统对高速大流量电磁阀有非常高的要求：必须同时满足大流量、高速响应、控制精度高和一致性好等要求；同时，还要能在高压、高温、高湿和振动等恶劣条件下，按系统的控制要求以很高的频率稳定可靠地工作。然而，高速大流量阀的高压大流量和快速响应往往是一对矛盾，大流量的要求需要通过提高阀的阀口流通面积来实现，这就增大了阀的阀芯质量，从而增大了阀芯的运动惯性，降低了电磁阀快速响应的特性；而且，电磁阀的阀腔内的高压油液也会增加阀芯开启或关闭的阻力，延长了电磁阀的响应时间。因此，开发高速大流量阀，使其响应速度和流通能力都能满足电控喷油器燃油喷射控制要求，是船用柴油机电控燃油喷射系统实用化所必须解决的关键技术。

现有技术中，授权公告号为CN1131387C的中国实用新型专利公开了一种双自由内锥阀芯二位三通式电磁阀，该电磁阀虽然具有高速动态响应性能和大流量特性，但实际使用时存在以下问题：由于该电磁阀的外阀芯依靠复位弹簧的弹力复位，而同型号的弹簧很难保证同一精准的弹力，所以这种电磁阀在生产时，很难保证同型号的电磁阀具备相同的响应速度，从而导致该电磁阀的控制精度不高。

授权公告号为CN103851226B的中国发明专利公开了一种高速大流量自复位电磁阀，该电磁阀虽然具有高速动态响应性能和大流量特性，但实际使用时存在以下问题：由于该电磁阀的外阀芯依靠液压力复位，使得开启电磁阀需要的电磁力很大，触发电流很大，长时间工作发热严重，而且液压力在电磁阀开启和关闭变化复杂，所以这种电磁阀很难具备相同的响应速度，从而导致该电磁阀的控制精度不高。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种控制精度高、流量大、响应速度快的压电式高速大流量两位三通阀。

为实现上述目的，本发明提供的压电式高速大流量两位三通阀，包括具有开口端和封闭端的阀体，所述阀体的开口端设置有阀盖，其特殊之处在于：所述阀体的内腔为第一腔体和第二腔体构成的阶梯腔；所述第一腔体内穿设有外阀芯，所述外阀芯的一端向阀体的封闭端延伸，所述外阀芯的另一端向阀体的开口端延伸且穿入第二腔体内；所述第二腔体内位于外阀芯与阀盖之间设置有呈圆环状且可通电变形带动外阀芯轴向滑动的压电环；所述外阀芯的内腔由朝向开口端的一端至另一端依次分为第一空腔、第二空腔、第三空腔、以及第四空腔；所述第一空腔内穿设有第一内阀芯，所述第四空腔内穿设有第二内阀芯。这样，外阀芯与阀盖之间设置有呈圆环状且可通电变形的压电环，使得外阀芯与压电环连接为一体，利用压电环的逆压电效应，使得外阀芯得以快速响应和动作，消除电磁干扰对其影响的可能，同时也消除了电磁阀对其他电器的电磁干扰，控制精度高、流量大、响应速度快；同时，由于压电环的驱动电流很小，有效的解决了电磁阀长时间工作发热的问题，提高了使用寿命。

进一步地，所述阀体上设置有用于与外部共轨管连接的进油口、用于与外部喷油器连接的控制口、以及用于与外部油箱连接的回油口；所述第一空腔上设置有与进油口对应的进油孔，所述第三空腔上设置有与控制口对应的控制孔，所述第四空腔上设置有与回油口对应的回油孔。

进一步地，所述阀体上还设置有第一泄油通道和第二泄油通道，所述第一泄油通道的一端与第二腔体连通，所述第一泄油通道的另一端与第二泄油通道的一端连通，所述第二泄油通道的另一端与回油口连通。

进一步地，所述阀体上位于第一泄油通道与第二泄油通道的交汇口处设置有单向泄油阀组件。这样，通过在阀体上开设第一泄油通道和第二泄油通道，且在第一泄油通道与第二泄油通道的交汇口处设置有单向泄油阀组件，这样便将电磁阀的回油口与泄油口集成在了一起，而且通过单向泄油阀组件可以控制第一泄油通道和第二泄油通道的连通或者断开，简化了本电磁阀的结构，也节省了阀体内管路的连接。

进一步地，所述单向泄油阀组件包括底座、弹簧和单向阀珠；所述底座固定设置在阀体上与第一泄油通道正对布置，所述弹簧的底端与底座抵接，所述弹簧的顶端与单向阀珠抵接，所述单向阀珠可在第一泄油通道内油压的作用下向下压缩弹簧以连通第一泄油通道与第二泄油通道。

进一步地，所述阀体的侧壁上设置有用于监测压电环运动位置的位移传感器，可以实现了全程运动监控。

进一步地，所述压电环的一端外壁与阀盖的内腔内壁螺纹连接，所述压电环的另一端内壁与外阀芯朝向阀盖的一端外壁螺纹连接。这样，压电环通过采用螺纹连接的方式固定，这种固定方式能有效地防止压电环在阀盖和阀体形成的腔体内伸缩方向不定，从而避免了压电环在运动过程中伸缩方向不定；同时，这种固定方式更便于压电环以及第一内阀芯的安装定位。

进一步地，所述第四空腔的半径大于第一空腔的半径，所述第一空腔的半径大于第三空腔的半径，所述第三空腔的半径大于第二空腔的半径。

再进一步地，所述第一内阀芯的一端与阀盖抵接，另一端可在外阀芯轴向滑动作用下与第二空腔的端面抵接，且所述第一内阀芯与第二空腔的抵接面为锥面配合；

所述第二内阀芯的一端与阀体的封闭端抵接，另一端可在外阀芯轴向滑动作用下与第三空腔的端面抵接，且所述第二内阀芯与第三空腔的抵接面为锥面配合。

更进一步地，所述阀体上设置有用于向压电环通电的接头。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明的外阀芯与阀盖之间设置有呈圆环状且可通电变形的压电环，使得外阀芯与压电环连接为一体，利用压电环的逆压电效应，使得外阀芯得以快速响应和动作，消除电磁干扰对其影响的可能，同时也消除了电磁阀对其他电器的电磁干扰，控制精度高、流量大、响应速度快；同时，由于压电环的驱动电流很小，有效的解决了电磁阀长时间工作发热的问题，提高了使用寿命。

其二，本发明通过在阀体上开设第一泄油通道和第二泄油通道，且在第一泄油通道与第二泄油通道的交汇口处设置有单向泄油阀组件，这样便将电磁阀的回油口与泄油口集成在了一起，而且通过单向泄油阀组件可以控制第一泄油通道和第二泄油通道的连通或者断开，简化了本电磁阀的结构，也节省了阀体内管路的连接。

其三，本发明的压电环通过采用螺纹连接的方式固定，这种固定方式能有效地防止压电环在阀盖和阀体形成的腔体内伸缩方向不定，从而避免了压电环在运动过程中伸缩方向不定；同时，这种固定方式更便于压电环以及第一内阀芯的安装定位。

其四，本发明的阀体内一次定位加工成第一空腔和第二空腔，无需额外在阀盖内二次定位加工圆孔，从而简化了阀盖和阀体的加工工艺，降低了成本；而且阀体一体加工，减少了装配工艺要求，同时也减少了密封的部件。

其五，本发明通过在阀体上增设了位移传感器，可以实现了全程运动监控。

其六，本发明的第一内阀芯与第二空腔的抵接面为锥面配合、第二内阀芯与第三空腔的抵接面为锥面配合，增加了两者之间的密封性能。

附图说明

图1为一种压电式高速大流量两位三通阀的主视结构示意图；

图2为图1所示压电式高速大流量两位三通阀的侧视结构示意图；

图3为图1所示压电式高速大流量两位三通阀在通电状态下沿A-A方向的剖视结构示意图；

图4为图1所示压电式高速大流量两位三通阀在通电状态下沿B-B方向的剖视结构示意图；

图5为图1所示压电式高速大流量两位三通阀在断电状态下沿A-A方向的剖视结构示意图；

图6为图5所示压电式高速大流量两位三通阀在断电状态下沿C-C方向的剖视结构示意图；

图7为图3中外阀芯的放大结构示意图；

图中，阀体1(开口端1.1、封闭端1.2、第一腔体1.3、第二腔体1.4)、阀盖2、外阀芯3(第一空腔3.1、第二空腔3.2、第三空腔3.3、第四空腔3.4)、压电环4、第一内阀芯5、第二内阀芯6、进油孔7.1、控制孔7.2、回油孔7.3、进油口8.1、控制口8.2、回油口8.3、第一泄油通道9.1、第二泄油通道9.2、单向泄油阀组件10、底座10.1、弹簧10.2、单向阀珠10.3、位移传感器11、接头12。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图所示的一种压电式高速大流量两位三通阀，包括具有开口端1.1和封闭端1.2的阀体1，阀体1的开口端1.1设置有阀盖2，阀体1的内腔为第一腔体1.3和第二腔体1.4构成的阶梯腔；第一腔体1.3内穿设有外阀芯3，外阀芯3的一端向阀体1的封闭端1.2延伸，外阀芯3的另一端向阀体1的开口端1.1延伸且穿入第二腔体1.4内；第二腔体1.4内位于外阀芯3与阀盖2之间设置有呈圆环状且可通电变形的压电环4，压电环4可以采用压电陶瓷材料制成。压电环4的一端外壁与阀盖2的内腔内壁螺纹连接，压电环4的另一端内壁与外阀芯3朝向阀盖2的一端外壁螺纹连接。外阀芯3与阀盖2之间设置有呈圆环状且可通电变形带动外阀芯3轴向滑动的压电环4，使得外阀芯3与压电环4连接为一体，利用压电环4的逆压电效应，使得外阀芯3得以快速响应和动作，消除电磁干扰对其影响的可能，同时也消除了电磁阀对其他电器的电磁干扰，控制精度高、流量大、响应速度快；同时，由于压电环4的驱动电流很小，有效的解决了电磁阀长时间工作发热的问题，提高了使用寿命。

上述技术方案中，外阀芯3的内腔由朝向开口端1.1的一端至另一端依次分为第一空腔3.1、第二空腔3.2、第三空腔3.3、以及第四空腔3.4，第四空腔3.4的半径大于第一空腔3.1的半径，第一空腔3.1的半径大于第三空腔3.3的半径，第三空腔3.3的半径大于第二空腔3.2的半径；第一空腔3.1内穿设有第一内阀芯5，第四空腔3.4内穿设有第二内阀芯6，第一内阀芯5的一端与阀盖2抵接，另一端可在外阀芯3轴向滑动作用下与第二空腔3.2的端面抵接，且第一内阀芯5与第二空腔3.2的抵接面为锥面配合；第二内阀芯6的一端与阀体1的封闭端1.2抵接，另一端可在外阀芯3轴向滑动作用下与第三空腔3.3的端面抵接，且第二内阀芯6与第三空腔3.3的抵接面为锥面配合。

上述技术方案中，阀体1上设置有用于与外部共轨管连接的进油口8.1、用于与外部喷油器连接的控制口8.2、以及用于与外部油箱连接的回油口8.3；第一空腔3.1上设置有与进油口8.1对应的进油孔7.1，第三空腔3.3上设置有与控制口8.2对应的控制孔7.2，第四空腔3.4上设置有与回油口8.3对应的回油孔7.3。阀体1的侧壁上设置有用于监测压电环4运动位置的位移传感器11，阀体1上设置有用于向压电环4通电的接头12。

上述技术方案中，阀体1上还设置有第一泄油通道9.1和第二泄油通道9.2，第一泄油通道9.1的一端与第二腔体1.4连通，第一泄油通道9.1的另一端与第二泄油通道9.2的一端连通，第二泄油通道9.2的另一端与回油口8.3连通。阀体1上位于第一泄油通道9.1与第二泄油通道9.2的交汇口处设置有单向泄油阀组件10。单向泄油阀组件10包括底座10.1、弹簧10.2和单向阀珠10.3；底座10.1固定设置在阀体1上与第一泄油通道9.1正对布置，弹簧10.2的底端与底座10.1抵接，弹簧10.2的顶端与单向阀珠10.3抵接，单向阀珠10.3可在第一泄油通道9.1内油压的作用下向下压缩弹簧10.2以连通第一泄油通道9.1与第二泄油通道9.2。这样，通过在阀体1上开设第一泄油通道9.1和第二泄油通道9.2，且在第一泄油通道9.1与第二泄油通道9.2的交汇口处设置有单向泄油阀组件10，这样便将电磁阀的回油口与泄油口集成在了一起，而且通过单向泄油阀组件10可以控制第一泄油通道9.1和第二泄油通道9.2的连通或者断开，简化了本电磁阀的结构，也节省了阀体内管路的连接。

本发明的工作原理：通电时，压电环4收缩带动外阀芯3朝向阀盖1的方向运动，第一内阀芯5与外阀芯3的进油孔7.1处相互配合的密封锥面相接触，与共轨管连通的进油口8.1以及外阀芯3上对应的进油孔7.1关闭，与喷油器连通的控制口8.2、以及对应于外阀芯3上的控制孔7.2相连通，与油箱连通的回油口8.3、以及对应于外阀芯上的回油孔7.3相接通，低压油通过回油口8.3回到油箱；断电时，压电环4会快速复原，外阀芯3朝向封闭端1.2方向运动，第一内阀芯5与外阀芯3的回油孔7.3相互配合的密封锥面相接触，起到密封回油口8.3的作用，此时与共轨管接通的进油口8.1、以及外阀芯3上对应的进油孔7.1相连通，与喷油器连通的控制口8.2、以及对应于外阀芯3上的控制孔7.2相连通，控制口8.2的油压与共轨管的油压相同，油压驱动与控制口8.2连着的喷油器喷油，由于压电环4这种复位力可以快速复位电磁阀，加之，进油孔内的高压油的压力大，所以进油孔内的高压油会对外阀芯产生较大的复位力，提高了本电磁阀的响应速度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。