[实用新型]一种新型通用汽油机凸轮轴减压阀有效
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技术领域本实用新型涉及一种通用汽油机上循环操作阀的改进。背景技术目前，为了使得大排量内燃机在脚启动时更省力，在电启动时很大程度延长电机寿命及储电瓶使用寿命，通常的做法是在内燃机上设置减小内燃机启动时汽缸压力的装置，以保证内燃机的顺利启动。现用于减小内燃机启动时汽缸压力的装置，通常是使内燃机在未工作状态处于不完全关闭状态，留下减压间隙，从而起到减压的作用。现有的凸轮轴减压阀都为减发动机排气，工作原理是降低发动机在启动时的缸压，从而有良好的启动性能和启动手感，但对于较大排量的汽油机在没有关风门的情况下启动时，大量的油气混合气会进入到消声器中，在汽油机启燃的瞬间会产生放炮现象，严重时还会胀破消声器。整个说明书对背景技术的任何讨论，并不代表该背景技术是所属领域技术人员所知晓的现有技术；整个说明书中的对现有技术的任何讨论并不代表认为该现有技术是广泛公知的或是构成本领域的公知常识。实用新型内容
本实用新型意在提供一种新型通用汽油机凸轮轴减压阀，实现在保证良好启动性能和启动手感的同时，又能有效地防止发动机放炮。本方案中的一种新型通用汽油机凸轮轴减压阀，包括凸轮轴，凸轮轴上设有有进气凸桃，凸轮轴上设有滑槽，滑槽中限位滑动联接有相对于凸轮轴偏心的滑块，进气凸桃中设有滑孔，滑孔中滑动联接有顶杆，滑孔在进气凸桃表面的开口位于凸起部的侧方，滑孔另一方的开口对应滑块，顶杆的长度大于滑孔的长度，滑块上设有凹部，滑块离心移动后所述凹部正对顶杆。当凸轮轴静止时，滑块阻挡在滑孔里侧的开口，由于顶杆的长度大于滑孔的长度，顶杆的尾部顶在滑块上，顶杆的头部必然从进气凸桃的表面凸出，可以将进气门开启一定的间隙，使发动机缸内压力接近大气压，发动机容易启动。当凸轮轴转动时，滑槽中限位滑动联接的滑块在离心力作用下甩动一定距离，此时滑块上的凹部正对顶杆，凹部的深度加上滑孔的长度大于顶杆的长度，顶杆可以缩回滑孔中不再顶起排气门，使得汽油机正常工作。这种减压阀结构，既保证有良好启动性能和启动手感的同时，又能有效地防止发动机放炮。其原理为气体进入汽缸体被压缩后温度升高，在发动机转速没有达到减压阀甩脱转速时，被加热后的部分气体会返回到空滤器中，进入下一个循环后。然后进气的浓度变大，温度较高，使启动性能提高，提高发动机的燃烧效率，能有效的防止消声器放炮。进一步，顶杆与滑孔之间联接有驱使顶杆缩回的复位装置。可有效的保证顶杆在转动后缩回滑孔中。进一步，凸轮轴中顶杆的重心位于进气凸桃表面的开口相对的一侧。凸轮轴转动后顶杆会在离心力作用下保持缩回状态，避免与排气门干涉。进一步，滑块呈C形有间隙的抱在凸轮轴上，滑块上的导向杆径向穿过凸轮轴。此结构可以保证滑块动作的准确性。进一步，滑块位于进气凸桃的侧方，滑块的另一侧设有限位凸台。此结构可以限制滑块在凸轮轴的轴向移动。进一步，滑块上设有重块。以提升其转动后产生的离心力。附图说明图1为本实用新型实施例的立体示意图。图2为本实用新型实施例的主视示意图。图3为本实用新型实施例中图2的A-A向视示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：说明书附图中的附图标记包括：凸轮轴1、限位凸台11、排气凸轮2、进气凸轮3、滑块4、螺栓41、配重块42、滑块中部的凹槽43、滑孔5、顶杆6、压簧7。实施例基本如附图1、2、3所示：凸轮轴上设有排气凸轮和进气凸轮，本装置的机构主要位于凸轮轴上的进气凸桃部位，滑块呈一C形并抱在进气凸桃侧方的凸轮轴上，滑块位于进气凸桃和凸轮轴上的限位凸台11之间，可用于导向的螺栓穿过滑块平行的上下边和凸轮轴，并将配重块固定在滑块上，由于螺栓径向有间隙的穿过凸轮轴，在螺栓的导向作用下，滑块可以在凸轮轴的径向上一定的行程范围内滑动，当凸轮轴转动时，由于配重块的存在，整个滑块会在离心力的作用下保持在离心位置，此时滑块中部的凹槽会正处于滑孔里侧的开口处。在凸轮轴上的进气凸桃中钻设有径向的滑孔，滑孔在进气凸桃表面的开口位于凸桃凸部的侧方，进气凸桃上最高点的法线与滑孔的轴线垂直，滑孔中滑动联接有顶杆，顶杆与滑孔之间设置有驱使顶杆缩回的压簧，顶杆的尾端顶在滑块的腰上，此时顶杆的头端凸出滑孔一小段，当汽油机停止时这一小段正好将进气门顶起一小段行程。当滑块在离心力作用下向外移动时，顶杆的尾端顶在滑块中部的凹槽中，顶杆不再与进气门发生接触。作为方案的改进，还设有驱使滑块向心移动的复位装置，此复位装置为复位弹簧来控制减压阀甩脱转速。以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
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油用减压阀产品说明
&油用减压阀本系列减压阀属于先导活塞式减压阀。由主阀和导阀两部分组成。主阀主要由阀座、主阀盘、活塞、弹簧等零件组成。导阀主要由阀座、阀瓣、膜片、弹簧、调节弹簧等零件组成。通过调节调节弹簧压力设定出口压力、利用膜片传感出口压力变化，通过导阀启闭驱动活塞调节主阀节流部位过流面积的大小，实现减压稳压功能。减压阀
沸点范围为180 ~ 310℃ 主要供照明、生活炊事用。要求火焰平稳、光亮而不冒黑烟。产量不大。
沸点范围有180~370℃和350~410℃两类。对石油及其加工产品， 柴油惯上对沸点或沸点范围低的称为轻，相反称为重。故上述前者称为轻柴油，后者称为重柴油。商品柴油按凝固点分级，如10、0、－10、-20等，表示适用的环境温度，柴油广泛用于使用柴油内燃机的车辆（包含火车）、船舰以及柴油锅炉。由于高速柴油机（汽车用）比汽油机省油，柴油需求量增长速度大于汽油，一些小型汽车也改用柴油。对柴油质量要求是燃烧性能和流动性好。燃烧性能用十六烷值表示愈高愈好，大庆原油制成的柴油十六烷值可达68。高速柴油机用的轻柴油十六烷值为42~55，低速的在35以下。
用作锅炉、轮船及工业炉的燃料。商品燃料油用粘度大小区分不同牌号。
指石油醚、190#、200#溶剂油。其中石油醚分30－60度、60－90度、90－120度三种，溶剂油以油品的干点为牌号，分别用于香精、油脂、油漆行业、试剂、橡胶加工、涂料工业做溶剂，或清洗仪器、仪表、机械零件。
从石油制得的润滑油约占总润滑剂产量的95%以上。除润滑性能外，还具有冷却、密封、防腐、绝缘、清洗、传递能量的作用。产量最大的是内燃机油（占40%），其余为齿轮油、液压油、汽轮机油、电器绝缘油、压缩机油、导热油，合计占40%。商品润滑油按粘度分级，负荷大，速度低的机械用高粘度油，反之用低粘度油。炼油装置生产的是采取各种精制工艺制成的基础油，再加多种添加剂，因此具有专用功能，附加产值高。
是润滑剂加稠化剂制成的固体或半流体，用于不宜使用润滑油的轴承、齿轮部位。常见的钙基和锂基两种，钙基脂俗称黄油，用量最大，用途最广，适用于大多数情况下的设备润滑，锂基脂适用于使用温度相对较高的环境。
包括石蜡（占总消耗量的10%）、地蜡、石油脂等，按用途可分为工业级、化装级和食品级三档。石蜡主要做包装材料、化妆品原料及蜡制品，也可做为化工原料产脂肪酸（肥皂原料）。石油沥青主要供道路、建筑用。
用于冶金（钢、铝）、化工（电石）行业做电极。除上述石油商品外，各个炼油装置还得到一些在常温下是气体的产物，总称炼厂气，可直接做燃料或加压液化分出液化石油气，可做原料或化工原料。炼油厂提供的化工原料品种很多，是有机化工产品的原料基地，炼厂按不同的生产目的选用生产工艺。常压下的气态原料主要制乙烯、丙烯、合成氨、氢气、乙炔、碳黑。炼油厂还是苯、甲苯、二甲苯等重要芳烃的提供者。最后应当指出，汽油、航空煤油、柴油中或多或少加有添加剂以改进使用、储存性能。各个炼油装置生产的产物都需按商品标准加入添加剂和不同装置的油进行调和方能作为商品使用。石油添加剂用量少，功效大，属化学合成的精细化工产品，是发展高档产品所必需的，应大力发展。
油用减压阀英汉对照
直接作用式减压阀& Directly acting pressure reducing valve（directacting pressure reducing valve）
&& 利用弹簧膜片（或活塞）结构感应出口压力，直接驱动阀瓣启闭，使出口压力保持稳定的可调式减压阀。
2.1.5& 先导式减压阀& Pilot pressure reducing valve（pilotoperated pressure reducing valve）
&& 利用减压先导阀控制主阀，使主阀出口压力保持稳定的可调式减压阀。
2.1.6& 进口压力& Pressure before valve
&减压阀的阀前工作压力。
2.1.7& 出口压力& Pressure after valve (dynamic pressure after valve)
减压阀阀后的工作压力，一般指有流量通过时的出口压力，即出口动压。
2.1.8& 出口静压& Static pressure after valve
减压阀密封关闭后（无流量通过时）的出口压力。
2.1.9& 流量特性偏差& Deviation of flow characteristic
&&& 减压阀在进口压力相对不变的情况下，流经的流量在设计流量的20%～105%变化时，其出口压力变化的幅度。
2.1.10& 压力特性偏差& Deviation of pressure characteristic
&&& 减压阀在稳定流量情况下，进口压力的在80%～105%变化时，其出口压力变化的幅度。
2.1.11& 出口压力动静压升&DP2&& Pressure raise value from dynamic to static after valve
减压阀在进口压力稳定的情况下，从有流动状态转为关闭状态时，其出口压力的上升值。
&DP2＝P2j－P2。
2.1.12& 动态减压差&DP& Dynamic reduced pressure value
减压阀在进口压力和流量稳定的情况下，其进口压力与出口压力之间的差值。
&DP＝P1－P2。
2.1.13& 减压比B& Ratio of pressure reduction
减压阀的进口压力与出口压力之比，分为动压比和静压比。B＝P1／P2。
2.0.13& 动压比& Bd& Dynamic pressure ratio
给水减压阀有介质流量通过时的减压比，Bd＝P1／P2d。
2.0.14& 静压比& Bj& Static pressure ratio
给水减压阀密封关闭后（无介质流量通过时）的减压比，Bj＝P1／P2j。
2.0.15& 动静压比& K& Pressure ratio of dynamic to static after valve
&&& 在给水减压阀进口压力不变的情况下，有介质流量通过时的出口压力与密封关闭后的出口压力之比。&& K = P2／P2j
油用减压阀符& 号
P1 && 进口压力；
P2&& 出口压力、出口动压；
&DP2Q && 流量特性偏差；
&DP2Y && 压力特性偏差；
P2j && 出口静压；
&DP2 && 出口压力动静压升，&DP2=P2j-P2；
&DP && 动态减压差，&DP=P1-P2；
B && 减压比，B= P1/ P2；
t &&介质温度，
K && 动静压比
&&& 油用减压阀及常用减压阀选用标准：
1、在给定的弹簧压力级范围内，使出口压力在最大值与最小值之间能连续调整，不得有
&& 卡阻和异常振动；
2、对于软密封的减压阀，在规定的时间内不得有渗漏；对于金属密封的减压阀，其渗漏
&& 量应不大于最大流量的0.5%；
3、出口流量变化时,直接作用式的出口压力偏差值不大于20%,先导式不大于 10%；
4、进口压力变化时，直接作用式的出口压力偏差不大于 10%，先导式的不大于5%；
5、通常，减压阀的阀后压力应小于阀前压力的 0.5 倍；
6、减压阀的应用范围很广，在蒸汽、压缩空气、工业用气、水、油和许多其他液体介质
&&& 的设备和管路上均可使用，介质流经减压阀出口处的量，一般用质量流量或体积流量
7、波纹管直接作用式减压阀适用于低压、中小口径的蒸汽介质；
8、薄膜直接作用式减压阀适用于中低压、中小口径的空气、水介质；
9、先导活塞式减压阀，适用于各种压力、各种口径、各种温度的蒸汽、空气和水介质，若用不锈耐酸钢制造，可适用于各种腐蚀性介质；
10、 先导波纹管式减压阀，适用于低压、中小口径的蒸汽、空气等介质；
11、 先导薄膜式减压阀，适用于低压、中压、中小口径的蒸汽或水等介质；
12、 减压阀进口压力的波动应控制在进口压力给定值的 80%～105%，如超过该范围，减
&& 压前期的性能会受影响；
13、 通常减压阀的阀后压力应小于阀前压力的 0.5 倍；
14、 减压阀的每一档弹簧只在一定的出口压力范围内适用，超出范围应更换弹簧；
15、 在介质工作温度比较高的场合，一般选用先导活塞式减压阀或先导波纹管式减压阀；
16、 介质为空气或水（液体）的场合，一般宜选用直接作用薄膜式减压阀或先导薄膜式
&& 减压阀；
17、 介质为蒸汽的场合，宜选用先导活塞式或先导波纹管式减压阀；
18、 为了操作、调整和维修的方便，减压阀一般应安装在水平管道上。
&柴油减压阀静态性能
柴油机气体减压阀,采用阀瓣大端作为压力反馈部件,输出压力在1. 3～1. 5 MPa 内可连续可调. 通过建立考虑非线性因素&&&摩擦力和流体流动作用力的减压阀静态特性数学模型,对影响减压阀压力特性的阀瓣大端直径、弹簧刚度以及阀座倾角进行了仿真研究. 构建了减压阀性能测试装置,并进行了相关试验. 仿真与试验结果表明,考虑非线性因素的仿真模型能较好地预报减压阀静态性能,所研制的减压阀能够满足使用要求.
关键词: 船舶; 柴油机; 减压阀; 静态特性; 非线性因素
Abstract : A kind of gas p ressure reducing valve ( PRV) fit ted by tow2direction for a marine diesel enginewas developed. The valve disc is served as a pressure feedback unit and the delivery pressure can be adjus2ted continuously f rom 1. 3 MPa to 1. 5 MPa. A pressure reducing valve static characteristics mat hematicalmodel was developed by analyzing t he nonlinear factor s &&&f rictional and fluid dynamic forces , and t he in2fluences of several st ruct ure parameter s on static behavior of the valve were also given. Equipment for tes2ting t he static character of the valve was designed and t he several group s of operation condition were test2ed. The result s of the simulation indicate t hat t he model can forecast t he static performances , and t he valvecan meet t he needs completely.
Key words : pressure reducing valve (PRV) ; sta nonlinear factors
　　某型船用柴油机启动空气系统需要研制一种正装、反装均可正常工作的气体减压阀. 其作用是将高压气瓶的压缩空气减压至下游系统所需压力,并在进口压力范围(2. 4～3. 3 MPa) 及相应的流量范围(4～32 kg/ h) 内,能够使出口压力稳定在1. 3～1. 5MPa. 另外,机舱布置要求该阀体积小,质量轻,易于安装. 目前,国内所研究的直动式气体减压阀大多采用单向进气,且结构较复杂,对正、反装均满足系统工作需求的小型中压减压阀未见相关报道.减压阀的静态特性,包括压力特性和流量特性,是衡量一个减压阀工作性能的重要指标. 文献[ 122 ]中对减压阀的静态特性进行了计算机仿真计算和实验研究,但所建模型忽略了流体流动力以及摩擦力影响. 文献[3 ]中虽然提出了对流体流动力及运动部件摩擦力的计算方法,但是忽略了对节流口处控制体受压情况的分析. 本文综合考虑摩擦力、流体流动力等非线性因素,对正向安装状态下的减压阀静态特性,进行了更接近实际工况的仿真计算,研制的气体减压阀结构简单. 通过试验验证,研制的减压阀能够满足某型船用柴油机启动空气系统的性能要求.
1 　减压阀的结构及性能特点
&&&&&&&& 减压阀稳压的原理在于力的平衡作用. 研制的气体减压阀的结构如图1 所示. 它属于常开、单簧活塞式、定值输出的减压阀,由阀体、调节弹簧、O 型密封圈、阀芯等部件组成.
　　调整调节弹簧,使阀芯上作用一定的弹簧预紧力. 打开供气气瓶,给定进口压力p1 ,压缩气体经阀瓣与阀座间的环形节流区域, 减压后进入低压腔并建立出口压力p2 , 同时输出额定流量. 低压腔内的p2 反馈至阀瓣大端,卸掉进口压力作用在阀芯运动件上的不平衡力,这有助于改善单簧式减压阀的精度调节性能.
&&&&&& 随着气体不断消耗,气瓶压力降低,如果阀芯开度不变,则p2 将随之降低, 作用在阀瓣大端的力就相应减小,使得阀芯开度增大, p2 升高,从而使减压阀系统稳定在新的平衡点, 保持p2 稳定. 当出口下游流量增大,则从减压阀流出的流量大于流入减压阀的流量, p2 将会降低, 作用在阀瓣上的力相应减小,结果使阀芯开度增大, p2 随之升高, 保持p2 稳定在调整值附近.2 　减压阀静态性能计算数学模型
2. 1 　模型假设
气体减压阀系统是一个典型的非线性系统,其气体流动状态是一个变质量系统的热力学过程,很难进行直接计算[4 ] . 因此,建模时进行如下的简化约定:
(1) 工作气体视为理想气体,气体在节流口等处的流动为定常绝热流动;
(2) 各腔内的温度场和压力场均匀分布,阀体的换热性能良好,各腔体的温度与环境温度相同;
(3) 不计密封比压,即密封不良造成的气体泄漏量不予考虑;
(4) 气体黏度小,忽略控制截面处的黏性阻力;
(5) 不考虑引力场的影响,忽略试验各管段的压力损失.
2. 2 　基本方程
2. 2. 1 　阀瓣节流口流量方程　
气体在阀瓣节流口的流动视为气体等熵通过收缩喷嘴的过程,根据气体等熵通过收缩喷嘴的质量流量公式[5 ] :式中:Cd1为节流口流量系数; k 为比热容比; p0 为滞止压力; T0 为滞止温度; Rg 为气体常数; M0 为临界压比; A2 为阀瓣节流口通流截面积,其计算公式为A2 =&dm x&sin&, 　0 & x&& H0其中: , dm = ( d3 + d&3 ) / 2 为圆锥阀座平均直径; d3 、d&3 分别为阀座上、下端直径; x&= H0 - x 为稳定状态时阀瓣距阀座的垂向高度, H0 为阀瓣距阀座的垂向初始高度, x 为阀芯的升高量;&为锥形阀瓣的半锥角.
2. 2. 2 　连续性方程　
根据质量守恒定律,在稳定工况下,减压阀内的任意2 个变流截面a 和b 之间的连续性方程为qma = qmb ,即&a uaA a =&bubA b = const (2)式中:&为气体的密度; u 为流道截面上的平均速度;A 为流道的截面积.
2. 2. 3 　能量守恒方程　减压阀稳定工作时,在距节
试验介质为压缩空气. 试验时,调整调节阀2 使试验装置保持减压阀工作的最大流量,并调整调节阀1 使减压阀进口压力由2. 4 MPa 逐渐升高至3. 2MPa ,测得不同状态下减压阀的流量特性值;调整调节阀1 使减压阀进口压力保持在3. 0 MPa ,调整调节阀2 使试验装置的流量值从微流量逐渐增大到最大流量,测得不同状态下减压阀的压力特性值.仿真结果与试验数据对比如表2 和3 所示.
4 　结　语
通过分析某型减压阀的设计要求,建立了减压阀的静态特性数学模型. 仿真与试验结果表明:该型减压阀结构简单,体积小巧,能满足正、反向安装使用的特殊要求;建立的减压阀静态特性仿真模型正确,可应用到该型减压阀的设计优化,并可应用到其他类似阀门产品的建模和仿真中;减压阀弹簧刚度、阀座锥角以及反馈部件阀瓣大端的结构尺寸对减压阀性能影响较大,通过调整参数可获取不同的压力特性.
公称压力（MPa）
壳化试验压力（MPa）
密封试验压力（MPa）
最高进口压力（MPa）
出口压力范围（MPa）
压力特性偏差（MPa）△P2P
流量特性偏差（MPa）△P2G
最小压差（MPa）
油用减压阀流量系数（Cv）
油用减压阀主要零件材料
阀体阀盖底盖
2Cr13/铜合金
导阀座导阀杆
1Cr18Ni9Ti
导阀主弹簧
油用减压阀外形尺寸（PN1.6-4.0）单位：mm
1.6/2.5MPa
外形尺寸（PN6.4-16.0） 单位：mm
10.0/16.0MPa
安装说明：
①为了操作和维护方便，该氮气减压阀一般直立安装在水平管道上，横向安装须特别说明。
②安装时应注意使管路中介质的流向与氮气减压阀休上所示箭头的方向一致。
③为了防止水用减压阀后压力超压，应在离阀出口不少于4M处安装一个安全阀。
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