CN110579252A - 一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，用于燃气轮机、航空发动机燃油泵调节器中的燃油计量，具体为采用步进电机驱动旋转式计量活门动作，改变计量活门周向形孔的遮蔽面积，实现经过计量活门燃油流量的计量。该装置结构新颖、简单、容易加工和装配、控制简单灵活、可靠性高。所述计量活门采用周向形孔设计、径向进出油设计和平衡回油路设计，可以消除活门阀芯的轴向力，有效减小阀芯的运动阻力矩，降低活门卡滞风险，提高计量活门的动态响应特性和可靠性；该方案利用步进电机的保持转矩锁住计量活门阀芯的角相位置，能够抵抗机械振动、活门液动力、电机电流波动等外界扰动对活门控制的干扰，大幅提高燃油计量装置的鲁棒性和可靠性。

Description

一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置

技术领域

本发明涉及一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，用于燃气轮机、航空发动机燃油泵调节器中的燃油计量，具体为采用步进电机驱动旋转式计量活门动作，改变计量活门周向形孔的遮蔽面积，实现经过计量活门燃油流量的计量。

背景技术

燃油计量装置是燃气轮机及航空发动机燃油控制***和燃油泵调节器中的核心元件，发动机通过燃油计量装置实现供给发动机燃烧室等各条油路油量的精准计量和控制，其计量精度、分辨度、一致性、稳态和动态特性、可靠性等特性的优劣直接决定了整台发动机燃油控制的稳定性、动态特性和可靠性。

为了满足发动机燃油控制的稳态和动态特性的高要求，其燃油计量装置的位置控制精度通常要达到微米级，且控制时间常数要达到毫秒级，传统的设计方案大多采用电液伺服阀、力矩马达、直流无刷电机或快速阀伺服驱动滑阀式计量活门动作，通过LVDT或RVDT反馈计量活门阀芯的位置形成小闭环控制实现燃油流量的计量。这种方案***结构复杂，对加工和装配的精度要求极高，为了满足***的动态特性要求，该方案不可避免的使用小孔结构敏感元件，对***的清洁度要求极高，滑阀运动阻力大，磨损严重，可靠性不易保证；另一方面，由于引入小闭环控制，***的鲁棒性不高，抵抗机械振动、阀门液动力、电流波动、电磁干扰等外界环境扰动的能力差，***稳定性不易保证。因此，迫切需要提出一种更优的燃油计量方案，在保证计量精度和动态特性的同时，提高燃油计量***的鲁棒性和可靠性。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明提供了一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，旨在简化燃油计量装置的复杂结构，取消小孔结构，降低运动元件的阻力和磨损，提高燃油计量***抵抗机械振动、阀门液动力、电流波动、电磁干扰等外界环境扰动的能力，继而提高燃油计量***的鲁棒性和可靠性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，包括步进电机和计量活门组件，所述计量活门组件包括计量活门壳体、计量活门限位器、计量活门阀芯、计量活门阀套、计量活门动密封盖、计量活门后端盖，所述计量活门壳体整体为一两端开口的中空筒状部件，所述计量活门阀芯、计量活门阀套设置在所述计量活门壳体内，所述计量活门壳体的前端开口的内壁上至少形成一台阶面，所述计量活门动密封盖固定设置在所述台阶面上，所述计量活门后端盖固定设置在所述计量活门壳体的后端开口上，其特征在于，

所述计量活门阀芯包括主体部以及位于其前端的第一级轴肩和第二级轴肩，其中，所述第一级轴肩位于所述计量活门动密封盖的中心孔处且二者之间设有动密封部件，所述第二级轴肩位于所述第一级轴肩的外侧，所述计量活门限位器设置在所述第二级轴肩上，且所述第二级轴肩的前端与所述步进电机传动连接，所述计量活门限位器用以限制所述计量活门阀芯的旋转运动区间；

所述计量活门阀套同轴插装固定在所述计量活门壳体的中空筒状内壁上，且所述计量活门阀套同轴套设在所述计量活门阀芯的主体部的外表面，且所述计量活门阀芯相对于所述计量活门阀套可旋转；其中，

所述计量活门壳体的中空筒状内壁上设有一位于第一轴向位置的进油环形油腔和一位于第二轴向位置的出油环形油腔，所述计量活门壳体上设有一与所述进油环形油腔连通的壳体进油油路和一与所述出油环形油腔连通的壳体出油油路；

所述计量活门阀套的外壁上设有一位于所述第一轴向位置的第一阀套环形凹槽，所述第一阀套环形凹槽的底部设有沿周向延伸的阀套进油形孔；所述计量活门阀套的内壁上设有一位于所述第二轴向位置的第二阀套环形凹槽，所述第二阀套环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀套出油孔；

所述计量活门阀芯的主体部内设有一阀芯中空腔体，所述阀芯中空腔体的后端设有一堵头进行封堵；所述计量活门阀芯的主体部上设有一位于所述第一轴向位置并沿周向延伸的阀芯扇形窗口，所述计量活门阀芯的主体部的外壁上设有一位于所述第二轴向位置的阀芯环形凹槽，所述阀芯环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀芯出油孔，且所述阀芯扇形窗口、各所述阀芯出油孔均与所述阀芯中空腔体连通；

所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口相互配合，在二者未重叠的部分形成燃油计量通孔，且所述燃油计量通孔的通流面积随着所述计量活门阀芯的转动而改变；

高压燃油沿径向从所述壳体进油油路的进口P进入所述进油环形油腔，并穿过由所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口形成的燃油计量通孔后沿径向流入所述阀芯中空腔体，计量后燃油依次通过各所述阀芯出油孔、阀套出油孔进入所述出油环形油腔，之后沿径向从所述壳体出油油路的出口T流出。

优选地，所述步进电机为单线圈单余度步进电机、双线圈双余度步进电机或者带减速输出的步进电机。根据燃油计量装置的分辨度和可靠性指标要求，使用带减速输出的步进电机或者步进电机步距细分控制可进一步提高燃油计量的精度和分辨度，采用双线圈双余度步进电机可进一步提高电控***的可靠性。

优选地，所述计量活门限位器，包括一限位器套筒部、一限位器上臂、一限位器下臂、一计量活门最小开度限位调整钉、一计量活门最大开度限位调整钉，其中，所述限位器套筒部的中心孔固定套设在所述计量活门阀芯的第二级轴肩上；所述限位器上臂、限位器下臂周向呈一定角度地布置在所述限位器套筒部的外周壁上；所述计量活门动密封盖的轴向外端面的外边缘处沿轴向向外延伸形成一圆弧形凸块，所述圆弧形凸块整***于所述计量活门壳体的前端开口内，且所述计量活门壳体的前端开口的外壁上设有一上限位钉安装孔和一下限位钉安装孔，所述圆弧形凸块的上下两端分别开设一过孔，所述计量活门最小开度限位调整钉依次穿过所述上限位钉安装孔、所述圆弧形凸块的上端过孔后长度可调地安装在所述计量活门壳体上，所述计量活门最大开度限位调整钉依次穿过所述下限位钉安装孔、所述圆弧形凸块的下端过孔后长度可调地安装在所述计量活门壳体上，通过调节所述计量活门最小开度限位调整钉、计量活门最大开度限位调整钉的伸出长度，调整所述限位器上臂、限位器下臂的运动极限位置，继而限制整个所述计量活门阀芯的旋转运动区间。由于步进电机直接带动计量活门阀芯和计量活门限位器共同旋转，通过对称布置的计量活门最小开度限位调整钉、计量活门最大开度限位调整钉限制计量活门限位器和计量活门阀芯的初始角相位置和最大旋转角度，进而限制计量活门的最小开度和最大开度。

进一步地，所述限位器上臂、限位器下臂与所述限位器套筒部一体成型，且所述限位器上臂、限位器下臂的中心处分别设有一沿所述限位器套筒部的径向延伸的长孔，每一所述长孔延伸至与所述限位器套筒部的中心孔连通，每一所述长孔中分别设置一紧固螺钉，所述限位器套筒部借助两所述紧固螺钉紧固设置在所述计量活门阀芯的第二级轴肩上。

本发明的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置中，所述步进电机直接连接所述计量活门阀芯，所述步进电机直接带动所述计量活门阀芯和所述计量活门限位器上臂、限位器下臂共同旋转，通过对称布置的计量活门最小开度限位调整钉、计量活门最大开度限位调整钉限制所述计量活门限位器上臂、限位器下臂及所述计量活门阀芯的初始角相位置和最大旋转角度。

优选地，所述计量活门阀芯的第一级轴肩与所述计量活门动密封盖的中心孔之间的动密封部件为动密封格莱圈，所述计量活门动密封盖与所述计量活门壳体的前端开口内壁上的台阶面之间设有O型密封圈进行静密封。

优选地，所述计量活门阀芯后端的堵头的末端可旋转地支撑在所述计量活门后端盖中心处的支撑孔中，且二者之间设有动密封格莱圈；所述计量活门后端盖通过紧固件固定设置在所述计量活门壳体的后端开口上，且二者之间设有O型密封圈进行静密封。

优选地，所述计量活门阀套在轴向上的长度与所述计量活门阀芯的主体部基本相同。

优选地，所述计量活门壳体与计量活门阀套之间沿轴向设有若干道径向O型密封圈进行密封。

优选地，所述计量活门阀套的轴向和角相位置，通过一***所述计量活门壳体和计量活门阀套的阀套径向定位销进行限制。所述计量活门阀套采用插装式设计，其轴向和角相位置通过***所述计量活门壳体和所述计量活门阀套的径向定位销限制。

本发明的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置中，沿所述计量活门阀套周向开设阀套进油形孔，沿所述计量活门阀芯周向开设阀芯扇形窗口，沿所述计量活门阀套和所述计量活门阀芯径向开设出油孔，所述计量活门阀芯端部采用堵头封堵。所述计量活门壳体开通进油油路和进油环形油腔，与所述计量活门阀套进油口接通。所述计量活门壳体开通出油油路和出油环形油腔，与所述计量活门阀套出油口接通。进入进油油路的高压燃油通过所述计量活门阀套上的形孔和所述计量活门阀芯上的扇形窗口沿径向流入所述计量活门阀芯内部，计量后燃油通过所述计量活门阀芯和所述计量活门阀套上的出油窗口沿径向从计量活门出油口流出。

优选地，所述计量活门阀套的前后两端与所述计量活门壳体之间的空间分别形成为前端漏油腔、后端漏油腔，所述计量活门阀芯的前后两端与计量活门阀套之间泄漏的燃油分别进入所述前端漏油腔、后端漏油腔；所述计量活门壳体的壁面上开通有沿轴向延伸并对称布置的前端回油通道、后端回油通道，所述计量活门壳体的壁面上还开设一径向延伸的计量活门回油口，所述前端回油通道、后端回油通道的进口分别与所述前端漏油腔、后端漏油腔连通，所述前端回油通道、后端回油通道的出口均与所述计量活门回油口的进口连通，所述计量活门回油口的出口与外界连通。所述前端回油通道、后端回油通道形成为平衡回油路，通过分别与所述前端漏油腔、后端漏油腔连通，从而消除所述计量活门阀芯两端压差产生的轴向力。

进一步地，所述壳体进油油路的进口P与燃油泵的出口连通，高压燃油沿径向从所述壳体进油油路进入所述进油环形油腔，所述计量活门回油口的出口B与所述燃油泵的进口连通。

本发明的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置中，所述计量活门组件采用平衡回油路设计，在所述计量活门壳体上开通对称油路，将所述计量活门阀芯两侧的油腔与所述计量活门回油路接通，从而消除了所述计量活门阀芯两侧压差产生的轴向力，在所述计量活门阀芯两侧布置所述计量活门动密封组件和所述计量活门端盖组件，通过其上安装的格莱圈进行动密封。

优选地，所述阀套进油形孔在周向上的投影整体呈楔形孔，所述楔形孔周向的一端轴向宽度最小，另一端轴向宽度最大。本发明的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，通过所述步进电机的前进和后退的步数控制所述计量活门阀芯的旋转角度，进而改变所述计量活门阀套形孔与所述计量活门阀芯扇形窗口共同形成的通流面积，实现燃油流量的计量，计量活门形孔开度面积的控制不受电机电流和电压变化的影响。该装置能够利用所述步进电机的保持转矩锁住所述计量活门阀芯的角相位置，能够抵抗机械振动、活门液动力、电机电流波动、电磁干扰等外界扰动对活门控制的干扰。

本发明的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其工作原理为：

所述燃油计量装置配合燃油泵调节器中的燃油泵和等压差活门组件共同完成提供发动机燃油流量的计量。燃油泵提供高压燃油油源，等压差活门组件保证所述计量活门进口和出口燃油压差近似为恒定值，根据节流孔流量公式可知：

式中：

Q：通过计量活门流量；

C_d：计量活门形孔的流量系数；

A：计量活门形孔的开度面积；

△P：流量为Q时，计量活门形孔进出口压差；

ρ：燃油的密度；

由上述公式分析可知，对于一套特定的燃油计量装置和使用工况，通过计量活门的燃油流量与计量活门形孔开度面积存在一一对应关系，因此，通过步进电机的前进和后退的步数控制计量活门阀芯的旋转角度，进而改变计量活门形孔开度面积，可以实现经过计量活门的燃油流量计量功能。

本发明与现有技术相比所具有的优点：

1)本发明取消了小孔敏感元件和计量活门位置传感器，简化了燃油计量装置的复杂结构，降低了计量活门卡滞的风险，由于取消了计量活门的位置反馈小闭环，大大简化了燃油控制***的设计，降低了***故障概率，提高了可靠性。

2)本发明采用旋转式计量活门结构替代滑阀式计量活门，可降低阀芯的运动阻尼和卡滞风险，同时采用平衡回油路设计，消除了阀芯两侧压差产生的轴向力，进一步降低了阀芯的运动阻尼，结构灵活，可靠性高。

3)本发明利用步进电机的保持转矩锁住计量活门阀芯的角相位置，能够抵抗机械振动、活门液动力、电机电流波动、电磁干扰等外界扰动对活门控制的干扰。

4)本发明利用步进电机前进和后退的步数控制计量活门阀芯的旋转角度，控制参数不受电机电流和电压变化的影响，降低了对电控***的电流、电压的控制精度要求，大幅提升了***的鲁棒性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的主视图剖视结构示意图；

图2是本发明的计量活门限位器截面剖视图；

图3是本发明的计量活门内部结构三维装配示意图；

图4是本发明的计量活门阀套结构三维示意图；

图5是本发明的计量活门阀芯结构三维示意图；

图6是本发明的计量活门形孔截面剖视图；

图中：

1-步进电机，2-计量活门壳体，3-计量活门限位器，4-计量活门动密封盖，5-计量活门阀芯，6-计量活门阀套，7-阀套径向定位销，8-堵头，9-计量活门后端盖，21-壳体进油油路，22-进油环形油腔，23-壳体出油油路，24-出油环形油腔，25-后端漏油腔，26-前端漏油腔，27-后端回油通道，28-前端回油通道，29-计量活门回油口，30-限位器套筒，31-计量活门最小开度限位调整钉，32-计量活门最大开度限位调整钉，33-紧固螺钉，34-限位器上臂，35-限位器下臂，40-圆弧形凸块，41-O型密封圈，42-格莱圈，51-阀芯进油窗口，52-阀芯出油孔，61-O型密封圈，62-阀套进油形孔，63-阀套出油孔，91-格莱圈，92-O型密封圈，93-端盖固定螺钉。

具体实施方式

为使本发明的技术方案、实施方式和所具优势更加清楚详细，下面结合所属示意图，并列出具体施例，对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明提出的一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置的主视图剖视机构示意图，其组成包括步进电机1和计量活门组件。计量活门组件包括计量活门壳体2、计量活门限位器3、计量活门阀芯5、计量活门阀套6、计量活门动密封盖4、计量活门后端盖9。计量活门壳体2整体为一两端开口的中空筒状部件，计量活门阀芯5、计量活门阀套6设置在计量活门壳体2内，计量活门壳体2的前端开口的内壁上至少形成一台阶面，计量活门动密封盖4固定设置在台阶面上，计量活门后端盖9固定设置在计量活门壳体2的后端开口上。计量活门阀芯5包括主体部以及位于其前端的第一级轴肩和第二级轴肩，其中，第一级轴肩位于计量活门动密封盖4的中心孔处且二者之间设有动密封部件，第二级轴肩位于第一级轴肩的外侧，计量活门限位器3设置在第二级轴肩上，且第二级轴肩的前端与步进电机1传动连接，计量活门限位器3用以限制计量活门阀芯5的旋转运动区间。

计量活门阀套6同轴插装固定在计量活门壳体2的中空筒状内壁上，且计量活门阀套6同轴套设在计量活门阀芯5的主体部的外表面，且计量活门阀芯5相对于计量活门阀套6可旋转；其中，计量活门壳体2的中空筒状内壁上设有一位于第一轴向位置的进油环形油腔22和一位于第二轴向位置的出油环形油腔24，计量活门壳体2上设有一与进油环形油腔22连通的壳体进油油路21和一与出油环形油腔24连通的壳体出油油路23；计量活门阀套6的外壁上设有一位于第一轴向位置的第一阀套环形凹槽，第一阀套环形凹槽的底部设有沿周向延伸的阀套进油形孔62；计量活门阀套6的内壁上设有一位于第二轴向位置的第二阀套环形凹槽，第二阀套环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀套出油孔63；计量活门阀芯5的主体部内设有一阀芯中空腔体，阀芯中空腔体的末端设有一堵头8进行封堵；计量活门阀芯5的主体部上设有一位于第一轴向位置并沿周向延伸的阀芯扇形窗口51，计量活门阀芯5的主体部的外壁上设有一位于第二轴向位置的阀芯环形凹槽，阀芯环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀芯出油孔52，且阀芯扇形窗口51、各阀芯出油孔52均与阀芯中空腔体连通；阀套进油形孔62与阀芯扇形窗口51相互配合，在二者未重叠的部分形成燃油计量通孔，且燃油计量通孔的通流面积随着计量活门阀芯5的转动而改变；高压燃油沿径向从壳体进油油路21的进口P进入进油环形油腔22，并穿过由阀套进油形孔62与阀芯扇形窗口51形成的燃油计量通孔后沿径向流入阀芯中空腔体，计量后燃油依次通过各阀芯出油孔52、阀套出油孔63进入出油环形油腔24，之后沿径向从壳体出油油路23的出口T流出。

步进电机1直接连接计量活门组件，步进电机1为单线圈单余度步进电机、双线圈双余度步进电机或者带减速输出的步进电机。根据燃油计量装置的分辨度和可靠性指标要求，使用带减速输出的步进电机或者步进电机步距细分控制可进一步提高燃油计量的精度和分辨度，采用双线圈双余度步进电机可进一步提高电控***的可靠性。

结合图1～3，计量活门限位器3，包括一限位器套筒部30、一限位器上臂34、一限位器下臂35、一计量活门最小开度限位调整钉31、一计量活门最大开度限位调整钉32，其中，限位器套筒部30的中心孔固定套设在计量活门阀芯5的第二级轴肩上；限位器上臂34、限位器下臂35周向呈一定角度地布置在限位器套筒部30的外周壁上；计量活门动密封盖4的轴向外端面的外边缘处沿轴向向外延伸形成一圆弧形凸块41，圆弧形凸块41整***于计量活门壳体2的前端开口内，且计量活门壳体2的前端开口的外壁上设有一上限位钉安装孔和一下限位钉安装孔，圆弧形凸块41的上下两端分别开设一过孔，计量活门最小开度限位调整钉31依次穿过上限位钉安装孔、圆弧形凸块41的上端过孔后长度可调地安装在计量活门壳体2上，计量活门最大开度限位调整钉32依次穿过下限位钉安装孔、圆弧形凸块41的下端过孔后长度可调地安装在计量活门壳体2上，通过调节计量活门最小开度限位调整钉31、计量活门最大开度限位调整钉32的伸出长度，调整限位器上臂34、限位器下臂35的运动极限位置，继而限制整个计量活门阀芯5的旋转运动区间。由于步进电机1直接带动计量活门阀芯5和计量活门限位器3共同旋转，通过对称布置的计量活门最小开度限位调整钉31、计量活门最大开度限位调整钉32限制计量活门限位器3和计量活门阀芯5的初始角相位置和最大旋转角度，进而限制计量活门的最小开度和最大开度。

限位器上臂34、限位器下臂35与限位器套筒部30一体成型，且限位器上臂34、限位器下臂35的中心处分别设有一沿限位器套筒部30的径向延伸的长孔，每一长孔延伸至与限位器套筒部30的中心孔连通，每一长孔中分别设置一紧固螺钉33，限位器套筒部30借助两紧固螺钉33紧固设置在计量活门阀芯5的第二级轴肩上。

图2是限位器处截面剖视图，展示了限位器的工作原理，计量活门最小开度限位调整钉31、计量活门最大开度限位调整钉32通过螺纹与计量活门壳体2连接，并穿过计量活门动密封盖4上的半圆形凸块40，通过调节计量活门最小开度限位螺钉31、计量活门最大开度限位调整钉32的伸出长度，调整限位器上臂34和限位器下臂35的运动极限位置，继而限制整个活门转动元件的运动区间。

如图1所示，计量活门阀套6在轴向上的长度与计量活门阀芯5的主体部基本相同。计量活门阀套6采用插装式设计，其轴向和角相位置通过***计量活门壳体2和计量活门阀套6的阀套径向定位销7限制。计量活门壳体2和计量活门阀套6之间采用径向O型密封圈61进行密封。

图3是本发明的计量活门内部结构三维装配示意图，图4、图5分别是计量活门阀套6和计量活门阀芯5结构三维示意图。计量活门阀套6沿周向开设阀套进油形孔62，计量活门阀芯5沿周向开设阀芯扇形窗口51，计量活门阀套6和计量活门阀芯5沿径向开设阀套出油孔63、阀芯出油孔52，计量活门阀芯5端部采用带螺纹的堵头8封堵。计量活门壳体2开通壳体进油油路21和进油环形油腔22，与阀套进油形孔62接通。计量活门壳体2开通壳体出油油路23和出油环形油腔24，与阀套出油孔63接通。来自燃油泵的高压燃油从壳体进油油路21的P口进入计量活门组件，通过阀套进油形孔62和阀芯扇形窗口51沿径向流入计量活门阀芯5内部，计量后燃油通过计量活门阀芯5和计量活门阀套上6的阀芯出油孔52、阀套出油孔63沿径向从壳体出油油路23的出口T口流出。

计量活门阀套6的前后两端与计量活门壳体2之间的空间分别形成为前端漏油腔26、后端漏油腔25，计量活门阀芯5的前后两端与计量活门阀套6之间泄漏的燃油分别进入前端漏油腔26、后端漏油腔25；计量活门壳体2的壁面上开通有沿轴向延伸并对称布置的前端回油通道28、后端回油通道27，计量活门壳体2的壁面上还开设一径向延伸的计量活门回油通道29，前端回油通道28、后端回油通道27的进口分别与前端漏油腔26、后端漏油腔25连通，前端回油通道28、后端回油通道27的出口均与计量活门回油通道29的进口连通，计量活门回油通道29的出口与外界连通。前端回油通道28、后端回油通道27形成为平衡回油路，通过分别与前端漏油腔26、后端漏油腔25连通，从而消除计量活门阀芯两端压差产生的轴向力。壳体进油油路21的进口P与燃油泵的出口连通，高压燃油沿径向从壳体进油油路21进入进油环形油腔22，计量活门回油口29的出口B与燃油泵的进口连通。

本发明的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置中，计量活门组件通过采用平衡回油路设计，在计量活门壳体2上开通前端回油通道28、后端回油通道27，将计量活门阀芯的前端漏油腔26、后端漏油腔25与计量活门回油口29接通，从而消除计量活门阀芯两侧压差产生的轴向力。

为保证密封性，计量活门阀芯5的第一级轴肩与计量活门动密封盖4的中心孔之间的动密封部件为动密封格莱圈42，计量活门动密封盖4与计量活门壳体2的前端开口内壁上的台阶面之间设有O型密封圈41进行静密封。计量活门阀芯5后端的堵头8的末端可旋转地支撑在计量活门后端盖9中心处的支撑孔中，且二者之间设有动密封格莱圈91；计量活门后端盖9通过紧固件固定设置在计量活门壳体2的后端开口上，且二者之间设有O型密封圈92进行静密封。计量活门壳体2与计量活门阀套6之间沿轴向设有若干道径向O型密封圈61进行密封。

图6是计量活门形孔截面剖视图，阀套进油形孔62在周向上的投影整体呈楔形孔，楔形孔周向的一端轴向宽度最小，另一端轴向宽度最大。通过步进电机1驱动计量活门阀芯5转动，从而改变阀套进油形孔62和阀芯进油扇形窗口62共同形成的通流面积，进而实现燃油流量的计量。

以上所述方案仅为本发明的优选实施方式而已，对于本技术领域的其他人员来说，在不脱离本技术方案和原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰优化，这些改进和润饰等均应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，包括步进电机和计量活门组件，所述计量活门组件包括计量活门壳体、计量活门限位器、计量活门阀芯、计量活门阀套、计量活门动密封盖、计量活门后端盖，所述计量活门壳体整体为一两端开口的中空筒状部件，所述计量活门阀芯、计量活门阀套设置在所述计量活门壳体内，所述计量活门壳体的前端开口的内壁上至少形成一台阶面，所述计量活门动密封盖固定设置在所述台阶面上，所述计量活门后端盖固定设置在所述计量活门壳体的后端开口上，其特征在于，

所述计量活门阀芯包括主体部以及位于其前端的第一级轴肩和第二级轴肩，其中，所述第一级轴肩位于所述计量活门动密封盖的中心孔处且二者之间设有动密封部件，所述第二级轴肩位于所述第一级轴肩的外侧，所述计量活门限位器设置在所述第二级轴肩上，且所述第二级轴肩的前端与所述步进电机传动连接，所述计量活门限位器用以限制所述计量活门阀芯的旋转运动区间；

所述计量活门阀套同轴插装固定在所述计量活门壳体的中空筒状内壁上，且所述计量活门阀套同轴套设在所述计量活门阀芯的主体部的外表面，且所述计量活门阀芯相对于所述计量活门阀套可旋转；其中，

所述计量活门壳体的中空筒状内壁上设有一位于第一轴向位置的进油环形油腔和一位于第二轴向位置的出油环形油腔，所述计量活门壳体上设有一与所述进油环形油腔连通的壳体进油油路和一与所述出油环形油腔连通的壳体出油油路；

所述计量活门阀套的外壁上设有一位于所述第一轴向位置的第一阀套环形凹槽，所述第一阀套环形凹槽的底部设有沿周向延伸的阀套进油形孔；所述计量活门阀套的内壁上设有一位于所述第二轴向位置的第二阀套环形凹槽，所述第二阀套环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀套出油孔；

所述计量活门阀芯的主体部内设有一阀芯中空腔体，所述阀芯中空腔体的后端设有一堵头进行封堵；所述计量活门阀芯的主体部上设有一位于所述第一轴向位置并沿周向延伸的阀芯扇形窗口，所述计量活门阀芯的主体部的外壁上设有一位于所述第二轴向位置的阀芯环形凹槽，所述阀芯环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀芯出油孔，且所述阀芯扇形窗口、各所述阀芯出油孔均与所述阀芯中空腔体连通；

所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口相互配合，在二者未重叠的部分形成燃油计量通孔，且所述燃油计量通孔的通流面积随着所述计量活门阀芯的转动而改变；

高压燃油沿径向从所述壳体进油油路的进口P进入所述进油环形油腔，并穿过由所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口形成的燃油计量通孔后沿径向流入所述阀芯中空腔体，计量后燃油依次通过各所述阀芯出油孔、阀套出油孔进入所述出油环形油腔，之后沿径向从所述壳体出油油路的出口T流出。

2.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述步进电机为单线圈单余度步进电机、双线圈双余度步进电机或者带减速输出的步进电机。

3.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述计量活门限位器，包括一限位器套筒部、一限位器上臂、一限位器下臂、一计量活门最小开度限位调整钉、一计量活门最大开度限位调整钉，其中，所述限位器套筒部的中心孔固定套设在所述计量活门阀芯的第二级轴肩上；所述限位器上臂、限位器下臂周向呈一定角度地布置在所述限位器套筒部的外周壁上；所述计量活门动密封盖的轴向外端面的外边缘处沿轴向向外延伸形成一圆弧形凸块，所述圆弧形凸块整***于所述计量活门壳体的前端开口内，且所述计量活门壳体的前端开口的外壁上设有一上限位钉安装孔和一下限位钉安装孔，所述圆弧形凸块的上下两端分别开设一过孔，所述计量活门最小开度限位调整钉依次穿过所述上限位钉安装孔、所述圆弧形凸块的上端过孔后长度可调地安装在所述计量活门壳体上，所述计量活门最大开度限位调整钉依次穿过所述下限位钉安装孔、所述圆弧形凸块的下端过孔后长度可调地安装在所述计量活门壳体上，通过调节所述计量活门最小开度限位调整钉、计量活门最大开度限位调整钉的伸出长度，调整所述限位器上臂、限位器下臂的运动极限位置，继而限制整个所述计量活门阀芯的旋转运动区间。

4.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述限位器上臂、限位器下臂与所述限位器套筒部一体成型，且所述限位器上臂、限位器下臂的中心处分别设有一沿所述限位器套筒部的径向延伸的长孔，每一所述长孔延伸至与所述限位器套筒部的中心孔连通，每一所述长孔中分别设置一紧固螺钉，所述限位器套筒部借助两所述紧固螺钉紧固设置在所述计量活门阀芯的第二级轴肩上。

5.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述计量活门阀芯的第一级轴肩与所述计量活门动密封盖的中心孔之间的动密封部件为动密封格莱圈，所述计量活门动密封盖与所述计量活门壳体的前端开口内壁上的台阶面之间设有O型密封圈进行静密封。

6.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述计量活门阀芯后端的堵头的末端可旋转地支撑在所述计量活门后端盖中心处的支撑孔中，且二者之间设有动密封格莱圈；所述计量活门后端盖通过紧固件固定设置在所述计量活门壳体的后端开口上，且二者之间设有O型密封圈进行静密封。

7.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述计量活门阀套在轴向上的长度与所述计量活门阀芯的主体部基本相同。

8.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述计量活门壳体与计量活门阀套之间沿轴向设有若干道径向O型密封圈进行密封。

9.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述计量活门阀套的轴向和角相位置，通过一***所述计量活门壳体和计量活门阀套的阀套径向定位销进行限制。

10.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述计量活门阀套的前后两端与所述计量活门壳体之间的空间分别形成为前端漏油腔、后端漏油腔，所述计量活门阀芯的前后两端与计量活门阀套之间泄漏的燃油分别进入所述前端漏油腔、后端漏油腔；所述计量活门壳体的壁面上开通有沿轴向延伸并对称布置的前端回油通道、后端回油通道，所述计量活门壳体的壁面上还开设一径向延伸的计量活门回油口，所述前端回油通道、后端回油通道的进口分别与所述前端漏油腔、后端漏油腔连通，所述前端回油通道、后端回油通道的出口均与所述计量活门回油口的进口连通，所述计量活门回油口的出口与外界连通。

11.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述壳体进油油路的进口P与燃油泵的出口连通，高压燃油沿径向从所述壳体进油油路进入所述进油环形油腔，所述计量活门回油口的出口B与所述燃油泵的进口连通。

12.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述阀套进油形孔在周向上的投影整体呈楔形孔，所述楔形孔周向的一端轴向宽度最小，另一端轴向宽度最大。