CN101415978A - 限压装置 - Google Patents

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Abstract

用于限制高压回路(9)中的流体压力的装置，包括具有连通孔(8)的阀(2)，该连通孔位于所述上游高压回路(9)和下游低压排放回路之间，所述孔(8)有用于移动关闭件(5)的下游座(11)，该移动关闭件通过复位弹簧(4)保持与所述座(11)的接触，直到在高压回路(9)中超过预设压力阈值P2。该关闭件(5)包括位于其端部的直接延长部分的部分(6)，该部分与座(11)相接触，该部分的截面大于流体连通孔(8)，并且该部分在阀(2)的阀体的腔(7)中滑动，具有防止高压回路(9)与低压回路之间的渗漏的最小间隙，直到所述滑动部分(6)在压力增加的作用下从腔(7)中被推出。关闭件(5)的所述滑动部分(6)还保持在其轴向位置上，并且相对于推动元件(3)具有径向游隙移动，复位弹簧(4)支撑在推动元件的反面上，该推动元件在套(1)中滑动，阀(2)的阀体固定在该套上。该装置在关闭件(5)的下游配备至少一个流体泄放孔(10，10′)，以便当关闭件的滑动部分(6)位于腔(7)之外时，允许流体排放。

Description

限压装置
构成本申请主题的发明涉及一种限制高压回路中流体压力的装置，当压力达到预设的阈值时，该装置允许所述流体排出。例如，该装置可以用于机动车辆发动机的共轨燃料喷射系统，以便在回路的其中一个构件出现故障时限制压力。
因此，这是一种保护性构件，其使得有可能在压力达到与组件的正确运行不相容的水平时保证系统构件的完整性。在下文中，为了说明的目的，还会用到上述实例。事实上，这样的装置承受着共轨内的压力，该压力是喷射到发动机(尤其是柴油发动机)的柱塞内所必需的。取决于系统，该压力的范围可以从200巴到2500巴，或甚至更高。
一般来说，这些限压装置常规地包括形成外壳的套，该套里面滑动着推动件，该推动件由复位器件沿轴向推动，并且促动用于使孔关闭的器件，在某些情况下，该孔提供高压流体回路和下游的低压排放回路之间的连通。于是，对复位器件进行校准，以使得仅当高压超过预设阈值时关闭件才打开。
存在限压器的很多实例，这些限压器包括阀和关闭件构造，其提供了根据选定的几何尺寸而区别很大的压力/排放流量特性曲线。因为该装置是一种安全部件，所以必需限制压力的增长以免损坏系统的构件，为了使该装置正确地执行其功能，就要求当关闭器件打开时，高压回路中的压力降低或最坏的情况下也应保持恒定。换言之，所述压力必须大体上遵循特性，由此当流量增加时该压力决不超过使孔打开的阈值。
因此，已经开发出了这样的构造，即在这些构造中，当流量增加时依据限制来控制高压回路中的压力。这就特别需要这样的解决方案，即在该解决方案中，在推动件的两侧上施加不同的压力，以便在该推动件产生对抗弹簧作用的力差，并且降低其作为排放流量的函数的负荷。事实上，所涉及的是提供补偿机构，其主要目的在于当待排放的流量增加时降低压力增加的梯度。
因此，当排放关闭件打开并且流量增加时，高压回路中的压力值出现降低。根据其他构造，当存在排放流时，推动件的上游产生了过压，该过压作用在推动件上并根据流动强度而减弱了弹簧的作用。
然而，由于构件的特别是源自制造的那些特性中的分散性(spread)，对导致压力调节的机械参数进行控制不是显而易见的。因此，弹簧特性中的分散性对阀的打开阈值有直接的影响，于是该阈值可随装置的不同而变化。同样，考虑已有技术阀的假设，其中，构造意图在当关闭件打开后流量增加时使压力保持恒定或略微降低，参与压力管理和控制的各个构件中的分散性都在发挥作用，在整体结果中，这些作用可控制到可大可小的程度。
现在，最大流量下的压力必须始终低于阈值，该阈值对应于系统能承受的压力。由于在上述构造中，总的分散性是处于打开压力时以及打开后在压力变化过程中的分散性的总和，因此关于由此类限压装置实际提供的性能仍然存在不确定性。
这正是由本发明通过提供解决方案而解决的问题，在该解决方案中，当在高压回路中超过预设压力阈值后，关闭件的打开引起回路中的受控的压力降。因此必需考虑的只是影响打开压力的分散性，也就是说由弹簧的制造所引起的分散性。这相当大地简化了该装置以及单独考虑的各个构件的整体设计，另外，大大降低了对于应用于这些构件的制造公差的要求。
本发明的限压装置常规地包括阀，该阀设有用作上游高压回路和下游低压回路之间的通道的孔，所述孔包括用于可动的关闭件的下游座，该关闭件受复位弹簧压迫而与所述座接触，直到在高压回路中超过预设压力阈值，其特征主要在于：
-该关闭件包括位于其端部直接延长部分中与该座相接触的部分，该部分具有大于该流体通道孔的截面，并且，该部分在该阀的阀体腔中滑动，具有确保相应的高压回路与低压回路之间无渗漏的最小间隙，直到所述部分在过压的作用下从该腔中被推出；
-该关闭件的所述滑动部分沿轴向被保持，并有相对于推动件的径向间隙，复位弹簧支撑在该推动件的反面上，该推动件在套中滑动，该阀的阀体紧固到该套上；
-该装置在关闭件的下游设有至少一个流体泄放孔，以便当该关闭件的滑动部分位于该腔外面时允许将流体排放。
例如从美国专利6 536 413中已知在关闭件打开后随着压力下降而运行的装置。然而，对于使这些构件整体简化和单独简化以限制与上述分散性相关的问题而言，所提出的解决方案是不合适的。因此，球(而且是在相当深的孔的底部以便控制球的导向和阀的打开的一个球)的使用使制造复杂化，因为必须确保在该井底的球-座接触位置处的高度密封，考虑到井的深度，这不会是简单的事情。
现在，该深度是必要的，因为不仅在打开时该球不能丢失，而且必须确保包括关闭件和推动件的组件的导向，在提出的解决方案中没有提到这一点，流体从其周边逸出而流向位于该推动件下游的孔。
在该解决方案中，因为用于球的推动件显然不能从阀腔中被推出(为了不使球丢失)，所以流体只能朝向推动件逸出(因为存在形成于推动件上的扁平横向部分)。因此，为了控制压力降，另外还要求控制这些扁平部分的轴向长度，并且控制推动件的某部分的长度，该部分在阀的腔中滑动并且在滑动运动的某些部分中保持密封。
因此这种结构实现起来是复杂的。
相反，本发明的解决方案仅涉及采用关闭件的单个滑动部分，其运动受推动件控制，并且由于在推动件中存在径向间隙而自动导入到腔中，从而使得可将所述滑动部分从其腔中推出，而同时允许高度的运行和调节灵活性。在轨道中存在过压问题的情况下，改变滑动部分的直径使得易于有可能调整该压力降并获得发动机的降级模式运行，从而允许用户在需要时可到达附近的修车厂。
优选的是，关闭件的使阀关闭的一端是锥形的，座形成于圆柱孔的圆形出口处，该圆柱孔用作进入到腔中的通道。
这种锥尖插入到圆形孔中的构造易于制造并且保证了优异的密封。该锥尖的存在使得以下成为可能，即，与具有径向间隙的关闭件/推动件连接相结合，来控制关闭件的滑动部分移入或移出腔的移动，而不必使用要求小公差装配的复杂部件。
根据一种可能性，该阀的阀体由圆柱外形的柱塞构成，该柱塞卷入到(crimp into)该套的一端中，并且通道孔和腔在该柱塞中沿轴向形成。
就制造而言，阀体接受关闭件，布置在该关闭件上的是推动件，接着是弹簧，最后是套。因此，安装该组件不存在任何困难。
优选的是，对弹簧和推动件的运动进行引导的套是一体的，其底部位于与阀体相对的一侧上。
还优选的是，设计成使关闭件保持在阀的关闭位置直至达到压力阈值的弹簧，设置成分别在一方面与套的位于与阀体相对的一侧上的底部直接接触，并且在另一方面与推动件直接接触。该弹簧事先经过计算，以对抗关闭件的移动，直至达到压力阈值，并且，因此在该过程中无需进行调节或进行额外的测量，从而构成本发明装置的另一个主要优点。
正如所看到的那样，安装本发明的装置特别简单，并且单独看来各个部件也都有简化的设计，以允许从工业角度来讲尽可能简单的制造，这在实践中被证明在经济上是非常有利的。
事实上，关闭件的滑动部分位于杆的延长部分，该杆带径向间隙地设置在推动件的孔中，所述杆包括凸缘，当将关闭件引入到推动件的孔中时，该杆可通过该凸缘而沿轴向保持。
因为要求在腔与关闭件的滑动部分之间有减小的间隙，所以关闭件从推动件上分离是对于运行而言必不可少的条件。
此外，根据一种可能性，该套优选包括至少一个流体泄放孔，该泄放孔位于推动件和该阀的阀体壁之间，腔在该阀体壁中形成。因此，对流体泄放的管理直接发生在阀体的出口处，并且该管理不必包括像上述美国现有技术(在该美国现有技术中，推动件的周边允许所述流体流过)那样在推动件的级别上提供流动，从而要求关闭件在滑动部分的级别上被引导。
优选的是，套包括两个同轴孔。
根据一种可行的构造，推动件还可包括流体通道孔。
事实上，本发明所基于的原理是两级式关闭件原理，该原理使得有可能在第一种情况下通过第一打开阈值来限制高压回路中的压力，并且，在第二种情况下，将系统稳定在较低压状态，该较低压可被看作是第二压力阈值。该第二压力阈值允许设有根据本发明的装置的车辆的降级运行。
以下参照附图对这种两级式关闭件的详细运行进行了说明，在附图中：
-图1是根据本发明的限压装置的截面视图；
-图2a至图2c显示了关闭件/阀协作的放大细节，其中，关闭件的滑动部分分别处于阀的关闭位置中、该阀腔中的滑动位置、以及所述腔的出口处；和
-图3表示在本发明的装置中作为流量函数的压力的特性曲线。
参见图1，本发明的装置主要包括套(1)，该套形成外壳并且与将其一端封闭的阀体(2)相结合。内部空间由推动件(3)占据，其移动特别取决于弹簧(4)，该弹簧施加沿阀体(2)方向作用的力。关闭件(5)通过杆(13)而连接到推动件(3)上，该杆带径向间隙地插入到孔(14)中，并且通过凸缘(15)而沿轴向固定。该关闭件(5)还包括在阀体(2)的腔(7)中滑动的部分(6)，每次当滑动部分到达以便于插入到腔(7)中的位置时，上述径向间隙就允许该滑动部分在该腔中的简单自对中，并通过部分(6)的锥形末端进一步改善该自对中。该腔位于孔(8)的延长部分中，从而允许上游高压回路(9)与泄放孔(10，10′)之间连通，这些泄放孔将流体(在这种情况下，是用作本说明主题的实例中的机动车辆的燃料)送到燃料箱(未显示)。推动件还可包括孔(17)，该孔用作使流体进入套(1)的相对于底部(12)而定位的部分的通道。
参见图2a至2c(这些图示意性地显示了构造，因为推动件(3)的孔与关闭件(5)之间的间隙在其中未示出)，本发明的装置的运行以它的三个主要阶段来表示。因此，在图2a中，以锥形针终止的棒表示的滑动部分(6)与孔(8)的下游出口处的座(11)相接触。因此关闭件(5)是关闭的，其滑动部分(6)完全插入到腔(7)中，并且，由黑色所描绘的液体被保持在高压回路(9)中。在该阶段，由复位弹簧(4)所施加的力大于由高压回路(9)中的压力所产生的力。一旦所述回路(9)中的压力超过预设阈值，也就是说一旦由压力施加在锥形针上的力变为大于弹簧(4)的回复力，关闭件(5)就会移动并压缩弹簧(4)，其效果是在座(11)与滑动部分(6)的端部之间产生空隙。事实上，座(11)是由肩部的圆形边缘形成，该肩部是将圆柱孔(8)与较大直径的圆柱部分(7)分开的肩部，滑动部分(6)在该圆柱部分(7)中滑动。锥形端/圆形座(11)的组合使得可能在未达到预设压力阈值时简单地确保无泄漏。
一旦流体进入腔(7)，暴露于压力的面积就大于关闭期间的可用面积。确切地说，实际上这是腔(7)的横截面，而在关闭阶段，它是圆柱孔(8)的横截面。结果产生更大的力，其进一步压缩弹簧(4)，从而获得针(6)的另外的移动(当然是在腔(7)的膛内滑动)，直到在阀体(2)的表面(16)中于腔(7)的出口处离开。根据超出阈值的时间长度以及针(6)与腔(7)的膛之间的泄漏，可以考虑压力的略微增加。
针的截面(也就是说滑动部分(6)的截面)的尺寸已经设置成使得对于低于初始打开压力的压力(在这种情况下，是压力降的入口压力P1(见图3)，对应于假定其是第二阈值)，图2c中所示的位置可以保持。从而关闭件(5)由流体流保持打开，该流体流的最低压力是对应于该第二压力阈值的P1。当流量增大时，部分(6)和推动件(3)大体上退回，并且因此进一步压缩弹簧(4)。这就导致压力略微增加，因为需要更大的力来压缩弹簧。然而，由于泄漏截面和压力施加于其上的针的截面远远大于初始触发时(此时压力超过最高的第一阈值P2)存在的截面，因此施加在针上的压力的变化是要小得多。
回到机动车辆发动机中的喷射系统的实例，高压回路中的压力，也就是说喷射器共轨中的压力，例如可升至高达2000巴。对于更高的压力，滑动部分(6)从座(11)移开，正如所看到的那样，其效果是由于横截面的增加而增大了对抗弹簧(4)而施加的力。一旦所述部分(6)从腔(7)中被推出，关闭件便可由例如施加在所述部分(6)的全部面积上的800到1000巴的压力而保持打开。部分(6)的截面以及腔(7)的长度是用于第二压力阈值P1的调节参数。所述压力P1意图使得发动机在降级模式下继续运行，这样用户就不会发现自己的车辆静止不动。
当不再有任何流动时，或当压力降回到低于第二阈值P1的水平时，关闭件(5)再次关闭。于是就返回到图2a中所示的构造。
图3清楚地显示了两个压力阈值P1和P2，较高的阈值P2允许关闭件(5)的初始打开，第二阈值P1使针(6)保持在腔(7)之外并允许流体流向油箱。
在达到压力阈值P2之前流量为零。在压力从P2下降到P1后，流量可以增加，而压力并未明显超过阈值P1。正如所看到的那样，该阈值P1由腔(7)和针(6)的各自的尺寸来调整。仅当流量显著增加时，该阈值才发生变化(尽管是微小的变化)。
当然，上图中所表示的构造实例不会对本发明施加任何限制，并且仅表示本发明的一个可行的方面。

Claims (9)

1.一种用于限制高压回路(9)中的流体压力的装置，包括阀(2)，所述阀(2)设有用作所述上游高压回路(9)与下游低压排放回路之间的通道的孔(8)，所述孔(8)包括用于可动关闭件(5)的下游座(11)，所述可动关闭件(5)由复位弹簧(4)压缩而与所述座(11)相接触，直到在所述高压回路(9)中超过预设的压力阈值P2，其特征在于：
-所述关闭件(5)包括位于其端部的直接延长部分中、与所述座(11)相接触的部分(6)，所述部分(6)具有大于所述流体通道孔(8)的截面，并且在所述阀(2)的阀体的腔(7)中滑动，带有确保相应的所述高压回路(9)与低压回路之间无渗漏的最小间隙，直到所述滑动部分(6)在过压的作用下从所述腔(7)中被推出；
-所述关闭件(5)的所述滑动部分(6)沿轴向被保持，并且相对于推动件(3)有径向间隙，所述复位弹簧(4)支撑在所述推动件的反面上，所述推动件在套(1)中滑动，所述阀(2)的阀体紧固到所述套(1)上；
-所述装置在所述关闭件(5)的下游设有至少一个流体泄放孔(10，10′)，以便当所述关闭件的滑动部分(6)位于所述腔(7)之外时允许将流体排放。
2.根据权利要求1所述的限压装置，其特征在于，使所述阀(2)关闭的所述关闭件(5)的末端为锥形，所述座(11)形成于用作流体进入所述腔(7)的通道的所述圆柱孔(8)的圆形出口处。
3.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的限压装置，其特征在于，所述阀的阀体由具有圆柱外形的柱塞(2)构成，所述柱塞卷入到所述套(1)的一端中，并且，在所述柱塞中沿轴向形成了所述通道孔(8)以及所述腔(7)。
4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的限压装置，其特征在于，对所述弹簧(4)以及所述推动件(3)的移动进行引导的所述套(1)和位于与所述阀(2)的阀体相对的一侧上的底部(12)是一体的。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的限压装置，其特征在于，设计成使所述关闭件(5)保持在所述阀(2)的关闭位置直至达到所述压力阈值P2的所述弹簧(4)，设置成分别在一方面与所述套(1)的位于与所述阀体(2)相对的一侧上的底部(12)相接触，并且在另一方面与所述推动件(3)相接触。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的限压装置，其特征在于，所述关闭件(5)的滑动部分(6)位于杆(13)的延长部分中，所述杆带径向间隙地设置在所述推动件(3)的孔(14)中，所述杆包括凸缘(15)，在将所述关闭件(5)引入到所述推动件(3)的孔(14)中时，可通过所述凸缘而沿轴向保持所述杆。
7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的限压装置，其特征在于，所述套(1)包括位于所述推动件(3)和所述阀(2)的阀体壁(16)之间的至少一个流体泄放孔(10，10′)，所述腔(7)在所述壁(16)内形成。
8.根据权利要求7所述的限压装置，其特征在于，所述套(1)包括两个同轴孔(10，10′)。
9.根据权利要求7或8所述的限压装置，其特征在于，所述推动件(3)包括流体通道孔(17)。
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