CN101910636A - 阀组件 - Google Patents

Abstract

尽管现代柴油机燃料配方打算减少柴油发动机的排放，但至少一些现代燃料往往具有较低的润滑性水平。本文所说明的控制阀组件通过提供阀元件、阀引导件和插件而有助于尽量减少由使用这种低润滑性燃料可能产生的任何增加的磨损。阀元件容纳在阀引导件内，并可在打开位置和关闭位置之间移动。插件与阀元件和阀引导件形成第一密封界面和第二密封界面。当阀元件处在关闭位置时，第一密封界面和第二密封界面都是接合的，而当阀元件处在打开位置时，第一密封界面和第二密封界面中仅有一个是接合的。

Description

阀组件

技术领域

本发明涉及高压泵。更具体地说，本发明涉及供在高压泵中使用的阀组件。

背景技术

美国、欧洲、日本、中国和其它国家的污染排放法规在允许柴油发动机的污染排放标准方面正变得日益严格。例如，美国法规限制了可以从柴油发动机排放的颗粒物和氮的氧化物(通称为NOx)的排放标准。除了管理柴油发动机排放之外，美国政府还颁布了要求公路柴油燃料的含硫量低于某一标准(例如15ppm)的法规。这也是尽量有利于减少柴油发动机所排放的颗粒物。

尽管降低柴油燃料的含硫量有助于降低不合乎要求的排放，但这常常有降低燃料的润滑水平的作用。用来生产标准的美国低硫柴油燃料-或者经常称为超低硫柴油燃料-的加工步骤一般导致平均标称碳链长度缩短，这也往往会降低燃料的润滑水平。燃料混合物有时通过使用混合添加剂至少部分地补偿降低的润滑性，但这一般不会产生合乎要求的润滑水平。另一些特种燃料如Toyu和JP8也以比平均标称碳链长度短且含硫量比传统的美国2D燃料低为特色，并因此也具有较低的润滑水平。

其中降低的柴油燃料的润滑性有显著影响的一个区域是柴油发动机的燃料系统，尤其是燃料系统的泵和喷射器。泵和喷射器包括关键零部件，所述关键零部件在发动机的使用寿命期间相对于其它零部件移动或往复运动数百万次。当燃料用作这些零部件的润滑剂时-这是经常有的情况，燃料的润滑性的降低能显著地增加这些零部件的磨损率，这也导致零部件和/或整个燃料系统较早失效。例如，用来在共轨燃料系统中产生高燃料压力的常规直列柱塞或活塞燃料泵可以包括控制阀组件，该控制阀组件在泵的使用寿命期间起动数百万次。尽管这些控制阀组件当与泵一起使用传统的2D柴油燃料时可以一直经历很小的磨损，但它们与具有降低润滑性的较新柴油燃料配方一起使用时，可能由于控制阀在与这些较新燃料一起使用时所经历的磨损增加而造成这些控制阀过早失效。

尽管可以选择某些在具有低润滑性水平的燃料存在时显示耐磨性的材料，但在燃料系统应用中使用这些材料常常很困难。例如，陶瓷材料在具有低润滑水平的材料存在时可以提供满意的耐磨性。然而，由于陶瓷往往很硬，同时使制造陶瓷零部件更困难，所以将陶瓷材料集成到燃料系统中很困难，并且往往成本很高，使得该材料的推广受到成本的限制，并且它们的脆性使它们当经受抗拉应力时易于损坏，这在燃料系统应用中是难以避免的。另外使选择合适材料变困难的是许多柴油燃料的腐蚀性。在其它方面具有有利特性的材料由于它们对被柴油燃料腐蚀侵蚀的敏感性而可能不适于在燃料系统中使用。

为解决高压泵中的磨损问题已经作了种种努力。2000年2月1日公告的美国专利No.6019125(“’125专利”)中说明了这种努力的一个例子。该’125专利公开了一种阀，该阀装配在泵体中所形成的柱形腔内，且通过堆焊的保持塞固定就位。该阀包括笼形阀体，该阀体包括上部和下部。上部包括四个肋，而下部包括阀座。该阀还包括位于阀体内的阀元件，该阀元件由四个肋引导并且通过弹簧保持在封闭位置。尽管在’125专利中所公开的阀似乎已在设计时考虑到磨损，但它似乎未设计成使磨损减至最少，而是在发生过度磨损之后可很容易更换。另外，’125专利未能了解使用不同燃料组成可能产生的不同磨损特性，如使用传统的U.S.2D柴油燃料与新的U.S超低硫柴油燃料可能产生的不同磨损特性。

提供一种较简单、可靠、耐用且价廉的控制阀组件是有利的，该控制阀组件能在其中使用低润滑性柴油燃料的燃料系统中有效地工作。

发明内容

按照一个示例性实施例，用于高压泵的控制阀组件包括致动器、阀元件、阀引导件和插件。致动器可响应于输入信号移动。阀元件联接到致动器上，并可在打开位置和关闭位置之间移动。阀元件包括主体和头部。该主体包括第一引导面，该头部包括第一密封面。阀引导件包括引导孔、端部和位于引导孔和端部之间的流道。该引导孔容纳阀元件的体部，该端部包括第二密封面，该流道构造成使流体能流过阀引导件。插件连接到阀构件和阀体之一上，并包括第三密封面和第四密封面。第三密封面与阀元件第一密封面配合以形成第一密封界面。第四密封面与阀引导件的第二密封面配合以形成第二密封界面。致动器的运动使阀元件在关闭位置和打开位置之间移动，在该关闭位置中，第一密封界面和第二密封界面二者都是接合的，在该打开位置中，第一密封界面和第二密封界面中的一个接合，而第一密封界面和第二密封界面中的另一个是脱开的(分开的，空着的)。

按照另一示例性实施例，一种选择性地将泵送室与流体源联接的方法包括在阀引导件和阀元件之间提供流动室的步骤。流动室流体连接流体源上，而阀元件能选择性地相对于阀引导件移动。该方法还包括选择性地将阀元件移向阀引导件以到达关闭位置和选择性地将阀元件移向泵送室以到达打开位置的步骤，在关闭位置中流动室与泵送室在流体上断开，在打开位置中流动室流体联接到泵送室。该方法还包括当阀元件处在关闭位置时通过将插件压缩在阀引导件和阀元件之间来密封流动室的步骤。

附图说明

图1是根据一个示例性实施例的燃料系统的示意图。

图2是根据一个示例性实施例的包括控制阀组件的泵的侧剖图。

图3是图2的控制阀组件的侧剖视图，其中示出连接到控制阀组件的阀元件上的插件。

图4是根据另一示例性实施例的控制阀组件的侧剖图。

具体实施方式

总体参见图1，其中示出根据一个示例性实施例的燃料系统10。燃料系统10是包括若干部件的系统，所述若干部件相配合以便将燃料(例如，柴油、汽油、重油等)从储存燃料的地点输送到发动机12的燃烧室，在所述燃烧室内该燃料将燃烧并且由燃烧过程释放的能量被发动机12捕捉并用来产生机械动力源。尽管在图1中示出为用于柴油发动机的燃料系统，但燃料系统10可以是任何类型发动机(例如，诸如柴油发动机或汽油发动机的内燃机、涡轮机等)的燃料系统。按照一个示例性实施例，燃料系统10包括油箱14、输送泵16、高压泵18、共轨20、燃料喷射器22和电子控制模块(ECM)24。

油箱14是储存燃料的储存容器，燃料系统10将输送该燃料。输送泵16泵送油箱14中的燃料，并将大致低压下的燃料输送到高压泵18。高压泵18则将燃料加压到高压，并将该燃料传送到共轨20。共轨20将保持在由高压泵18产生的高压下，并用作每个燃料喷射器22的高压燃料源。燃料喷射器22位于发动机12内合适的位置中，以使燃料喷射器22能将高压燃料喷射到发动机12的燃料室(或者在某些情况下到燃烧室上游的预燃室或口)中，并一般用作计量装置，当燃料喷射到燃烧室中时，该计量装置控制喷射多少燃料以及喷射燃料所用的方式(例如，喷射燃料的角度、喷射形状等)。每个燃料喷射器22都连续地从共轨20送出燃料，以使任何被燃料喷射器22喷射的燃料能快速地被由共轨20所供应的另外燃料取代。ECM 24是接收多个输入信号的控制模块，所述输入信号来自与发动机12的不同系统(包括燃料系统10)相关联的传感器，并表征那些不同系统的运行状况(例如，共轨燃料压力、燃料温度、节流位置、发动机速度等)。ECM 24利用那些输入与其它发动机部件一起控制高压泵18和每个燃料喷射器22的运行。燃料系统10的用途是保证在正确时间并且用正确的方式将燃料以合适的量不断地送到发动机12，以支持该发动机12的运转。

现在参见图2，高压泵18构造成将燃料的压力以足够传送油箱中燃料的压力增加到为将燃料喷射到发动机12的燃烧室中(或喷射到其它位置)所需的压力。这种喷射压力在不同的应用之间可以改变，但经常在约1500巴和2000巴之间的范围内，且可以包括低于1500巴和高于2000巴的压力。按照一个示例性实施例，泵18包括外壳30、头部32、凸轮轴34、两个挺杆组件36、两个弹性(有回弹力的)件40、两个柱塞组件43和两个控制阀组件42。

外壳30是刚性结构，一般用作泵18的基部。外壳30包括中心孔44、及两个间隔开的平行挺杆孔46，所述中心孔44构造成容纳凸轮轴34，所述两个挺杆孔46每个都构造成容纳挺杆组件36、柱塞组件43、弹性件40、和头部32的至少一部分。每个挺杆孔46的轴线相对于中心孔44的轴线垂直地(或在径向上)排列，以使凸轮轴34在中心孔44内的旋转使挺杆组件36在挺杆孔46内用线性往复运动的方式平移。靠近挺杆孔46的远端，外壳30还包括端面48，该端面48构造成接纳头部32。

头部32联接到外壳30的端面48上，并一般用来封闭挺杆孔46、提供一部分限定泵送室86(下面说明)的结构、容纳控制阀组件42以及提供不同的口或导管来使流体流入或流出泵送室86。头部32包括端面50，该端面50与外壳30的端面48(及密封元件如O形圈)配合，以便在头部32和外壳30之间提供密封界面。如图3中所示，头部32还包括两个开孔54，每个开孔54都构造成容纳一部分控制阀组件42和一部分柱塞组件43。每个开孔54都包括四个区域：区域72、区域74、区域76和区域78，所述区域随着开孔在头部32中延伸而具有逐渐更小的直径。区域72、74和76构造成容纳控制阀组件42的各部分，而区域78构造成容纳一部分柱塞组件43。区域74包括接合结构79，该接合结构79示出为螺纹，所述螺纹构造成接合一部分控制阀组件42的对应接合结构。

凸轮轴34是由细长轴形成的从动件，它包括两组凸轮凸部56和一齿轮或带轮57，所述两组凸轮凸部56沿着该凸轮轴34的长度间隔开，所述齿轮或带轮57位于该凸轮轴两端的其中一端上。齿轮或带轮57是从动件，它构造成接合另一构件，如被发动机12直接或间接驱动的另一齿轮、链条或皮带。这两组凸轮凸部56沿凸轮轴34的长度间隔开成各自与两个挺杆组件36的之一相对应。按照不同的示例性和可供选择的实施例，每组凸轮凸部56都可以包括一个凸轮凸部、两个凸轮凸部、三个凸轮凸部或三个以上的凸轮凸部，其中每个凸轮凸部都具有完整的泵送和装料循环。按照另一些不同的可供选择的实施例，两组凸轮凸部可以相互同相(因此，第一凸轮凸部组的各凸轮凸部将与第二凸轮凸部组的各对应凸轮凸部同时在头部32下面通过)或者它们可以相互异相(因此，第一凸轮凸部组的各凸轮凸部在与第二凸轮凸部组的各对应的凸轮凸部不同的时间在头部32的下面通过)。按照另一些不同的替代性和示例性实施例，第一凸轮凸部组的各凸轮部可以相对于第二凸轮凸部组的各凸轮凸部异相的程度可以视泵18的应用和其它因素而改变。

仍参见图2，各挺杆组件36(有时也称为升降组件)构造成接合两组凸轮凸部56的其中一组，将相应凸轮凸部56的旋转运动转变成线性运动，并将这种线性运动传递到对应的柱塞组件43上。每个挺杆组件36都包括主体58、辊60和销62，所述主体58接合和容纳一部分柱塞组件43，所述辊60接合并随一组凸轮凸部56移动，所述销62将辊60联接到主体58。主体58容纳在外壳30的对应挺杆孔46内，并随着凸轮轴34旋转而在挺杆孔46内前后平移。

弹性件40示出为压缩弹簧，它是用来将对应柱塞组件43和挺杆组件36朝凸轮轴34偏压的元件或构件。通过向凸轮轴34偏压柱塞组件43和挺杆组件36，弹性件40有助于保证柱塞组件43在凸轮轴34完成另一个旋转(或部分旋转，视凸轮凸部的构型而定)之前返回到它的最下面位置(此后称为“下止点”)，并强制柱塞组件43退回到它的最高位置(此后称为“上止点”)。这有助于保证柱塞组件43对于凸轮轴34的对应凸轮凸部组中的每个凸轮凸部56实施完整的装料循环(其中柱塞组件43从上止点移动到下止点的循环)和完整的泵送循环(其中柱塞组件43从下止点移动到上止点的循环)。

柱塞组件43是包括若干部件的组件，该柱塞组件43一般位于对应的挺杆组件36和头部32之间，并与挺杆组件36一起相对于头部32往复运动，以便在泵送室86内给流体加压。按照一个示例性实施例，柱塞组件43包括柱塞80和止动器82。柱塞80是这样的构件(例如，活塞、轴、杆、元件、止动件)，该构件构造成随着对应挺杆组件36在外壳30的挺杆孔46内往复运动而在头部32的开孔54的区域78内往复运动或滑动。按照一个实例性实施例，柱塞80包括一细长的且总体为柱形的体部83，该体部83具有侧壁87、伸入开孔54的区域78中的第一端89和位于挺杆组件36附近的第二端91。第一端89、开孔54的区域78和一部分控制阀组件42限定泵送室86，该泵送室的体积随柱塞80在开孔54的区域78内前后或上下移动而改变。止动器82是一个部件或包括若干部件的组件，它联接到柱塞80并用来将至少一部分由弹性件40提供的力施加到柱塞80上。止动器82是一个元件或包括若干元件的组件，它用来接收弹性元件40(例如，弹簧)并最终将由弹性元件40施加的力传递到柱塞80上。

现在参见图2和3，每个控制阀组件42都一般用来控制泵送室86(下面说明)和由输送泵16提供的燃料之间的流体连通，并因此能控制在装料循环期间进入泵送室86的燃料的量和在泵送循环期间留在泵送室86中的燃料的量。按照第一示例性实施例，控制阀组件42包括阀元件63、致动器71、阀引导件68、连接器69和插件70。

阀元件63可在打开位置和关闭位置之间移动，在所述打开位置中，燃料入口通道84流体连接到泵送室86，而在所述关闭位置中，燃料入口通道84不与泵送室86流体连接，或者与泵送室86密封地隔开。按照一个示例性实施例，阀元件63贯穿开孔54的区域72、74和76，并包括主体88、衔铁接口90、阀杆92和头部94。主体88是阀元件63的总体为柱形的部分，并限定一导向面96，该导向面96与阀引导件68配合，以便相对于阀引导件68引导阀元件63的运动。衔铁接口90从主体88的一端延伸，并容纳一部分致动器71(例如，衔铁64和套筒75，下面说明)。衔铁接口90可以设有螺纹，以便于将衔铁64和/或套筒65联接到阀元件63，或者衔铁接口90可以用各种不同的方式构造，以便于使衔铁64和套筒65与阀元件63接合。例如，衔铁接口90可以构造成使得衔铁64和套筒65之一或二者在衔铁接口90上自由地滑动、可以压配合到衔铁接口90上或者用各种其它方式的任一种接合衔铁接口90。在衔铁接口90从主体88延伸的位置形成肩部98，该肩部98用来提供衔铁64的前止挡和帮助对准衔铁64。阀杆92从主体88的相对端延伸，并具有比主体88的直径小的直径。阀杆92的减小的直径与一部分阀引导件68、插件70和头部94结合限定一室100(例如流动室)，当阀元件63处在打开位置中时，该室100使流体能在阀元件63和阀引导件68之间流动。头部94联接到阀杆92的远端，并形成一帽状结构，该帽状结构具有比阀杆92和主体88的直径大的直径。头部94包括密封面102，该密封面102从阀杆92的远端垂直地和径向上向外延伸，并构造成当阀元件63处在关闭位置时接合插件70上对应的密封面，以便基本上使泵送室86与入口通道84密封地隔开。按照不同的可供选择的实施例，阀元件63可以采取各种各样不同配置中的一种配置。例如，阀元件63的不同部分的相对尺寸可以根据应用而改变(例如，头部的直径可与主体的直径相同或较小，阀杆的直径可以与主体的直径相同等)，密封面的取向可以改变(例如，它可以基本垂直于阀元件的纵向轴线，或者可以相对于纵向轴线成锐角或钝角取向)，和/或密封面的形状或构型可以改变(例如，它可以是平坦的，它可以形成刀刃，它可以是弯曲的，它可以具有一个或多个平坦的、弯曲的和/或尖的部分等)。

致动器71是响应于电信号产生运动的电子控制装置。在控制阀组件42内，致动器71用来相对于阀引导件68移动阀元件63。按照一个示例性实施例，致动器71包括衔铁64、套筒65、偏压件66和螺线管67。衔铁64是盘状元件，它包括一容纳阀元件63的衔铁接口90的开孔。套筒或示出为套筒65的止动器可以设置成将衔铁64固定到阀元件63上。例如，套筒65可以包括带螺纹的接口，该接口与设在阀元件63的衔铁接口90上的带螺纹的接口接合。衔铁64则可通过将套筒65紧固到衔铁接口90上并强制衔铁64贴紧阀元件63的肩部98而固定到阀元件63上。螺线管67联接连接到头部32的顶部，以使一部分阀元件63贯穿一至少部分地贯穿螺线管67的开孔104。示出为压缩弹簧的偏压件66位于开孔104内，并接纳一部分阀元件63和套筒65。除了帮助将衔铁64固定到阀元件63上之外，套筒63还可有助于弹簧66向衔铁64和阀元件63上施加力。

按照一个示例性实施例，螺线管67是包括缠绕铁芯的线圈的装置，当电流通过线圈时，该铁芯与线圈一起产生磁场。螺线管67构造成使得当产生磁场时将衔铁64吸向螺线管67。螺线管67和衔铁64可以构造成使得当没有电流通过螺线管67时，有较少或没有吸引力将衔铁64吸向螺线管67。弹簧66有助于保证当电流停止通过螺线管67时使衔铁64返回到远离螺线管67的位置。弹簧66构造成提供偏压力，当螺线管67不起动时，该偏压力足以强制衔铁远离螺线管67，但当螺线管起动时可以克服该偏压力。因此，当螺线管67起动时，衔铁64移向螺线管67，从而使阀元件63移动到关闭位置。当螺线管67不起动时，衔铁64被弹簧66推离螺线管67，从而使阀元件63移动到打开位置。按照可供选择的实施例，螺线管、衔铁和弹簧可以布置成使得起动螺线管可使阀元件移动到打开位置，而不起动螺线管则使弹簧能将阀元件移动到关闭位置。按照其它替代性和示例性的实施例，致动器可以用任何控制阀元件相对于阀引导件的运动的适当致动装置代替。例如，可使用的其它致动装置或配置可包括压电控制式致动系统、液压控制式致动系统或任何其它适当致动系统。

阀引导件68是形成下述结构的元件或构件：阀元件63在该结构内滑动并被引导，且阀元件63与该结构接合以便将入口通道84与泵送室86密封地隔开。按照一个示例性实施例，阀引导件68包括位于衔铁64附近的第一端106、位于阀元件63的头部94附近的相对的第二端108、沿纵向贯穿阀引导件68的开孔110、端部108中的凹槽111、围绕阀引导件68的外周边的凹槽112以及流道114。开孔110在第一端106和第二端108之间延伸，并包括第一区域116和第二区域118，所述第一区域116构造成紧密地接纳阀元件63的主体88，所述第二区域118与阀杆92、插件70和阀元件63的头部94结合限定室100。第一区域116将用作导向件，阀元件63的导向面96可以在该导向件内滑动。为了尽量减小在限定第一区域116的表面和主体88之间可能发生的流体泄漏，可将它们之间的间隙减至最小。第二区域118具有比第一区域的直径大的直径，以便帮助形成室100。为了使流体能从入口通道84进入室100中，然后流体能从该室100进入泵送室86，将流道114设置成贯穿阀引导件68的限定第二区域118的部分。凹槽111构造成容纳插件70，该凹槽111设置在端部108中，并由总体径向的表面113和总体轴向的表面115限定。凹槽112围绕阀引导件68的大约顶部一半的周边设置，并构造成容纳连接器69。凹槽112形成径向上向外延伸的台肩120，该台肩120被一部分连接器69接合，以便使连接器69能施加力到阀引导件68上，所述力将阀引导件68推向头部32内的密封面122，该密封面122位于开孔54的区域74和76之间。按照不同的可供选择的示例性实施例，阀引导件可以采取各种各样的形状和构型中的一种。例如，按照一个可供选择的实施例，开孔的第二区域的直径可以与第一区域的直径相同或小于第一区域的直径。按照另一个可供选择的实施例，阀引导件的第二端可以包括与凹槽不同的结构，或者除凹槽之外还包括其它结构，以便容纳插件。

连接器69(例如，螺母、插头、紧固器、制动器、止动器等)是这样的结构，该结构用于将阀引导件68联接到头部32、在头部32的开孔54内对齐或合适地定位阀引导件68以及施加力到阀引导件68上，该力足以在阀引导件68和头部32的密封面122之间(直接或间接地)形成密封。按照一个示例性实施例，连接器69包括头部124、接合结构126和开孔128，该开孔128沿纵向贯穿连接器69。头部124是连接器69的径向放大部分，该部分加工成一定形状(例如，六角形)以便于施加转矩到连接器69上。连接器69的径向放大部分也可以用作形状止挡(positive stop)，该形状止挡通过接合头部32的位于开孔54的区域72和74之间的表面130来限制连接器69可以旋拧到开孔54的区域74中的程度。接合结构126示出为螺纹，它构造成接合位于头部32上的对应接合结构79，以便使连接器69能牢固地联接到头部32，并使连接器69能提供足够的力给阀引导件68，以在阀引导件68的端部108、插件70和头部32的表面122之间形成密封。开孔128限定一区域132，该区域132在凹槽112所限定的阀引导件68的部分上滑动或容纳该部分。开孔128还限定一台肩134，该台肩134接合阀引导件68的台肩120，以便施加一线性力到阀引导件68上，所述线性力将阀引导件68插向头部32的表面122。按照不同的可供选择的示例性实施例，连接器可以采用能用合适的位置和合适的方式将阀引导件保持在头部内的各种各样不同的构型。

仍参见图2和3，插件70(例如，密封结构、阀座、密封件、垫片等)是用耐磨材料制成的元件或构件，该插件70位于一其中它形成座部或接触面的位置，所述座部或接触面反复接合，或者被具有对应座部或接触面的其它元件反复接合。按照一个示例性实施例，插件70是容纳在阀引导件68的端部108中的凹槽111内的环形件。插件70具有总体矩形的横截面，并包括内表面136、外表面137、阀面138和引导面139。当容纳在凹槽111内时，外表面137总体紧贴凹槽111的轴向面115，引导面139总体紧贴凹槽的径向面113，内表面136具有与阀引导件68的开孔110的第二区域118近似相同的直径并形成室100的一部分，而阀面138面向阀元件63的头部94。内表面136的直径小于阀元件63的头部94的直径，而外表面137的直径大于头部32中开孔54的区域76的直径。这使插件70的阀面138既能接合阀元件63的头部94又能接合头部32的密封面122。外表面137还比凹槽111的轴向表面115长，由此提供插件70的伸出凹槽111的部分。这使插件70能通过被挤(夹)或压缩在阀引导件68(该阀引导件68被连接器69施加于其上的力推向密封面122)和头部32的密封面122之间而保持就位。本文中的术语“压缩”、“被压缩”、或“压缩作用”不应理解成暗示或需要构件的被压缩的部分在形状上变化或在体积上减小，尽管这种形状上的变化或体积上的减小也可能发生。插件70在阀引导件68的凹槽111内的联接在该插件70的引导面139和凹槽111的径向表面113之间形成密封界面，该密封界面用于防止或基本防止流体在阀引导件68和插件70之间流动。由于插件70被压缩在阀引导件68和头部32的一部分之间，所以当阀元件63在打开位置和关闭位置之间移动时，插件70的引导面139和凹槽111的径向表面113之间的密封界面保持接合。插件70在阀引导件68和头部32的密封面122之间的联接也在插件70的阀面138和头部32的密封面122之间形成密封界面，该密封界面用于防止或基本防止流体在插件70和密封面122之间流动。当阀元件63移动到关闭位置中时-其中插件70被压缩在头部94和阀引导件68的端部108之间，头部94的密封面102移动成与插件70的阀面138接触，并形成密封界面，该密封界面用于防止或基本防止流体在插件70和阀元件63的头部94之间流动。当阀元件63移动到打开位置中时，头部94的密封面102移离插件70的阀面138，这样则可允许流体在插件70和头部94之间流动。因此，当阀元件6处于关闭位置中时，头部94的密封面102和插件70的阀面138之间的密封界面是接合的，当阀元件63处在打开位置时，该界面是分开的。

按照不同的替代性和示例性实施例，插件可以用各种各样不同的材料中的一种或多种材料制成，所述材料可以适合于特定的应用，并且可以用任何数量的不同配置提供。例如，插件可以用单一材料形成，或者它可以用其上施加有合适涂层的基质形成。按照一个示例性实施例，插件70可以用于与潜在有腐蚀性的燃料一起使用，该燃料具有低含硫量和/或平均碳链长度小于传统的2D柴油燃料的碳链长度。这些燃料可以包括目前在U.S.、JP8、K1、Joyu、Howell.A中所需的超低硫柴油燃料，以及其它类似燃料，所述燃料或是单独使用，或是与不同燃料添加剂-例如Caterpillar2564968燃料添加剂、大豆油酸甲酯(10-30％，按体积计)、菜籽油甲脂、再生烹饪用油等-结合使用。在这种应用和环境中，插件70可以从各种各样不同材料选出一种或者采取各种各样不同构型中的一种构型。例如，插件70可以用金属如440C不锈钢制成。或者，插件70可以用金属基质制成并涂覆一种材料，该材料选自不同的金属氮化物或者类金刚石(diamond like carbon，DLC)。例如，可能合适的金属氮化物可以包括氮化铬、氮化锆、氮化钼、碳氮化钛或者碳氮化锆，而合适的类金刚石材料可以包括含钛类金刚石(DLC)、含钨类金刚石(tungsten-DLC)或者含铬类金刚石(chromium-DLC)。或者，插件70可以用陶瓷合金(合金陶瓷，金属陶瓷)如钴基体的碳化钨(tungsten carbide in cobalt matrix)制成。或者，插件70可以用陶瓷例如碳化硅、氧化锆等制成。或者，插件70可以用上述材料的一种或多种材料制成。在任何情况下，制成插件的适当材料大部分取决于控制阀组件在其中使用的场合和取决于控制阀组件与其一起用的燃料的特性。因此，用某种材料制成的插件可能适合于一种应用，但不一定适合于不同的应用。

按照不同的替代性和示例性实施例，作为替代或者作为附加，除了在阀引导件和一部分头部之间被压缩之外，插件和阀引导件可以构造成形使得该插件通过压配合保持在阀引导件中的凹槽内，可以对插件施加胶粘剂来帮助将插件和凹槽保持在一起，或者可以使用其它众所周知的方法和/或部件来帮助将插件保持在阀引导件中的凹槽内。

现在参见图4，其中示出控制阀组件的第二示例性实施例。该第二示例性实施例的控制阀组件142基本上类似于控制阀42，主要区别在于插件联接到阀元件而非联接到阀引导件。与在控制阀组件42的示例中当阀元件前后移动时保持(位置)固定不同，控制阀组件142的插件与阀元件一起前后移动。因此，在控制阀42的情况下，移动的头部94座靠固定的插件70，而在控制阀组件142的情况下，移动的插件座靠固定的阀引导件。

控制阀组件142与控制阀组件42相似地布置，并且共有基本相似的部件。为了避免不必要的重复，将主要基于与控制阀组件42的不同来说明控制阀组件142。与控制阀组件42相似，控制阀组件142包括具有端部208的阀引导件168、阀元件163和插件170。然而，与阀引导件68不同，阀引导件168的端部208不包括构造成容纳插件170然后接合头部32的密封面122的凹槽。相反，阀引导件168的端部208构造成直接接合密封面122，以便形成用于防止或基本防止流体在它们之间流动的密封界面。插件170不是联接到阀引导件，而是联接到阀元件163上。阀元件163构造成接纳插件170，以使插件170的阀面238紧贴阀元件163的头部194的密封面202。在这种构型中，阀元件163在关闭位置和打开位置之间的运动使插件170反复地接触阀引导件168的端部208(并与该端部208形成密封界面)。插件170与阀元件163的联接在插件170的阀面238和阀元件163的头部194上的密封面202之间形成密封界面，该密封界面用于防止或基本防止流体在阀元件163和插件170之间流动。由于插件170联接到阀元件163，所以当阀元件163在打开位置和关闭位置之间移动时，插件170的阀面238和阀元件163的头部194上的密封面202之间的密封界面保持接合。当阀元件163移动到关闭位置中时-其中插件170被压缩在头部194和阀引导件168的端部208之间，插件170的引导面239移动成与阀引导件168的端部208接触，并形成密封界面，该密封界面用于防止或基本防止流体在插件170和阀引导件168的端部208之间流动。当阀元件163移动到打开位置中时，插件170的引导面239移离阀引导件168的端部208，这将允许流体在插件170和端部208之间流动。因此，当阀元件163处在关闭位置时，插件170的引导面239和阀引导件168的端部208之间的密封界面是接合的；而当阀元件163处在打开位置时，所述密封界面是脱开的。

为了容纳插件170，阀元件163总体为钉状，它具有第一直径的细长的轴和形成头部194的较大直径的凸缘。插件170在细长轴上滑动，直至紧贴头部194的密封面202。可以设一间隔片或套筒203，该套筒203在阀元件163的细长轴上滑动，并在插件170的引导面239和衔铁64的底部之间延伸。套筒203构造成使得当套筒203联接到衔铁接口190时，套筒203将把衔铁64、套筒203和插件170夹在或压缩在套筒65的底部和阀元件163的头部194上的密封面202之间。因此，套筒203的存在使得插件170可通过将套筒65旋拧到衔铁接口190上而保持就位。按照另一些不同的替代性和示例性实施例，阀元件163和套筒203可以构造成将套筒203拧到阀元件163上以保持使插件贴靠头部194。按照另一些替代性和示例性实施例，插件170可以压配合到阀元件163上，可以直接拧到阀元件163上，可以用胶粘剂或环氧树脂粘附到阀元件163上和/或可以用任何其它合适的方式联接到阀元件163上。

按照不同的替代性和示例性实施例，上述任一实施例中的插件可以采取各种各样不同构型中的一种。例如，尽管插件示出为环并具有总体矩形的横截面，但插件的横截面形状可为正方形、梯形、三角形、卵形(椭圆形)、圆形、足球形或其它任何适合于具体应用和插件与其配合的部件的形状。按照另一些不同的替代性和示例性实施例，插件可以联接到一部分头部32上或联接到控制阀组件的其它部件上，替代地或附加地，插件联接到阀元件或阀引导件上。按照另一些不同的替代性和示例性实施例，插件、阀引导件、阀元件和/或泵头部可以构造成使插件可释放地联接在控制阀组件内，以便能将插件从控制阀组件中取出并用新的或不同的插件代替。

尽管上面仅说明了一种泵构型，但应该理解，上述泵仅是其中控制阀组件的不同实施例可以使用的泵的一个例子。例如，尽管上面仅说明了直列式柱塞或活塞泵，但控制阀组件也可用在各种各样不同的活塞或柱塞泵构型(例如，轴向活塞泵、径向活塞泵、弯轴泵、入口计量泵、出口计量泵等)中，并与各种各样不同的流体(例如，燃料、油、液压流体等)一起使用。还应该理解，尽管上面将泵18描述为包括两个气缸或泵送室86，并因此包括两个对应的挺杆组件36、弹性件40、控制阀组件42和柱塞43，但泵也能构造成包括一个、三个、四个或四个以上的泵送室，这取决于其中打算使用该泵的具体应用。

尽管上面仅说明两种不同的控制阀组件构型，但应该理解，上述控制阀组件构型仅是其中可以使用或包含插件的许多不同的阀构型或系统的两个例子。例如，插件也可集成到燃料喷射器如共轨燃料喷射器的控制阀组件中。插件也可以集成到止回阀或具有阀座和反复接触该阀座的移动元件的其它类型的阀中。

工业适用性

泵18运转以便通过将流体吸入一个或多个泵送室86、减小泵送室86的体积然后强制流体穿过出口流到共轨20来给流体(例如，燃料)增压。现在将结合一个泵送室86更具体地说明泵18的运行方式。从开始泵送循环开始，柱塞80处在下止点，而此时通常装满燃料的泵送室86处于其最大体积。随着其中一个凸轮凸部56的顶部旋转到在挺杆组件36下方的位置，该凸轮凸部56强制挺杆组件36并因此强制柱塞组件43向上(移动)。随着柱塞组件43向上移动(按照凸轮凸部56的形状或轮廓)，柱塞80在头部32中开孔54的区域78内向上移动，由此减小泵送室86的体积。一般，在大约同一时间，柱塞80开始向上移动，螺线管67通电-这有将阀元件63移动到关闭位置的效果，在该关闭位置泵送室86相对于燃料入口通道84关闭。泵送室86内的压力也有助于将阀元件63推到关闭位置。由于泵送室86内的压力，螺线管67可以在泵送循环期间断电，而阀元件63不必移动到打开位置。随着柱塞80持续向上移动，泵送室86的体积持续减小，这强制燃料通过燃料出口通道85流出泵送室86并最终流到共轨20。泵送循环持续至柱塞80到达上止点，这在凸轮凸部56的顶部处在挺杆组件36的下方时发生。一般，在柱塞80到达上止点并开始装料循环之后，螺线管67停止通电(如果在泵送循环期间它不是已经停止通电)，而压降足以使阀元件63按照弹簧66所提供的偏压移动到打开位置，在该打开位置中燃料再次被允许从燃料入口通道84进入泵送室86。随着凸轮凸部56的顶部旋转通过挺杆组件36，由弹性元件40提供的偏压强制柱塞组件43和挺杆组件36向下返回凸轮轴34。这时，凸轮凸部56的背侧处在挺杆组件36的下方，这使它向下移回。随着在装料循环期间柱塞80在开孔54内向下移动，燃料持续充装泵送室86。当柱塞80到达下止点时，泵送室86通常装满燃料并处于它的最大体积。然后循环再次开始，其中凸轮凸部56推动挺杆组件36和柱塞组件43退向上止点。

控制阀组件42在泵送循环和装料循环期间可以在不同时间内起动和失去作用，以便控制在装料循环期间多少燃料进入泵送室86和/或在整个或一部分泵送循环期间控制是否将泵送室86联接到燃料入口通道84(该入口通道84是流回输送泵16的流体回路的一部分，并因此起排放道的作用)。这样，可以控制泵的输出。

根据所用的控制阀组件的构型，每次阀元件移动到关闭位置，阀元件63的头部94上的密封面102都与插件70的阀面139接触或冲击该阀面139(相对于控制阀组件42)，或者插件170的引导面239将与阀引导件168的端部208接触或冲击该端部208(相对于控制阀组件142)。在控制阀组件42的情况下的密封面102与插件70的阀面139的接触或者在控制阀组件142的情况下的插件170的引导面239与阀引导件168的端部208的接触形成密封界面，该密封界面基本防止泵送室86和燃料入口通道84之间的流体连通。

在与上述泵相似的泵的使用寿命期间，阀元件可能在打开位置和关闭位置之间移动数百万次。这意味着阀元件的一部分将反复地接触或冲击对应的密封面以形成临时密封。大量的接触或冲击事件与较新的柴油燃料的混合物(例如，U.S.超低含硫量柴油燃料、Toyo、JP8等)的较低润滑性结合使避免在密封面或阀座处或周围的过度磨损成为日益困难的任务。

控制阀组件42和142提供了一种可靠、低成本且耐用的方法，以使在反复打开和关闭的密封界面或阀座处或周围的磨损作用减至最小。首先，插件70和170的使用使得可在阀座或密封界面处或其周围相对独立地使用一种材料和/或涂层策略，该材料和/或涂层尽管适合于在阀座处或其周围使用，但不一定适用于控制阀组件42、142或头部32的其它部件。其次，用于形成插件70、170的较少量的材料和/或涂层使得能将较贵的材料用于插件70、170，而不给控制阀组件42、142或泵18增加更多的总成本。第三，插件70、170集成到控制阀组件42、142中的方式(例如，一般，在阀引导件68、168和一部分阀元件63、163之间)产生这样的状态，即，其中插件70、170所经受的应力主要是压缩力。因此，一般不能承受较大抗拉强度的脆性材料(例如，陶瓷等)可被用来建造插件70、170。因此，插件70、170集成到控制阀组件42、142中的方式产生能使用很大范围材料中的一种或多种材料的情况。这有助于使选择合适的材料-如在存在低润滑性燃料时耐磨及耐这种燃料的腐蚀的材料-变成更容易的任务。第四，插件70、170的较简单的设计不需要使用复杂的机加工。因此，不排除用难以机加工的材料(如很硬和/或很脆的材料)建造插件70、170，因为在许多情况下，仅需要极少量简单的机加工。第五，使用可以设计成容易从控制阀组件42、142中取出并用不同插件替换的插件70、170使得一个控制阀组件42、142和/或泵18能适合于不同的工作环境，如其中控制阀组件或泵将暴露于一种燃料或具有不同特性的其它燃料之下的环境。因此，超初构造成供与某种燃料一起使用的泵可以通过用适合于与新燃料一起使用的不同插件70、170替换原先的泵的插件70、170来修改成与具有不同性能的流体一起工作。同样，插件70、170的使用可以使它能在不同泵管线中，除了插件70、170之外，利用共用控制阀组件构型和共用控制阀组件零件，它们可以根据其中使用泵管线的具体应用选定。

重要的是应该注意，在示例性的和其它替代性的实施例中所示的控制阀组件的元件的建造和布置仅是举例说明性的。尽管在本发明中仅详细说明了少数控制阀组件的实施例，但考察了本发明的本领域技术人员应该很容易理解，在不实质上脱离所列举的主题的新技术和优点的情况下，许多修改是可行的(例如，大小、尺寸、结构、形状和不同元件的比例、参数值、安装布置、材料的使用、方位等的变动)。例如，示出为整体形成的元件可以用多个零件建造，或者示出为多个零件的元件可以整体形成，界面(例如阀引导件、插件、阀元件、头部等之间的界面)的操作可以颠倒或者用别的方法改变，和/或组件或系统的结构和/或构件或连接器或其它元件的长度或宽度可以改变。应该注意，控制阀组件的元件和/或组件可以用提供足够强度、耐用性和其它相关特性的各种各样材料中的任何材料、用各种各样不同的制造工艺以及各种各样的颜色、组织、组合和构型中任何一种建造。还应该注意，控制阀组件可以与不同类型的泵-包括各种各样不同的活塞泵，与各种各样不同应用中的各种各样不同机构(例如，发动机中的不同机构，如吸入或排放阀致动系统，燃料喷射器、燃料输送泵、止回阀、其它不同的阀等)，及与各种各样不同的流体(例如，燃料、油、液压流体、传输流体、水、冷却剂等)结合使用。相应地，所有这些修改都将包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的精神的情况下，另一些替换、修改、改变和省略可以在示例性的和其它替代性的实施例的设计、运行工况和安排中进行。

Claims (31)

1.一种用于高压泵的阀组件，包括：

致动器，该致动器能响应于输入信号移动；

阀元件，该阀元件联接到该致动器，并能在打开位置和关闭位置之间移动，阀元件包括主体和头部，该头部包括第一密封面；

阀引导件，该阀引导件包括引导孔、端部以及位于引导孔和端部之间的流道，该引导孔容纳该阀元件的主体，该端部包括第二密封面，该流道构造成使流体能流过该阀引导件；以及

插件，该插件联接到阀元件和阀引导件之一上，并包括第三密封面和第四密封面，该第三密封面与阀元件的第一密封面配合以形成第一密封界面，该第四密封面与阀引导件的第二密封面配合以形成第二密封界面；

其中，致动器的运动使阀元件在关闭位置和打开位置之间移动，在该关闭位置中，第一密封界面和第二密封界面都是接合的，在该打开位置中，第一密封界面和第二密封界面中的一个是接合的，而第一密封界面和第二密封界面中的另一个是脱开的。

2.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，插件由与阀元件和阀引导件中的至少一个不同的材料制成。

3.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，插件由不锈钢、陶瓷合金和陶瓷中的至少一种制成。

4.如权利要求3所述的阀组件，其特征在于，插件由440C不锈钢、钴基体的碳化钨、碳化硅和氧化锆中的至少一种制成。

5.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，插件包括基质和施加到该基质上的涂层。

6.如权利要求5所述的阀组件，其特征在于，该涂层是金属氮化物或类金刚石中的至少一种。

7.如权利要求6所述的阀组件，其特征在于，该涂层是氮化铬、氮化锆、氮化钼、碳氮化钛或碳氮化锆中的至少一种。

8.如权利要求6所述的阀组件，其特征在于，该涂层是含钛类金刚石、含铬类金刚石和含钨类金刚石中的至少一种。

9.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，插件联接到阀引导件上，其中，当阀元件处于打开位置时，第一密封界面是脱开的。

10.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，插件联接到阀元件上，其中，当阀元件处于打开位置时，第二密封界面是脱开的。

11.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，阀引导件的端部包括凹槽，其中，插件在该凹槽内联接到阀引导件。

12.如权利要求11所述的阀组件，其特征在于，该插件被压缩在阀引导件的端部和泵的一部分之间。

13.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，阀元件的主体和阀引导件的引导孔之间的界面构造成基本防止任何流体通过该界面流动。

14.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，阀元件包括阀杆，该阀杆位于主体和头部之间。

15.如权利要求14所述的阀组件，其特征在于，该阀杆具有比主体和头部的直径小的直径。

16.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，还包括连接器，该连接器构造成将阀引导件联接到泵的一部分上。

17.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，第三密封面和第四密封面基本相互平行。

18.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，致动器、阀元件、阀引导件和插件构造成使得当阀元件从关闭位置移动到打开位置时阀元件的头部移离阀引导件的端部，而当阀元件从打开位置移动到关闭位置时阀元件的头部移向阀引导件的端部。

19.一种泵，包括：

可移动的从动件，该从动件由外部电源提供动力；

外壳，该外壳容纳该从动件；

头部，该头部联接到该外壳，该头部包括开孔和燃料入口通道；

柱塞组件，该柱塞组件联接到从动件上并包括柱塞，该柱塞构造成响应于从动件的运动而在开孔内往复运动，柱塞和开孔至少部分地限定泵送室；以及

控制阀组件，该控制阀组件联接到该头部，该控制阀组件包括：

致动器，该致动器可响应于输入信号移动；

阀元件，该阀元件联接到该致动器，并可在打开位置和关闭位置之间移动，该阀元件包括主体和头部，所述头部包括第一密封面；

阀引导件，该阀引导件包括引导孔、端部以及位于引导孔和端部之间的流道，该引导孔容纳阀元件的主体，该端部包括第二密封面，该流道构造成使流体能流过阀引导件；以及

插件，该插件联接到阀元件和阀引导件之一上，并包括第三密封面和第四密封面，第三密封面与阀元件上的第一密封面配合以便形成第一密封界面，第四密封面与阀引导件的第二密封面配合以形成第二密封界面；

其中，致动器的运动使阀元件在关闭位置和打开位置之间移动，在该关闭位置中，第一密封界面和第二密封界面都是接合的，且泵送室与燃料入口通道在流体上断开，在该打开位置中，第一密封界面和第二密封界面中的一个是接合的，而第一密封界面和第二密封界面中的另一个是脱开的，且泵送室与燃料入口流体连接；以及

其中，致动器能被选择性地致动，以便控制燃料入口通道和泵送室之间的流体连通。

20.如权利要求19所述的泵，其特征在于，开孔在头部中限定一台肩，其中，插件联接在阀引导件的端部和该台肩之间。

21.如权利要求20所述的泵，其特征在于，还包括连接器，该连接器构造成将阀引导件联接到该头部。

22.如权利要求21所述的泵，其特征在于，连接器构造成将阀引导件推向台肩。

23.如权利要求19所述的泵，其特征在于，该插件由不锈钢、陶瓷合金和陶瓷中的至少一种制成。

24.如权利要求19所述的泵，其特征在于，插件包括基质和施加到该基质上的涂层。

25.如权利要求19所述的泵，其特征在于，插件联接到阀引导件，其中，当阀元件处于打开位置时，该第一密封界面是脱开的。

26.如权利要求19所述的泵，其特征在于，插件联接到阀元件，其中，当阀元件处于打开位置时，第二密封界面是脱开的。

27.如权利要求19所述的泵，其特征在于，致动器、阀元件、阀引导件和插件构造成使得当阀元件从关闭位置移动到打开位置时，阀元件的头部移离阀引导件的端部，而当阀元件从打开位置移动到关闭位置时，阀元件的头部移向阀引导件的端部。

28.如权利要求19所述的泵，其特征在于，阀引导件是与头部分开且不同的元件。

29.一种选择性地联接泵送室与流体源的方法，包括以下步骤：

在阀引导件和阀元件之间提供流动室，该流动室流体联接到流体源，该阀元件能选择性地相对于阀引导件移动；

选择性地将阀元件移离泵送室以到达关闭位置，在该关闭位置中流动室与泵送室在流体上断开；

选择性地将阀元件移向泵送室以到达打开位置，在该打开位置中流动室流体连接到泵送室；

当阀元件处在关闭位置时，通过将插件压缩在阀引导件和阀元件之间来使流体室和泵送室在流体上断开。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，阀元件形成流动室的两相对侧。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，当阀元件处在关闭位置时，两个相对侧都基本与阀引导件和插件中的一个密封接合，而当阀元件处在打开位置时，两个相对侧中的一个不基本与阀引导件密封接合。

Images