CN102140985A - 用于气体燃料喷射器的阀座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于气体燃料喷射器的阀座。一种气体燃料喷射器设置有燃料入口、燃料出口、从入口将燃料传送至出口的管道。提供阀和阀座以便选择性地阻止和允许燃料从燃料入口通向燃料出口。阀座具有多个孔，所述多个孔提供通过其的流体连通。阀具有密封面，以便选择性地接合和脱离阀座来选择性地阻止和允许燃料流过其中。阀座包括突起的支持面，在阀与阀座接合时突起的支持面抵靠密封面进行密封。突出的支持面由至少一个连续围绕每个孔的壁限定。当阀与阀座接合时，每个壁与密封面下游的每个壁的整体流体连通。

Description

用于气体燃料喷射器的阀座

技术领域

本发明涉及用于向燃料消耗装置供应燃料的燃料喷射器，更具体地涉及用于向内燃机供应气体燃料的燃料喷射器，且尤其涉及用于这种燃料喷射器的阀座。

背景技术

一种用于为内燃机和其他燃料消耗装置供能的燃料是气体燃料，诸如形式为压缩天然气(CNG)或液化石油气(LPG)的天然气。用于向诸如内燃机的燃料消耗装置供应计量的气体燃料的燃料喷射器是公知的。在一种典型的燃料喷射器中，阀位于燃料喷射器的燃料通道内并轴向往复地与阀座接触和脱离，以控制通过燃料喷射器的燃料流量。阀与相应阀座之间的接口有几种已知的结构。

美国专利No.6,405,947中示出了一种阀和阀座结构。在这种结构中，球形阀往复地与阀座接触和脱离，该阀座具有贯穿其中的单一孔。阀座限定了圆锥形的支持面，球形阀能够与该支持面面接以停止和开始经过阀座的流动。虽然这种结构对于液体燃料而言能够令人满意地起作用，但是对于气体燃料而言，由于气体燃料需要更高的流率，这种结构通常不能令人满意。在使用气体燃料的情况下，当阀第一次从阀座升起时，由于所述孔周边可用的燃料量有限，所述孔急需燃料。为了增加这种结构中的流量，可增大通过所述阀座的孔的直径，或可增大阀行程，也就是阀从阀座升起的距离。但是，增大通过阀座的流道的直径还会增大阀上的液压负载，因此燃料喷射器需要容量增大的致动器以克服增大的液压负载。这增加了燃料喷射器的成本和封装尺寸。增大应用于阀的提升量也是不期望的，因为增大提升量还会增加打开和关闭阀的时间，这会导致令人不满意的燃料喷射器性能。

美国专利申请公开No.2007/0029413示出了另一种阀和阀座结构。在这个结构中，平坦的阀座设置有单一中心孔。圆形结构的阀往复地与平坦阀座接触和脱离以停止和开始通过阀座的流动。这个结构具有与前述的美国专利No.6,405,947相同的缺陷。

美国专利No.5,348,233示出了再一种阀和阀座结构。在这个结构中，阀座设置有通过该阀座的三个弓形的孔和在阀座主部的上方突出并围绕弓形通道的支持面。突出的支持面由围绕每个弓形通道的不连续壁限定，也就是说，该壁具有与内径不连续的外径。具有中心燃料流道的平坦阀往复地与突起的支持面接触和脱离以停止和开始燃料通过阀座的燃料的流动。当平坦阀抵靠阀座就位时，壁不与阀下方的整个壁连续流体连通，因为壁的外径与内径不连续。阀内的中心流道向限定突起支持面的壁的内径提供燃料。由于这种结构包括通过阀的中心流路，所以流量增大而液压负载没有增大。这是由于下述事实导致的，一旦阀移动脱离与阀座的接触，就可在通过阀座的通道的更大周长上获得燃料。但是，为了给壁的内径供应燃料而给阀添加中心燃料流道会增加燃料喷射器的复杂性和成本。这种结构的另一缺陷在于，利用金属注模(MIM)和粉末金属工艺来形成阀座的弓形通道是困难的。

需要这样一种气体燃料喷射器，其在低液压负载的情况下提供高流量并提供小的阀提升，且该气体燃料喷射器不需要通过阀的中心流道。

发明内容

简而言之，本发明提供用于向燃料消耗装置供应燃料的燃料喷射器。该燃料喷射器包括用于接收燃料的燃料入口，用于从燃料喷射器分配燃料的燃料出口，用于将燃料从燃料入口传送到燃料出口的管道，和用于选择性地阻止和允许燃料从燃料入口传递到燃料出口的阀组件。该阀组件包括阀座，该阀座具有上游面、下游面、和用于在上游面与下游面之间提供流体连通的多个孔。该阀组件还包括具有密封面的阀。该阀位于阀座上游的管道中以便用于通过选择性地接合和脱离阀座来选择性地阻止和允许燃料流动通过阀座。阀座还包括在由密封壁的共面上边缘限定的上游面上方延伸的突起的支持面，所述密封壁完全地环绕每个孔。经过各个密封壁且在它们之间的间隙确保当阀关闭时连续的流体流至每个壁的周边并围绕每个壁的周边流动(且由此流向每个孔)。因此，确保了在阀打开时完全且即刻地流动至每个孔。

附图说明

将参考附图来进一步描述本发明，图中：

图1是根据本发明的燃料喷射器的截面图；

图2是根据本发明的阀座的立体图；

图3是根据本发明的沿图2中的线3-3截取的阀座的截面图；和

图4是将流经根据本发明的燃料喷射器的流量与流经现有技术的燃料喷射器的流量相比较的曲线图。

具体实施方式

根据本发明的优选实施方式并参考图1，示出了用于向燃料消耗装置12供应燃料的燃料喷射器10的一部分。燃料喷射器10包括用于接收燃料的燃料入口14，用于从燃料喷射器10分配燃料的燃料出口16，和用于将燃料从燃料入口14传送到燃料出口16的管道。燃料入口14在燃料出口16的上游。

现在参考图1至图3，阀组件20用于选择性地阻止和允许燃料从燃料入口14传递至燃料出口16。阀组件20包括具有上游面24和下游面26的阀座22。上游面24在下游面26的上游。阀座22将管道18分为在阀座22上游的上游部分19和在阀座22下游的下游部分21。多个孔28穿过阀座22以便提供上游面24与下游面26之间的流体连通。

阀组件20还设置有具有密封面32的阀30。阀30设置在管道18中，用于通过选择性地接合和脱离阀座22来选择性地阻止和允许燃料流动通过阀座22，从而阻止和允许燃料从燃料入口14流至燃料出口16。通过用致动器(未示出)使阀30在管道18内轴向地往复运动来实现阀30与阀座22的选择性接合和脱离。用于使阀在燃料喷射器中往复运动的致动器对于燃料喷射器领域的技术人员而言是公知的，因此本文不作进一步描述。

阀座22包括突起的支持面34，其在阀座22的上游面24的上方延伸。当阀30与阀座22接合时，阀密封面32抵靠突起的支持面34密封以阻止燃料流经阀座22。突起的支持面34由至少一个壁36限定，每个壁均连续地环绕相应的一个孔28。每个壁36从阀座上游面24隆起，且上边缘与所有其他壁36的上边缘共面，由此形成突起的支持面34。每个壁36可具有相对于阀座上游面24倾斜或斜向的侧面，或者可替换地基本上垂直于阀座上游面24。每个壁36相对于其他壁布置成使得其允许，当阀密封面32与提供突起支持面34的所有壁36的上边缘密封接触时，全部流体流向所有其他壁36的整个周边。通过在相邻壁36之间形成的间隙或空间37来确保流体连续地流向每个壁36的整个周边。当阀密封面32与由壁36的上边缘提供的支持面接合时，间隙37继续允许燃料围绕所有壁36的整个周边流动，且因此一旦阀30从阀座22脱离，燃料就进入每个孔28。这导致流量增大，却没有增大孔面积也没有增大阀行程。优选地且如图2所示，每个壁36仅围绕一个孔28。但是，只要存在至少一个间隙37，每个壁36可围绕不止一个孔。

阀座22中的孔28优选为具有长度L和宽度W的细长槽，其中长度L大于宽度W。还优选的是，长度L与宽度W之比至少为4比1。通过使阀座22具有细长孔28，每个壁36的周长之和与每个孔28的面积之和的比率增大，从而一旦阀30从阀座22脱离时，就允许更大量的燃料立即供孔28使用。

细长槽形式的孔28优选地由直部38a，38b限定，该直部38a，38b基本上是笔直的且基本上彼此平行。孔28可进一步由弓部40a，40b限定，弓部40a，40b在其相对端部连接直部38a，38b。当考虑孔28为直槽时，优选地弓部40a，40b一起构成不超过孔28的长度L的四分之一。细长槽形式的孔28使得利用金属注模或粉末金属工艺来容易地制造阀座22，这允许阀座22及其相关特征得以成净形而几乎没有或没有其他加工处理。

阀座22优选地具有四个孔28以在上游面24与下游面26之间提供流体连通。四个孔28优选为长度L与宽度W之比为至少4比1的槽且布置成使得方位相邻的槽基本上相互垂直。

虽然没有示出，但是本领域技术人员现在将意识到且理解根据本发明可使用其他数量、形状和布置的孔28。同样，本领域技术人员现在还将意识到和理解根据本发明可使用孔28和壁36的多种数量组合。

现在参考图4，其为示出由根据本发明的燃料喷射器产生的流率与由两个现有技术的燃料喷射器产生的流率相比较的曲线图。这个数据是通过测量经过所选燃料喷射器的加压空气的流率而收集得到的。加压空气提供了一种安全的用于测试的替代方式，其与当在燃料喷射器中使用气体燃料时实现的流率相关联。在这个实施例中，三个所选燃料喷射器中的每一个都具有阀座，该阀座具有提供3.7平方毫米的流动面积的孔。由于这三个所选燃料喷射器具有流动面积相等的阀座，所有这三个燃料喷射器承受相同的液压负载且因此需要相同的致动力来致动所述燃料喷射器。在图4中，横轴42以微米表示在每个燃料喷射器中阀从阀座开始移动的阀行程或距离，而纵轴44以克/秒表示每个燃料喷射器所实现的流率。

用于构成图4的一个现有技术燃料喷射器采用具有单个孔的阀座，其中该阀座限定圆锥形的支持面。球形的阀往复地与阀座接触和脱离以停止和开始通过阀座的流动。这个现有技术燃料喷射器与前述美国专利No.6,405,947中示出的类似。这个球形阀的流率在图4中由球形阀轨迹46表示。

用于构成图4的第二个现有技术燃料喷射器采用平坦的阀座，该阀座具有单个中心孔，在该孔中，圆形结构的阀与阀座往复地接触和脱离。这个现有技术燃料喷射器与前述美国专利申请公开No.2007/0029413中所示的类似。这个平坦阀的流率在图4中示出为平坦阀轨迹48。

图4中的第三个阀轨迹，即开槽阀轨迹50，表示根据本发明的燃料喷射器的流率。如所示，开槽阀轨迹50示出与球形阀轨迹46和平坦阀轨迹48相比在任意给定阀行程都高得多的流率结果。对于气体燃料喷射器而言，理想且典型的流率需求在3和4克/秒之间。为了实现3克/秒的流量，开槽阀轨迹50表示需要近似100微米的阀行程。这与为实现相同的3克/秒流率的球形阀轨迹46的近似300微米的阀行程和平坦阀轨迹48的甚至更大的阀行程相比较。

虽然以优选实施方式的形式描述了本发明，但是本发明不应被限制如此，而应为所附权利要求中描述的范围。

Claims (10)

1.一种燃料喷射器，其用于向燃料消耗装置供应燃料，所述燃料喷射器包括：

用于接收燃料的燃料入口；

用于从所述燃料喷射器分配燃料的燃料出口；

用于从所述燃料入口将燃料传送至所述燃料出口的管道；和

阀组件，其用于选择性地阻止和允许燃料从所述燃料入口通向所述燃料出口，所述阀组件包括：

阀座，其具有上游面、下游面和多个孔，所述多个孔用于在所述上游面和所述下游面之间提供流体连通；和

阀，其具有密封面，所述阀在所述阀座上游位于所述管道中，用于通过选择性地接合和脱离所述阀座来选择性地阻止和允许燃料流过所述阀座；

其中所述阀座包括突起的支持面，所述突起的支持面在所述上游面上方延伸并由至少一个密封壁的上边缘限定，所述密封壁完全地环绕每个所述孔，在所述阀关闭时所述阀密封面接合所述突起的支持面以在所述阀与所述阀座接合时阻止燃料流过所述阀座，所述至少一个密封壁设置成在所述阀关闭时允许流体连续地流向所有壁的整个周边和孔。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中单个壁围绕所述多个孔中每个的单独一个孔。

3.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述多个孔中的至少一个为槽，该槽的长度大于其宽度。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其中所述至少一个槽中的至少一个是笔直的。

5.根据权利要求4所述的燃料喷射器，其中所述至少一个直槽中的至少一个具有至少为4比1的长宽比。

6.根据权利要求5所述的燃料喷射器，其中所述阀座具有四个孔，且所述四个孔中的每个均为槽。

7.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其中所述槽的每一个具有至少为4比1的长宽比。

8.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其中方位相邻的槽基本上相互垂直。

9.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述阀座由从包括金属注塑和粉末金属加工的组中选择的方法制成。

10.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其中所述燃料喷射器是气体燃料喷射器。

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