CN102265074B - 阀门组件 - Google Patents

Abstract

一种适合于调节在一个流体工作机器的工作室和一个流体歧管之间的流体流动的阀门组件。该阀门组件包括一个包含阀座的阀体，一个延伸通过该阀体的流体通道，以及一个包含阀门构件的移动构件，该阀门构件在一个开放位置(其中该阀门构件与该阀座被分隔开并且流体可以流动通过该流体通道)与一个关闭位置(其中该阀门构件与该阀座处于密封接触从而阻止流体流动通过该流体通道)之间是可运行的。该阀门组件限定了以一种第一流体流动模式在该阀门构件与阀座之间穿过并且进入该流体通道的一个流体流动路径。该阀门组件的特征在于限定了一个流体流动路径，该流体流动路径包括一个缩小的流动区并且进一步包括一个减压室，该减压室是与该移动构件的一个第一表面以及该缩小的流动区二者均相连通的，并且被安排为当流体正在沿着该流体流动路径流动通过该缩小的流动区时通过在该减压室内的压力降低而将一个力施加在该移动构件上，这个力所起的作用是反抗该阀门的关闭。因此，产生了一个力，这个力对抗了由于穿过该阀门构件的流体流动而作用在该阀门构件上的力。

Description

阀门组件

技术领域

本发明涉及适合用于调节在一个流体工作机器的工作室和一个流体歧管之间的流体流动的阀门组件的领域，这些阀门组件包括但不限于电子可控制的阀门组件。

背景技术

流体工作机器包括受流体驱动的和/或驱动流体的机器，如泵、马达、以及可以在不同的运行模式下或者作为一个泵或者作为一个马达而起作用的机器。虽然将参照其中流体是一种液体(如，一种通常不可压缩的液压液)的应用对本发明进行说明，但可替代地该流体可以是一种气体。

当流体工作机器作为泵来运行时，一个低压歧管典型地用作流体的一种净来源点(net source)而一个高压歧管典型地用作流体的净汇收点(netsink)。当流体工作机器作为一个马达来运行时，一个高压歧管典型地用作流体的净来源点而一个低压歧管典型地用作流体的净汇收点。在本说明书以及所附权利要求之中，术语“高压歧管”以及“低压歧管”是指彼此相对具有更高和更低压力的歧管。在高压和低压歧管之间的压力差、以及在高压和低压歧管中压力的绝对值将取决于应用。一种流体工作机器可以具有一个以上的低压歧管并且可以具有一个以上的高压歧管。

本发明涉及适合用于调节在一个流体工作机器的工作室和一个歧管之间的流体流动的阀门组件。这些阀门组件包括一个阀门构件以及阀座并且相应地是面座式的。根据本发明的阀门组件可以是对于广泛类型的流体工作机器有用的。然而，关于本发明的问题现将参照适合用于已知的流体工作机器的阀门组件的特定实例进行讨论，该流体工作机器包括多个具有周期性变化容积的工作室，其中通过这些工作室的流体的排量是在一个逐周期的基础上并且按照与工作室容积的多个周期成定相的关系由多个电子可控制的阀门来调节以便确定从该机器中经过的流体的净通过量。

例如，EP 0 361 927披露了一种方法，该方法按照与工作室容积的多个周期成定相的关系通过打开和/或关闭多个电子可控制的提升阀来控制从一个多室泵中经过的流体的净通过量，以便在该泵的多个单独的工作室与一个低压歧管之间调节流体连通。其结果是，多个单独的室是在一个逐周期的基础上通过一个控制器可选择的，以便或者将流体排移一个预定的、固定的流体容积或者经历一个没有流体净排量的空转周期，由此使得该泵的净通过量能够与要求动态地相匹配。EP 0 494 236发展了这一原理并且包括了多个电子可控制的提升阀，这些提升阀在多个单独的工作室与一个高压歧管之间调节流体连通，由此协助提供在交变的运行模式下或者作为泵或马达起作用的一种流体工作机器。EP 1 537 333引入了部分周期的可能性，从而允许多个单独的工作室的多个单独的周期来排移多个不同的流体容积中的任何一个以便更好地与要求相匹配。

这种类型的流体工作机器要求快速地打开和关闭电子可控制的阀门，这些阀门能够调节流体流入和流出一个工作室，离开和进入低压歧管(而在某些实施方案中是高压歧管)。调节一个工作室与低压歧管之间的流体流动的电子可控制的阀门典型地被定向为使得该阀门构件(例如，提升阀头)在与在一个排气冲程(其中流体被排放到该低压歧管)的过程中通过阀座的流体方向相同的意义上移动。在一个空转排出冲程的过程中，其中在先前的吸入冲程中从该低压歧管所接收的流体被返回到该低压歧管，流体流动的峰值速度是非常高的。在这些情况下，从至少四种不同的现象产生的力(现将对其说明)将提升阀头推向阀座。

1.为了有助于以最小的能量损失的快速流体流动同时使提升阀头必须行进通过的距离最小化，有利的是使该流体流动路径的截面积最大化，使阀座和提升头之间的间隙最小化，并且使围绕提升头的剩余部分的流体容积最大化。这意味着在提升头和阀座之间的间隙内流体最快地流动。其结果是，存在一种与压降相关的动能，这种动能在提升阀头和阀座之间处于其最大值(导致最小的流体压力)，这种力所起的作用是将阀门关闭。与动能相关的力与流体速度的平方以及流体密度成比例并且这种力在吸入以及排出冲程的过程中都施加。

2.由跨越提升阀头的表面的流体的流动产生的粘滞性拖曳力沿着一个切向作用在提升头表面上。因为在关闭方向上总是存在一个提升头表面切向分量，所以在排气冲程的过程中粘滞性拖曳力所起的作用是拉动提升阀关闭。粘滞性拖曳力与流体速度和流体粘度的积成比例，并且在低温下是特别重要的。

3.当流体分开并且转向越过提升阀头的前部时，它必须随着其形状的变化进行内部切变。这导致了在提升阀头的上游表面上的一个高压区以及在向内表面上的一个低压区(其中转向的流动重新汇合)。所产生的压差所起的作用是关闭提升阀。切变力与流体速度和流体粘度的积成比例，并且在低温下也是特别重要的。

4.流体质量还必须垂直于流动的轴线而加速，这样它围绕提升阀头而转向。这种加速提高了位于提升阀芯处的流体内的压力并且因此还施加了垂直于正围绕其转向的面的力(所谓的“喷射效应”)。这些力被提升阀头所感受并且，因为这些提升阀头典型地具有锥形或弹头形状的上游表面以减小切变力，所以所产生的力在提升阀芯的关闭方向上具有一个分量。这些与加速相关的力与流体密度和流体速度的积成比例。

所产生的这些力的大小根据温度、流体粘度、瞬时流动速度以及阀门的构形而变化。例如，在某些阀门中，流体在阀门构件和阀座之间流动之前撞击到阀门构件的侧面上，而不是上游表面上，从而影响了这些力的相对大小。

作为这些力的结果，可能存在着一种发生非本意的泵送冲程的危险，其中流体并没有按照控制器的要求被排移。这可以显著地影响一个流体工作机器的性能(特别是在低温下)并且可能是危险的。简单地通过提供更强的磁场来克服这些力以保持阀门的开放是不实际的，因为这将增加阀门的功率消耗并且减慢阀门的释放。

类似的问题在其他类型的流体工作机器中也可能产生，其中流体在至少某些操作条件下的过程中在与阀门构件移向阀座以便关闭阀门的相同意义上流动通过阀座。

本发明的目的是提供一种适合于调节在一个流体工作机器的工作室和一个流体歧管之间的流体流动的阀门组件，其中这四种力中一些或所有的影响被减轻或消除。这在某些实施方案中是通过提供由穿过该阀门组件流动的流体的作用所产生的一个相反的力并且由此减轻或消除一些或所有这四种力的影响而实现的。WO 01/69114(Morton和Lodge)，GB 2,016,168(Copes Vulcan)以及US 3,921,668(Self)披露了多种阀门，其中作为对流体流动的限制的结果而可以产生低压区。然而，这些阀门并不适合于调节在一个流体工作机器的工作室和一个流体歧管之间的流体流动并且这些低压区并不被用来产生起到是阻止阀门关闭的作用的力。

通过减轻一些或所有这四种力的影响，在错误时间关闭阀门的可能性被降低，并且在某些情况下可以降低阀门组件的功率消耗。该阀门还可以具有比其他情况下更长的工作寿命。

发明内容

根据本发明的一个第一方面，在此提供了一种用于调节在一个流体工作机器的工作室和一个流体歧管之间的流体流动的阀门组件，该阀门组件包括一个包含阀座的阀体，一个延伸通过该阀体的流体通道，以及一个包含阀门构件的移动构件；该阀门构件在一个开放位置(其中该阀门构件与该阀座被分隔开并且流体可以流动通过该流体通道)与一个关闭位置(其中该阀门构件与该阀座处于密封接触从而阻止流体流动通过该流体通道)之间是可运行的；该阀门组件限定了以一种第一流体流动模式在该阀门构件和阀座之间穿过并且进入该流体通道的一个流体流动路径；其特征在于，该流体流动路径包括一个缩小的流动区并且该阀门组件进一步包括一个减压室，该减压室是与该移动构件的一个第一表面以及该缩小的流动区二者均相连通的。

通过一个缩小的流动区一词，我们是指流体流动通过的一个管道的区域，该区域具有比该缩小的流动区上游的流体流动通路小的流体从中流过的截面积、并且典型地还具有比该缩小的流动区的下游的流体流动路径小的流体从中流过的截面积。因此，在该缩小的流动区内的流体的压力由于文丘里效应相对于该缩小的流动区的上游以及典型地还有下游的流体将被降低。通过“流体从中流过的截面积”一词，我们排除了流体绕过但是并不通过其中流动的任何构件的截面积。例如，在某些实施方案中，不可渗透流体的并且流体围绕其流动的一个阀杆或其他构件可以被定位在一个管道(例如该流体通道)内，由此来缩小流动。

因为该减压室是与该缩小的流动区相连通的，所以当流体流动通过这个流体流动路径时，在该减压室内的压力也将被降低到低于该缩小的流动区的上游以及典型地还有该缩小的流动区的下游所接收的流体的压力。因此，一个可以反抗该阀门的关闭的力被施加到了该移动构件上。典型地，当流体沿着该流体流动路径流动通过该收缩流体区时，该减压室被安排为通过在该减压室内的压力降低而将一个力施加在该移动构件上，这个力所起的作用是反抗该阀门的关闭。

通过减压室一词，我们是指能够支持低于出口压力的流体压力的一个室，例如由该阀门的本体以及该移动构件的第一表面所限定的一个室。该阀体以及移动构件典型地是由金属形成的并且因此该减压室可以维持一个低压力(相对于出口压力)并且将一个显著的力施加到该移动构件上。典型地，除了由该移动构件所限定的部分之外，该减压室被固定在位(例如，与该阀体成一体或者被固定地安装到该阀体上)。与如果该减压室主要是由一个可移动的部件所限定的情况相比这使得能够施加一个更大的力。

典型地，该移动构件被联接(例如，机械地联接)到该阀门构件上，这样至少当该阀门打开时，该移动构件的第一表面离开该减压室的运动是与该阀门构件从该开放位置向该关闭位置的运动相联的。因此，在使用中在该减压室内产生的减压施加了一个力，这个力所起的作用是对抗阀门的关闭。该移动构件的第一表面可以被刚性地联接到该阀门构件上。然而，在该移动构件的第一表面和该阀门构件之间存在一种顺性联接、或可接合的联接的地方本发明是可应用的。例如，该移动构件可以包括具有一个第一表面的一个刚性杆并且该刚性杆可以被弹性地联接到该阀门构件上。因此，该阀门包括一个阀门关闭限制机构，该阀门关闭限制机构包括该缩小的流动区、减压室、以及该阀门构件的第一表面。这些部件被安排为由于在该减压室内随后的压力降低以及通过该移动构件所产生的作用在该阀门构件上的力，当流体流动通过该缩小的流动区时阀门构件的关闭是受限制的。

典型地，该阀门组件还具有一种第二流动模式，在这种流动模式下流体流动的方向是相反的。术语下游和上游在此用来指总体上在对应地与第一流体流动模式中的流体流动路径相同的意义以及相反的意义的方向。该阀门组件优选地包括一个流体入口，通过该入口流体以第一流动模式被接收。该阀门组件优选地包括一个流体出口，通过该出口流体以第一流动模式离开该阀门组件。这个入口以及出口各自包括一个或多个孔。这个或这些入口和/或出口孔典型地平行于该阀门构件从该开放位置向该关闭位置移动的方向延伸通过该阀门组件的外壁。

该缩小的流动区可以例如具有一个截面积，该截面积不超过该流体流动路径从其延伸的阀门的一个入口的截面积的60％，并且优选地不超过25％。因此，当流体流动通过该流体流动路径时，在该减压室内的压力典型地小于由该阀门组件所接收的流体的压力。

总体上讲，该减压室与该阀门组件所接收的流体之间的压差随着流体流动速度的增加而增加。因此，当以上在本发明的介绍中所列出的这些力最大时，由减压室内的压力降低产生的作用在该移动构件的第一表面上的力将趋向于随着流体速度的增加而增加。因此，产生了一个力，这个力在使用中对抗了由穿过该阀门构件的流体流动所产生的阀座上的力，从而减轻或消除了以上列出的那些力的影响。

该阀门组件在以下情况下是尤其有用的，其中在至少一种工作条件下，该阀门组件被定向为使得该阀门构件从该开放位置向该关闭位置的移动的方向是与流体通过阀座的流动(第一流体流动模式)的意义相同。在此背景下，通过“在相同的意义上”，我们是指流体通过该阀座的流动应该具有一个分量，该分量平行于而不是逆平行于阀门构件从该开放位置向该关闭位置移动来关闭该阀门构件的方向。在许多实施方案中，流体通过阀座的流动总体上将平行于阀门构件从该开放位置向该关闭位置移动来关闭该阀门构件的方向。

在一些面座式阀门组件中，流体流动通过该阀门的总方向总体上与流体流动通过阀座的方向是相同的。然而，并非必需如此。例如，阀门组件可以在流体径向地进入或离开该阀门组件的情况下使用。在环形阀门组件中，通过该入口所接收的流体可以流动通过一个或多个阀座，其方向总体上与流体被接收到该阀门组件中的方向相反。

典型地，该移动构件的第一表面定位于一个面上，其法向总体上指向并且典型地平行于该阀门构件从该关闭位置移动到该开放位置的方向。该减压室典型地部分地是由该移动构件的第一表面限定的。典型地，该移动构件的第一表面朝向一个上游方向，该上游方向是相对于已通过该阀座进入该流体通道的流体以第一流体流动模式流动通过该流体通道的方向。

该移动构件可以包括一个阀杆，该阀门构件被安装在该阀杆上。该移动构件的第一表面可以是从该阀杆延伸的一个横向构件的一个表面。该移动构件的第一表面可以刚性地连接到该阀门构件上。例如，该移动构件可以包括一个包含该第一表面的所述横向构件，一个阀杆以及该阀门构件，该阀门构件是作为一个整合的单元(例如作为连续的金属刚性体)而形成的。

然而，该移动构件可以包括一个包含该阀门构件的第一部分以及一个在其上具有该第一表面的第二部分，其中该第一以及第二部分是彼此相对可移动的但是至少当该阀门构件是处于该开放位置时是连接的或可接合的，这样使得至少当该阀门是处于该开放位置时作用在该第二部分的第一表面上的力作用在该阀门构件上。当该阀门处于该开放位置时，该第二部分的一个表面可以抵靠在该第一部分的一个协作表面上，由此在该第一表面和该阀门构件之间传递力。有利的是，该第二部分可以包括由电磁铁可致动的电枢，这样该阀门组件是一个电磁致动的阀门(作为电子制动的阀门的一个实例)。

当该阀门处于该开放位置时，该阀门组件可以限定一个围绕该阀门构件延伸的流体流动路径。这是一种配置，其中因流体流动而作用在该阀门构件上的力可以是尤其高的。这种阀门组件可以被配置为使得在第一流体流动模式中，当该阀门处于该开放位置时该流体流动路径的一部分沿着该阀门构件的周边延伸，这是在与该阀门构件向阀座移动来关闭该阀门构件相同的意义上。

这可以是该流体通道包括一个缩小的流动区并且该减压室是与该流体通道的所述缩小的流动区相连通的。在这种情况下，流体通过该缩小的流动区的流动典型地基本上是与该移动构件在该关闭位置和该开放位置之间移动的方向平行的。

然而，该缩小的流动区可以是在该阀门构件的上游。该阀门组件可以包括一个隔板，该隔板固定地附接到该阀门组件(例如，该阀体)上并且被安排为在该隔板和移动构件中间限定了该减压室。在这种情况下，该减压室可以被限定在该隔板和阀门构件中间。该隔板典型地被定位在该移动构件(优选的是该阀门构件)的上游，在这种情况下该减压室典型地是在该移动构件(优选地该阀门构件)的上游形成的。当配备了一个隔板时，该阀门组件优选地限定了在该阀门构件和与阀座相邻的阀体之间延伸的一个流体流动路径，其中在该阀门构件与该阀座相邻的该阀体之间区域的至少一部分作为一个缩小的流动区起作用，该缩小的流动区是与该隔板和阀门构件中间的减压室相连通的。该流体流动路径可以在该隔板和该阀体之间延伸并且该缩小的流动区可以定位在该隔板和该阀体中间。

以下关于本发明的第二方面讨论该阀门组件(当配备一个挡板时)的进一步优选的以及可任选的特征。

典型地，该减压室是与至少一个缩小的流动区通过一个通道相连通的，该通道具有的截面积是不大于与该减压室相连通的第一表面的截面积的10％。这增加了对于一个给定的流体流动速度由于该减压室内的压力可以施加到该移动构件的第一表面上的最大力。

典型地，该流体流动路径进一步包括一个高压流动区，该高压流动区具有大于该缩小的流动区的截面积，并且该阀门组件进一步包括一个升压室，该升压室是与该移动构件的一个第二表面以及所述高压流动区二者均相连通的。

优选地，该阀门组件是电子方式可致动的。通过电子方式可致动一词，我们包括了以下阀门组件，这些组件在使用中可以是例如通过压差被动地打开或关闭的，但是它们可以主动地打开、主动地关闭、主动地被钩开、或主动地被钩关闭。

典型地，该阀门组件是一个提升阀并且该阀门构件是一个提升阀头。然而，该阀门组件可以例如是一个环形阀。

在该阀门组件包括一个阀杆的情况下，该阀杆可以包括一个该流体流动路径从中延伸的空心连杆。该空心连杆可以包括一个孔，通过该孔该减压室与该空心连杆的内部的一部分连通，该部分作为缩小的流动区起作用。这可以是使该空心连杆可滑动地安装在该阀体的一个芯孔内。

该阀门组件可以进一步包括在该阀门构件的上游的一个隔板，该隔板被形成并且安排为减小一个或多个力，否则的话这些力作为流体流动的结果将作用在该阀门构件上从而将该阀门构件推向该阀座。

优选地，该隔板被形成并且安排为减小或消除跨越该阀门组件的表面在该阀门组件的一个表面的切向上的粘滞性拖曳力，否则的话这些粘滞性拖曳力在第一流动模式中作为流体流动的结果将作用在该阀门构件上从而将该阀门构件推向该阀座。

优选地，该隔板被形成并且安排为减小或消除由该阀门构件的上游的流体的切变所造成的压差而产生的力，否则的话这个力在第一流体流动模式中作为流体流动的结果将作用在该阀门构件上从而将该阀门构件推向该阀座。

优选地，该隔板被形成并且安排为减小或消除由具有垂直于流动的轴线的分量的流体的加速所产生的与加速相关的力，否则的话这个力在第一流体流动模式中作为流体流动的结果将作用在该阀门构件上从而将该阀门构件推向该阀座。

优选地，当该阀门构件处于该开放位置时，该隔板被直接地安排在该阀门构件的上游。因此，可以将至少一些所述力施加在该隔板上而不是该阀门构件上。优选地，该隔板被固定地安装到该阀门组件上。典型地，该隔板被固定地安装到该阀体上。

优选地，该隔板被安排为屏蔽该阀门构件的一个表面(典型地该阀门构件的所有或部分上游表面)而免于流体流动，否则的话这种流动在第一流体流动模式中将施加力从而将该阀门构件推向该阀座。因此，在该阀门构件的上游侧典型地形成了没有或具有最小流体流动的一个区域。该隔板可以被形成并且安排为使得该流体流动路径不延伸越过该阀门构件的上游表面的一部分。

该阀门组件可以被安排为使得在第一流动模式中所接收的流体朝向该隔板流动并且被该隔板转向而围绕该阀门构件的周边。

典型地，该隔板延伸越过该阀门构件的整个上游接触表面积。然而，通过利用一个隔板可以实现一些由于流体流动的力的减小，该隔板延伸越过该阀门构件的上游接触表面积的一部分。

该隔板可以包括一个隔板边缘，该隔板边缘至少部分地围绕该阀门构件的周边而延伸。

优选地，当该阀门构件处于该开放位置时，并且典型地还有当该阀门构件处于该关闭位置时，该阀门构件和隔板被形成并且安排为限定其间的一个包含流体的容积。优选地，该阀门构件和隔板被形成并且安排为当该阀门处于该开放位置时避免在该阀门构件的多个协作面和隔板之间形成一个挤压薄膜，否则的话这将限制该阀门组件的打开。

该阀门组件典型地包括一个入口，通过该入口流体以第一流动模式被接收。该隔板可以被定位在该入口和该阀门构件中间。然而，在某些实施方案中，该隔板在该入口的上游延伸。

该隔板可以作为一个冲压的金属片来形成。

该隔板可以包括一个移动构件，该构件引导一种构造(例如一个孔)，该构造被安排为与该移动构件协作并且引导该移动构件(优选的是该阀门构件)。

该阀门构件典型地包括一个下游表面，其至少一部分是可运行的以便当该阀门处于该关闭位置时接触该阀座。该隔板、阀门构件以及阀体可以被形成并且安排为使得沿着该流体流动路径而流动的流体以一个角度流动通过该下游表面，该角度与该阀门构件在其中是可运行的以便从该开放位置移动到该关闭位置的方向为至少80°，并且优选地至少85°，更优选地至少90°并且最优选地大于90°。因此，通过流体流动通过该阀门构件的下游表面而施加在该阀门构件上的切变力的分量(该分量平行于该阀门构件从该开放位置移动到该关闭位置的方向)被减小或被消除或者当所述角度大于90°时所起的作用是向该开放位置推动该阀门构件。

该阀门组件可以被形成并且安排为沿着所述流体流动路径流动的流体以与该阀门构件是可运行的以便在该开放位置和该关闭位置之间移动的方向至少80°的角度入射到该阀门构件的下游表面上。

优选地，该阀门组件被形成使得沿着所述流体流动路径流动的流体以与该阀门构件在其中可运行以便在该开放位置和该关闭位置之间移动的方向至少85°，并且更优选地至少90°的角度入射到该阀门构件的下游表面上。在某些实施方案中，该阀门组件被形成为使得沿着所述流体流动路径流动的流体以与该阀门构件在其中可运行以便在该开放位置和该关闭位置之间移动的方向至少90°的角度入射到该阀门构件的下游表面上。

因此，作用在该阀门构件的下游表面上的切变力仅有低的或没有或有负向分量，该分量平行于该阀门构件在其中可运行以便在该开放位置和该关闭位置之间移动的方向，由此降低流体切变所产生的将该阀门构件推向该关闭位置的力。

与该阀座相邻的阀体可以被适配为引起流体沿着该流体流动路径流动以便以与该阀门构件在其中可运行以便在该开放位置和该关闭位置之间移动的方向为至少80°、至少85°、至少90°、或大于90°的角度入射到该阀门构件的下游表面上。

可以在该阀门构件的上游配备一个隔板，该隔板被适配为引起流体沿着该流体流动路径流动以便以与该阀门构件在其中可运行以便在该开放位置和该关闭位置之间移动的方向为至少80°、至少85°、至少90°、或大于90°的角度入射到该阀门构件的下游表面上。

流体在其上沿着该流体流动路径流动的阀门构件的下游表面是首先被入射的并且能够以与该阀门构件在其中可运行以便在该开放位置和该关闭位置之间移动的方向至少80°、至少85°、至少90°或大于90°的角度而定向的。

本发明在一个第二方面扩展到一种流体工作机器，该流体工作机器包括一个具有周期性变化容积的工作室，一个高压歧管和一个低压歧管，以及根据本发明的第一方面的一个阀门组件，该阀门组件调节去往或来自该高压歧管或该低压歧管到该工作室的流体供应，其中流体是可运行的以便在工作室容积的至少某些周期的至少部分的过程中在与所述阀门组件的阀门构件向该阀座移动来关闭该阀门构件相同的意义上从该工作室通过该阀座而流动。

可以配备多个所述工作室。该流体工作机器可以进一步包括一个控制器，该控制器是可运行的以便按照与工作室容积的多个周期成定相的关系来主动地控制所述阀门组件、以及可任选的一个或多个其他阀门，以便在逐周期的基础上确定由这个或每个工作室进行的流体的净排量，由此确定由该工作机器或一组或多组所述工作室进行的流体的时间平均的净排量。该流体工作机器可以进一步包括一个工作室相位或容积传感器以便允许其按照与工作室容积的周期成定相的关系主动地控制所述阀门组件。

优选地，该高压歧管和该低压歧管之间的压差以及通过该阀门组件的流体的通过量是使得该流体工作机器假若不是因为该减压室与该第一表面(以及在进一步包括该隔板的实施方案中是与该隔板)相连通的话至少在某些工作条件下将不能正确地起作用，因为该初级阀门将由于该阀头和阀座之间的流体流动所产生的力而过快地关闭。

优选地，该工作室的容积以至少20赫兹的频率进行循环。优选地，该阀门组件是可运行的以便在小于10ms或小于5ms内打开或关闭。优选地，该低压歧管以及高压歧管之间的压差是至少20巴。优选地，该工作室的容积是大于1cc，大于5cc，或更优选地大于10cc。

这种流体工作马达可以仅作为一台马达、或者仅作为一个泵来起作用。可替代地，该流体工作马达可以在多种可替代的运行模式中作为一个马达或一个泵来起作用。

附图说明

现在将参考以下附图展示本发明的一个实例实施方案，在附图中：

图1是根据本发明的阀门组件的部分截面图；

图2是结合了该阀门组件的一个流体工作机器的示意图；

图3是根据本发明的替代实施方案的阀门组件的部分截面图；

图4是根据本发明的一个替代实施方案的阀门组件的截面图；

图5是一个替代方案的阀门组件的入口以及阀门构件的截面图；

图6是一个替代方案的阀门组件的入口以及阀门构件的截面图；并且

图7是根据另一个实例从一个阀门组件截取的截面。

具体实施方式

参见图1，一个阀门组件1包括由钢制成的一个阀体2，该阀体限定了一个阀座4以及一个流体通道6，该流体通道在该阀门开放时通过从中接收来自工作室(未示出)的流体的一个入口8延伸到一个出口10。一个提升阀头12(作为阀门构件起作用)在一个开放位置(其中该提升阀头与该阀座被分隔开以允许流体在该入口与该开口之间通过该流体通道而流动)与一个关闭位置(其中该阀门构件与该阀门底座处于密封接触从而阻止流体流动通过该流体通道)之间是可运行的。

术语入口以及出口是指在通过该阀门组件的流体流动路径的多个相反端上的多个孔，其中流体通过该阀座流入该流体通道，其意义与该提升阀头从该开放位置移动到该关闭位置(第一流体流动模式)相同。在许多实际应用中，流体在不同的时间以相反的方向流动通过该流体通道(第二流动模式)。在这个举例的实施方案中，该阀门组件是包含在EP 0 361 927、EP 0 494 236和EP 1 537 333中所披露的类型的流体工作机器中，并且被定向为使得在第一流体流动模式中从一个工作室排出到一个低压歧管中的流体通过该阀门组件。尽管如此，将存在该阀门组件的其他实际应用，其中流体以第一流动模式流动以便调节进入一个工作室中，或者去往或来自除多个工作室之外的多个管道或室的流体流动。

该提升阀头通过一个管状连杆16被连接到一个环形电枢14上。该提升阀头、电枢以及空心管状连杆(作为阀杆起作用)一起形成了一个移动构件，该移动构件是刚性的并且作为一个单一单元而移动。多种替代阀门安排是可能的，其中该移动构件的多个构成部件并不总是作为一个单一单元而移动。例如，该电枢可以被弹性地安装到该连杆上。然而，在与阀门关闭相反方向上的力从电枢通过连杆被传递到了提升阀头上。

该阀门组件进一步包括一个电磁体18。由该阀体、一个磁桥20、该电枢以及一个铁磁铁塞22形成了一个磁路。当电流通过电磁体时，一个力作用在了电枢上以便推动环形连杆并且由此向阀座推动提升阀头。当不存在电流时，该电枢由一个环形永磁铁26，或一个弹簧(未示出)推向并且保持在一个停止件24上。该电磁体、通过该电磁体的峰值电流、该磁路的配置以及该永磁铁的强度和位置被选择为使得当电流通过电磁体时作用在电枢上的净力实质上超过了因永磁铁而产生的力。

该阀体进一步限定了一个第一室28(作为减压室起作用)，该室是通过该连杆中的一个孔30与该流体通道流体连通的。该第一室与该电枢的入口接触表面32(作为该移动构件的第一表面起作用)是直接相接触的。电枢的相反的、出口接触表面34是与一个第二室36直接接触的，该第二室是通过一个穿过塞子的通道38与阀门组件的出口流体连通的。

图2是总体上表示为100的一个流体工作机器的示意图，它结合了作为一个低压阀的实例阀门组件1，该低压阀调节在一个低压歧管102与一个工作室104之间的液压流体的流动。在当该流体工作机器作为一个马达起作用的每个排气冲程过程中并且在当该流体工作机器作为泵起作用的每个空转排气冲程过程中，该低压阀被定向为使得从该工作室排出到该低压歧管的流体在与该提升阀头从该开放位置到该关闭位置移动的相同意义上(也就是说，以第一流体流动模式)流动通过该阀座。

该工作室是由一个汽缸106的内部以及一个活塞108限定的，该活塞被一个合适的机械连杆112机械地与一个曲轴110上的转动相关联，并且活塞在汽缸之内往复运动以便周期地改变工作室的容积。一个高压阀114调节在一个高压歧管116与该工作室之间的液压流体的流动。本实例的流体工作机器包括多个工作室，这些工作室被机械地与同一个曲轴的转动相关联，并且具有多个适当的相位差。一个轴位置和速度传感器118确定了轴的瞬时角位置和旋转速度，并且将轴位置和速度信号传送到一个控制器120上，这能够使一个控制器确定每个单独的工作室的这些周期的瞬时相位。该控制器典型地是在使用中执行存储程序的一个微处理器或微控制器。这种低压阀是电子方式可致动的，并且这些高压和/或低压阀的打开和/或关闭是在该控制器的主动控制之下。

本实例的流体工作机器在多种可替代的运行模式中是可运行的以便作为一个泵或者一个马达起作用。当作为泵运行时，低压流体是从低压歧管中接收的并且经过高压阀输出给高压歧管。轴动力因此被转换成流体动力。当作为马达运行时，高压流体是从高压歧管接收的，并且经过低压阀输出给低压歧管。流体动力因此被转换成轴动力。

该控制器调节该低压阀门以及高压阀门的打开和/或关闭以便在逐周期的基础上按照与工作室容积的多个周期成定相的关系来确定通过每个工作室的流体的排量，以便确定通过机器的流体的净通过量。因此，这种流体工作机器是根据在EP 0 361 927、EP 0 494 236、以及EP 1 537 333中披露的这些原理来运行的，这些专利的内容通过这一引用而结合在此。

在一个空转排气冲程的过程中，工作室内的流体通过低压阀门排放到低压歧管中。这典型地在几个毫秒内发生并且这样使得通过阀座和流体通道穿过提升阀头的流体的峰值速度因此而非常高。其结果是，在以上引言中所说明的力(1)至(4)作用在提升阀头上，从而向阀座推动提升阀头。

参见图1，流体沿着路径40穿过阀门构件并且进入流体通道。这个管状连接器的内部通道具有比来自工作室的出口，或与阀门组件相邻的低压歧管显著地更小的截面积。因此，该管状连接器的内部通道作为一个缩小的流动区起作用。因此，该管状连接器的内部通道内的压力鉴于文丘里效应而降低为低于工作室或低压歧管内的压力。因为第一室是与管状连接器的内部通道是流体连通的，该第一室内的压力也降低到了工作室内或低压歧管内的压力之下。该第一室与该工作室及低压歧管之间的压差随着流动速度而增加。同时，在该电枢的相反侧上，该第二室内的压力基本上保持与低压歧管内的压力相同。由于该第一室与该第二室之间的压差的结果，一个净力在总体上平行于该阀门构件从关闭位置向开放位置移动的方向上作用在电枢上，由此对抗了由流动穿过该阀门构件的流体产生的起到关闭阀门作用的力，将电枢保持在阀座上并且将阀门保持在开放位置中。磁桥亦或停止件24作为一个密封件而运行以便至少基本上将该第一以及第二室相互密封。

由于压差的结果而作用在电枢上的力由此所起的作用是反抗阀门的关闭。这种作用在电枢上的反作用力随着流体流动的速度而增加，并且在大约与通过该阀门构件的流体流动所产生的力处于其最大值的同时是最大的。

在EP 0 361 927、EP 0 494 236中所披露的类型的流体工作机器中，当跨越打开的或关闭的阀门的压差是最小并且流体流动速度是零(这时一个关闭的阀门有待打开)或者大约是零(这时一个打开的阀门有待关闭)时，阀门组件典型在该上止点或下止点处或接近该上止点或下止点处打开或关闭。尽管可以在这些阀门的打开以及关闭的定时过程中存在一些灵活性以便例如实施在EP 1 537 333中所披露的部分气缸的泵送冲程，总体上仍然优选的是当跨越该阀门的压差是最小并且(如果该阀门是打开的)流体流动的速度是最小时将阀门打开或关闭。由本领域的普通技术人员能够设计并且制作可以对抗实质性压力差而打开或保持打开的阀门；它们典型地在阀门移动的过程中亦或在对抗由于流动的力而保持该阀门静止的过程中消耗了一个实质性量值的能量。因此，有利的是当存在最小的或没有通过该阀门的流体流动时，这个机构对于该阀门的打开或关闭具有最小的影响或没有影响。

在图3中展示的阀门组件的一个替代实施方案中，该环形移动构件包括一个阀杆，该阀杆沿着该流体通道的长度的一部分轴向地延伸。如前所述，该阀门组件适合于与参照图2所展示的一个流体工作机器一起使用并且被用来调节在一个工作室和该低压歧管之间的流体流动，并且被定向为使得当流体从该工作室被排放到该低压歧管中时通过该阀座的流体流动路径42是与该阀门构件从该开放位置向该关闭位置移动的意义相同的。该电枢是从该阀杆延伸的一个横向臂的一部分。如先前所述，在该电枢的相反侧上配备有一个第一室和第二室。定位在该电枢的入口侧上的第一室通过一个连接通道44与流体通道42的一个缩小的流动区连通。该缩小的流动区由于其受限的内圆周以及外圆周而被缩小。其中的阀杆可以部分地切割掉以增加流动面积并且减少由穿过其的流体流动而在该阀杆上拖曳。定位在该电枢的外侧上的第二室与流体通道46的另一个部分连通，该部分由于具有一个更大的外(和/或内)圆周而具有比该缩小的流动区更大的截面积。在这个实例的实施方案中，配备了一个弹簧48以便将该电枢以及由此整个移动构件向该入口偏置。此外，当流体流动通过该流体通道时，在该缩小的流动区内的压力是小于在该入口处的压力，在该第一室内的压力是小于在该第二室内的压力并且因此多个力作用在该移动构件上以便向该开放位置推动该阀门构件。

图4展示了适合于与一种流体工作机器，例如参照图2所描述的流体工作机器一起使用的阀门组件的一个替代实施方案。如前所述，阀门组件200包括一个入口202，该入口用于在适当时从一个工作室接收流体；以及一个出口204(在这种情况下通向多个径向延伸的孔)。一个移动构件包括一个电枢206，该电枢是与一个阀杆208以及提升阀头210是一体形成的。该提升阀头在图4中所展示的该开放位置与一个关闭位置(其中密封在一个阀座212上)之间是可运行的。可以使用一个电磁体214以便在该控制器的主动控制下关闭该阀门并且配备一个复位弹簧216以便将该移动构件偏置离开该电磁体并且因此将该提升阀头偏置到该开放位置上。例如，在一个第一流动模式中，在一个空转排气冲程中流体沿着路径218流动。因此，在以上对本发明的介绍中提出的四种力所起的作用是向该阀座推动该提升阀头。如果这些力超过了通过该复位弹簧而作用在该移动构件上的力，将在该控制器的外部发生一个非本意的泵送冲程。

然而，该阀门组件进一步包括离开该阀座，在该阀头的上游侧的一个隔板220，该隔板由多个径向连接臂222(流体可以在其间流动)固定在该阀门组件上。该隔板限定了一个减压室224，该减压室与围绕该阀门构件的周边的一个缩小的流动区226连通。因此，当流体沿着该流动路径218流出该阀门组件时，在该缩小的流动区内的压力降低并且因此在该减压室内的压力也降低。作用在该提升阀头的相反密封表面228上的压力更大，因为流体流动路径的截面更大。因此，该提升阀头(在此起到该移动构件的作用)因此感受到了推动该阀门构件离开该阀座的一个力。这个力随着流体流动速度增加，从而提供了一个力，这个力在大约与向阀座推动该阀门构件的力处于其最大值的同时而处于其最大值。

该移动构件通过该隔板上的一个孔230而延伸超过该提升阀头并且包括一个凸缘232，该凸缘与该孔的周边协作以便限制该提升阀头离开该阀座的移动，这样使得在该隔板和该提升阀头之间总是至少存在一些流体。这避免了形成一个挤压薄膜，该挤压薄膜将提供不必要的强的关闭阻力、增加该阀门组件的功率消耗并且降低运行速度。

此外，该隔板跨过该阀门构件的上游侧的整个表面积延伸并且使该提升阀头免受在以上本发明的背景中提及的从第二到第四种力。该隔板将会至少遇到离开该提升阀头而作用的切变力以及与加速相关的力，但是因为该隔板被固定地安装在该阀门组件上，这些力将被传递到该阀门组件的本体上并且对该提升阀头没有影响。

该隔板包括围绕该提升阀头的周边在下游方向上从该隔板处延伸的一个唇缘324，由此进一步至少降低粘滞性拖曳力。在某些实施方案中，该隔板可以仅覆盖该提升阀头的表面积的一部分，在这种情况下推动该阀门关闭的力将仍然通过这种机构而减小，但是到一个更小的程度。

参见图5，一个替代性阀门组件包括一个阀体302以及一个包含阀杆304和提升阀头306的被致动的移动构件，正如前所述。将一个隔板308安排在该提升阀头的上游，但是该隔板、与阀座312相邻的阀体、以及该提升阀头的下游表面314被形成并且安排为使得该流体流动路径310是以与提升阀头从开放位置移动到关闭位置的方向约90°入射到提升阀头的下游表面上。因此，作用在该提升阀头的下游表面上的切变力是径向向内指向的并且对于向关闭位置推动该提升阀头起作用的力而没有提供或者提供了最小的贡献。在图6展示的一个替代实施方案中，与该阀座相邻的阀体被配置为使得沿着该流体流动路径流动的流体是以与该提升阀头从开放位置向关闭位置移动的方向大于90°的角度入射到提升阀头的下游表面上。在这些实例中，提升阀头的下游表面具有一个法向，该法向与提升阀头将移动的方向平行。然而，提升阀头可以具有一种替代性轮廓。例如，该提升阀头的下游表面可以是凹面的或稍稍凸起的。

在图7中所展示的阀门组件400的另一个实施方案中，该阀门构件是由一个环形阀门构件402形成的，该环形阀门构件通过一个空心阀杆404被附接到一个由电磁体408可致动的移动杆(电枢)406上。一个复位弹簧410朝着关闭位置将阀门偏置。在图7中所展示的第一流动模式中，流体径向向内流动通过连接到一个高压歧管上的多个端口412，并且从一个工作室414流出。一个隔板是由从阀门构件的本体418径向向内延伸的圆形凸缘416形成的。该隔板与该环形阀门构件的外边缘重叠并且使流体通过阀杆中的中央阀门构件孔420围绕该环形阀门构件的内边缘而转向，由此降低否则的话将会作用在该环形阀门构件上将其推向该关闭位置的运动力。此外，形成了一个缩小的流动区422，其中流动通过与该阀门构件直接相邻的端口的流体被缩小，并且一个低压区424与该缩小的流动区是流体连通的。因此，与一个缺乏隔板的阀门相比，对于流体的流动而保持阀门开放所要求的电磁体的电流消耗被降低了。

这种阀门作为一个流体工作机器中的高压阀门是尤其有用的，这是用于调节在一个流体工作机器控制器的主动控制下从一个高压歧管至一个具有周期性变化容积的工作室中的流体流动。

在提出权利要求的发明范围内可以做进一步的变体和修改。

Claims (16)

1.一种用于调节在一个流体工作机器的工作室和一个流体歧管之间的流体流动的阀门组件，该阀门组件包括一个包含阀座的阀体，一个延伸通过该阀体的流体通道，以及一个包含阀门构件的移动构件；该阀门构件在一个开放位置，其中该阀门构件与该阀座被分隔开并且流体可以流动通过该流体通道，与一个关闭位置，其中该阀门构件是与该阀座处于密封接触从而阻止流体流动通过该流体通道，之间是可运行的；该阀门组件限定了以一种第一流体流动模式在该阀门构件和阀座之间穿过并且进入该流体通道的一个流体流动路径；其特征在于，该流体流动路径包括一个缩小的流动区并且该阀门组件进一步包括一个减压室，该减压室是与该移动构件的一个第一表面以及该缩小的流动区二者均相连通的；当流体流过所述缩小的流动区时，藉由所述减压室内的压力减小而在所述移动构件上施加一作用力，该作用力起到阻止阀门关闭的作用。

2.根据权利要求1所述的阀门组件，其中该移动构件的第一表面被定位于一个面上，其法向总体上指向该阀门构件从该关闭位置移向该开放位置的方向。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的阀门组件，其中该移动构件的第一表面是刚性地连接到该阀门构件上。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的阀门组件，其中该移动构件包括一个包含该阀门构件的第一部分以及一个在其上具有该第一表面的第二部分，其中该第一以及第二部分是彼此相对可移动的但是至少当该阀门构件是处于该开放位置时是连接的或可接合的，这样使得至少当该阀门是处于该开放位置时作用在该第二部分的第一表面上的力作用在该阀门构件上。

5.根据权利要求1所述的阀门组件，其中该阀门组件包括一个电磁铁，该移动构件包括一个电枢，并且该移动构件的第一表面是该电枢的一个上游表面。

6.根据权利要求1所述的阀门组件，其中当该阀门是处于该开放位置时该阀门组件限定了围绕该阀门构件延伸的一个流体流动路径。

7.根据权利要求1所述的阀门组件，其中该流体通道包括一个缩小的流动区并且该减压室是与该流体通道的所述缩小的流动区相连通的。

8.如权利要求1所述的阀门组件，其中该缩小的流动区是在该阀门构件的上游。

9.根据权利要求1所述的阀门组件，其中该阀门组件包括一个隔板，该隔板被固定地附接到该阀门组件上并且被安排为在该隔板和该移动构件中间限定了该减压室。

10.根据权利要求1所述的阀门组件，其中该减压室是通过一个通道与至少一个缩小的流动区相连通的，该通道具有的截面积不大于与该减压室相连通的该第一表面的截面积的10%。

11.根据权利要求1所述的阀门组件，其中该流体流动路径进一步包括一个高压流动区，该高压流动区具有大于该缩小的流动区的截面积，并且该阀门组件进一步包括一个升压室，该升压室是与该移动构件的一个第二表面以及所述高压流动区二者均相连通的。

12.根据权利要求1所述的阀门组件，其中该阀门组件包括一个阀杆，该阀杆包括该流体流动路径从中延伸而过的一个空心连杆。

13.根据权利要求1所述的阀门组件，所述阀门组件是电子方式可致动的。

14.一种流体工作机器，包括一个具有周期性变化容积的工作室，一个高压歧管和一个低压歧管，以及根据以上权利要求中任一项所述的一个阀门组件，该阀门组件调节去往或来自该高压歧管或该低压歧管到该工作室的流体供应，其中流体是可运行的以便在工作室容积的至少某些周期的至少部分的过程中在与所述阀门组件的阀门构件向该阀座移动来关闭该阀门构件相同的意义上从该工作室通过该阀座而流动。

15.根据权利要求14所述的流体工作机器，其中该流体工作机器进一步包括一个控制器，该控制器是可运行的以便按照与工作室容积的多个周期成定相的关系来主动地控制所述阀门组件、以及可任选的一个或多个其他阀门，以便在逐周期的基础上确定由这个或每个工作室进行的流体的净排量，由此确定由该工作机器或一组或多组所述工作室进行的流体的时间平均的净排量。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的流体工作机器，其中在该高压歧管和该低压歧管之间的压力差值以及通过该阀门组件的流体通过量是使得该流体工作机器假若不是因为该减压室与该第一表面相连通的话至少在某些工作条件下将不能正确地起作用。

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