CN102597586A - 压力调节阀密封件以及系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种压力调节阀具有限定流体通道的壳体（105）和围绕所述流体通道的开口布置的扁平座（107）以及出口。销（110）轴向地布置在所述壳体中，所述销具有当所述阀关闭时接触所述座（107）的突起的顺从性弹性体凸起（101）。所述销（110）被偏压以保持所述弹性体凸起（101）与所述座接触，从而保持所述阀关闭并且控制所述阀的打开压力。通过该偏压的水平的调节控制流体流动通过和离开所述压力调节阀壳体（105）。当所述阀打开时所述流体以这样的方式越过所述扁平座并且在所述扁平座和所述凸起之间流动使得所述流动是大致上分层的并且使得所述阀最小化流动开始时的压力增益。

Description

压力调节阀密封件以及系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及卸压阀和压力调节阀，尤其涉及最小化随着压力调节阀和类似件中的流动增加的压力增益的阀密封件，具体地非常适合用于期望最小化随着流动增加的压力增加以用于改善系统性能的燃料喷射和其它系统中。

背景技术

内燃式燃料喷射系统通常需要某种形式的压力控制装置（压力调节器或卸压阀）以保持喷射器处的适当燃料压力。常规燃料卸压阀和调节器使用卸压阀中的金属对金属的密封件。金属对金属的密封件抵抗相邻密封表面的表面凹陷；导致压降最小化的直接流动路径。然而，金属对金属的密封件经受高泄漏率，原因是两个密封表面是刚性的、不顺从性的且对污染的影响高度敏感。该问题的一个解决方案是使用橡胶密封压力调节阀。这样的燃料压力调节阀包括保持与金属座紧密接触的橡胶密封元件，所述座具有接触并且凹陷到平面橡胶元件的表面中的突起凸出部。在这样的常规阀设计中，环形金属密封表面接触较厚的扁平橡胶垫以实现阀密封。由于橡胶的相对柔软性和粘弹性，因此金属环导致橡胶表面中的永久压痕。该表面凹陷通常导致橡胶中的永久“压缩形变”。当阀开始打开时，流体流动被限制到与橡胶中的表面变形所限定的复杂通道一致，当压力调节阀开始打开时，这导致迷宫式流动路径。长且迂回的流动路径在初始打开阀时导致显著的压降。

金属对金属的密封装置相比于橡胶密封压力调节阀更昂贵并且具有更高的泄漏率。泄漏典型地与启动相关车辆的困难增加相关联。然而，常规橡胶密封卸压阀和调节器具有更大的压降和更小的线性流动特性。这些倾向限制了橡胶密封压力调节阀的应用。

发明内容

本发明涉及在流动状态期间最小化压力调节阀中的压降的系统和方法。

本发明倒置了橡胶密封压力调节阀中的密封元件的布置，在与平面金属座接触的橡胶部件中产生突起的凸出部。抵抗“压缩形变”的金属座保持它的平面表面，允许最小化流动燃料的压降的直接流动路径。

相比于常规的金属对金属压力调节阀密封，本发明减小了当压力调节阀关闭时它的泄漏。这减小的泄漏有利于燃料喷射系统在车辆关闭时保持压力的能力。

因此，根据本发明各实施例的一种压力调节阀（例如燃料压力调节阀）具有限定流体通道的壳体和围绕所述流体通道的开口布置的扁平座。所述壳体也优选地具有出口。销优选地轴向地布置在所述壳体中。该销优选地具有当所述阀关闭时接触所述座的突起的顺从性弹性体凸起。例如所述销可以具有所述弹性体凸起模制成型在其上的突起环带。该弹性体模制件可以具有大约0.002英寸至大约0.020英寸的厚度、优选大约0.007英寸厚度。所述弹性体可以是针对其暴露于用于系统中的流体时的化学稳定性所选择的含氟弹性体、腈或类似件。所述销优选地例如通过在所述销上施加压缩弹簧力而被偏压以保持所述弹性体凸起与所述座接触，从而保持所述阀关闭并且控制所述阀的打开压力。该偏压优选地是可调节的并且可以由布置在所述壳体中、与所述销接触的弹簧和布置在所述壳体中以接触并且调节所述弹簧的偏压的调节螺丝提供。所述弹簧可以是螺旋弹簧、弹性体弹簧、悬臂弹簧布置、锥形弹簧或其它类似的偏压元件。

在操作中，压力调节阀的这样实施例提供流动通道，围绕所述流动通道限定所述扁平座。例如通过用弹性体材料二次成型由所述销限定的所述环带而在所述销上限定的所述突起的顺从性弹性体凸起轴向地包含在所述壳体中。所述销优选地被偏压成使得当所述阀关闭时所述凸起与所述座接触，并且流体流动通过和离开所述压力调节阀壳体通过所述偏压的水平进行控制。当所述阀打开时，所述流体以这样的方式越过所述扁平座以及流过所述扁平座和所述凸起之间，使得所述流动大致上与流线型流动特性成线性。

根据本压力调节阀的实施例，液压机构或电致动机构可以用于以自动或编程逻辑所指示的水平施加偏压。类似地，根据一些实施例，液压或电致动机构可以用于根据自动或编程逻辑改变偏压弹簧或类似件中的张力。

关于流动的压降，本发明为布置于其中的燃料喷射系统或类似件提供了当压力调节阀致动时的更低压降，和在压力调节阀操作的流体流率范围上的更线性的压降与流动关系。减小的压降改善了燃料喷射器性能的稳健性，原因是燃料喷射器暴露于更低的压力偏离。该线性关系通过增加压降的可预测性改善了燃料喷射控制系统的效率。

由本阀提供的减小压降导致若干优点。首先，减小压降自身是优点。其次，由于当流动增加时流动路径基本保持不变，因此压降随着流动的变化率是恒定的，改善了流动与压降关系的线性。并且最后，压降不随着橡胶的性质变化、随着时间、随着阀老化或在单个的阀之间变化。

前面概述而非广义地描述本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解本发明的以下详细描述。将在下文中描述形成本发明的权利要求的主题的本发明的附加特征和优点。本领域的技术人员应当领会所公开的构思和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的其它结构的基础。本领域的技术人员也应当认识到这样的等效构造不脱离如附带的权利要求中阐述的本发明的精神和范围。当结合附图考虑时从以下描述将更好地理解在其组织和操作方法两个方面被认为是本发明的特征的新颖特征以及另外的目的和优点。然而将清楚地理解每个图仅仅为了例示和描述被提供，而不旨在作为本发明的范围的限定。

附图说明

包含在说明书中并且形成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理，在附图中相似的附图标记表示相似的部分。在图中：

图1是根据本发明的使用密封件的压力调节阀的实施例的部分片断的大体横截面图；

图2是根据本发明的供使用的销的实施例的放大的、更详细的、部分片断的大体横截面图；

图3是图1的压力调节阀实施例的部分片断的大体横截面图，显示了阀打开，最后产生线性流线型流动；

图4是使用液压致动偏压机构的例子的本发明的调节阀实施例的部分片断的大体横截面图；以及

图5是使用电致动偏压调节机构的例子的本发明的调节阀实施例的部分片断的大体横截面图。

具体实施方式

图1是根据本发明的使用密封件101的压力调节阀100的实施例的部分片断的大体横截面图。燃料压力调节阀100主要包括壳体105和座107，所述壳体限定燃料通道106。销110布置在壳体105中。销110具有用作密封件的突起的顺从性弹性体凸起101，当阀100关闭时，所述突起的顺从性弹性体凸起与座107接触。布置在壳体中的弹簧112偏压销110以保持橡胶凸起101与座107接触，从而保持阀100关闭直到销110的相对侧（例如流体通道106中）上的燃料压力克服弹簧112中的张力。可以布置在壳体105中的调节螺丝115或类似机构用于通过调节弹簧112所提供的偏压。图1中所示的实施例也使用入口过滤器118，所述入口过滤器可以是保持于卡扣在阀壳体105上的尼龙塑料壳体中的尼龙滤网119。这样的过滤网典型地具有在二十至五十微米之间的网孔。O形圈120可以装配在壳体105上以提供阀和其安装件之间的密封，所述安装件可以是燃料箱中的或燃料系统的其它地方的燃料泵体或其它燃料系统结构。O形圈可以典型地由含氟弹性体（FKM）橡胶制造，但是可以使用与正在被操作的燃料相容的任何橡胶。

壳体105优选地提供在过滤器118和密封件101之间并且从密封件101通过流动排出口122的流动路径，例如燃料通道106。在密封件101之上的壳体腔孔124可操作地容纳阀销110并且限制阀弹簧112的长度。优选地，销100轴向地容纳在壳体105的腔孔124中。壳体105限定与销110的密封件101相互作用的密封座107。壳体105可以由可选地电镀有镍的黄铜或类似件制造。然而，几乎任何非腐蚀性金属或具有防腐涂层的其它金属可以用于壳体105。备选地，使用耐湿和耐燃料塑料的塑料构造可以被使用。

图2是大体圆柱形销110的实施例的放大的、更详细的、部分片断的大体横截面图，显示了二次成型在密封环带230上的橡胶密封件101。二次成型密封件101可以延伸超出环带230并且延伸到凸缘235的底部上。凸缘235可以在腔孔124中与销110对准。销110也优选地限定凹部237，所述凹部可以大体上为圆形，用于与销110配合并且使销与弹簧112对准。备选地，销110可以限定从销110突起的凸出部或其它结构,以与弹簧112配合并且使它与销110对准。密封环带230上的二次成型橡胶密封件101相对较薄在本阀中提供可重复的和耐用的性能。环带230的相对小的深度可以进一步促进可重复性和耐用性的该性能。优选地，环带230上的密封件101的厚度足够薄以限制密封件101的形状的总体膨胀和任何橡胶膨胀。优选地，密封件101的形状由环带230的底层加强金属保持。

销110可以是镀镍黄铜，但是它可以由具有适当的防腐性质或涂层的任何金属制造。备选地，销110可以由塑料制造。密封件101可以由FKM制造，但是可以使用适合用于正在操作的燃料的其它橡胶混配物。

返回图1，弹簧112在销110的顶部和调节螺丝115之间保持压缩。弹簧可以是不锈钢，但是可以使用具有对于正在操作的燃料而言具有合适防腐性质的其它弹性材料。此外，弹簧可以是螺旋弹簧，如图1中所示，但是它也可以是某种类型的弹性体结构或者是悬臂或锥形弹簧。通过调节螺丝115在壳体105中限定的螺纹137中的轴向位置直到正确弹簧力施加到销110以平衡密封件101之下的期望流体压力而校准阀打开压力，从而提供阀100的正确打开压力，之后将螺丝103锁定就位。在图1中所示的实施例中，镦锻工具或类似件可以用于锁定壳体105和调节螺丝115之间的螺纹。然而，可以使用其它布置，例如机械锁或可调节销。调节螺丝可以由具有镍涂层的黄铜制造。然而，几乎任何无腐蚀性金属或具有防腐涂层或镀层的其它金属可以用于制造螺丝115。而且，使用耐湿和耐燃料塑料的塑料构造可以被使用。视构造材料和组装过程的情况而定，也可以使用除了螺纹以外的提供调节的其它手段。

参见图3，本阀中的部件布置提供相比于现有技术明显不同的流动路径。图3显示了阀100打开，最后产生线性流线流动，如流动箭头所示。在本布置中，由壳体限定的座117的金属表面是平的，并且突起的环形圈优选地由模制成型在金属加强凸起230或类似件上的薄橡胶层101形成。在这样的实施例中，随着时间发生在橡胶中的位移或膨胀不改变阀中的流动路径。优选地，橡胶凸起的薄截面厚度限制由底层加强金属保持的形状的总体延伸。当阀开始打开时，流体流动将是直的，平行于壳体座的金属表面，而没有方向上的任何变化或通过弯曲路径的限制。结果是在流动开始时压降更小。

关于流动的压降，本发明为燃料喷射系统提供了当压力调节阀致动时更小的压降以及在压力调节阀操作的流体流率范围上的更线性的压降与流动的关系。减小的压降改善了燃料喷射器性能的稳定性，原因是燃料喷射器暴露于更小的压力偏离。该线性关系通过增加压降的可预测性改善了燃料喷射控制系统的效率。

在压力调节阀的某些实施例中，偏压力可以由除了弹簧或类似件以外的装置（412）施加，如图4中示意性地所示，和/或可以由除了手动调节螺丝或类似件以外的机构（514）调节，如图5中示意性地所示。

例如，图4显示了使用液压致动偏压机构的例子412的本发明的调节阀实施例400的部分片断图。所示的液压致动偏压机构412可以例如由将流体压力供应给机构412的定位于本地（或远程）的液压（或气动）阀本地地控制。该控制阀又可以由燃料喷射系统中的车辆发动机控制模块（ECM）或类似件控制，或者由使用阀400的其它系统中的类似控制机构控制。采用液压（从动）缸或类似件的形式的机构412可以经由推杆415偏压销110，以保持橡胶凸起101与座107接触，从而保持阀400关闭直到销110的相对侧的燃料压力克服由缸412施加的压力。备选地，在压力调节阀的其它实施例中，类似于机构412的液压或气动机构可以用于调节弹簧（112）的张力（而不是代替它）。

作为另一个例子，图5显示了使用电致动偏压调节机构的例子515的本发明的调节阀实施例500的部分片断图。在阀500中，由在图5中大体上示出为517的步进电动机或类似件调节或调整由弹簧112施加的偏压力。在所示例子中，步进电机517可以转动螺丝枢栓515以调节弹簧112中的张力，并且转而偏压弹簧112将该张力施加到销110以保持橡胶凸起101与座107接触，并且保持阀100关闭直到销110的相对侧的燃料压力克服施加在弹簧112中的张力。备选地，电螺线管或类似件可以用于调节弹簧112中的偏压，而不是步进电机和枢栓布置，如图所示。

用于施加液压的这些或其它机构可以与这些或其它电子机构可互换地用于偏压销110和/或调节施加到销110的偏压力。无论如何，这样的实施例可以根据自动逻辑或编程逻辑提供偏压力的变化，例如可以用于燃料喷射系统中以为环境、排放或功率优化提供增加的、更高程度的发动机控制。

尽管已详细描述了本发明及其优点，但是应当理解可以在本文中进行各种变化、替代和改变而不脱离由附带的权利要求限定的本发明的精神和范围。而且，本申请的范围不旨在限制到在说明书中描述的工艺、机器、制造、物质的组成、手段、方法和步骤。本领域的普通技术人员将从本发明的公开内容容易地领会可以根据本发明使用目前存在的或以后开发的执行与本文中所述的相应实施例大致相同功能或获得大致相同结果的工艺、机器、制造、物质的组成、手段、方法或步骤。因此，附带的权利要求意图在于在它们的范围内包括这样的工艺、机器、制造、物质的组成、手段、方法或步骤。

Claims (29)

1.一种压力调节阀，包括：

限定流体通道的壳体和围绕所述流体通道的开口布置的扁平座；

销，所述销轴向地布置在所述壳体中，所述销具有当所述阀关闭时接触所述座的突起的、顺从性的、弹性体的凸起；

偏压装置，用于对销施加偏压以保持所述弹性体的凸起与所述座接触来保持所述阀关闭并且控制所述阀的打开压力；以及

用于调节所述偏压的调节装置。

2.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述销包括所述弹性体凸起模制于其上的突起环带。

3.根据权利要求2所述的压力调节阀，其中布置在所述环带上的所述弹性体的材料厚度在大约0.002英寸至大约0.020英寸的范围内。

4.根据权利要求2所述的压力调节阀，其中布置在所述环带上的所述弹性体的材料厚度为大约0.007英寸。

5.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述弹性体是含氟弹性体。

6.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述弹性体是腈。

7.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述壳体还包括出口。

8.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述偏压装置包括布置在所述壳体中的弹簧。

9.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述弹簧是螺旋弹簧。

10.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述偏压装置包括用于根据自动逻辑或编程逻辑改变所述偏压的液压装置。

11.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述偏压装置包括用于根据自动逻辑或编程逻辑改变所述偏压的电致动装置。

12.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述调节装置包括调节螺丝，所述调节螺丝布置在所述壳体中以接触和调节所述偏压装置的所述偏压。

13.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述调节装置包括用于根据自动逻辑或编程逻辑改变所述偏压的液压装置。

14.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述调节装置包括用于根据自动逻辑或编程逻辑改变所述偏压的电致动装置。

15.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中所述压力调节阀是燃料压力调节阀。

16.一种方法，包括：

在压力调节阀的壳体中提供流动通道；

在所述壳体中围绕所述流动通道限定扁平座；

在销上限定突起的、顺从性、弹性体的凸起；

将所述销轴向地容纳在所述壳体中；

偏压所述销，使得当所述阀关闭时所述凸起与所述座接触；以及

基于所述偏压的水平控制流体流动通过和离开所述壳体，当所述阀打开时，所述流体穿过所述扁平座并且在所述扁平座和所述凸起之间流动。

17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述销上限定突起的、顺从性、弹性体的凸起的步骤包括用弹性体的材料二次成型环带，该环带由所述销限定。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述弹性体的材料厚度在大约0.002英寸至大约0.020英寸的范围内。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述弹性体的材料厚度为大约0.007英寸。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述弹性体是含氟弹性体。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述弹性体是腈。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述基于所述偏压的水平控制流体流动通过和离开所述壳体的步骤包括根据自动逻辑或编程逻辑改变所述偏压的水平。

23.一种压力调节阀的密封件，包括模制在压力调节阀的销上的弹性体，所述销纵向地布置在限定流体通道的壳体中并且被偏压，以保持所述密封件与围绕所述流体通道的开口布置的扁平座接触。

24.根据权利要求23所述的密封件，其中所述销包括所述弹性体模制于其上的突起环带。

25.根据权利要求23所述的密封件，其中所述弹性体的厚度在大约0.002英寸至大约0.020英寸的范围内。

26.根据权利要求23所述的密封件，其中所述弹性体的厚度为大约0.007英寸。

27.根据权利要求23所述的密封件，其中所述弹性体是含氟弹性体。

28.根据权利要求23所述的密封件，其中所述弹性体是腈。

29.根据权利要求23所述的密封件，其中所述压力调节阀是燃料压力调节阀。

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