CN104334867A - 止回阀组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于高压燃料喷射系统的止逆阀组件（100）。该阀包括一部分由第一主体（106）限定、一部分由第二主体（108）限定且限定出阀室壁（118）的阀室（102），形成在第一主体（106）中且在由第一主体（106）限定的阀座（116）处通到阀室（102）的入口通道（110），出口通道（112），以及，容纳在阀室（102）内且与阀座（116）可接合以中断从出口通道（112）通过阀室（102）至入口通道（110）的流体流动的阀球（114）。阀室壁（118）包括多个导向部分（122a）以引导阀球（114）在阀室（102）内进行基本上线性的运动。

Description

止回阀组件

技术领域

本发明涉及用在高压燃料喷射系统中的阀组件。具体地但不是唯一地，本发明涉及用于防止燃料从燃料储存器回流到燃料泵的阀组件。

背景技术

附图的图1示意性地示出用在内燃机中的共轨型燃料喷射系统，例如EP - A - 1921307中描述的。从高压燃料泵12向称作共轨10的燃料储存器空间供应高压燃料。高压泵12包括泵室12a，其通过计量阀16从低压源或贮存槽14接收燃料。泵12还包括泵送元件或柱塞12b，其被驱动进行线性往复运动，以循环的方式改变泵室12a的容积。在柱塞12b的填充或返回行程，从贮存槽14抽取燃料到泵室12a中，在柱塞12b的泵送或前进行程，燃料在泵室12a中被加压并且在高压下被推入共轨10中。

共轨10向多个燃料喷射器18供应高压燃料，图1中仅仅示出其中的一个，并且，每个燃料喷射器在控制阀20的控制下可操作成促使燃料喷入发动机的相关气缸22中。

为了维持共轨10中的燃料高压并且防止高压燃料从共轨10回流向泵12和计量阀16，特别是在柱塞12b的返回行程期间，必须在泵12与共轨10之间的燃料流道中包括止逆阀24（也称作单向阀或止回阀）。

止逆阀24包括容纳在阀室24b中的球24a。与泵12流体连通的入口通道26在阀座24c处通到阀室。出口通道28在远离阀座24c的位置处通到阀室，从而连续开启阀室24b与出口通道28之间的流体连通。出口通道28与共轨10流体连通。

球24a被阀弹簧24d偏压向阀座24c。在柱塞12b的前进行程期间，球24a离开阀座24c以允许燃料从入口通道26流过阀室24b并且通过出口通道28流到共轨10。在柱塞12b的返回行程期间，球24a被弹簧24d促使接合阀座24c。由此防止从共轨10流回泵室12a。在这个配置中，通过对弹簧24的合适选择能够精确地控制球24a的运动，该弹簧决定了将球24a推向阀座24c的力。

为了减少阀的零件数量并且提高可靠性，会期望省略阀弹簧24d，这样，球24c在阀室24b内可自由运动。在这类配置中，在柱塞12b的返回行程期间，球24a被泵室12a中的容积增大所形成的部分真空拉动以接合阀座24c，并且通过作用于球24a上的高轨压力保持接触阀座24c。由此防止从共轨10流回泵室12a。然而，因为在这个配置中，作用于球的力是仅从作用于球24a的每一侧的燃料压力获得的，所以，球24a的运动不那么好控制，因此，止逆阀的打开和关闭行为也不那么可预测。

在这个背景下，期望提供一种止逆阀配置，带有良好的可靠性、少的零件数量和精确限定的开闭行为。

发明内容

从第一方面，本发明在于用于高压燃料喷射系统的止逆阀组件，包括一部分由第一主体、一部分由第二主体限定且限定出阀室壁的阀室、形成在第一主体中且在由第一主体限定的阀座处通到阀室的入口通道、出口通道和容纳在阀室内且与阀座可接合以中断从出口通道通过阀室至入口通道的流体流动的阀球。阀室壁包括多个导向部分以引导阀球在阀室内进行基本上线性的运动。

利用导向部分，阀球的运动被约束从而能够更精确地预测阀球的位置。因此，有利地，本发明允许优化阀室和阀座的形状以控制阀的打开和关闭特性，即使省略了偏置弹簧。

此外，通过设置阀室壁的导向部分来引导阀球进行基本上线性的运动，相比不存在导向部分的情况更精确地控制球撞击阀座的位置。这使得球和阀座能够在阀的工作寿命较早期进行"磨合（bed in）"（即，阀座的局部区域通过塑性流动变形和/或磨成与球形状一致），这有助于避免通过阀座的泄露。类似地，如果设置提升限制器以限制球离开阀座的打开运动，球和提升限制器同样地在阀的工作寿命较早期进行"磨合"。

根据本发明的一个实施例，第一和第二主体可以限定出相应的配合面，因此，第一主体的配合面的一部分邻接第二主体的配合面的一部分以形成它们之间的密封。有利地，这个配置在第一和第二主体之间提供足够好的密封以防止从阀室的泄漏，即使在工作时阀室中的燃料压力很高时。

阀室可以形成为第一主体的配合面中的凹口。例如，阀室可以由第一主体的配合面中的多个孔形成。在一个实施例中，阀室由中央孔和与中央孔重叠的多个周边孔形成，导向部分优选地由相邻周边孔之间的中央孔的区域限定。通过这种方式，阀室可以包括从中央空间横向延伸的多个凸角。阀座可以限定在中央孔的内端。

这个配置允许使用简单的制造工艺精确地限定阀室的形状。例如，中央孔能够通过钻孔入第一主体的配合面而形成，并且，然后，能够通过合适的机加工工艺成型周边孔和阀座。

根据本发明的一个实施例，配合面是基本上平坦的。设置平坦的配合面有助于确保面之间的良好密封，特别是在获得高平面度的时候。因此，可以对配合面进行研磨或其它机加工。

阀组件可以是无弹簧的。换句话说，仅仅通过流体压力，把阀球偏压成运动到接合阀座。替代地，可以设置偏压装置例如弹簧把球偏压成接合阀座。

根据本发明的一个实施例，第二主体的配合面可以限定出球的提升限制器。提升限制器可以是配合面的平坦表面，或者替代地，提升限制器可以进行合适地成型。当设置偏压装置时，偏压装置可以限制球离开阀座的运动，在这种情形下，提升限制器可以是不需要的。

出口通道优选地形成在第二主体中。在一个配置中，出口通到第二主体的配合面。当阀室由中央孔和重叠中央孔的多个周边孔形成时，出口通道可以通到阀室的这些周边孔中的一个。 

为了控制阀球的运动，阀座可以是大致截锥形的。例如，阀座可以限定出近似80度与近似100度之间的锥角，优选地近似90度。

在一个实施例中，阀室壁包括围绕球等角度间隔的三个导向部分。已经发现这个配置既在控制球运动方面又在易于制造方面都是特别有利的。基于类似的理由，这些导向部分可以包括阀室壁的局部圆柱形部分。

入口通道可以包括通到阀座的局部球形入口室。通过这种方式，入口通道能够相对于球的运动轴线倾斜，而不对阀座处的流体流动产生不利影响。具体地，有了这个配置，作用于球上的流体压力在阀座的圆周周围基本上是一致的。

在第二方面，本发明还扩展到一种用于内燃机的燃料喷射系统，包括具有泵室的高压燃料泵、用于供给多个燃料喷射器的燃料轨和依照本发明的第一方面的止逆阀组件。从燃料轨向泵室的流体流动被止逆阀中断。

本发明的第一方面的优选和/或可选特征可以是单独地或以适当的组合用在本发明的第二方面。

附图说明

附图图1，上面已经提到过，是已知的燃料喷射系统的示意图，其具有定位在高压燃料泵的泵室与燃料轨之间的止逆阀。

现在将仅仅以举例的方式描述本发明，参照其余附图，其中：

图2是依照本发明的第一止逆阀组件的立体示意图；

图3是图2的止逆阀组件的垂直截面示意图；

图4是图2的止逆阀组件的水平截面示意图；和

图5是依照本发明的第二止逆阀组件的立体示意图。

具体实施方式

依照本发明的第一实施例的止逆阀组件100用在高压燃料喷射系统中，在图2-4中示出。

最开始参照图2和3，阀组件100包括限定在阀壳104内的阀室102。阀壳104包括第一壳主体106和第二壳主体108。入口通道110形成在第一壳主体106中以从相关高压燃料泵的泵室（未示出）输送燃料进入阀室102。出口通道112形成在第二壳主体108中以从阀室102传送燃料到高压燃料轨（未示出）。

阀组件100进一步地包括阀球114，其容纳在阀室102内。阀球114在室102中可运动以接合形成在第一壳主体106中的阀座116，入口通道110在该处通到阀室102。如图3最清楚示出的，当球114接合阀座116时，防止燃料从阀室102反流至入口通道110。

第一和第二壳主体106、108在围绕阀室102的周边的各个平坦配合面106a、108a处彼此紧靠密封。当止逆阀组件100用于高压燃料喷射系统中时，阀室102中的燃料压力可以是2000巴或更高。因此，为了确保在邻接的配合面106a、108a之间形成的密封能够防止燃料从阀室102泄漏，用合适的夹紧装置（未示出）把壳主体106、108紧紧地夹在一起。

方便地，止逆阀组件100可以容纳在燃料泵（未示出）的壳体内，在这种情形下，燃料泵的壳体或燃料泵的另一部件能够提供夹紧装置。阀组件100可以替代地容纳在别处，例如，在独立壳体中或在共轨的壳体中。

阀室102形成为第一壳主体106的配合面106a中的凹口。如将在下文描述的，该凹口由多个重叠孔形成，这些孔从配合面106a向内垂直于该配合面106a延伸限定出阀室壁118。阀室壁118因此以直角与配合面106a相接。与配合面106相反的凹口的端部由阀室顶120关闭，阀座116形成在阀室顶中。第一壳主体106的配合面106a处的凹口的端部由第二壳主体108的平坦配合面108a关闭。

另外参照图4，其是穿过第一壳主体106看向阀室顶120的截面图，阀室102包括由阀室壁118的三个局部圆柱形部分122a界定的中央区域122。局部圆柱形部分122a，此后称作导向部分122a，落在共同圆柱形上，因此，阀室102的中央区域122描绘了大致圆柱形空间。

三个凸角124沿外围且围绕中央区域122成等角度布置，每个凸角124布置在两个相邻的导向部分122a之间。每个凸角124由阀室壁118的远离中心的局部圆柱形部分124a限定，通过一对平行的平坦壁部分124b连接到中央区域122。

阀室102因此能够例如由第一中央孔和另外三个孔形成，该第一中央孔形成大致圆柱形的中央区域122，这另外三个孔与中央区域122重叠以限定出凸角124的局部圆柱形壁部分124a。平坦壁部分124b能够通过合适的机加工而成，以使局部圆柱形壁部分124a与每个相邻的导向部分122a接合。通过合适的机加工，阀座116能够在第一孔的内端形成。

如能够在图4中最清楚看到的，这三个局部圆柱形导向部分122a围绕阀球114等角度布置。导向部分122a与阀球114的直径成小间隙配合，从而阀球114的横向运动受到导向部分122a的限制。通过这种方式，阀球114的运动在阀室102内由阀室壁118引导成沿着轴线（图3中的标为A）的大致线性的运动，这个轴线与第二主体108的平坦配合面108垂直。

为了避免球114的磨损并且允许球114的不受阻碍的线性运动，导向部分122a描绘的圆柱体的内径小于球114的外径从而在导向部分122a与球114之间形成空隙或间隙。导向部分122a与球114之间的间隙还允许阀座116与导向部分122a之间的任何同轴未对准在阀组件100的工作期间进行调整。

如图2和3中最清楚示出的，当球114离开阀座时，圆周凸角124为流过阀球114的燃料流提供较大的截面积，因此，导向部分122a的存在并不可察觉地限制通过阀的流量。

第二壳主体108的平坦配合面108a的区域暴露于阀室102的内部，如能在图2和3中看到的。这个暴露区域限定了提升限制器126，其用来限制阀球114离开阀座116的运动。因为球114的横向运动被导向部分122a约束，因此，球114总是在大致相同位置撞击提升限制器126。因此，有利地，提升限制器126通过由球114的反复冲击引起的变形的"磨合"出现在阀组件100的工作寿命的较早期，并且这个变形是相对受局限的。

阀座116的形状能够最清楚地在图3中看到。阀座116包括在阀室顶120中的截头圆锥形凹口。在这个例子中，阀座116限定的锥角是90°。 已经发现近似90°的锥角引起对球114的运动的特别好的控制。在其它例子（未示出）中，阀座116限定的锥角可以在近似80°与近似100°之间。

为了经得起工作中的燃料高压，壳主体106、108优选地由较高强度的金属材料制成，例如高强度钢。配合面106a、108a优选地以高平面度进行精磨，这有助于确保面106a、108a之间的良好密封。

入口通道110经由局部球形入口室128与阀座116连通，在图2和3中可见。入口通道110向球114的运动轴线（图3中的A）倾斜。然而，入口室128在圆形开口处通到阀座116，该圆形开口与轴线A同轴，因此燃料压力与轴线A平行地基本上一致地作用在球114上。

入口通道110在圆弧或平滑过渡区域130与入口室128相接。通过设置圆弧过渡区域130而不是尖角角部，降低第一壳主体106中的相关应力集中，这降低了疲劳破坏风险。而且，圆弧过渡区域130有助于提高通过入口通道110、入口室128和阀室102的燃料流量。

类似地，在凸角124的局部圆柱形和平坦壁部分124a、124b与阀室102的顶120相接的地方设置阀室壁118的更多圆弧过渡区域132。同样，这些圆弧过渡区域132有助于降低第一壳主体106中的应力集中并且提高通过阀室102的燃料流量。

与入口通道110相似，出口通道112也相对于球运动轴线A倾斜。出口通道112通入阀室102的凸角124中的一个。

阀球114由合适的抗磨损刚性材料制成。例如，阀球114可以由陶瓷材料例如氮化硅制成，并且可通过烧结和研磨进行制造。

现在将描述阀组件100的使用的一个例子，其中，本发明的阀组件100用于代替图1的燃料喷射系统中所示的阀24。

在工作时，入口通道110连接到高压燃料泵的泵室，出口通道112连接到共轨。图2至4示出阀组件100，阀球114处于其关闭位置，与阀座116接合。

当在泵柱塞的泵送行程期间入口通道110中的燃料压力升高时，在阀座116上游作用于阀球114的暴露于入口室128中的燃料的区域上的燃料压力显著升高。这个压力的增大迫使阀球114离开阀座116，打开阀用于燃料从入口通道110经由阀室102流向出口通道112。当球114接触到提升限制器126时，阀球114的打开运动被阻止。

球114一脱离阀座116，燃料就能相对自由地围绕球114流动通过阀室102的凸角124。通过这种方式，当球114向着提升限制器126行进时作用于球114上的力是较低的。因此在本发明的设计中，能够最小化对提升限制器126的损坏，特别是利用阀室102和阀座116的形状。

例如，阀座116的几何结构的选择，特别是座的宽度和座116的内径能够选为提供作用于球114上的期望打开力。像最小化对提升限制器126的损坏一样，阀座几何结构的这样最优化能够确保球不会由于伯努利效应而在阀室102内往复或振动或者自动关闭，这个伯努利效应用来降低当燃料速度在球114的初始打开运动期间高时在阀座116处作用于球114上的压力。

在返回行程开始时，入口通道110中的燃料压力随着泵柱塞缩回而下降。少量燃料从阀室102回到泵室，这又引起球114返回接合阀座116。在返回行程的剩余时间期间，由于入口通道110中的压力下降并且由储存在共轨中的燃料产生的出口通道112中的较高压力，球114保持接合阀座116。

将意识到，本发明的几个变化和改型是可行的。举例来说，图5示出依照本发明的第二实施例的止逆阀组件200，其不同于图2-4所示阀组件100的地方在于阀室的形状。两个实施例共有的其余特征用相同的附图标记表示，将不详细描述。

在图5的阀200中，阀室202包括由三个局部圆柱形导向部分122a限定的中央区域122，与本发明的第一实施例一样。然而，在第二实施例中，阀室202的凸角124、224具有不等的尺寸。

出口通道112所通入的其中一个凸角124由阀室壁118的远离中心的局部圆柱形部分124a限定，通过一对平行的平坦壁部分124b连接到中央区域122。

其余两个凸角224（在图5中只能看到其中一个）仅仅由阀室壁118的局部圆柱形部分224a限定，没有平坦壁部分。换句话说，局部圆柱形部分224a直接连接导向部分122a。这两个凸角224的截面积因此小于出口通道112所通入的凸角124的。

更多变化和改型也是可行的。具体地，对于给定应用，可以做出对阀室、阀座、入口室、入口通道和出口通道的几何结构的变化以优化阀的性能。在这点上，有利的是，基本上沿着线性运动轴线引导阀球，因为，相比于阀球自由地横向和轴向运动的配置，在设计和优化过程中大大地简化阀几何结构的建模。

在示出的实施例中，提升限制器126最开始是平坦表面，但是应当意识到，在阀球磨合时，提升限制器126的某种变形可能出现。然而，在其它实施例中，可以设置成形或异型提升限制器。

如所示实施例中示出的，三个导向部分和三个凸角的配置是较易于制造的。然而，将意识到，作为替代，能够设置比三个更多或更少的导向部分和凸角。

本发明所示实施例不需要偏压弹簧把阀球偏压成接合座。在这样的无弹簧配置中，仅仅通过流体压力，使阀球运动成接合座。然而，在其它配置中，可以设置弹簧或其它弹性偏压装置，在这种情形下，第二主体的平坦配合面可以用作弹簧的邻接表面，代替用作提升限制器。

在不脱离所附权利要求限定的本发明范围的情况下，也可以构思本发明的更多改型和变形。

Claims (13)

1.一种用于高压燃料喷射系统的止逆阀组件（100），包括：

阀室（102），其一部分由第一主体（106）和一部分由第二主体（108）限定且限定阀室壁（118），第一和第二主体（106,108）限定出相应的大致平坦配合面（106a，108a），使得第一主体（106）的配合面（106a）的一部分邻接第二主体（108）的配合面（108a）的一部分以在它们之间形成密封；

入口通道（110），其形成在第一主体（106）中且在由第一主体（106）限定的阀座（116）处通向阀室（102）；

出口通道（112）；和

阀球（114），其容纳在阀室（102）内且与阀座（116）可接合以中断从出口通道（112）通过阀室（102）至入口通道（110）的流体流动；

其中，阀室壁（118）包括多个导向部分（122a）以引导阀球（114）在阀室（102）内进行基本上线性的运动。

2.如权利要求1所述的止逆阀组件，其中，阀室（102）形成为第一主体（106）的配合面（106a）中的凹口。

3.如权利要求2所述的止逆阀组件，其中，阀室（102）由第一主体（106）的配合面（106a）中的多个孔形成。

4.如权利要求3所述的止逆阀组件，其中，阀室由中央孔和与中央孔重叠的多个周边孔形成，并且其中，导向部分（122a）由相邻周边孔之间的中央孔的区域限定。

5.如权利要求4所述的止逆阀组件，其中，阀座（116）限定在中央孔的内端。

6.如权利要求1至5的任一项所述的止逆阀组件，其中，第二主体（108）的配合面（108a）限定出用于球（126）的提升限制器。

7.如在前任一项权利要求所述的止逆阀组件，其中，出口通道（112）形成在第二主体（108）中。

8.如在前任一项权利要求所述的止逆阀组件，其中，阀座（116）是大致截锥形。

9.如权利要求8所述的止逆阀组件，其中，阀座（116）限定出在近似80度与近似100度之间的锥角，优选地近似90度。

10.如在前任一项权利要求所述的止逆阀组件，其中，阀室壁（118）包括围绕球（114）等角度间隔的三个导向部分（122a）。

11.如在前任一项权利要求所述的止逆阀组件，其中，导向部分（122a）包括阀室壁（118）的局部圆柱形部分。

12.如在前任一项权利要求所述的止逆阀组件，其中，入口通道（110）包括通向阀座（116）的局部球形入口室（128）。

13.一种用于内燃机的燃料喷射系统，包括：

具有泵室的高压燃料泵；

用于供给多个燃料喷射器的燃料轨；和

如在前任一项权利要求所述的止逆阀组件（100）；

其中，从燃料轨向泵室的流体流动被止逆阀组件（100）中断。