CN105626341A - 用于大型内燃机的燃料流量限制阀 - Google Patents
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Abstract
用于大型内燃机的燃料流量限制阀,包括:阀壳,包括围绕阀腔的圆柱形内表面,具有入口阀座的入口通道以及具有出口阀座的出口通道,阀活塞,容置于阀腔中,具有基壁以及圆柱形壁,阀活塞具有分别与入口阀座、出口阀座相配合的第一密封面以及第二密封面,阀活塞能够沿纵向方向在第一位置和第二位置之间移动,第一密封面在第一位置处封闭入口阀座,第二密封面在第二位置处封闭出口阀座,以及弹性元件,设置在壳与阀活塞之间并且趋于将阀活塞朝第一位置推动,第一密封面和第二密封面直接在阀活塞的基壁上加工而成,阀壳包括销形成部,销形成部在阀腔内沿纵向方向延伸,出口通道延伸穿过销形成部,出口阀座形成在销形成部的内侧末端上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于大型内燃机的燃料流量限制阀。
根据本发明的阀尤其可用于具有共轨喷射系统的大型船用发动机。
背景技术
由于共轨喷射系统能够在不考虑发动机速度和燃油凸轮设计的情况下对喷射压力和喷射时机进行选择,其对内燃机的控制产生了更大的灵活性,并且在通过多点喷射对喷射流量进行调整方面产生了更大的灵活性。
这全部是通过向之前分配给燃料喷射泵的各个部件(分别为高压泵和电控喷射器)指定压力生成器和喷射控制功能来实现的。
在这种类型的喷射系统中,喷射器一直连接在高压燃料蓄集器上,使得可在喷射控制单元需要时执行喷射。于是,如果喷射器由于故障一直锁定在打开位置的话,那么高压蓄集器中的全部燃料则会排放到气缸中,对发动机造成灾难性的后果。
因此,从共轨喷射系统开发的早期阶段开始,一直存在对能够限制每个周期中从各个喷射器喷射的燃料量的装置的需求。
US3780716中描述了用于共轨喷射系统的燃料流量限制阀的第一个例子。该文献描述了具有连接到燃料蓄集器上的入口以及连接到喷射器上的出口的燃料流量限制阀。该限制阀包括壳体以及可在阀腔内沿直线方向移动的活塞。压缩的螺旋弹簧会将活塞朝燃料流的入口通道推动。当喷射器打开时,阀的出口处的压力会减小,并且活塞开始朝出口通道移动。活塞的上游腔和下游腔之间的压力降可使弹簧弹力和活塞自身的惯性在各个位置处瞬间平衡。在正常的操作条件下,喷射器在活塞到达出口阀座之前停止。因此,位于活塞上游的腔和位于活塞下游的腔中的压力水平达到允许弹簧推动活塞返回到其初始位置的值。相反地,在喷射变得过长的情况下,活塞会到达出口阀座并断开与喷射器的连接,从而结束喷射,并避免高压蓄集器的继续排放。
在大型内燃机中,尤其是使用重质燃料油的柴油机中,需要将燃料加热至高达120-160℃,以降低燃料的粘度并允许有最佳的抽吸和雾化。为了启动使用这种燃料的发动机,喷射系统的所有部件必须保持温热,以确保粘度不会增加到妨碍燃料喷射的数值。
这通过使热燃料以低压的状态在喷射系统中从蓄集器到喷射器的连续不断的循环来实现。喷射器具有循环阀,其在燃料保持在低压状态时打开通向燃料箱的通路,并且在压力升高时关闭该通路。这样一来,在低压时的循环和在高压时的正常操作均可实现。如果喷射器的阀座由于部件的磨损而没有处于理想状态,那么燃料会通过喷射器的座而流出,并在循环中以低压的状态到达气缸。由于大型船用发动机可能会保持多天的循环模式,由于气缸中充满燃料的发动机在重新启动时会发生严重损坏,这种流失会造成严重的问题。
由于这个原因,有必要阻止燃料在喷射器阀销的座体区域内的循环,这通过在该区域的上游设置阀来实现,该阀设计成在循环模式的特有压力下密闭燃料通路,并适于在高于这些压力水平时打开燃料通路以允许正常操作。换言之,需要一种预先装入的单向阀。
可通过在入口流体通道上增加第二阀座来将这种功能集成到流体限制阀上,并且该第二阀座与形成在流量限制阀的活塞上的相应的密封元件相配合。这样一来,不需要额外的部件即可增加重要的安全功能。
EP2423498中描述了这种理念的一个详细的实施例。该文献描述了压力限制阀,其包括具有围绕阀腔的圆柱形表面的阀壳体、具有入口阀座的入口通道以及具有出口阀座的出口通道。在所述阀腔中容置有具有圆柱形壁的阀活塞,其受到阀壳体的圆柱形内表面在纵向方向上的引导。阀活塞承载有在纵向方向上延伸且在其两端具有密封面的销形闭合元件,闭合元件的两端分别与入口阀座和出口阀座相配合。
这种布置使得制造一体式的活塞和销形闭合元件并不总是可行的,或者并不方便,这是因为活塞上必须设置深槽以容纳弹簧。这导致有必要将需要固定在一起的活塞和销形闭合元件生产成两个单独的部件,并在随后进行精密的加工操作以确保座体和引导面的同轴度。如果没有这些加工操作的话,那么阀座的密封性就会大打折扣。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够克服现有技术中的局限的流量限制阀。特别地,本发明旨在减少生产成本、增加操作的可靠性以及降低为加速活塞所需的压力降,从而改善流量限制阀的动态行为。
根据本发明,这些目标可通过如下流量限制阀来实现。
根据本发明的一个实施例,提供了一种用于大型内燃机的燃料流量限制阀,包括:
阀壳,包括围绕阀腔的圆柱形内表面、具有入口阀座的入口通道以及具有出口阀座的出口通道,
阀活塞,容置于所述阀腔中,并且具有基壁以及圆柱形壁,所述阀活塞受到阀壳的圆柱形内表面在纵向方向上的引导,所述阀活塞具有与所述入口阀座相配合的第一密封面以及与所述出口阀座相配合的第二密封面,所述阀活塞能够沿所述纵向方向在第一位置和第二位置之间移动,所述第一密封面在所述第一位置处封闭所述入口阀座,且所述第二密封面在所述在第二位置处封闭出口阀座,以及
弹性元件,设置在所述阀壳与所述阀活塞之间,并且趋于将所述阀活塞朝所述第一位置推动,
其中,所述第一密封面和第二密封面直接在所述阀活塞的基壁上加工而成,并且,所述阀壳包括销形成部,所述销形成部在所述阀腔内沿所述纵向方向延伸,其中所述出口通道延伸穿过所述销形成部,并且其中所述出口阀座形成在所述销形成部的内侧末端上。
根据本发明的一个实施例,所述阀壳包括第一壳体,所述第一壳体包括底壁以及从所述底壁延伸出的侧壁,并且具有开口端部分,并且所述销形成部一体式地形成在密封固定到所述第一壳体的开口端部分上的第二壳体上。
根据本发明的一个实施例,所述弹性元件是设置在所述销形成部之外且位于所述阀活塞的所述圆柱形壁之内的螺旋压缩弹簧。
根据本发明的一个实施例,所述第一密封面是形成在阀活塞的所述基壁的一体式凸起上的凸面。
根据本发明的一个实施例,所述第二密封面是凹入到所述阀活塞的所述基壁中的凹面。
附图说明
现在本发明将参照附图进行详细地说明,附图仅为非限制性的例子,其中图1和图2是根据本发明的燃料流量限制阀在第一工作位置和第二工作位置时的轴截面。
具体实施方式
参照附图,附图标记10表示目的是使用于用于大型内燃机的共轨喷射系统中的燃料流量限制阀。燃料流量限制阀10包括其中限定有阀腔14的阀壳12。阀壳12由彼此固定在一起的第一壳体16和第二壳体18形成。
第一壳体16包括底壁20,以及从所述底壁20延伸出且具有围绕阀腔14的圆柱形内表面24的侧壁22。第一壳体16的侧壁22具有开口端部分26,第二壳体18插入并固定到该开口端部分中。在第一壳体16的底壁20上形成有入口通道28,其与阀腔14连通。入口通道28的内侧端具有入口阀座30。在所描述的例子中,入口阀座由锥形凹面形成。
第二壳体18包括整体式的基部32和销形成部34,销形成部34在阀腔14内沿着纵向轴线A延伸。第二壳体18的基部32密封地固定到第一壳体16的开口端部分26上。销形成部34从基部32的内表面36上突出。出口通道38形成在销形成部34之内,其与阀腔14连通。出口阀座40形成在销形成部34的内侧末端处。在所描述的例子中,出口阀座40是具有球面形的凸面。
阀10包括容置在阀腔14内且可在纵向方向A上移动的阀活塞42。阀活塞42由具有基壁44和圆柱形壁46的整体形成。圆柱形壁46具有圆柱形外表面48,其与第一壳体16的圆柱形内表面24导向式接触。
阀活塞42的基壁44在位于面向第一壳体16的底壁20的一侧上具有一体式凸起50。一体式凸起50具有由凸面形成的第一密封面52,其设计成用来密封入口阀座30。基壁44在位于面向第二壳体18的基部32的一侧上具有第二密封面54。第二密封面54由凹入到基壁44中的锥形凹面形成,并且用于密封出口阀座40。第一密封面52和第二密封面54直接在阀活塞42的基壁44上加工而成。密封面52、54可由加工阀活塞42的圆柱形外表面48的同一台机器来进行加工,以便确保密封面52、54相对于圆柱形外表面48的同轴度,这对于密封各自的阀座30、40而言是必需的。
阀活塞42包括带刻度的(calibrated)流体通路,其将阀腔14位于阀活塞42两侧的两部分连通。在所描述的例子中,带刻度的通路由形成在阀活塞42的基壁44上的带刻度的孔56形成。
压缩的螺旋弹簧58同轴地设置在销形成部34的外部。弹簧58的第一端抵靠在第二壳体18的内表面36上,并且弹簧58的第二端抵靠在阀活塞42的基壁44上。螺旋弹簧58相对于阀活塞42的圆柱形壁46而言位于内部。螺旋弹簧58趋于将阀活塞42朝第一壳体16的底壁20推动。
在操作中,入口通道28连接到共轨喷射系统的蓄集器上,并且出口通道38连接到电控喷射器上。当喷射器关闭时,阀活塞42位于图1所示的位置。在此位置处,第一密封面52密封地封闭入口阀座30,并阻止流体进入到阀腔14中。当喷射器打开时,阀腔14中的压力下降,并且阀活塞42开始朝出口阀座40移动。在正常的操作条件下,喷射会在阀活塞42到达出口阀座42之前中止。因此,在位于阀活塞42上游的阀腔14和位于阀活塞42下游的阀腔14中的压力水平达到允许弹簧58使阀活塞42返回到入口阀座30的封闭位置处的值。在进行后续的喷射之前,阀活塞42必须返回到入口阀座30的封闭位置处。封闭速度由设计者通过适当地选择弹簧弹力和带刻度的孔56的尺寸来确定。
当喷射持续时间过长时,阀活塞42到达图2所示的位置。在此位置处,阀活塞42的第二密封面54密封地封闭出口阀座40。这样一来,喷射会中止并阻止燃料继续从高压蓄集器排出。发动机对应的气缸会保持禁用,但由于缺乏喷射压力可防止过度添加燃料以及发动机的停止。
燃料喷射的最大量取决于位于阀活塞42下游的阀腔14的容量以及在阀活塞42朝出口阀座40移动的过程中通过带刻度的孔56的流量。
根据本发明的阀的设计减少了部件的数量和制造阀所需的精密加工操作的数量。特别地,阀的三个主要部件(第一壳体16、第二壳体18以及阀活塞42)分别由单个金属件构成。密封面和引导面的加工可以简单且迅速的方式进行,这是因为部件的几何结构预期不会有处于难以到达且需使用工具来加工的位置处的区域。相比于根据EP2423498的实施方案,移动部件(或仅是阀活塞42)的总质量减小了20%。因此,在加速阶段中减小的惯性力以及活塞42的上游腔和下游腔之间的压力降是相当多的。这使得在喷射器的打开阶段中能够有更高压力的喷射。
当然,在不损害本发明的原理以及不脱离本发明由随附的权利要求书所限定的范围的情况下,针对那些所描述的以及所说明的构造和实施例的细节可进行广泛地改变。
Claims (5)
1.用于大型内燃机的燃料流量限制阀,包括:
阀壳(12),包括围绕阀腔(14)的圆柱形内表面(24)、具有入口阀座(30)的入口通道(28)以及具有出口阀座(40)的出口通道(38),
阀活塞(42),容置于所述阀腔(14)中,并且具有基壁(44)以及圆柱形壁(46),所述阀活塞(42)受到阀壳(12)的圆柱形内表面(24)在纵向方向(A)上的引导,所述阀活塞(42)具有与所述入口阀座(30)相配合的第一密封面(52)以及与所述出口阀座(40)相配合的第二密封面(54),所述阀活塞(42)能够沿所述纵向方向(A)在第一位置和第二位置之间移动,所述第一密封面(52)在所述第一位置处封闭所述入口阀座(30),且所述第二密封面(54)在所述在第二位置处封闭出口阀座(40),以及
弹性元件(58),设置在所述阀壳(12)与所述阀活塞(42)之间,并且趋于将所述阀活塞(42)朝所述第一位置推动,
其特征在于,所述第一密封面(52)和第二密封面(54)直接在所述阀活塞(42)的基壁(44)上加工而成,并且,所述阀壳(12)包括销形成部(34),所述销形成部(34)在所述阀腔(14)内沿所述纵向方向延伸,其中所述出口通道(38)延伸穿过所述销形成部(34),并且其中所述出口阀座(40)形成在所述销形成部(34)的内侧末端上。
2.根据权利要求1所述的流量限制阀,其特征在于,所述阀壳(12)包括第一壳体(16),所述第一壳体(16)包括底壁(20)以及从所述底壁(20)延伸出的侧壁(22),并且具有开口端部分(26),并且所述销形成部(34)一体式地形成在密封固定到所述第一壳体(16)的开口端部分(26)上的第二壳体(18)上。
3.根据权利要求2所述的流量限制阀,其特征在于,所述弹性元件(58)是设置在所述销形成部(34)之外且位于所述阀活塞(42)的所述圆柱形壁(46)之内的螺旋压缩弹簧。
4.根据权利要求1所述的流量限制阀,其特征在于,所述第一密封面(52)是形成在阀活塞(42)的所述基壁(44)的一体式凸起(50)上的凸面。
5.根据权利要求1所述的流量限制阀,其特征在于,所述第二密封面(54)是凹入到所述阀活塞(42)的所述基壁(44)中的凹面。
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