CN110005560A - 包含带有阶梯式电枢的电动致动器的阀组件 - Google Patents

Abstract

一种用于泵的阀组件包括电动致动器，该电动致动器包含定子和电枢，其中电枢包括顶部电枢表面和下部形成间隙的表面，顶部电枢表面面向定子并且具有向内升高的外形，该外形在径向向内的位置形成凸起的表面，下部形成间隙的表面处于径向向外的位置，该径向向外的位置在当启动电动制动器时在电枢和定子之间形成间隙，以便于排出流体并且避免产生高速度，潜在地破坏流体流动。

Description

包含带有阶梯式电枢的电动致动器的阀组件

技术领域

本发明大体上涉及电动致动器中的电枢设计和操作，并且更具体地 涉及一种包含成形为限制由阀组件中的电枢运动而排出的流体的高速 流动的电动致动器电枢的阀组件。

背景技术

许多不同的泵设计用于传输和加压流体。在诸如内燃机的燃料系统 方面，电子控制的高压燃料泵是常见的并且用于加压诸如柴油燃料的燃 料，以注入到发动机气缸中。已经证明，高压燃料喷射策略对于减少排 放操作是有效的。在一种设计中，高压燃料泵进给所谓的共轨，该共轨 提供存储一定量加压燃料的流体贮存器，用于输送到多个燃料喷射器。 在其他设计中，燃料泵单独地与燃料喷射器相关联，并且被称为单元泵。

为了实现对这种泵内的运动部件的高水平控制，诸如螺线管致动器 的电动致动器用于控制阀定位和流体连接件。当施加电流时，螺线管产 生磁场，其可以产生具有足够能量的局部力以致动燃料系统硬件内的部 件。多年来，工程师们已经尝试了各种不同的电动制动器和泵设计。随 着压力的不断增加以及对燃油喷射量、燃油喷射率和其他性能的控制， 燃料泵内的电动致动器和相关的阀部件倾向于相对快速地移动并且能 够以相对高的力冲击阀座、止动件或其他表面。通过Shorey等人的美国 专利第5,743,238号获知一种示例燃料泵设计。在Shorey等人示出的配 置中，电动致动器用于控制明显地改变位置以交替地允许或阻止燃料流 到泵送室的阀。

发明内容

在一个方面，阀组件包括阀构件和电动致动器，电动致动器含有定 子和联接到阀构件的电枢。电枢包括电枢板，该电枢板限定电枢中心轴 线，并且可响应于电动致动器的能量状态的变化而在静止位置和启动位 置之间移动以改变阀构件的位置。电枢板包括顶部电枢表面、底部电枢 表面以及外部周边表面，顶部电枢表面面向定子，外部周边表面围绕电 枢中心轴线周向地延伸并且在顶部电枢表面和底部电枢表面之间轴向 地延伸。顶部电枢表面包含向内地逐渐变细的外形和下部形成间隙的表 面，向内地逐渐变细的外形在在邻近启动位置处的定子的径向向内的位 置形成凸起表面，下部形成间隙的表面在启动位置处的电枢和定子之间 形成间隙的径向地向外位置处。

在另一方面，一种操作阀组件的方法包括改变阀组件的电动致动器 的能量状态，以及将与阀组件中的阀构件联接的电枢从静止位置朝向电 动致动器中的定子移动，以响应于电动致动器的能量状态的变化。该方 法还包括停止电枢在启动位置的移动，在该启动位置，电枢的径向向内 位置处的凸起表面与定子的面相邻。该方法还包括在位于电枢的径向地 向外位置处的下部形成间隙的表面和定子面之间的启动位置处形成间 隙，并且借助于间隙从电枢和定子之间排出流体。

在又一方面，泵包括泵壳体和泵送元件，泵送元件可在形成于泵壳 体中的泵室内的缩回位置和前进位置之间移动。泵还包括阀组件，用于 控制流体流入或流出泵室，并包括阀构件和用于调节阀构件位置的电动 致动器。电动致动器包括定子和电枢，电枢包含顶部电枢表面和底部电 枢表面以及下部形成间隙的表面，顶部电枢表面面向定子，并且顶部电 枢表面包含在径向地向内位置处形成凸起表面的向内逐渐变细的外形， 下部形成间隙的表面处于径向向外的位置。电枢处于静止位置，在该静 止位置，每个凸起表面和下部形成间隙的表面与定子间隔开，并且可移 动到启动位置，在该启动位置处，凸起表面与定子相邻并且下部形成间 隙的表面与定子间隔开并形成用于从电枢和定子之间排出流体的间隙。

附图说明

图1是根据一个实施例的泵的剖面侧视图；

图2是根据一个实施例的处于第一状态的阀组件的部分的示意图；

图3是图2的阀组件处于第二状态的示意图；

图4是根据一个实施例的用于电动致动器的电枢的透视图；和

图5是根据一个实施例的电动致动器的仰视图，该电致动器包括以 虚线示出的定子和电枢。

具体实施方式

参照图1，其示出了根据一个实施例的泵10并且包括限定泵壳体纵 向轴线13的泵壳体12。具有活塞14性质的泵送元件定位在泵壳体12 内并且可在泵送室或活塞腔16内的前进位置和缩回位置之间移动。在 所示实施例中，活塞14可响应于凸轮18的旋转而在前进位置和缩回位 置之间移动。泵10可以是例如对诸如柴油燃料的燃料加压以输送到共 轨(未示出)的燃料泵，该共轨将加压燃料供应到内燃机中的多个燃料 喷射器。可替代地，泵10可以是与单个燃料喷射器相关联的所谓的单 元泵。在其他实施例中，泵10可能根本不是燃料泵。活塞14是在图1 的剖面中可见的唯一活塞，然而，本领域技术人员将理解，一个或多个 附加的活塞通常将是泵10的一部分并且往复、同相或异相，以通常已 知的方式响应于发动机凸轮旋转。活塞14可以对活塞腔16内的燃料加 压，并使燃料在泵入口20和泵出口22之间转换。阀组件24的阀构件 26也定位在泵壳体12内并且可在静止位置和启动位置之间移动，在静 止位置，阀座28打开，并且泵入口20与柱塞腔16进行流体连通，在启 动位置，阀构件26阻塞阀座28，并且泵入口20被阻止与活塞腔16进 行流体连通。阀构件26可定位成在活塞14的加压冲程期间阻塞阀座28。 弹簧偏置的出口阀19阻塞泵出口22，但响应于足够的压力而打开，以 使得活塞腔16与共轨或其他部件之间的流体连通能够被供应加压燃料。可以使用其他阀定位和操作策略。例如，阀构件26可包括控制另一阀 的位置的控制阀。阀组件24还包括电动致动器30，本文进一步讨论了 其操作和独特配置。

电动致动器30包括定子32和电枢44，定子32定位在泵壳体12内 或与泵壳体12联接。电枢44可以联接到阀构件26，并且在一种具体实 施方式中可以包括电枢销47，电枢销47附接到阀构件26和/或与阀构 件26一体形成。阀构件26和/或电枢销47延伸穿过电枢板46。电枢44 和电枢板46是本文中可互换使用的术语。改变电动致动器30的能量状 态可以使电枢44根据众所周知的原理相对于定子32而移动。能量状态 的改变通常将包括电激励电致动器30，然而，可以想到这样的实施例， 其中能量状态的改变包括使电动致动器30断电。将电动致动器30的能 量状态从第一能量状态增加到较高能量状态，或者将能量状态从较高能 量状态降低到较低能量状态，也可以被理解为改变如本文所设想的能量 状态。在所示实施例中，定子32包括外部定子部分34和内部定子部分 35，外部定子部分34具有环形形状，内部定子部分35也具有环形形状。 外部定子部分34和内部定子部分35能够彼此同心地布置，并且以泵壳 体纵向轴线13为中心，然而，本发明不限于此。环形通道36形成在外部定子部分34和内部定子部分35之间。在所示实施例中，电动致动器 30包括螺线管电致动器，螺线管电致动器包含定位在通道36内或至少 部分地位于通道36内的绕组38。绕组38包括以通常传统方式的导电金 属材料。电动致动器30还可以包括非金属包覆成型件40的包裹绕组38。 电插头42与泵壳体12联接，以提供与绕组38的电连接件。定子32还 包括定子端面52(“定子面52”)和内部定子部分35，定子端面52(“定 子面52”)面向电枢44并且由每个外部定子部分34的环形端面(未标 号)部分地形成，内部定子部分35定位在共同的平面中，并且也部分 地通过绕组38定位。包覆成型件40因此形成定子面52的暴露部分，其 重要性将从以下描述中显而易见。

电枢板46限定电枢中心轴线48。在图1中描绘的状态，电枢中心 轴线48与泵壳体纵向轴线13基本共线。包括电枢板46的电枢44还可 在对应于阀构件26的静止位置的静止位置和对应于阀构件26的启动位 置的启动位置之间进行移动。在电枢44的静止位置处，电枢板46与定 子32间隔开。在电枢44的启动位置处，电枢板46与定子32相邻，同 时电枢44和阀构件26的行程通常通过将阀构件26与阀座28进行接触 而停止。如上文所述，电枢44和阀构件26可响应于电动致动器30的能 量状态的变化以所描述的方式一起移动。一旦电动致动器30断电或以 其他方式适当地以能量状态改变，则可以设置复位弹簧68，用于将电枢44和阀构件26返回到静止位置。

现在还参照图2，其示意性地示出了电动致动器30的方面和元件， 电枢板46包括面向定子32的顶部电枢表面50、底部电枢表面54和围 绕电枢中心轴线48周向地延伸并且在顶部电枢表面50和底部电枢表面 54之间轴向地延伸的外部周边表面56。顶部电枢表面50包含向内地逐 渐变细的外形和下部形成间隙的表面60，该外形在径向向内的位置处形成凸起表面58，该径向向内的位置与在启动位置处的定子32相邻，下 部形成间隙的表面60处于径向向外的位置，该径向向外的位置在启动 位置处的电枢44和定子32之间形成间隙。向内升高意味着在朝向电枢 中心轴线48径向向内的方向上相对突然的高度增加，尽管“阶梯”不一定 是尖锐的或有角度的。例如，高度的连续变化不太可能被公平地理解为 向内升高。还参照图3，其示出了电动致动器30的方面和元件，因为它 们可能出现在电枢44处于启动位置的地方。在启动位置，电枢中心轴 线48相对于泵壳体纵向轴线13倾斜，因此顶部电枢表面50相对于定子 32而倾斜。在所示实施例中，电枢腔66形成在泵壳体12中以适应电枢44的运动。

在操作泵10期间，电枢腔66通常将填充有通过泵10过渡的工作流 体，当然也能够使用其他液体。当电枢44从其静止位置(大致如在图2 中所描绘)移动到大约如在图3中所描绘的启动位置时，需要从定子32 和电枢44之间排出流体。特别地，当电枢44移动到其启动位置时，流 体被挤压在顶表面50和定子面52之间。还可以注意到，在定子32中示 出了狭槽72，并且在所示实施例中，狭槽72从定子面52向内地延伸。 狭槽72可以具有环形形状，与外部定子部分34和内部定子部分35同心， 并且通常以泵壳纵轴13为中心。已经观察到，在电枢44和定子32之间 挤压流体，特别是在电枢44和狭槽72之间挤压流体，可以导致流体的速度和能量至少随着时间的推移，足以腐蚀或以其他方式损坏包覆成型 件40。顶表面50的向内升高的外形通过为排出的流体提供更容易的逃 逸路径来改善这些侵蚀现象。如上所述，顶表面50包括凸起表面58和 下表面60。在缺乏向内升高的外形的早期设计中，没有提供这种流体的 逃逸路线。在图3中，虚线示出了能够在某些已知的电枢设计中找到的 示例电枢外形160。

可以回想到，将电枢44移动到启动位置能够包括倾斜电枢44，最 终使得电枢44的顶表面50相对于定子面52而倾斜。可以相信，电枢 44的倾斜和一些类似的电枢能够引起或复合能够导致如本文所述的腐 蚀的现象。可以看出，当电枢44到达启动位置时，已知的电枢外形160 能够导致电枢板46接触定子32或几乎接触定子32并完全限制或防止流 体径向向外流动，至少在电枢44和定子面52之间的接触点或接触点附 近限制或防止流体径向向外流动。结果，可以预期被排出的流体向内地、 周向地并向上重定向到狭槽72中，在该过程中被加速到高速流体射流 能够损坏相对软的包覆成型件40的程度。

现在转到图4，在透视图中示出了包括电枢板46的电枢44，并示出 了另外的细节。可以看出，凸起表面58通常是平面的和圆形的，并且 环形台阶表面或外部周边表面69在凸起表面58和下表面60之间延伸。 下表面60通常也是平面和环形的。凸起表面58和下表面60各自围绕电 枢中心轴线48周向地延伸，并且还将理解为围绕电枢销47周向地延伸。 从图4中还可以注意到，顶部电枢表面50的向内升高的外形关于电枢中 心轴线48左右对称。在一种具体实施方式中，向内升高的外形包括围 绕电枢中心轴线48周向均匀旋转的外形，并且凸起表面58和下表面60 中的每一个限定圆形周边，其中圆形周边是同心的。电枢板46包含第 一轴向厚度112和第二轴向厚度114，第一轴向厚度112在凸起表面58 内，第二轴向厚度114在下表面60内。第一轴向厚度112可以是第二轴 向厚度114的约两倍或更小。外部周边表面56限定第一外径尺寸116， 并且凸起表面58限定第二外径尺寸118。第一外径尺寸116可以是第二 直径尺寸118的大约两倍或更大。磁通密度趋于在从螺线管线圈的中心 径向向外的方向上非线性地减弱。因此，当电动致动器30通电时，在 根据本发明的电枢中移除或限制使用相对更径向向外的材料倾向于仅 对施加到电枢44的电磁力的大小具有相对温和的影响(如果有的话)。 应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对如图4所示的电枢 板46的几何形状、比例和相对尺寸进行各种修改。可以预见的是，实 际的具体实施方式包括形成电枢板46，使得当电枢44处于启动位置时， 间隙70将与狭槽72进行流体连通。因此，外部周边表面69能够定位/ 尺寸确定为略小于狭槽72的外径，尽管本发明不因此受到限制。

工业实用性

一般参照附图，操作阀组件24能够包括如本文所讨论的改变电动 致动器30的能量状态，并且响应于电动致动器30的能量状态的改变而 将电枢44从静止位置移向定子32。电枢44将朝向启动位置移动并且停 止在启动位置，诸如通过使阀构件26与阀座28接触，尽管取决于制造 公差、部件磨损和电枢44的倾斜程度，凸起表面58也可以接触定子面 52。在启动位置，下表面60形成间隙70，使得流体能够借助于间隙70 从电枢44和定子32之间移位。阀26以本文所述的方式进行移动，以改 变与泵10中的泵室或活塞腔16进行流体连接。当电动致动器30断电时， 电枢44可以在复位弹簧68的作用下向静止位置移回。

现在参照图5，其示出了电动致动器30的仰视图，因为它可能出现 在电枢44以虚线表示的地方。可以看出，电枢44通常向左、远离插头 42倾斜并且远离由外部定子部分34中的间隙形成的空间74。围绕可以 在已知设计中观察到电枢44和定子面52之间的接触的区域示出了圆圈 100。但对于此处描述的电枢44的外形，还示出了可能发生腐蚀或其他 损坏的位置102。可以进一步注意到，位置102在狭槽72内。在其他泵 和/或电动致动器设计中，可以观察到不同的腐蚀现象。

本说明书仅用于说明目的，并且不应该被解释为以任何方式缩小本 发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的完整和 合理范围和精神的情况下，可以对当前发明的实施例进行各种修改。通 过研究附图和所附权利要求，其他方面、特征和优点将是显而易见的。 如本文所用冠词“一”(“a”)和“一个”(“an”)旨在包括一个或多个词项， 并且可以与“一个或多个”(“one or more”)互换使用。在仅有一个词项 的情况下，使用术语“单个”(“one”)或类似的语言。此外，如这里所使 用的，术语“包含”(“has”)、“have”(“具有”)、“含有”(“having”)等 旨在为开放式术语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”(“based on”)旨在表示“至少部分地基于”(“based,at least in part,on”)。

Claims (10)

1.一种阀组件，包括：

阀构件；

电动致动器，所述电动致动器包括定子和电枢，所述电枢联接到阀构件；

所述电枢包括电枢板，所述电枢板限定电枢中心轴线，并且能够响应于所述电动致动器的能量状态的变化而在静止位置和启动位置之间移动以改变所述阀构件的位置；

所述电枢板包括顶部电枢表面、底部电枢表面和外部周边表面，所述顶部电枢表面面向所述定子，所述外部周边表面围绕电枢中心轴线周向地延伸并且轴向地在所述顶部电枢表面和所述底部电枢表面之间延伸；并且

所述顶部电枢表面包含向内地逐渐变细的外形和下部形成间隙的表面，所述外形在径向向内的位置处形成凸起表面，所述径向向内的位置在所述启动位置中与所述定子相邻，所述下部形成间隙的表面处于径向向外的位置，在所述启动位置中所述径向向外的位置在所述电枢和所述定子之间形成间隙。

2.如权利要求1所述的阀组件，还包括限定纵向壳体轴线的壳体，并且所述电枢中心轴线在所述启动位置中相对于所述纵向壳体轴线倾斜。

3.如权利要求1所述的阀组件，其中所述阀构件延伸穿过所述电枢板，并且所述凸起表面和所述下部形成间隙的表面各自围绕所述阀构件周向地延伸；

每个所述凸起表面和所述下部形成间隙的表面是平面的，并且所述下部形成间隙的表面从所述凸起表面径向向外延伸到所述外部周边表面；

向内升高的外形关于电枢中心轴线左右对称；

向内升高的外形包括围绕电枢中心轴线周向均匀的旋转外形；并且

其中：

电枢板具有第一轴向厚度和第二轴向厚度，所述第一轴向厚度在所述凸起表面内，所述第二轴向厚度在所述下部形成间隙的表面，并且所述第一轴向厚度约为所述第二轴向厚度的两倍或更小；并且

所述外部周边表面限定第一外径尺寸，所述凸起表面限定第二外径尺寸，并且所述第一外径尺寸约为所述第二外径尺寸的两倍或更大。

4.如权利要求1所述的阀组件，其中：

所述电动致动器包括螺线管致动器，所述螺线管致动器包含定子、绕组和包覆所述绕组的包覆成型件；

所述定子包括环形外部定子部分和环形内部定子部分以及通道，所述通道径向地形成在所述外部定子部分和所述内部定子部分之间，并且所述绕组和所述包覆成型件容纳在所述通道内；

所述内部定子部分包括内部定子端面，所述外部定子部分包括外部定子端面，并且所述内部定子端面和所述外部定子端面位于共同的平面内；并且

所述包覆成型件包含形成在其中的环形槽，所述环形槽从公共平面向内地延伸，并且所述间隙在所述电枢的所述第二位置处与所述环形槽流体连通。

5.一种操作阀组件的方法，包括：

改变所述阀组件的电动致动器的能量状态；

响应于所述电动致动器的能量状态的变化，将与所述阀组件中的阀构件联接的电枢从静止位置朝向所述电动致动器中的定子移动；

将所述电枢在启动位置停止移动，在所述启动位置，所述电枢的径向向内位置处的凸起表面与所述定子的面相邻；

在所述启动位置中，在所述电枢的径向向外位置处的下部形成间隙的表面和所述定子的所述面之间形成间隙；并且

借助于所述间隙从所述电枢和所述定子之间排出流体。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述电枢的移动还包括将形成所述凸起表面的电枢的顶表面和相对于所述定子的面的下部形成间隙的表面进行倾斜；

所述间隙的形成还包括以流体连通的方式通过在所述定子中形成的狭槽形成所述间隙；

在所述电动致动器的螺线管绕组的包覆成型件中形成所述狭槽；并且

其中所述流体的排出还包括从所述电枢和所述定子的所述面之间挤压所述流体。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述凸起表面包含圆形周边，所述圆形周边与所述下部形成间隙的表面的圆形周边同心。

8.如权利要求5所述的方法，其中所述阀组件位于泵内，并且所述电枢的移动还包括移动所述电枢，使得改变所述阀构件的位置以改变所述泵中的泵室的流体连接件。

9.一种泵，包括：

泵壳体；

泵送元件，所述泵送元件可在所述泵壳体中形成的泵室内的缩回位置和前进位置之间移动；

阀组件，所述阀组件用于控制流体流入或流出所述泵室，并且所述阀组件包括阀构件和用于调节所述阀构件的位置的电动致动器；

所述电动致动器包括定子和电枢，所述电枢包含顶部电枢表面和底部电枢表面以及下部形成间隙的表面，所述顶部电枢表面面向所述定子，所述顶部电枢表面包含向内逐渐变细的外形，所述外形在径向地向内位置处形成凸起表面，所述下部形成间隙的表面处于径向地向外位置处；并且

所述电枢处于静止位置，在所述静止位置，每个所述凸起表面和所述下部形成间隙的表面与所述定子间隔开，并且可移动到启动位置，在所述启动位置处，所述凸起表面与所述定子相邻并且所述下部形成间隙的表面与所述定子间隔开并形成用于从所述电枢和所述定子之间排出流体的间隙。

10.如权利要求9所述的泵，其中：

所述电枢限定了电枢中心轴线，并且向内升高的外形包括围绕所述电枢中心轴线径向地对称的旋转的外形；

所述凸起表面是圆形的，所述下部形成间隙的表面是环形的并且围绕所述凸起表面周向地延伸；

所述电动致动器包括螺线管致动器，所述螺线管致动器包含定子、绕组和包覆所述绕组的包覆成型件；并且

所述定子包括环形外部定子部分和环形内部定子部分以及通道，所述通道径向地形成在所述外部定子部分和所述内部定子部分之间，并且所述绕组和所述包覆成型件容纳在所述通道内。