CN202182020U - 用于高压流体泵中的流体进出阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于高压流体泵中的流体进出阀，所述高压流体泵包括柱塞套和可在所述柱塞套中的柱塞孔内往复运动的柱塞，所述流体进出阀与所述柱塞套紧密接触以形成密封面，所述柱塞的一个端表面、所述流体进出阀的一个阀体表面的一部分以及所述柱塞孔的部分内壁面一起限定流体压缩室的边界。在所述流体进出阀侧，所述柱塞孔的边缘设有使所述柱塞孔的直径扩大的孔端凹部。其中，所述流体进出阀包括阀体，所述阀体的下表面上设有阀体凹部，所述阀体凹部至少部分地位于所述孔端凹部的上方。特别地，本实用新型还涉及一种用于高压燃料泵中的燃料进出阀。

Description

用于高压流体泵中的流体进出阀

技术领域

本实用新型涉及一种用于高压流体泵中的流体进出阀，所述高压流体泵包括柱塞套和可在所述柱塞套中的柱塞孔内往复运动的柱塞，所述流体进出阀与所述柱塞套紧密接触以形成密封面。特别地，本实用新型还涉及一种用于高压燃料泵中的燃料进出阀。

背景技术

流体进出阀普遍适用于各种流体泵中，所述流体泵例如可以是用于内燃机中的高压燃料泵。在这种情况下，所述流体进出阀作为燃料进出阀，并且内燃机中的燃料供给系统通常包括燃料箱、进给泵、高压泵、蓄压装置和燃料喷射器等。

在工作过程中，容纳在燃料箱内的燃料首先被进给泵抽吸并由此被输送至高压泵；在高压泵中，燃料被加压从而具有高燃料压力，然后燃料被进一步输送至例如为高压燃料共轨的蓄压装置；在蓄压装置中，燃料被保持处于高压下并且由此被分配至各个燃料喷射器；最后，燃料经由燃料喷射器被喷射至相应的燃烧室内以用于燃烧。

所述高压泵包括燃料进出阀、设有位于燃料进出阀下方的柱塞孔的柱塞套、位于柱塞孔内并且可沿其孔壁往复运动的柱塞、与柱塞接触的传动构件以及可以向该传动构件施加作用力的驱动构件。低压燃料通过所述燃料进出阀的下部流入泵，并且通过所述燃料进出阀的上部流出泵。所述传动构件和驱动构件例如可以是挺杆和凸轮，在这种情况下，凸轮可以接受来自内燃机曲轴的动力从而旋转并且推动挺杆，挺杆由此推动柱塞向上运动。随着柱塞上行，柱塞孔内的燃料压缩室的容积被逐渐压缩，该压缩室内的经由燃料进出阀流入的燃料也因此被压缩至高压。高压燃料在此后经由燃料进出阀被排出，并且经由管道进入蓄压装置。

其中，所述燃料压缩室由柱塞顶表面、燃料进出阀的部分下表面以及这两个表面之间的柱塞孔壁限定边界。随着高压泵中凸轮的运转，挺杆带动柱塞在柱塞孔内进行往复运动，燃料压缩室的容积周期性地发生变化，同时，所述压缩室内的燃料压力也周期性地发生变化。在工作过程中，所述燃料压力通常可达到200MPa，而柱塞进行往复运动循环的频率则可达到每分钟上万次。可见，燃料的极高压力以极高的频率周期性地作用于燃料进出阀的下表面上。

根据上述结构设计可以看出，在密封边缘处，形成密封的两侧的结构具有完全不同的形状。因此，燃料的周期性变化的高压不可避免地使得燃料进出阀与柱塞套在它们之间的密封边缘处持续不断地产生微小的相对运动，这导致在两个部件的接触表面上产生微动磨损。所述微动磨损不利地缩短燃料进出阀和柱塞套的使用寿命。另外更值得注意的是，在高压泵长期使用之后，这样的微动磨损将越来越严重，并且可能引起高压泄漏，进而导致高压泵的功能性故障。

以上缺陷同样普遍存在于高压流体泵的流体进出阀中。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种流体进出阀，其可以解决以上所述的问题，并且可以特别地提高流体系统的可靠度和延长其使用寿命。

针对上述问题，本实用新型提供了一种用于高压流体泵中的流体进出阀，所述高压流体泵包括柱塞套和可在所述柱塞套中的柱塞孔内往复运动的柱塞，所述流体进出阀与所述柱塞套紧密接触以形成密封面。在所述流体进出阀侧，所述柱塞孔的边缘设有使所述柱塞孔的直径扩大的孔端凹部。其中，所述流体进出阀包括阀体，所述阀体的下表面上设有阀体凹部，所述阀体凹部至少部分地位于所述孔端凹部的上方。利用所述阀体凹部，高压流体在孔端凹部附近向流体进出阀和向柱塞套所施加的力可更为均匀地分布，从而流体进出阀和柱塞套在变化的高压作用下可更为同步地发生位移。由此流体进出阀和柱塞套之间的相对位移被消除或至少被大大减小。

根据本实用新型的一个优选的方面，所述阀体凹部包括边缘壁部和平坦的底部，并且所述阀体凹部的所述边缘壁部的外周界与所述孔端凹部的外周界邻接。

根据本实用新型的一个优选的方面，所述阀体凹部的所述边缘壁部与所述孔端凹部的结构关于所述流体进出阀与所述柱塞套的接触面对称。并且优选地，所述阀体凹部与所述孔端凹部在彼此邻接的外周界处具有平滑相接的表面。如此设置的阀体凹部可以实现流体压力更进一步均匀的分布。

根据本实用新型的另一个优选的方面，在所述柱塞的中心轴线所在的剖面上，所述阀体凹部的所述边缘壁部具有大致四分之一个圆的圆弧形轮廓。备选地，所述阀体凹部的所述边缘壁部可以呈圆柱形或截头圆锥形。

根据本实用新型的一个优选的方面，所述阀体凹部包括多个离散的凹陷结构。特别地，所述多个离散的凹陷结构围绕孔端凹部的外周界设置于其上方。

根据本实用新型的另一个优选的方面，所述阀体的下表面上设有朝向柱塞孔侧凸出的密封环，所述阀体凹部处于所述密封环的径向内侧。该密封环可以被设置为与柱塞套上的密封环紧密抵接，从而实现可靠的密封。

根据本实用新型的另一个优选的方面，所述流体进出阀是用于高压燃料泵中的燃料进出阀，所述高压燃料泵用于内燃机中。在这种情况下，所述燃料进出阀可以被设置为双体式，并且由输入阀和输出阀构成。由此，所述阀体凹部可以形成在所述输入阀的下表面上。此外，根据本实用新型的另一个优选的方面，所述燃料进出阀中设有双向通道，所述双向通道经由所述阀体凹部、所述孔端凹部与所述流体压缩室流体连通。

可见，根据本实用新型的这种新颖的燃料进出阀可以在现有的燃料进出阀的基础上进行简单的改动而获得，从而利用简单的操作和较低的成本即可实现更可靠和更耐久的燃料进出阀。

附图说明

下面将参照附图描述本实用新型的优选实施方式，其中：

图1示意性地示出了用于内燃机的高压燃料系统；

图2以剖面图的形式示出了根据现有技术的高压燃料系统的高压泵中的一个凸轮泵的一部分；

图3以放大比例示出了根据现有技术的高压泵中的孔端凹部；

图4示意性地示出了根据本实用新型的一个实施方式的燃料进出阀；以及

图5以放大比例示出了图4中的阀体凹部和孔端凹部。

具体实施方式

本实用新型涉及用于高压流体泵中的流体进出阀。为便于描述和理解，下面以内燃机的高压燃料系统为例进行说明。然而需要注意的是，这并不意味着将本实用新型的范围限制在内燃机领域内。

图1示出了现有技术中用于内燃机的高压燃料系统的一个实例，所述内燃机例如可以是柴油机，并且优选为重型柴油机。

所述燃料系统主要包括燃料箱101、进给泵102、一个或多个过滤器103、高压泵104、高压共轨105、多个燃料喷射器106，以及多个用于使上述构件流体连通和输送燃料的管道110-112。

如图1所示，在所述燃料系统中，燃料箱101中存储有燃料，在工作中，燃料通过进给泵102抽吸并经由低压管道110被输送至高压泵104，所述低压管道110中设有一个或多个过滤器103。燃料在高压泵104中被压缩至高压，并由此经由高压管道111被输送至蓄压装置、即高压共轨105，其能够以低压力波动的方式向各个燃料喷射器106供给高压燃料，并且所述高压共轨105的使用可以确保向各个燃料喷射器所供给的燃料互不影响。通过使用电子控制单元(ECU)对系统中的各个构件进行控制，燃料压力和燃料量可以得到精确的控制。

另外，高压泵104、高压共轨105以及燃料喷射器106均通过回流管道112与燃料箱101流体连通，从而其中的过剩燃料可返回至燃料箱101中。

高压泵104设有2个呈凸轮泵形式的泵单元，其中凸轮轴的动力输入来自内燃机的曲轴。此外，所述高压泵104通常还设有燃料计量阀(MPROP或ZME)、溢流阀(KUEV)以及多个可将不同信号传输至ECU的传感器。

图2以剖面图的形式示出了现有技术中的高压泵104中的一个凸轮泵的一部分，该部分在运行时用于执行燃料的输入、压缩以及输出功能。如图所示，下部的柱塞套2和上部的阀套3一体地形成，所述柱塞套2和阀套3呈同轴的大致圆筒形。其中，柱塞1部分地处于柱塞套2的柱塞孔2a中，燃料进出阀4整体地容纳在阀套3的阀孔3a中。阀保持件5部分地处于所述阀套3中并与其内壁螺纹连接，所述阀保持件5将燃料进出阀4压紧在阀孔3a中，所述燃料进出阀4的下表面由此与柱塞套2的上表面紧密接触。燃料压缩室形成在柱塞孔2a的上端位置附近，其大致由燃料进出阀4的部分下表面、柱塞1的上表面以及柱塞孔2a的部分内壁面限定边界。

燃料进出阀4在此被示出为双体式，并且由燃料输入阀41和燃料输出阀42组成。阀保持件5、燃料输出阀42和燃料输入阀41从上到下依次邻接。其中，燃料输入阀41包括输入阀体41a、输入阀芯41b以及阀弹簧41c，类似地，燃料输出阀41包括输出阀体42a、输出阀芯42b以及阀弹簧42c。

在所述输入阀体41a的大致中心位置设有呈盲孔形式的中心孔41f，其从阀体41a的上表面沿轴向输入阀体41a的内部延伸。所述中心孔41f被设置为使得输入阀芯41b可以部分地插入其中并且可以以外围凸缘落座于其上端边缘，也就是说，中心孔41f的上端边缘作为接收输入阀芯41b的阀座。所述输入阀体41a还包括从外周面沿大致径向向内延伸的输入通道41d，其在中心孔41f的底部附近位置与中心孔41f相交且流体连通。输入通道41d经由阀套3中的流体通道与低压管道110流体连通，以引入来自低压管道110的燃料。此外，所述输入阀体41a还包括双向通道41e，其与阀体41a中的中心孔41f大致平行地延伸，并且贯穿阀体41a的上下两个表面，所述双向通道41e的下端与柱塞孔2a的上端流体连通。

在所述输出阀体42a的大致中心位置设有呈通孔形式的中心孔42d，其贯穿阀体41a的上下两个表面。所述中心孔42d的下端设有孔径扩大部，从而可以始终与所述双向通道41e保持流体连通。所述中心孔42d的下端可以根据输入阀芯41b所处的不同位置从而与输入阀体41a中的中心孔41f连通或隔断。所述中心孔42d被设置为使得输出阀芯42b可以部分地插入其中并且可以以外围凸缘落座于其上端边缘，也就是说，中心孔41f的上端边缘作为接收输出阀芯42b的阀座。

在所述阀保持件5的大致中心位置设有呈通孔形式的中心孔5b，其大致沿轴向延伸并且贯穿阀保持件5。所述中心孔5b在其上侧与高压管道111流体连通，并且根据输出阀芯42b所处的不同位置，中心孔5b可以在其下侧与输出阀体42a的中心孔42d连通或隔断。

在输入阀芯41b与输出阀芯42b之间设置有第一弹簧41c，其下端抵靠输入阀芯41b的凸缘而上端抵靠输出阀芯42b的凸缘。在输出阀芯42b与阀保持件5之间设置有第二弹簧42c，其下端抵靠输出阀芯42b的凸缘而上端抵靠固定在中心孔5b内的弹簧座5a。所述弹簧座5a中心设有通孔。

以上所述的柱塞1、输入阀芯41b、输出阀芯42b、第一弹簧41c、第二弹簧42c、柱塞孔2a、输入阀体41a的中心孔41f、输出阀体42a的中心孔42d、阀保持件5的中心孔5b以及弹簧座5a中的通孔均同轴设置。

在工作时，凸轮轴及其上的凸轮由于发动机的驱动而旋转，从而带动传动装置(未示出)上下运动，柱塞1跟随所述传动装置沿柱塞孔2a的内壁进行往复运动。这时，进给泵102通常也由于发动机的驱动而工作，从而将燃料从燃料箱101中泵送至低压管道110，进而输送至高压泵104中。

当柱塞1沿远离燃料进出阀4的方向(即从上止点指向下止点)运动时，燃料压缩室的容积增大，其内部压力下降，并且输入阀体41a中的双向通道41e以及输出阀体42a的中心孔42d内的压力也随之下降。当输入通道41d内的燃料压力超过输入阀芯41b背侧的压力与第一弹簧41c的弹力之和时，输入阀芯41b向上运动离开阀座，燃料由此从输入通道41d进入输出阀体的中心孔42d，继而进入双向通道41e和燃料压缩室。

在柱塞1运动至其下止点之后，其朝向燃料进出阀4运动，此时燃料压缩室的容积减小，其内部压力增大，并且双向通道41e和中心孔42d内的压力也随之增大。当在中心孔42d侧作用在输入阀芯41b上的燃料压力与第二弹簧41c的弹力之和大于输入通道41d内的燃料压力时，输入阀芯41b被该合力按压落座于阀座、即输入阀体41a的中心孔41f的上端边缘上。从而输入阀体41a的中心孔41f与输出阀体的中心孔42d之间的流体连通被关闭。

此时柱塞1继续朝向其上止点运动，因此中心孔42d内的压力持续增大，当该压力大于输出阀芯42b背侧的压力与第二弹簧42c的弹力之和时，输出阀芯42b向上运动离开阀座，燃料由此从输出阀体的中心孔42d进入阀保持件5的中心孔5b中。最终在燃料压缩室内被压缩加压的燃料依次经由双向通道41e、输出阀体的中心孔42d、阀保持件5的中心孔5b被排出高压泵104，并且然后经由高压管道111被输送至高压共轨105。上述操作持续进行，直到柱塞1行进至其上止点，此后柱塞1下行，并且重新开始下一次循环。这种循环的频率例如可以为每分钟一万次以上，并且其中受压缩的燃料可以被加压至具有200MPa的压力。

参见图2，在柱塞孔2a的顶端边缘处设置有孔端凹部2c，在柱塞套2的顶表面上设有朝向输入阀体41a凸出的高压密封环2b，其位于孔端凹部2c的径向外侧并与所述孔端凹部2c邻接。所述高压密封环2b的顶端与输入阀体41a的下表面紧密接触并且由此构成液密的密封部。

图3以放大比例示出了根据现有技术的高压泵104中的孔端凹部2c，其大致呈环状，并且在过轴线的横截面具有大致四分之一个圆的圆弧形轮廓。如图所示，输入阀体41a的平坦底表面处于孔端凹部2c的对面侧。因此，处于孔端凹部2c中的高压燃料将会使自身的压力作用于形状差异较大的两个面上——下侧作用于孔端凹部2c的四分之一弧形环状面上，而上侧作用于输入阀体41a的平坦底表面上。参见图3，其中以小箭头示出了燃料压缩室上端处燃料的压力作用情况。

如前所述的那样，由于所述孔端凹部2c处于燃料压缩室的上端，因此所述孔端凹部2c承受以极高的频率周期性地变化的高压。而又由于以上提及的形状差异，因此输入阀体41a和柱塞套2在孔端凹部2c附近的受力情况将会非常不均匀。在工作过程中，这种不均匀的受力情况不可避免地使得输入阀体41a和柱塞套2在相互接触的密封面处发生相对位移，即产生微动。在所述微动状态长期存在的情况下，两个构件的接触表面将形成越来越严重的微动磨损。这样，输入阀体41a和柱塞套2的接触面将会损坏，而液密的高压密封状态也将被破坏。最终将会产生高压泄漏并且由此造成高压泵的功能性故障，因此这样的高压泵的可靠性并不高，并且受此影响其必然具有较短的使用寿命。

参见图4，其中示出了根据本实用新型的一个实施方式的燃料进出阀24，其同样呈双体式，并且由燃料输入阀241和燃料输出阀242组成。其中可以看出在输入阀体的底表面上设有朝向柱塞套22凸出的高压密封环241g，并且在所述高压密封环241g的径向内侧设有阀体凹部241h，所述阀体凹部241h由大致环形的边缘壁部和平坦的底表面构成。其中所述边缘壁部优选地具有与柱塞套22中的孔端凹部22c相对应的形状，所述两个凹部的外周界彼此邻接。优选地，所述两个凹部的表面在邻接的外周界处平滑过渡。特别地，阀体凹部241h的形状被设定为使其边缘壁部与孔端凹部22c的形状关于输入阀体241a和柱塞套22的接触面对称。图5以放大比例示出了阀体凹部241h和孔端凹部22c，所述两个凹部大致呈环状，并且在径向上的横截面均具有大致四分之一个圆的圆弧形轮廓。

根据本实用新型，在燃料压缩室的上端的孔端凹部2c处，接触面两侧的输入阀体241a和柱塞套22具有相对一致的形状。这使得输入阀体241a和柱塞套22在该处可以均匀地受力，并且由此同步地进行位移，从而两者之间发生微动的情况被大大地减少。因此高压泵的可靠性得以提高，并且使用寿命将得以延长。参见图5，其中以小箭头示出了燃料压缩室上端处燃料的压力作用情况。比较图3和5可以清楚地看出，图5中燃料压力在圆周位置的作用更为均匀。

根据本实用新型的另一个实施方式，在输入阀体的底表面上并不设有如以上所述的高压密封环，而是仅仅具有朝向输入阀体的内部凹入的阀体凹部。其具有与上述阀体凹部241h类似的结构，即，其边缘壁部与柱塞孔的孔端凹部的形状关于输入阀体和柱塞套的接触面对称。

根据本实用新型的另一个实施方式，燃料进出阀为一体式，并且仅具有一个阀体，在结构上与上述阀体凹部类似的阀体凹部设置在所述一体式燃料进出阀的阀体下表面上。

尽管在以上所述的实施方式中，阀体凹部均被优选地设置为使其边缘壁部与柱塞孔的孔端凹部的形状关于输入阀体和柱塞套的接触面对称。但本领域技术人员可以理解的是，所述阀体凹部也可以具有其他结构形式，例如所述阀体凹部由大致环形的边缘壁部和平坦的底表面构成，而其中所述边缘壁部可以仅由简单的圆柱形壁构成或仅由简单的截头圆锥形壁构成。备选地，所述阀体凹部也可以包括多个离散的凹陷结构，而不是如上所述那样呈单独的一个凹陷结构。特别地，所述多个离散的凹陷结构围绕孔端凹部的外周界设置于其上方。

此外，本领域技术人员可以理解，尽管以上通过结合内燃机中的燃料供给系统描述了本实用新型，但是根据本实用新型的技术方案事实上完全也可以应用在其它类似的高压流体输送系统中。

以上已经参考优选的实施方式对本实用新型进行了描述，但需要指出的是，以上所述的实施方式均是示例性的，而不是限制性的。并且本领域技术人员可以认识到，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以作出多种变化、组合和替换，这些形式都应被涵盖在本实用新型的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高压流体泵中的流体进出阀，所述高压流体泵包括柱塞套和可在所述柱塞套中的柱塞孔内往复运动的柱塞，所述流体进出阀与所述柱塞套紧密接触以形成密封面，在所述流体进出阀侧，所述柱塞孔的边缘设有使所述柱塞孔的直径扩大的孔端凹部，

其特征在于，所述流体进出阀包括阀体，所述阀体的下表面上设有阀体凹部，所述阀体凹部至少部分地位于所述孔端凹部的上方。

2.如权利要求1所述的流体进出阀，其特征在于，所述阀体凹部包括边缘壁部和平坦的底部，并且所述阀体凹部的所述边缘壁部的外周界与所述孔端凹部的外周界邻接。

3.如权利要求1或2所述的流体进出阀，其特征在于，所述阀体凹部的所述边缘壁部与所述孔端凹部的结构关于所述流体进出阀与所述柱塞套的接触面对称。

4.如权利要求1或2所述的流体进出阀，其特征在于，所述阀体凹部与所述孔端凹部在彼此邻接的外周界处具有平滑相接的表面。

5.如权利要求1或2所述的流体进出阀，其特征在于，在所述柱塞的中心轴线所在的剖面上，所述阀体凹部的所述边缘壁部具有大致四分之一个圆的圆弧形轮廓。

6.如权利要求1或2所述的流体进出阀，其特征在于，所述阀体凹部的所述边缘壁部是圆柱形壁或截头圆锥形壁。

7.如权利要求1所述的流体进出阀，其特征在于，所述阀体凹部包括多个离散的凹陷结构。

8.如权利要求1、2或7所述的流体进出阀，其特征在于，所述阀体的下表面上设有朝向柱塞孔侧凸出的密封环，所述阀体凹部处于所述密封环的径向内侧。

9.如权利要求1、2或7所述的流体进出阀，其特征在于，所述流体进出阀是用于高压燃料泵中的燃料进出阀，所述高压燃料泵用于内燃机中。

10.如权利要求9所述的流体进出阀，其特征在于，所述燃料进出阀为双体式，并且由输入阀和输出阀构成，所述阀体凹部形成在所述输入阀的下表面上。

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