专利名称：被动限量阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据属于该类别的独立权利要求的前序部分的用于大型柴油发动机的被动限量阀。本发明还涉及具有所述限量阀的大型柴油发动机。
背景技术：
可设计为两冲程或四冲程发动机的大型柴油发动机，常用于船舶的驱动单元也用于静止作业，例如驱动大型发电机以产出电能。在这方面，建立了共轨系统来为现代大型柴油发动机提供燃料。就此而言，燃料通过高压泵输送至储压仓，所述储压仓也叫做储压器或轨。具有压力(例如，达1600巴，甚至高达2000巴)的燃料位于所述储压仓中。于是，将来自储压仓的加压燃料供给所有气缸的燃料喷嘴，所述喷嘴将燃料射入相应的气缸中。在这方面公知的是，在储压仓和各个燃料喷嘴之间设置相应的被动限量阀。所述被动限量阀的用途在于，在相应的工作周期中，一旦已有预定量的燃料从储压仓流入燃料喷嘴，该被动限量阀就自动关闭储压仓和相应的燃料喷嘴之间的流通。以此方式，万一发生泄漏或其它类型的危险，可避免燃料以不可控或不期望的方式流出。此外，例如对于维修作业，可在发动机关闭以及燃料在相对较低的压力(例如2巴到20巴)下循环，即燃料循环通过储存箱和储压仓时，移除储压仓和燃料喷嘴之间的连通线路，以避免燃料系统的堵塞。由于燃料处于从1600巴到2000巴的高压，被动限量阀必须具有良好、可靠的密封功能。大型柴油发动机中的公知被动限量阀存在的问题是由于燃料的粘度波动尤其是温度诱发的粘度波动导致的。重燃油常用作大型柴油发动机中的燃料，所述重燃油由于其非常高的粘度而通常需要被加热到高于100摄氏度的温度以使其充分可流动或可喷射。然而，此外，发动机通常利用粘度非常低的船用柴油起动，也利用其关闭。一般情况下，船舶在港口区移动时，发动机特别要借助船用柴油运转，在远海，不间断地过渡为使用重燃油操作。然而，与借助重燃油运转相比，借助船用柴油运转常发生在燃料供应系统中的低温下。 由于温度波动，燃料粘度也存在波动。然而，粘度改变会影响使被动限量阀关闭的燃料量。 例如，如果针对第一粘度将被动限量阀设定为具体量，那么可能在另一粘度时，在少量燃料流过之后限量阀就已关闭，或者只有在流过大量燃料之后限量阀才会关闭。
发明内容
本发明旨在对此不期望效果提供改进措施。因此本发明的目的是提供一种用于大型柴油发动机的被动限量阀，在该被动限量阀中，流过之后使阀自动关闭的燃料量基本上与介质粘度无关。满足这些目的的发明主题以独立权利要求的特征为特征。根据本发明，一种用于大型柴油发动机的被动限量阀，该限量阀具有阀壳体，该阀壳体具有用于可流动介质的入口和出口以及设置在所述入口和所述出口之间的阀室，其中在阀室中设置有阀体，该阀体具有入口侧封闭元件和出口侧封闭元件，这些封闭元件分别构造成与入口侧阀座和出口侧密封地协作，其中所述入口侧封闭元件被弹簧朝向所述入口侧阀座偏压，并且所述限量阀具有活塞，该活塞设置在所述阀体处，并且该活塞的外侧能滑动地被引导通过所述阀室的壁。在所述活塞的端面中设置有可供所述可流动介质流过的至少一个通道孔。阀室被活塞分为前室和后室，在活塞的端面中具有至少一个通道孔，该通道孔提供前室和后室之间的流动连通。由于通道孔设置在活塞的端面中，所以其可构造成非常短， 以便使其流动阻力基本上与介质粘度无关。其结果是使限量阀完全关闭的通流量与介质粘度无关。对于每个通道孔来说，当通道孔的长度与直径的比值最大为4时，尤其能保证与粘度的无关性。当入口侧封闭元件配置成与入口侧阀座线性接触时，使用根据本发明的限量阀可实现特别优异的密封作用。由于相同理由，优选的是出口侧封闭元件配置成与出口侧阀座线性接触。这样可尤其容易地实现所述线性接触，即入口侧封闭元件或出口侧封闭元件具有相应地与入口侧阀座或出口侧阀座协作的球形表面。在这种构造中，优选措施是使球形表面的曲率中心相对于阀体的纵轴线偏心。因此可实现球形表面的较小曲率，借此增加线性接触的长度。因此，开启压力，更确切地说是开启所需的压力差，可设定为小的值。在优选实施方式中，入口侧阀座或出口侧阀座具有圆锥形表面。可因此实现特别好的密封效果。对于阀体或其两个封闭元件的自对中来说优选的是入口侧封闭元件与出口侧封闭元件具有相同设计。根据优选的实施方式，阀体在弹簧的内部延伸。这是特别简单的设计构思。每个通道孔均相对于径向布置在弹簧外部，这在实用方面是有利的。在实践中证明有利的是用于开启入口侧阀座与入口侧封闭元件之间的流动连通的压力差达2巴到20巴。其原因在于，当在循环操作中，燃料在储藏容器与储压仓之间循环时，限量阀应保持在闭合状态。在循环操作中，储压仓中的压力通常介于2巴到20巴之间，例如达10巴。于是，将用于开启入口侧阀座与入口侧封闭元件之间的流动连通的压力差设置得稍微高些，例如15巴，这样在循环操作中就不会开启流动连通。在结构方面优选的是将活塞构造为单独部件并使之与阀体连接。还有利的是弹簧在活塞的端面处被支撑。本发明还提出一种具有根据本发明的限量阀的大型柴油发动机。所述限量阀优选地设置在燃料的高压储压仓与燃料喷嘴之间。本发明另外的有利措施和优选实施方式来自从属权利要求。
以下参照实施方式及附图详细描述本发明，示意图未按比例绘出，部分以剖面显示，在附图中
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图1是通过根据本发明的限量阀的实施方式的纵剖面图；图2是大型柴油发动机的共轨系统的示意图；图3是图1的实施方式的阀体；以及图4是图1的实施方式的放置有活塞的阀体。
具体实施例方式图1以纵剖示意图示出根据本发明的限量阀的实施方式，该限量阀整体由附图标记1表示。该剖面沿限量阀1的纵轴线A获得。限量阀1是被动阀，这是指该阀不受控制信号控制或不由控制信号主动致动，而是依赖于常压力差自行或自动开闭。被动限量阀1具有阀壳体2，这里该阀壳体由两部分构成，包括下部21以及盖或上部22。上部22和下部21借助多个螺钉23相互固定连接。阀壳体2具有用于可流动介质的入口 3和出口 4。阀室5在阀壳体2中设置在入口 3和出口 4之间，在该阀室中设置有沿纵轴线A方向延伸的阀体6。图3示出了阀体6的另一示意图以便于更好地理解。阀体6的两个轴向端由两个封闭元件63、64形成，即入口侧封闭元件63和出口侧封闭元件64。这些封闭元件63、64构造成分别与入口侧阀座31和出口侧阀座41以密封方式协作。两个阀座31、41设置于阀壳体2中，即位于阀室5的入口侧端部或位于阀室5的出口侧端部。阀座31、41可直接加工到阀壳体2中，或者作为单独部件制造，然后插入阀壳体2中的相应切口中并紧固在该处， 例如通过热装紧固。根据应用，将阀座31、41作为单独部件制造可能更为有利，因为由此使得相对于材料而言具有更高的灵活性。这样阀座31、41可由不同于阀壳体2的材料制成。在当前实施方式中，入口侧阀座31和出口侧阀座41两者都分别具有圆锥形表面 32和42，所述圆锥形表面分别与入口侧封闭元件63和出口侧封闭元件64协作。在阀体6上设置有活塞7，就外径而言其尺寸设计成使得外侧可滑动地通过阀室5 的壁。在活塞7的外侧和阀室5的壁之间设置有微小的间隙。图4示出了带有活塞7的阀体6的示意图，以便更好地理解。活塞7构造为大致圆柱形，并布置成使得其柱体轴线与纵轴线A重叠。活塞7在其朝向入口 3的一侧具有端面71 ；活塞7的另一轴向端是敞开的。阀体6和活塞7可构造为一个整体。然而，从生产技术方面而言比较可行的是将阀体6和活塞7制作为两个独立的部件，随后连接在一起。活塞7也可由多个部件制成，例如也可由不同材料制成，以使其属性理想地适应相应的应用或适于简化制造。在此所描述的实施方式中，活塞7的端面71设置有作为接纳阀体6之用的中央切口 72。阀体6具有凸缘状突部65，其作为用于端面71的抵接部。阀体6穿过端面71中的中央切口 72从内部推出，直到凸缘状突部65从内侧与端面71抵接。就此而言，这些部件的尺寸相互适配，使得阀体6的入口侧封闭元件63完全伸出超过活塞7的端面71 (见图4)。 在此所描述的实施方式中，活塞7被热装到阀体6上。根据本发明，在活塞的端面71中设置有至少一个通道孔73，该通道孔平行于纵轴线A沿轴向方向延伸通过端面71。在此所描述的实施方式中，设置有多个通道孔73。每个通道孔73具有直径d和长度L，直径d是指决定流阻的直径，也就是一般为通道孔73的最小直径。
此外，活塞7的护套表面中设置有多个孔74，每个孔均沿径向方向延伸通过活塞7 的壁。就此而言，径向方向指垂直于轴向的方向，所述轴向由纵轴线A确定。可流动介质可流过孔74而到达阀室5的壁，以在此例如为活塞7提供润滑。正如图1所示，阀体6与活塞7 —起通过弹簧8偏置而靠在入口侧阀座31上，使得入口侧封闭元件63压靠入口侧阀座31。弹簧8沿轴向延伸并与阀体6同轴，使得阀体6 在弹簧8的内部延伸。一方面，弹簧8在阀壳体2处被支撑，即在出口侧阀座41附近，另一方面，该弹簧向内在活塞7的端面处被支撑。在解释更多的细节之前，首先解释限量阀1的操作模式。限量阀1适用于大型柴油发动机的共轨系统。在现代的大型柴油发动机中，通常存在多个共轨系统，例如用于燃料喷射、用于气体交换或用于辅助系统。下面将参照燃料喷射的应用。大型柴油发动机通常以重燃油作为燃料运转，也就是，在本示例中可流动介质就是重燃油。作为其他燃料，常常使用船用柴油，船用柴油尤其是在港口操作发动机时使用，也就是在船离开港口之前或当船驶入港区时，大型柴油发动机通常借助船用柴油运转。在利用船用柴油运转过程中，运转温度通常显著低于重燃油运转过程。燃料粘度的波动也由此产生。根据本发明的限量阀1适用于重燃油，因此也可用于大型柴油发动机燃料喷射的共轨系统。图2示出大型柴油发动机的这种共轨系统的示意图。该系统包括高压泵50，燃料(即重燃油)借助该高压泵被输送到储压仓51中，该储压仓也称作储压器或轨。储压仓 51通常构造为大致在气缸盖的水平位置处沿发动机延伸的管形部件。管线52从储压仓分叉出来并引至燃料喷嘴53以供给该燃料喷嘴重燃油。在图2中，仅示出了一条这样的管线 52和一个燃料喷嘴53，因为这足以理解本说明。在储压仓中重燃油的压力大致与喷射压力相当。该压力例如为1600巴，但也可更高，例如达到2000巴。附接至储压仓51(例如直接附接至储压仓51或附接在储压仓51上)的限量阀1设置在储压仓51和管线52之间。限量阀1设置成使得其入口 3与储压仓51流动连通，而其出口 41与管线52流动连通。只要燃料喷嘴53仍未向气缸中喷入任何燃料，限量阀1就处于图1所示的关闭位置；在该位置，入口侧封闭元件63与入口侧阀座31密封地协作，使得重燃油不能流过限量阀1。在此状态中，在出口 4和入口 3处，重燃油具有大体相同的流体压力。弹簧8促使入口侧封闭元件63密封地滑入入口侧阀座31中。—旦燃料喷嘴53开始将重燃油喷入气缸的燃烧室中，管线52中的压力就会下降。 压力下降带来的后结果是阀体6与活塞7 —起根据图示(图1)向上移动，借此，入口侧封闭元件63从入口侧阀座31抬起，使得来自储压仓51的重燃油可穿过通道孔73从而通过限量阀1并可流入管线52中。开启入口侧阀座31处的流动连通所需的压力差可由不同措施设定，下面将做进一步解释。该压力差有利地设定为2巴至20巴之间的值。该压力差设定为比在循环操作期间储压仓51中的压力高的压力。入口侧阀座31处的阀连通开启时，活塞7的冲程因此取决于重燃油的喷射量，至少与该喷射量成比例。一旦喷射过程结束，即，燃料喷嘴53关闭，管线52中的压力就又增大。活塞7借此移动，并在弹簧8的张力作用下根据图示(图1)向下移动，重燃油可通过通道孔73流出。当入口侧封闭元件63又被迫使密封地进入入口侧阀座31中时，活塞的上述移动结束。当确定为最大值的重燃油量流过限量阀1时，活塞7达到其最大冲程。限量阀1通常构造成或其尺寸通常设定成在常规或标准的喷射过程中，活塞7的最大冲程不足以促使出口侧封闭元件64进入出口侧阀座41中。例如，如果在限量阀1的下游发生燃料喷嘴53泄漏或失灵，那么流过限量阀1的重燃油多于标准喷射过程流过的重燃油。这导致的结果是活塞根据图示(图1)继续其向上移动直到出口侧封闭元件64被促使密封地进入出口侧阀座41中。一旦如此，重燃油就不能再流经限量阀1进入管线52中。例如，在维修作业期间，可能期望拆卸掉管线52或燃料喷嘴53。为此关闭大型柴油发动机。燃料冷却会使燃料粘稠或几乎成固体以至于堵塞燃料供应系统，为了使燃料不会冷却，在循环操作中通常使来自储藏容器中的燃料循环经过储压仓51，并经过图2中未示出的回流管线回到储藏容器中。该循环操作通常仅通过粗抽泵进行，也就是说高压泵50 在该循环操作中不启动。在循环操作中，储压仓51中的压力一般达到2巴到20巴，例如10 巴。如果储压仓51中的压力降到上述值，管线52被释放压力，然后可被拆卸掉。限量阀1的出口 4处的压力由此降低。然而，由于入口侧阀座31和入口侧封闭元件63之间的用于开启流动连通的压力差设定为大于循环操作的压力，在这种情况下，该压力差大致设定为15巴，由于管线无压力，活塞不移动而是也保持在图1中所示的闭合位置。尤其是为了使这样拆除管线52尽可能简单，有利的是将入口侧阀座31和入口侧封闭元件63之间的用于开启流动连通的压力差设定为介于2巴至20巴之间的值，即设定为大于循环操作中储压仓51中的压力的值。由此重燃油能以简单的方式再循环。介于2 巴至20巴之间的压力差意味着仅当根据图示(图1)在底部的端面71侧的压力比限量阀 1的入口 3处的压力小出介于2巴至20巴之间的该值时，入口侧封闭元件63才开启。根据本发明的限量阀1的主要方面在于在活塞7的端面71中设置有至少一个通道孔73。由于上述措施，可使燃料流经(或者燃料被迫流回时经过)的每个通道孔73很短，借此通道孔73的流体流动阻力与燃料的粘度无关。这样可确保即使在燃料的粘度波动时，限量阀所设定的燃料量也会保持恒定。因此，如果限量阀1设定为特定的最大燃料量， 那么当燃料粘度改变或当粘度波动时，达到最大值时的燃料量也会恒定不变。与粘度无关意味着可实现非常精确并且不变的将燃料量限制为特定值，该值也不会受粘度波动的任何影响。为了使通道孔的流体流动阻力与流经介质的粘度无关，已证明特别有利的是使通道孔73的长度L与通道孔73的直径d之比最大为4。就此而言，直径d是指决定流动阻力的直径d，在直径在长度L上发生变化的情况下，该直径通常为极小直径或最小直径。因为储压仓51中的操作压力非常大，例如1600巴甚至达到2000巴，在入口侧阀座31和入口侧封闭元件63之间或相应地在出口侧阀座41和出口侧封闭元件64之间实现非常好的密封效果自然非常重要。在入口侧封闭元件63或出口侧封闭元件64并且尤其是封闭元件63、64 二者构造成分别与入口侧阀座31或出口侧阀座41线性接触的情况下，被证明对于上述密封效果是特别有利的。所涉及的配对件之间的这种线性接触非常有效，尤其是会防止泄漏。此外，这种线性接触非常容忍活塞7的倾斜，即即使在活塞7轻微倾斜或取向错误的情况下也能确保高密封效果。在此所描述的实施方式中，由于入口侧封闭元件63与出口侧封闭元件64均具有分别与入口侧阀座31或出口侧阀座41各自的相应圆锥形表面32或42协作的球形表面 631或641，因此在入口侧阀座31和出口侧阀座41 二者处实现了线性接触。线性接触相对于轴向的位置影响用于打开相应的流动连通所需的压力差。例如， 在入口侧阀座31中，就图1的图示而言，线性接触相对于轴向的位置越高，在整个外周上测量的线性接触的长度越大。线性接触的长度越长，打开相应的流动连通所需的压力差越小。 因此，开启相应的流动连通时的压力差可在球形表面631或641的线性接触的位置上分别设定。由于优选的压力差相对较小，为2巴到20巴，所以有利的是使线性接触的长度较大。这尤其是可通过使球形表面631或641的曲率中心M分别相对于阀体6的纵轴线A偏心而实现。这是指，曲率中心M(在此为球性表面631或641分别所在的球体的中心)位于平行于纵轴线A并与纵轴线A具有间距e的直线K上。与曲率中心位于纵轴线A上的情况相比，通过该措施可获得更小的曲率。在许多情况下，就实际可执行性而言，曲率相对较小；然而，有利的是曲率应当大到确保表面631和641分别与圆锥形表面32和42之间的线性接触。对于给定曲率，各自线性接触的长度以及由此产生的用于开启流动连通的压力差可通过间距e的大小设定。可影响或设定用于开启相应流动连通的压力差的另一措施是选择弹簧8的弹性特性，具体是选择弹簧8的弹簧常数。又一有利措施是使入口侧封闭元件63和出口侧封闭元件64至少就与相应的阀座 31、41协作的表面而言具有相同构造。通过这种对称性可实现阀体6的自对中效果。通过活塞7的护套表面与阀室5的壁之间的微小间隙可实现阀体6的简单对中。入口侧封闭元件63与入口侧阀座31之间或相应地出口侧封闭元件64与出口侧阀座41之间的线性接触也可通过相应的协作表面的其它几何实施方式实现。例如，两个协作表面均可构造为球形表面，或者两个协作表面均可构造为圆锥形表面，尤其是具有不同锥角的圆锥形表面。正如已经提到的，所有通道孔73优选地相对于轴向来说位于弹簧8的外侧，也就是对于各通道孔来说，通道孔73的中心轴线和纵轴线A之间的间距大于弹簧8的外径的一半加上相应的通道孔73在活塞的端面71的外表面处的半径。
权利要求
1.一种用于大型柴油发动机的被动限量阀，该被动限量阀具有阀壳体O)，该阀壳体具有用于可流动介质的入口( 和出口(4)以及设置在所述入口和所述出口之间的阀室 (5)，其中在所述阀室(5)中设置有阀体(6)，该阀体具有入口侧封闭元件(6 和出口侧封闭元件(64)，这些封闭元件分别构造成与入口侧阀座(31)和出口侧阀座密封地协作， 其中所述入口侧封闭元件(63)被弹簧(8)朝向所述入口侧阀座(31)偏压，并且所述限量阀具有活塞(7)，该活塞设置在所述阀体(6)处，并且该活塞的外侧能滑动地被引导通过所述阀室(5)的壁，所述限量阀的特征在于，在所述活塞(7)的端面(71)中设置有可供所述可流动介质流过的至少一个通道孔(73)。
2.根据权利要求1所述的限量阀，其中，对于每个通道孔(73)而言，所述通道孔(73) 的长度(L)与直径(d)之比最大为4。
3.根据权利要求1或2所述的限量阀，其中，所述入口侧封闭元件(6 配置成与所述入口侧阀座(31)线性接触。
4.根据前述任一权利要求所述的限量阀，其中，所述出口侧封闭元件(64)配置成与所述出口侧阀座Gl)线性接触。
5.根据前述任一权利要求所述的限量阀，其中，所述入口侧封闭元件(6 或所述出口侧封闭元件(64)具有相应地与所述入口侧阀座(31)或所述出口侧阀座协作的球形表面(631,641)。
6.根据权利要求5所述的限量阀，其中，所述球形表面(631，641)的曲率中心(M)相对于所述阀体(6)的纵轴线㈧偏心。
7.根据前述任一权利要求所述的限量阀，其中，所述入口侧阀座(31)或所述出口侧阀座(41)具有圆锥形表面(32，42)。
8.根据前述任一权利要求所述的限量阀，其中，所述入口侧封闭元件(6 与所述出口侧封闭元件(64)具有相同的设计。
9.根据前述任一权利要求所述的限量阀，其中，所述阀体(6)在所述弹簧⑶的内部延伸。
10.根据前述任一权利要求所述的限量阀，其中，每个通道孔(7 相对于径向均布置在所述弹簧⑶的外侧。
11.根据前述任一权利要求所述的限量阀，其中，用于开启所述入口侧阀座(31)与所述入口侧封闭元件(63)之间的流动连通的压力差达2巴到20巴。
12.一种限量阀，其中所述活塞(7)构造为单独部件，并与所述阀体(6)连接。
13.根据前述任一权利要求所述的限量阀，其中，所述弹簧(8)在所述活塞(7)的所述端面(71)处被支撑。
14.一种具有根据前述任一权利要求所述的限量阀的大型柴油发动机。
15.根据权利要求14所述的大型柴油发动机，其中，所述限量阀布置于燃料的高压储压仓(51)与燃料喷嘴(53)之间。
全文摘要
本发明提供一种被动限量阀，其用于大型柴油发动机，该限量阀具有阀壳体(2)，该阀壳体具有用于可流动介质的入口(3)和出口(4)以及设置在所述入口和所述出口之间的阀室(5)，其中在阀室(5)中设置有阀体(6)，该阀体具有入口侧封闭元件(63)和出口侧封闭元件(64)，这些封闭元件分别构造成与入口侧阀座(31)和出口侧(41)密封地协作，其中所述入口侧封闭元件(63)被弹簧(8)朝向所述入口侧阀座(31)偏压，并且所述限量阀具有活塞(7)，该活塞设置在所述阀体(6)处，并且该活塞的外侧能滑动地被引导通过所述阀室(5)的壁。在所述活塞(7)的端面(71)中设置有可供所述可流动介质流过的至少一个通道孔(73)。
文档编号F02M61/18GK102383995SQ201110247768
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月25日 优先权日2010年8月26日
发明者K·奎伯斯, 安德里亚斯·卡雷利 申请人:瓦锡兰瑞士公司