用于气体燃料喷射器的阀座的制作方法
【专利摘要】一种用于将气体燃料供应至燃料消耗设备(12)的气体燃料喷射器(10)，所述燃料消耗设备(12)包括燃料入口(14)、燃料出口(16)、用于将气体燃料从燃料入口(14)联通至燃料出口(16)的燃料通道(18)以及用于选择地阻止和允许气体燃料从燃料入口(14)通向燃料出口(16)的阀组件(20)。所述阀组件(20)包括具有多个孔(40)的阀座(34)以及沿着阀轴线(A)延伸以用于选择地阻止和允许气体燃料流贯穿阀座(34)的阀(42)，所述孔(40)用来在孔中提供流体连通。多个孔(40)中的每一个都是径向延伸的槽并且多个孔(40)以绕阀轴线(A)定中心的环形阵列布置。
【专利说明】用于气体燃料喷射器的阀座
【技术领域】
[0001〕 本发明总地涉及用于将燃料供应至燃料消耗装置的燃料喷射器；并更具体地涉及用于将气体燃料供应至内燃机的燃料喷射器；并具体涉及用于这种燃料喷射器的阀座。
【背景技术】
[0002]用于为内燃机及其他燃料消耗装置提供动力的燃料的一种类型是气体燃料，例如压缩天然气(￠1?)或者液化石油气(1^6)形式的天然气。用于提供计量的气体燃料到诸如内燃机的燃料消耗装置的燃料喷射器已为人们熟知。在一般的燃料喷射器中，阀位于燃料喷射器的燃料通道中，并且与阀座轴向往复地接触与脱离接触以控制燃料流通过燃料喷射器。有一些已知的在阀与相应的阀座之间的接口的构造。
[0003]美国专利号6405947中示出了一种阀以及阀座的构造。在这种构造中，球状的阀与其中具有单个孔的阀座往复地接触与脱开接触。阀座限定了锥形的阀座表面，球状的阀连接该表面以停止或者启动燃料流进入阀座。虽然这种构造对液体燃料可令人满意地运行，其对气体燃料常常不符合要求，因为气体燃料需要更高的流量。使用气体燃料时，当阀最初从阀座提升时，由于在孔的周边的燃料的可用数量有限，孔亟需燃料。为了增加这种结构的流量，可增大贯穿阀座的孔的直径或者可增大阀的行程，即阀从阀座提升的距离。然而，增加通过阀座的流动通道的直径也增加了阀上的液压负载，因此燃料喷射器要求增大容量的致动器以克服增加的液压负载。这增加了燃料喷射器的成本以及封装尺寸。增加施加于阀的提升量也是不期望的，因为增加提升也会增加打开和关闭阀所需要的时间从而导致燃料喷射器性能不符合要求。增加施加到阀的提升量也要求增大容量的致动器，其增加了燃料喷射器的成本以及封装尺寸。
[0004]美国专利申请公布号2007/0029413中示出了另一种阀以及阀座的构造。在这种构造中，平的阀座设有单个的中心孔。具有圆形构造的阀与平的阀座往复接触与脱开接触，以停止或者启动燃料流进入阀座。在较早的美国专利号6405947中讨论了这种构造的缺陷。
[0005]美国专利号5，348，233中示出了第三种阀以及阀座的构造。在这种构造中，阀座设有三个贯穿阀座的弧形孔以及在所述阀座的主体部分上突出并围绕所述弧形通道的阀座表面。该突出的阀座表面由不连续壁部限定，该不连续壁部包围各个所述弧形通道，即，所述壁部具有与内径不连续的外径。具有中心燃料流动通道的平的阀与突出的阀座表面往复地接触以及脱离接触以停止或者启动燃料流进入阀座。当平的阀落座在阀座上时，由于壁部的外径与内径不连续，所述壁部不与阀下面的整个壁部连续的流体联通。阀内的中心流动通道向限定突出的阀座表面的壁部的内径提供燃料。由于这种构造包括贯穿阀的中心流动路径，在不增加液压负载的情况下增大了流量。这是由于，在贯通阀座的通道的周长较长时，一旦阀脱开与阀座的接触即可获得燃料。然而，为了对壁部的内径供应燃料而将中心燃料流动通道增加至阀，会增加燃料喷射器的复杂性及成本。这种设置的另一个缺点在于，阀座的弧形通道会难于使用金属注模(1頂)以及粉末金属工艺来形成。
[0006]美国专利申请公布号2011/0186654中示出了第四种阀以及阀座的构造。在这种构造中，阀座设有四个贯通阀座的孔。四个孔布置成正方形图案并且每个孔由相应的限定了突出的阀座表面的壁部包围。平的阀与突出的阀座表面往复地接触以及脱开接触以停止或者启动燃料流进入阀座。这种构造的阀座不需要如上文所述的美国专利号5348233中所需的阀内中心流动通道的设置，但是，孔的方形图案或不能使流动最大化并且会在使用金属注模(111)以及粉末金属工艺形成阀座时存在困难。
[0007]需要的是一种将上述缺点中的一个或多个减到最少或消除的气体燃料喷射器。
【发明内容】
[0008]简而言之，本发明提供了一种用于供应气体燃料至燃料消耗装置的气体燃料喷射器。该燃料喷射器包括用于接收气体燃料的燃料入口、用于从燃料喷射器排出气体燃料的燃料出口、用于从燃料入口到燃料出口联通气体燃料的燃料通道以及用于选择地阻止与允许气体燃料从燃料入口通到燃料出口的阀组件。阀组件包括具有多个用于提供贯通阀座的流体联通的孔的阀座。阀组件还包括阀，该阀沿着阀轴线延伸，并具有用于通过选择地配合与脱开阀座而选择地阻止与允许气体燃料流通过阀座的密封面。多个孔中的每一个都是径向延伸的槽并且多个孔以绕阀轴线定中心的环形阵列布置。
[0009]本发明的其它特征和优点在阅读本发明的较佳实施例的以下详细描述上会更清楚地明了，描述仅以非限制实例的方式和参照附图给出。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]本发明将参考附图来进一步描述，附图中:
[0011]图1是根据本发明的燃料喷射器的一部分的剖视图；
[0012]图2是根据本发明的阀座的局部剖切立体图；
[0013]图3是图1和2的阀座的剖视图；
[0014]图4是图1-3的阀座的轴端视图；以及
[0015]图5是图4的一部分的放大图。
【具体实施方式】
[0016]根据本发明的较佳实施例并参照图1，示出了用于将气体燃料供应至燃料消耗装置12(仅仅作为示例，可以是内燃机)的燃料喷射器10的一部分。燃料喷射器10包括用于接收燃料的燃料入口 14、用于从燃料喷射器10分配燃料的燃料出口 16以及用于从燃料入口 14到燃料出口 16联通燃料的燃料通道18。燃料入口 14在燃料出口 16的上游。
[0017]继续参见图1并附加参见图2-3，阀组件20设置于用于选择地阻止和允许燃料从燃料入口 14通往燃料出口 16的燃料通道18上。阀组件20包括由管状本体24限定的阀座组件22，该管状本体24包括上游端部26以及下游端部28。外侧壁面30以及内侧壁面32将上游端部26连接到下游端部28。阀座组件22进一步由阀座34限定，该阀座34横贯内侧壁面32。阀座34包括朝向上游端部26的上游面36并包括朝向下游端部28的下游面
38。多个孔40贯通阀座34从而提供贯通阀座34的流体联通。下文更详细地描述孔40。
[0018]阀座34的上游面36优选地以距离八22从管状本体24的上游端部26插入。阀座组件22具有由外侧壁面30限定的直径022。距离‘优选地至少为直径022的10%。通过设置阀座34大致轴向地从上游端部26与下游端部28插入，阀座34因为遮蔽在管状本体24内而免于制造过程以及运输中的损害。对阀座34的损坏可导致因无法在需要时完全停止从燃料入口 14到燃料出口 16的燃料流动而产生的不尽如人意的燃料喷射器10的泄漏行为。
[0019]阀座34优选地具有与管状本体24—体的结构。即，管状本体24与阀座34优选地形成为单件而不需要将两个或更多单独的部件连结在一起。将管状本体24与阀座34形成为单件消除了通过附加的操作(例如将阀座34焊接到管状本体24的操作，该操作可导致阀座34翘曲从而导致燃料喷射器10不理想的表现)将阀座34连结到管状本体24的需要。
[0020]阀组件20也包括具有阀密封面43的阀42，该密封面43位于朝向阀座34的阀42的轴端部。阀42沿着阀轴线八延伸并且关于阀轴线八往复运动。阀42位于用于通过选择地配合与脱开阀座34而选择地阻止与允许燃料流贯穿阀座34的燃料通道18中，从而阻止与允许燃料从燃料入口 14流到燃料出口 16。选择地将阀42与阀座34配合与脱开是通过用致动器(未示出)使阀42在燃料通道18内轴向往复运动来完成的。用于使阀在燃料喷射器中往复运动的致动器(例如螺线管致动器)已为燃料喷射器领域的技术人员熟知，本文不再进一步讨论。
[0021]燃料喷射器10包括用于接纳阀座组件22的下壳体44。管状本体24的上游端部26设置于下壳体44的台阶孔46中。阀引导件48可被轴向地设置于台阶孔46与管状本体24的上游端部26之间以在燃料喷射器10的操作中引导阀42。阀座组件22可被焊接于下壳体44，外侧壁面30在下壳体44处与下壳体44的端部会合。由于焊缝足够远离于阀座34，在焊接操作期间产生的热不会使阀座34翘曲，并因此不会对阀42对准阀座34产生影响。
[0022]阀座组件22具有从上游端部26到下游端部28延伸的长度。2。优选地，阀座组件22具有允许无心磨削外侧壁面30的长度‘与直径022的比。优选地，长度‘与直径022的比至少为1:1。外侧壁面30可被无心磨削，以提供与下壳体44的台阶孔46的紧密的公差配合，需要该配合来建立阀座34与阀42的精确的界面(同心度和/或垂直度)以达到燃料喷射器10的期望的性能。
[0023]现在参照图2，3和4对孔40作详细说明。孔40(以细长槽的形式)优选地由大体直线并基本互相平行的平直部分403及406限定。孔40可进一步由连接在平直部分403及406相对的端部的弧形部分40(3及40(1限定。阀座34内的孔40具有长度匕。和宽度胃4。，其中长度14。大于宽度14。。长度14。与宽度14。的比优选地尽可能大，以使对于给定的孔40的面积的孔40的周长最大化。当认为孔40是直槽时，弧形部分40。及40(1加在一起优选地形成不超过孔40的长度匕。的四分之一以上。每个孔40在阀座34上径向延伸，并且孔40以绕阀轴线八定中心的环形阵列布置。细长槽形式的孔40使得阀座34易于使用金属注模或者粉末金属工艺来制造，因为用来制作阀座34的材料可通过位于阀座34中心的浇口被注入到模具(未示出)中，并且材料易于径向向外地流动填充到模具中，因为在材料流动的方向孔40是窄的。金属注模或者粉末金属工艺也使得阀座34及其相关的结构形成成品而需要较少的或者不需要进一步的加工。
[0024]每个孔40包括突出的阀座面50，该阀座面50在阀座34的上游面36上面延伸，以使突出的阀座面50全部位于同一平面中。当阀42与阀座34配合时，阀密封面43与每个孔40的突出的阀座面50密封，以阻止燃料流贯穿阀座34。每个突出的阀座面50由连续地包围相应的孔40的突出的密封壁52限定。每个突出的密封壁52在上游面36上面延伸，以使这些突出的阀座表50共面。每个突出的密封壁52可具有相对于阀座上游面36倾斜的或斜的侧部，或者可替代地大致垂直于阀座上游面36。通过使得阀座34具有细长槽型的孔40，每个突出的密封壁52的周长的和与每个孔40的面积的和之比增大，并由此一旦阀42从阀座34脱开就允许每个孔40立即可获得更大量的燃料。
[0025]每个孔40从阀轴线八径向向外的开始延伸足够远，从而允许相邻孔40的突出密封壁52之间有足够的间隔以使燃料触及每个突出的密封壁52的整个周长而贯穿由相邻孔40的突出密封壁52限定的空间54。因为孔40径向延伸，空间54是楔形的并且在孔40径向最里面的部分较窄。然而，空间54径向最内侧的部分足够得宽以允许足够的燃料流到达每个突起的密封壁52的整个周长，而孔40径向最内侧部分处的燃料的压力不会减小。当阀密封面43与每个突起的密封壁52的突起的阀座面50配合时，空间54继续允许燃料流围绕每个突起的密封壁52的整个周长(由于每个突起的密封壁52具有足够的高度)，并由此一旦阀42从阀座34脱开就流到每个孔40。这在不增加孔面积以及不增加阀的行程的情况下增加了流量。
[0026]阀座组件22优选地由金属注模工艺或者粉末金属工艺制成。使用金属注模或者粉末金属工艺允许阀座组件22形成成品，而需要较少的或者不需要进一步的完成阀座34以及孔40的加工工艺。如前所述，细长并径向延伸的槽形式的孔40使得阀座34易于使用金属注模或者粉末金属工艺来制造，因为用来制作阀座34的材料可通过位于阀座34中心的浇口被注入到模具(未示出)中，并且材料易于径向向外地流动填充到模具中，因为在材料流动的方向孔40是窄的。为了简化金属注模或者粉末金属工艺，流动肋部56可从每个突出的密封壁52向外径向地延伸。每个流动肋部56在上游面36上面延伸，但是延伸到比每个突出的密封壁52更小的范围，即，每个流动肋部56低于各个突出的密封壁52。每个流动肋部56允许用于制造阀座34的材料更容易径向向外流动到模具内，因为模具内对材料流动具有更少的限制。金属注模或者粉末金属工艺也使得阀座34及其相关的结构形成成品而需要较少的或者不需要进一步的加工工艺。
[0027](计算流体动力)仿真被完成以将贯穿阀座34的流动与贯穿如美国专利申请公布号2011/0186654中所述的包括四个按方形图案布置的槽型孔的阀座的流动相比较。尽管阀座34包括八个槽而美国专利申请公布号2011/0186654的阀座包括四个槽，但用于￠^0仿真的每个阀座的流动区域(所有槽的流动区域的总和)的总和也大致相同，由此使得致动用于被评估的每种设置的阀所需的液压负载均等。￠^0仿真的结果显示，阀座34产生比所述相同的液压负载高出约24%的流量。
[0028]现参照示出了两个孔40的放大视图的图5。如气流箭头58所示，燃料通过空间54被更加有效地径向朝内地引导。这样，压力基本相等的燃料可用于每个孔40的全部周长，由此允许更多的燃料气流从燃料喷射器10流出，因为当阀42从突出的阀座面50提升时，孔40周界的部分不亟需燃料。
[0029]尽管已经示出阀座34与管状本体24 —体地构造，应理解的是，阀座34也可替代地被制作成单个的元件并被连结到管状本体24上。或者，管状本体24可被省略，而阀座34可被直接固定在下壳体44的台阶孔46内。
[0030]虽然已根据其较佳实施例描述了本发明，不意味着限制于此，相反地仅一定程度上在以下权利要求中阐述。
【权利要求】
1.一种用于将气体燃料供应至燃料消耗装置(12)的气体燃料喷射器(10)，所述燃料喷射器(10)包括: 燃料入口(14)，所述燃料入口(14)用于接收所述气体燃料； 燃料出口(16)，所述燃料出口(16)用于从所述燃料喷射器(10)分配所述气体燃料； 燃料通道(18)，所述燃料通道(18)用于从所述燃料入口(14)到所述燃料出口(16)联通所述气体燃料；以及 阀组件(20)，所述阀组件(20)用于选择地阻止以及允许所述气体燃料从燃料入口(14)通过至燃料出口(16)，所述阀组件(20)包括: 阀座(34)，所述阀座(34)具有多个孔(40)，所述孔(40)用于提供到贯穿所述阀座(34)的流体联通； 阀(42)，所述阀(42)沿着阀轴线(A)延伸并具有密封面(43)，所述密封面(43)用于通过选择地配合与脱开所述阀座(34)来选择地阻止与允许所述气体燃料流进入贯穿阀座(34)； 其中，所述多个孔(40)中的每一个都是径向延伸的槽并且所述多个孔(40)以绕阀轴线(A)定中心的环形阵列布置。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，所述多个孔(40)中的每一个被突出的密封壁(52)围绕，由此所述阀(42)与所述多个孔(40)中的每一个的所述突出的密封壁(52)配合以阻止所述气体燃料流进入所述阀座(34)，并且由此当所述阀(42)与所述多个孔(40)中的每一个的所述突出的密封壁(52)配合时，所述多个孔(40)中的每一个的所述突出的密封壁(52)被所述气体燃料周向地围绕。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，所述多个孔(40)中的每一个等角度地间隔。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，所述密封面(43)是平坦的并且大致垂直于所述阀(42)轴线。
5.根据权利要求2所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，所述阀(42)的所述密封面(43)在共同平面中接触所述多个孔(40)中的每一个的所述突出的密封壁(52)。
6.根据权利要求5所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，所述平面大致垂直于所述阀轴线⑷。
7.根据权利要求2所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，流动肋部(56)从所述多个孔(40)中的每一个的所述突出的密封壁(52)向外径向延伸，以使所述流动肋部(56)低于所述突出的密封壁(52)。
【文档编号】F02M21/02GK104279106SQ201410330459
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】藤田真穂路, K·J·道尔, A·R·韦尔斯 申请人:德尔福技术有限公司