专利名称：具有不同开启压力的多级减压阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减压阀，更具体地，涉及一种具有不同开启压力的多 级减压阀。
背景技术：
多种不同的燃料系统被利用以将燃料引入发动机的燃烧室中。已知燃 料系统的一种类型是共轨系统。 一种典型的共轨系统利用一个或多个泵送 机构^f吏燃料加压并将加压燃料引导至一公共集管(即，公共轨道)。各个 喷射器从^^共轨道抽取加压燃料并在每个循环中将一股或多股燃料喷射入 燃烧室中。为优化发动机的运行，轨道内的燃料通过精确控制泵送机构被 维持在所希望的压力范围内。但是，也存在此精确控制受到干扰和出现压 力波动或尖峰的情况。如果不干涉，这些压力尖峰会损坏燃料系统部件。保护燃料系统不受到不希望的压力尖峰的一种方法包括当公共轨道中的燃料压力超过预定最大阈值时将燃料从公共轨道排出。在2001年6月 12日公布的授予Hacberer等人的美国专利6,244,253 (，253专利)中公开 了这种保护方法的一个例子。，253专利描述了将压力控制阀与燃料喷射系 统结合使用。该压力控制阀包括带集成的密封球状体的第一活塞。集成的 密封球状体可借由燃料压力克服弹簧偏压而在轴向方向上在远离锥形座朝 一止挡部(移动的位置)之间移动。当密封球状体远离锥形座时，来自相 关集管的高压燃料与阀的第一室相连通。第一活塞具有通孔，该通孔使第 一室与第一活塞的锥形内部流体连接。压力控制阀还包括设置在第一活塞 内的第二活塞，该第二活塞可借由相同的弹簧偏压在轴向方向上移动，以 与第一活塞的锥形内部相接合并因此封闭通孔。当第二活塞移动远离第一活塞的锥形内部和通孔时，来自第一室的高压燃料通过第二活塞中的通孔 与低压排放装置相连通。
最初，，253专利的第一活塞在短时间内通过高压被打开。随着第一活 塞打开，在第一室内建立起来的压力促使第二活塞移动离开并不再阻断第 一活塞的通孔，以降低集管内的燃料压力。通过调节第二活塞相对于第一 活塞的位置，可将压力保持在比"跛行回家(limp-home)"操作状态下 使用的高压小的预定值上。
虽然，253专利的压力控制阀能通过减小集管中的过大的压力而充分保 护其它燃料系统部件，但是它很昂贵。特别是包含在，253专利的压力控制 阀内的所有阀座都是锥形的。为了恰当地密封，锥形阀座必须制造成精密 公差且通常需要研磨和抛光工艺。这些精密公差和复杂的制造工艺会大大 增加采用多个锥形座的系统的成本。此外，在各个单独活塞内的多个通孔 进一步增加了压力控制阀的制造成本和复杂性。
本发明的燃料系统的目的在于克服一个或多个上述问题。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种减压阀。该减压阀包括带有入口、出口和 流体连接入口和出口的中心孔的壳体。该减压阀还包括单个阀座和可移动 以选择性地阻断经过所述单个阀座的流体的流动的第一阀元件。所述减压 阀还包括设置在壳体的所述中心孔内并可移动以选择性地阻断经过该中心 孔的流体的流动的第二阀元件。
本发明的另 一个方面涉及一种操作流体系统的方法。该方法包括使流 体加压并将加压流体引导到公共轨道。该方法还包括使第 一 阀元件移动离 开阀座以将流体从公共轨道传送到第二阀元件，以及使肩部移出中心孔以 将流体从第 一 阀元件传送到低压排出装置。
图l是一示例性公开的流体系统的示意图；图2是一示例性公开的用于与图1的流体系统一起使用的减压阀的剖 视图；图3A是一示例性公开的用于与图2的减压阀一起4吏用的阀元件的示 意图；以及图3B是另一示例性公开的用于与图2的减压阀一起4吏用的阀元件的 示意图。
具体实施方式
图1示出了一示例性的流体系统10。在此示例中，流体系统10可体 现为一燃料喷射系统，该燃料喷射系统具有流体供给装置12以及使流体加 压并经由公共轨道18将流体引导到多个燃料喷射器16的泵送机构14。所 述流体可包括燃料、专用液压油、发动机油或燃料喷射器16使用的用于直 接喷射或用于致动喷射事件的任何其它流体。或者也可设想流体系统10 体现为与燃料不相关的液压系统，例如设计成用于使与作业机具相关联的 汽缸运动的机器系统、传动/传输系统、发动机润滑系统或本领域已知的任 何其它类型的液压系统。供给装置12可构成设计用于保持流体供给的存储器。 一个或多个与动 力源相关联的液压系统可从供给装置12抽取流体和使流体返回供给装置 12。可以^没想，流体系统10可在希望时与多个单独的流体供给装置相连接。泵送机构14可产生加压流体的流，并可包括任何合适的压力源，例如， 变量泵、定量泵、可变流量泵或本领域已知的任何其它压力源。泵送机构 14可专门用于仅将加压流体供应给流体系统10，或者可选择地可将加压流 体供应给多个单独的液压系统。燃料喷射器16中的每一个可与动力源的不同的燃烧室(未示出)相关 联。燃料喷射器16可操作用于将一定量的加压燃料在预定时间、燃料压力 和燃料流速下喷射入燃烧室中。燃料喷射器16可以是机械操作、电操作、 气力操作或液力操作的。装置12的空心的管状构件。具体地，公共轨道18可经由主供给管线20 和多个支管线22将泵送机构14连接到燃料喷射器16。公共轨道18也可 经由主返回管线24连接到供给装置12。通过这种方式，泵送机构14可从 供给装置12抽取流体、使流体加压、将加压流体引导到各燃料喷射器16、 并使多余的流体返回供给装置12。
如图1中还示出的，流体系统10可包括设置用于减轻公共轨道18的 过大压力的减压阀26。减压阀26可设置在返回管线24中、位于公共轨道 18和供给装置12之间。当公共轨道18内的压力超过预定的最大阈值时， 减压阀26可打开以将^^共轨道18与供给装置12相流体连接，从而使流体 能从公共轨道18排出并减小其中的压力。
具体地，减压阀26可包括第一阀元件28、第二阀元件30、单个回位弹簧 32、以及垫补元件33。第一阀元件28可与第二阀元件30机械连接以一起 移动。回位弹簧32可朝阻流位置偏压第一和第二阀元件28、 30两者。垫 补元件33可用于成本有效地设定回位弹簧32的偏压。
第 一 阀元件28可以是能根据公共轨道18内的压力而移动的两位元件。 具体地，减压阀26的入口 34可使来自公共轨道18的加压流体与第一阀元 件28的液压面28a相连通。由于第一阀元件28可通过第二阀元件30与回 位弹簧32机械连接，所以第 一 阀元件28可停留在两个位置中的第 一位置 处，直到作用在液压面28a上的、由共轨压力产生的力超过弹簧的偏压力。 当由公共轨道18的压力所产生的力超过回位弹簧32的偏压力时，第一阀 元件28可从第一位置移动到第二位置一一在该第一位置处，来自公共轨道 18的流体被阻断流向第二阀元件30，在该第二位置处，流体从第一阀元件 28经过减压阀26的中心孔36流到第二阀元件30。在一个示例中，使第一 阀元件28移动离开第一位置所需的压力可在约180-240MPa的范围内。为 减小第一阀元件28的在第一位置和第二位置之间的振荡，可在入口 34和 中心孔36之间i殳置节流孔35。
第二阀元件30可以是能根据中心孔36内的流体压力而移动的比例阀元件。具体地，中心孔36内的流体可作用在第二阀元件30的液压面30a上。由于直接作用在第二阀元件30上的回位弹簧32的偏压，第二阀元件30可停留在阻流位置，直到液压面30a上由流体的压力产生的力超过回位弹簧32的偏压力。当由中心孔36内的流体的压力产生的力超过回位弹簧32的偏压力时，第二阀元件30可从阻流位置朝第二位置移动一一在该阻流位置处，来自公共轨道18的流体被阻断流向供给装置12，在该第二位置处，来自公共轨道18的流体经过减压阀26的出口 38流到供给装置12。第二阀元件30能根据中心孔36内的流体的压力移动到第一和第二位置之间的任何位置，以改变传送给供给装置12的流体的流率。在一个示例中，使第二阀元件30移动离开第一位置所需的压力可以是使第一阀元件28移动离开其第一位置所需压力的约1/6-1/8 (例如约35MPa)。
图2示出了减压阀26的一个示例性的实施例。在此实施例中，减压阀26可包括具有连接入口 34和出口 38的中心孔36的壳体40,以及设置在入口 34和中心孔36之间的锥形阀座44。锥形阀座44可接纳第一阀元件28，而中心孔36可接纳第二阀元件30。在图2的实施例中，第一和第二岡元件28、 30可以是在操作期间由回位弹簧32保持机械接合的单独的部件。特别地，第一阀元件28可以是设计成用于接合和密封锥形阀座44的球形的球状体或锥形元件。而第二阀元件30可以是与第 一 阀元件28相接触的滑阀类型的阀元件(spool-type valveelement)。回位弹簧32可促使第二阀元件30进入中心孔36中并与第一阀元件28相接合，从而促使第一阀元件28与锥形阀座44相接合。
如图3A所示，第二阀元件30可包括活塞构件46和凸缘构件48。活塞构件46可包括圆柱形外表面49,该外表面接纳在中心孔36内以使得基本上没有流体从它们之间泄漏。可在活塞构件46的外表面49内设置一个或多个凹部50并将凹部定向成形成间断的肩部52。当肩部52在中心孔36内部时，可阻止流体从第一阀元件28向出口 38的流动。当肩部52向上移动离开第 一阀元件28并位于中心孔36外部时，流体可流经中心孔36内部的由凹部50形成的空间。肩部52和中心孔36的边缘之间的距离可与通过中心孔36的流体的流动面积相对应并影响所述流体的流率。因为液压面30a的面积大于液压面28a的面积，所以移动第二阀元件30所需的压力将小于移动第一阀元件28的压力。
当活塞构件46向上移出中心孔36时，流体可相对于凸缘构件48沿多条不同的路径流动。具体地，凸缘构件48可包括一个或多个通孔54。当肩部52从中心孔36脱出时，来自凹部50的流体可同时经过通孔54和围绕凸缘构件48的外周流过。通过这种方式，通孔54可减小拖拽和与活塞构件46的运动相关联的反弹的可能性。
图3B示出了与减压阀26 —起^f吏用的替代的阀元件56。在此实施例中，第一和第二阀元件28、 30可结合成单个集成部件。特别地，阀元件56可包括具有凹部50和间断的肩部52的活塞构件46、凸缘构件48和球形密封面58。球形密封面58可设计成接合并密封锥形座44 (参见图2)。通过将两个单独的元件(例如，第一和第二阀元件28、 30)结合成单个部件(例如阀元件56)，可降低制造成本并增加可靠性和耐用性。
工业适用性
所公开的流体系统在希望保护不受到过大压力的各种应用中具有广泛的用途，所述应用包括例如燃料系统、润滑系统、作业机具致动系统、传动/传输系统和其它液压系统。所公开的流体系统可通过执行多级减压阀提供所希望的保护。当系统内的流体的压力超过最大阈值时，多级减压阀可从系统中排出流体，从而降低系统内的流体的压力。系统内的流体的压力可被减小到恰好足以保护系统但不造成不稳定或使系统完全失灵。下面解释流体系统IO的操作。
在流体系统10操作期间，泵送机构14可从供给装置12抽取流体、使流体加压、并将加压流体引导到公共轨道18。减压阀26可通过入口 34与公共轨道18流体连通，并通过出口 38与供给装置12流体连通。当公共轨道18内的作用在液压面28a上的流体压力超过回位弹簧32的偏压时，第一阀元件28可移动到第二位置或通流位置，在该位置处，来自公共轨道18的流体与中心孔36和活塞构件46的液压面30a相连通。当中心孔36内的流体作用在液压面30a上的压力超过回位弹簧32的偏压时，活塞构件46可被移出中心孔36，直到间断的肩部52从中心孔36脱出一定量、且流体经过凹部50到达出口 38。随着流体经出口 38排回供给装置12,公共轨道18内的流体的压力将减小。
间断的肩部52延伸超出中心孔36的边缘的量可与公共轨道18内的流体压力相对应。也就是说，虽然第一阀元件28主要可以是两位元件，但是第二阀元件30可以是能根据公共轨道18内的压力而在其第一位置和第二位置之间移动的比例阀元件。 一旦第一阀元件28已经打开，在公共轨道18内造成的压力将不再受第一阀元件28控制。相反，第二阀元件30的运动可调控公共轨道18内的流体的压力并确保该压力保持成低得足以保护部件、但高得足以继续喷射器的操作。例如， 一旦第二阀元件30已经打开，那么公共轨道18内的压力的增大会将间断的肩部52进一步推出中心孔36，从而增大从7>共轨道18排出的流体的流动面积。增大的流动面积会导致从公共轨道18流到供给装置12的流体的更大的流率，并随后导致公共轨道18内的较低的压力。反之，当公共轨道18内的压力降低时，间断的肩部52将回缩进中心孔36中并减小流动面积。减小的流动面积将导致来自公共轨道18的流体的较低的流率，并随后导致公共轨道18内的较高的压力。 一旦第一阀元件28打开以使流体经过，它会保持打开直到第二阀元件30的间断的肩部52几乎或完全缩进中心孔36中。
案。特别地，由于减压阀26只利用单个锥形阀座，所以流体系统10的成本将比使用多个锥形阀座的其它系统小。另外，由于第一阀元件28不包括任何内部流体通道，减压阀26的制造成本也很小。此外，由于第一和第二阀元件28、 30可结合成单个集成部件，所以减压阀26的部件成本还会更力口减小。
可对本 ^开的流体系统作各种修改和变型而不偏离;^>开的范围，这对本领域技术人员来说是显而易见的。通过思考说明书和实践本文公开的流体系统，其它实施例对本领域技术人员是显而易见的。应认为说明书和 示例仅是示例性的，真正的范围由所附权利要求及其等同方案给出。
权利要求
1. 一种减压阀(26)，包括壳体(40)，该壳体包括入口(34)；出口(38)；和与入口和出口流体连接的中心孔(36)；单个阀座(44)；可移动以选择性地阻断经过所述单个阀座的流体的流动的第一阀元件(28)；以及设置在壳体的中心孔内并可移动以选择性地阻断经过该中心孔的流体的流动的第二阀元件(30)。
2. 根据权利要求l所述的减压阀，其特征在于， 所述单个阀座是设置在入口和中心孔之间的锥形阀座； 第一阀元件是球形的；以及 第二阀元件是滑阀元件。
3. 根据权利要求l所述的减压阀，其特征在于，所述减压阀还包括 设计用于朝阻流位置偏压第一阀元件和第二阀元件的单个弹簧(32)。
4. 根据权利要求3所述的减压阀，其特征在于，移动第一阀元件所 需的压力大于移动第二阀元件所需的压力。
5. 根据权利要求l所述的减压阀，其特征在于，第一阀元件和第二 阀元件包括在单个集成部件(56)内。
6. 根据权利要求l所述的减压阀，其特征在于，第二阀元件包括活 塞构件(46)，该活塞构件具有大致为圆柱形的外表面(49);和设置在外表面内以形成间断的肩部(52)的至少一个凹部(50), 其中，当间断的肩部在中心孔内部时，经过中心孔的流体的流动被阻
7. —种操作流体系统(10)的方法，包括 使流体加压；将加压流体引导到公共轨道(18);使第一阀元件(28)移动离开阀座(44)以将流体从公共轨道传送到 第二阀元件(30);以及使肩部(52)移出中心孔以将流体从第一阀元件传送到低压排出装置 (12)。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括 朝着阀座偏压第一阀元件；和 将肩部偏压进中心孔中，其中第一阀元件的偏压力基本上等于第二元件的偏压力。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第一阀的阀开启压力 大于第二阀的阀开启压力。
10. —种燃料系统(10),包括 燃料供给装置(12 ); 设计用于使流体加压的源(14); 与所述源相连通的公共轨道(18);以及根据权利要求1-6中任一项所述的减压阀(26)，该减压阀设置在公 共轨道和供给装置之间，以根据流体压力从公共轨道减少流体。
全文摘要
本发明涉及一种用于共轨燃料系统(10)的减压阀(26)。该减压阀具有壳体，该壳体具有入口(34)、出口(38)和流体连接入口与出口的中心孔(36)。所述减压阀还具有单个阀座(44)和可移动以选择性地阻断经过所述单个阀座的流体流动的第一阀元件(28)。所述减压阀还具有设置在壳体的所述中心孔内并可移动以选择性地阻断经过该中心孔的流体流动的第二阀元件(30)。
文档编号F02M63/00GK101506515SQ200780031717
公开日2009年8月12日 申请日期2007年6月22日 优先权日2006年7月28日
发明者A·R·斯托克奈尔, B·D·摩尔, B·R·托尔, F·M·欧希亚, J·迪, K·R·帕达提, M·R·弗雷科, T·A·约翰逊 申请人:卡特彼勒公司