专利名称：具有防粘滞装置的可变排量泵的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及减少或防止液压装置中粘滞现象的出现，更具体地，涉及一种用 于减少或防止可变排量泵中出现粘滞现象的防粘滞装置。
背景技术：
在一类流体系统中，例如用于内燃机的共轨燃料系统中，可变排量泵向共轨提供 受压流体，然后共轨将受压流体输送至多个燃料喷射器。这些可变排量泵通过使用溢出阀 以可控制地将流体排入共轨或低压储箱，从而保持共轨处于希望的压力。例如，在这些泵 中，当活塞正在室中经历泵送冲程，被从室内排出的受压流体经过单向阀进入共轨，或者经 过溢出阀进入低压储箱。如果溢出阀打开，则受压流体流经溢出阀进入低压储箱，这是阻力 最低的通道。但是，如果溢出阀闭合，室内的压力迅速增加且迫使受压流体经过单向阀进入 共轨。因此，通过控制溢出阀在打开和闭合位置之间的循环频率，泵选择性地将受压流体提 供至共轨以保持其中压力的稳定性。在现有的可变排量泵中所使用的溢出阀一般包括阀杆，阀杆连接至由电磁线圈操 作的衔铁并且延伸穿过阀体的中央通道。阀座可以形成于阀体的一端以接收形成于阀杆一 端的密封表面。定位为朝向衔铁的接触表面可以形成于阀体的另一端。电磁线圈通电或断 电，以移动衔铁使衔铁与接触表面接触或不接触，使得阀杆的密封表面定位或不定位在阀 座内。但是，这些现有的泵通常包括定位在阀体的接触表面与衔铁之间的环状的隔离器。隔 离器通常固定至衔铁并能与之共同移动。由此，隔离器(而非衔铁)与阀体的接触表面接 触。一般当电磁线圈断电时溢出阀打开。在该位置处，衔铁和环状隔离器靠在阀体的 接触表面上，并且阀组件从阀体的另一侧伸出一个距离，使得密封表面和阀座之间形成开 口。一般当电磁线圈通电时溢出阀闭合。当通电时，电磁线圈导致衔铁、包括隔离器向上移 动以远离阀体的接触表面。衔铁的向上移动使得接触表面与隔离器分开并且使阀组件缩回 阀体内，导致密封表面位于阀座上。因此，当电磁线圈断电时，溢出阀打开并且燃料不被输 送至共轨。在另一方面，当电磁线圈通电时，溢出阀闭合并且燃料被输送至共轨。虽然那些现有的可变排量泵适于多种目的，它们并不是总能很好地适用于需要以 高精度和以微秒计的快速响应时间改变到共轨的燃料输送的现代液压致动燃料系统。例 如，那些现有的可变排量泵会不能很好地适于在冷的气候环境下用于现代燃料系统，例如 在发动机冷起动时。这是因为在冷的温度下，受压流体变得很有粘性，导致在隔离器与阀体 的接触表面的接触处产生粘附现象。粘附现象阻止或延迟衔铁、包括隔离器脱离阀体接触 表面的能力。这种粘附现象有时被称为粘滞，它可以由于隔离器和接触表面之间相对薄但 具有高粘性的流体层而引起。粘滞由于增加了衔铁的响应时间，抑制了泵控制溢出阀在打 开和闭合位置之间循环的频率的能力。因此，粘滞可以导致共轨压力不稳定。应当理解，前述背景技术的讨论仅意于帮助读者理解。
背景技术：
的讨论不意于限 制本发明或权利要求，因此不应被认为表示现有系统中任何特定的元件不适合使用，也不
3意于表示任何元件在执行这里所述的示例或类似的示例中是必要的。
发明内容
在一个方面，本发明描述了一种用于诸如泵的流体装置并且防止或减少其中的粘 滞产生的隔离器。在一种实施方式中，泵具有连接至可动构件并且延伸穿过固定构件的阀 构件，固定构件具有用于接收阀构件的密封表面的阀座。可动构件可以朝向和远离固定构 件移动，以将阀构件的密封表面定位和不定位在阀座中。隔离器通常是环状的，具有由一厚 度隔开的第一接触面和第二接触面。隔离器定位在可动构件和固定构件之间，使得隔离器 的第一接触面能够与可动构件接触且第二接触面能够与固定构件接触。隔离器具有至少一 个流体接收凹槽，流体接收凹槽形成于第一和第二接触面的至少一个中。在一种实施方式 中，多个流体接收凹槽绕着隔离器的外边缘周向地隔开。
图1为根据本发明的一个方面的共轨燃料系统的示意图；图2为图1的燃料系统所使用的泵的正视剖视图；图3为图2的泵中所使用的溢出控制阀的放大正视剖视图；且图4为图2的泵中所使用的防粘滞隔离器的透视图。
具体实施例方式本发明涉及一种用于减少或防止液压装置中出现粘滞的装置。特别是，本发明涉 及一种用于减少或防止在燃料系统中使用的向共轨提供受压流体的可变排量泵中的粘滞 的防粘滞隔离器。通过减少或防止粘滞，防粘滞隔离器可增强泵的有效性，并由此增加共轨 中的流体压力的稳定性。如图1，燃料系统10包括多个燃料喷射器22，每个燃料喷射器通过单独的分支通 道21连接至高压燃料共轨20。高压燃料共轨20从诸如可变排量泵的流体装置16得到高 压燃料供应，而流体装置16从燃料输送泵14得到相对低压的流体供应。燃料输送泵14从 燃料箱12抽取燃料，燃料箱12还通过泄漏返回通道23与燃料喷射器22流体连接。燃料 系统10的操作由电子控制模块18以传统的方式进行控制，电子控制模块18通过控制通信 线路29连接至泵16的电致动器28，并且通过其他通信线路(未示出)连接至独立的燃料 喷射器22。当操作时，电子控制模块18所产生的控制信号确定泵16何时迫使燃料进入共 轨20和进入的燃料量，以及何时进行燃料喷射器22的操作和操作持续时间。如图1和图2，高压泵16包括与高压共轨20流体连通的高压出口 30、与燃料箱12 流体连通的低压出口 32、以及与燃料输送泵14流体连通的入口 33。泵16包括被定位为在 第一活塞筒44的第一增压室46中往复运动的第一活塞45以及在第二活塞筒54的第二增 压室56中往复运动的第二活塞55。第一活塞筒44和第二活塞筒54可以是共有的泵壳体 40的组成部分。第一凸轮34和第二凸轮35可以操作以导致活塞45、55互相异相地往复运 动。每个凸轮34、35可以包括三个凸起，使得活塞45或55中的一个大约在燃料喷射器22 中的一个喷射燃料的时刻经历泵送冲程。由此，凸轮34、35优选地以传统的方式由发动机 以优选地使得泵送运动与燃料喷射运动同步的速率直接驱动而转动。
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当活塞45经历缩回冲程时，新的低压燃料从与入口 33流体连通的低压管道37经 过第一入口单向阀48被抽入增压室46。同样，当活塞55经历缩回冲程时，新的低压燃料 从共有的低压管道37经过第二入口单向阀58被抽入第二增压室56。当第一活塞45经历 泵送冲程时，流体被从增压室46排出，通过第一溢出通道41和溢出控制阀38进入低压管 道37，或者通过第一出口单向阀47进入高压管道39。类似地，当第二活塞55经历泵送冲 程时，流体被从第二增压室56排出，通过第二溢出通道51和溢出控制阀38进入低压管道 37，或者通过第二出口单向阀57进入高压管道39。如图3，溢出控制阀38的结构与其类型的已知的阀具有很多共同的特征。例如，溢 出控制阀38包括溢出阀构件60，溢出阀构件60包括阀杆61和闭合液压表面62。阀杆61 延伸穿过阀体43，且表面62可以定位在形成于阀体43中的阀座63内，以闭合溢出控制阀 38。溢出阀构件60通常被致偏弹簧64朝向打开位置向下偏压。如图3所示，这在阀构件 60的闭合表面62与阀体43的阀座63之间形成了开口 65。但是，溢出阀构件60可以被向 上移动以将闭合表面62定位在阀座63中并且从而闭合开口 65。在示出的实施方式中，诸 如电磁线圈的电致动器28包括衔铁36，衔铁36被连接以与溢出阀构件60共同移动。本领 域技术人员将理解，电致动器28可以具有多种形式，包括但不限于压电式和/或压电弯曲 式致动器。溢出控制阀38控制两个活塞45、55的排放。为了帮助控制，梭动阀80定位在活 塞增压室46、56与溢出控制阀38之间。第一活塞45的泵送动作与第二活塞55的吸入动 作结合，迫使梭动阀80处于阻止流体进入进行填充的活塞55、同时在进行泵送的活塞45 与溢出控制阀38之间提供开放通道的位置。在进行泵送的活塞45的泵送冲程中的任意时 亥IJ，可以使电致动器28通电以将溢出控制阀38移动至闭合位置，例如使得阀构件60和衔 铁36向上移动，从而使密封表面62定位在阀座63中。将溢出控制阀38闭合使得与进行 泵送的活塞45相关联的室46内的压力开始上升，导致出口单向阀47打开，从而将高压燃 料输送至高压燃料轨道20。压力的上升使得梭动阀80保持关闭，直至进行泵送的活塞45 变慢并在其运动的端点处停止，此时致偏元件64的力可以将阀构件60和衔铁36向下推以 打开溢出控制阀38，为第二活塞55的泵送冲程做准备。第二活塞55从填充模式切换为泵送模式且第一活塞45从泵送模式切换为填充模 式，梭动阀80移动至内腔的另一侧阻止流体进入第一活塞45，且开放第二活塞55与溢出控 制阀38之间的通道允许溢出控制阀38控制第二活塞室56的排放。再如图1所示，当燃料系统10正在运行，凸轮34、35旋转导致泵的活塞45、55在 相应的活塞筒44、54内互相异相地往复运动。当第一活塞45经历泵送冲程时，第二活塞55 将经历缩回冲程。梭动阀构件80利用这一动作以将第一增压室46或第二增压室56连接 至溢出控制阀38。当活塞45或55中的一个开始泵送冲程时，流体开始从适合的增压室46 或56中通过溢出控制阀38排出至低压管道37。当需要从可变排量泵16输出高压时，电致动器28通电以将阀构件60和衔铁36 向上移动并通过使密封表面62定位在阀座63中来闭合溢出控制阀38。这导致增压室46 或56中的流体经过相应的单向阀47或57被推入高压管道39并然后进入高压共轨20。本 领域技术人员将理解，电致动器28何时通电以及衔铁36的运动的响应性决定了活塞45或 55排出的流体被推入高压管道39和共轨20的部分以及被排出返回至低压管道37的部分。该操作用作保持和控制高压共轨20中的压力的手段。为了帮助使控制流入共轨20的流体体积和流速的溢出控制阀38打开和闭合，从而保持共轨压力的稳定性，在阀体43的接触表面49和衔铁36之间设有防粘滞隔离器42。 隔离器42减少或防止阀体43与衔铁36之间产生粘滞，由此通过减少衔铁36脱离阀体43 所需要的时间长短和能量来增加衔铁36移动的响应性。隔离器42位于溢出阀构件60的 肩部52处，并且由此隔离器42与衔铁36和阀构件60共同移动。如图3所示，当溢出控制 阀38打开时，隔离器42抵靠阀体43的接触表面49。但是，当溢出控制阀38向闭合位置移 动时，移动的阀构件60将隔离器42从接触表面49上抬起。如下文将更具体说明的，隔离 器42能够减少或消除隔离器42与阀体43之间的粘滞，并从而减少闭合溢出控制阀38所 需要的时间长短。如图4所示，防粘滞隔离器42具有大致环状的主体，并且具有第一接触面83和第 二接触面84以及内径85、外径86。第一接触面83和第二接触面84之间隔开厚度87，且 内径85、外径86之间隔开距离88。隔离器42具有同中心的外边缘96和同中心的内边缘 97，内边缘97限定在隔离器42的整个厚度87延伸的通道89。隔离器42定位在可动构件 (例如衔铁36)与固定构件(例如阀体43)之间，使得第一接触面83能够与衔铁36接触且 第二接触面84能够与阀体43接触，且阀构件60的阀杆61穿过通道89。隔离器42具有 形成于第二接触面84中并且绕着外边缘96周向上互相隔开的多个流体接收凹槽90。在 示出的实施方式中，凹槽90绕着外边缘96互相隔开90°。但是应当理解，隔离器42可以 固定至接触表面49且衔铁36可以移动以接触和不接触隔离器42。应当理解，在这种布置 下，凹槽90可以形成于第一接触面83中以减少衔铁与在该实施方式中固定至阀体43的隔 离器42之间的粘滞。凹槽90从第二接触面84轴向地延伸穿过厚度87的一部分91。此外，凹槽90从 外边缘96径向向内延伸穿过距离88的一部分92。因为凹槽90在距离88的一部分92上 径向延伸，而非在整个距离88上延伸，提供了用于抵靠阀构件60的肩部52的环形接触区 域(大致由虚线93示出)。通过减小第二接触面84的表面积，凹槽90减小了隔离器42与阀体43的接触表 面49之间的接触面积。因为粘滞直接地相关于接触面积，减小接触面积降低了粘滞。除了 减小接触面积之外，凹槽90提供表面94，受压燃料可以对表面94形成与粘滞作用抵消的 举升力，从而减少了粘滞。例如，当溢出阀38打开且隔离器42抵靠阀体43时，表面49和 各凹槽90结合形成具有沿着隔离器42的外边缘96的开口的室。来自管道37和/或入口 33的受压流体可以进入各室中并形成对各表面94的力。该抵消力与减小的接触表面积一 起降低或消除粘滞并且减少隔离器42、包括衔铁36和阀构件60脱离阀体43并闭合溢出 阀38所需要的时间和能量。因此，隔离器42增强了泵16控制溢出阀38在打开和闭合位 置之间循环的频率的能力，由此隔离器43帮助泵16保持共轨压力的稳定性。工业实用性根据前述讨论，将很容易理解这里所描述的防粘滞隔离器的工业实用性。本发明 的防粘滞隔离器可潜在地应用于沾有高粘性流体的可动组件与装置的主体相接触的任何 液压装置。例如，与粘滞相关的问题可能出现在具有移动相对短的距离、需要相对快地移动 并且具有相对低的质量的可动组件的液压装置中。因此，本发明可以适用于需要使相对小且轻质的可动组件在可以是非常高粘性的油存在的情况下以非常快的速率移动非常短的 距离的液压致动燃料喷射器和/或液压致动气体交换阀。可以理解，前述说明提供了所公开的系统和技术的示例。但是，可以想到，本发明 的其他实施可以在细节上与前述示例不同。对于本发明或其示例的所有引用均意于引用在 该情况下所讨论的特定的示例，并且一般不意于对本发明的范围造成任何限制。关于特定 特征的所有区别性和批评的语言仅意于表示不优选该特征，除非另有说明，不意于将这些 特征完全从发明的范围内排除。除非另有说明，这里关于值的范围的描述仅意于作为一种表示落在该范围内的每 个单独的值的简略表达方法，且每个单独的值与被单独地在这里描述同样地包含在说明书 内。除非另有说明或通过上下文能够明显推断出来，这里所描述的所有方法可以以任何适 合的顺序执行。因此，根据适用法律，本发明包含权利要求中所述的主题的所有变型和等价物。此外，除非另有说明或通过上下文能明显地推断，在所有可能的变型中的上述元件的任意组 合均包含在本发明的范围内。
权利要求
一种用于与流体装置(16)一起使用的隔离器(42)，其中所述流体装置具有连接至可动构件(36)并且延伸穿过固定构件(43)的阀构件(60)，所述固定构件具有用于接收所述阀构件的密封表面(62)的阀座(63)，所述可动构件能够朝向和远离所述固定构件移动以将所述阀构件的密封表面定位和不定位在所述阀座中，所述隔离器包括具有由厚度(87)隔开的第一接触面(83)和第二接触面(84)以及同中心的内边缘(97)和同中心的外边缘(96)的大致环状的主体，所述隔离器定位在所述可动构件和所述固定构件之间使得所述第一接触面能够与所述可动构件接触且所述第二接触面能够与所述固定构件接触，所述隔离器具有至少一个流体接收凹槽(90)，所述流体接收凹槽形成于所述第一接触面和所述第二接触面中的至少一个中并且从所述第一接触面和第二接触面中的一个轴向地延伸穿过所述厚度的一部分，所述流体接收凹槽从所述外边缘径向向内延伸。
2.如权利要求1所述的隔离器(42)，其中，所述流体接收凹槽(90)形成于所述第二接 触面(84)中。
3.如权利要求1所述的隔离器(42)，其中，在所述第一接触面和所述第二接触面(83， 84)中的至少一个中形成有四个所述流体接收凹槽(90)。
4.如权利要求3所述的隔离器(42)，其中，所述流体接收凹槽(90)绕着所述主体的所 述外边缘(96)同中心地每90°地隔开。
全文摘要
一种用于与诸如泵(16)的流体装置一起使用并且防止或减少流体装置中的粘滞出现的隔离器(42)。隔离器(42)具有大致环状的主体，该主体具有由厚度(87)隔开的第一和第二接触面(83，84)。隔离器(42)定位在泵(16)的可动构件和泵(16)的固定构件之间，使得隔离器的第一接触面(83)可以与可动构件接触且第二接触面(84)可以与固定构件接触。隔离器(42)具有至少一个流体接收凹槽(90)，流体接收凹槽形成于第一和第二接触面(83，84)中的至少一个中。
文档编号F02M59/36GK101809279SQ200880109751
公开日2010年8月18日 申请日期2008年10月1日 优先权日2007年10月1日
发明者D·R·帕克特, G·W·赫夫勒, J·M·德佩瓦, T·A·约翰森 申请人:卡特彼勒公司