本发明一般地涉及带有经由入口节流阀的控制输出的入口计量液体泵，并且更具体地涉及具有设计为抑制空化的阀组的入口计量液体泵。
发明背景
在一类高压液体泵中，通过使用电控计量阀对入口进行节流而控制来自泵的输出。因此，当泵的输出被控制在低于泵柱塞每次往复运动所排出的体积时，就会产生空化气泡。这样的泵的一种应用是在燃料系统，该燃料系统利用共轨和高压燃料泵对导轨加压。在该特定实例中，发动机直接驱动泵，并且通过经由节流阀改变入口流通区域而控制来自泵的输出。
当入口节流阀将流通区域减小至柱塞腔，可能在节流阀附近产生空化气泡，或者潜在地在其他地方产生空化气泡，该空化气泡行进到柱塞腔，占据通过回缩泵的柱塞产生的部分体积。当空化气泡在表面附近破裂，可能发生空化侵蚀。在某些例子中，空化侵蚀可能发生在不期望的位置，诸如入口通道或阀座附近。根据空化损害发生的位置和损害程度，泵的性能会受到损害，可能更加重要的是，侵蚀颗粒可以找到进入燃料喷射器的途径，这可能引起更加严重的问题。
授予tian等人的美国专利8,202,064b2涉及带有避免空化损害的特征的入口节流控制液体阀。tian等人提出一种从被动入口止回阀中的阀构件延伸的具有特殊形状和尺寸的空化流通调节器。以鼓励空化气泡远离表面破裂的方式，通过阀显著地形成了一种流通模式，其可以导致对泵的不可接受的空化损害。虽然tian等人似乎提供对现有技术的改进，涉及抑制空化的其他研发在业内也很受欢迎。
技术实现要素：
在一个方面，用于液体泵的阀组件包括阀主体，阀主体中形成有流体入口和流体出口。阀主体包括形成入口阀座和出口阀座的阀组，并且入口阀座和出口阀座各自都流体地定位在流体入口和流体出口之间。入口止回阀定位为至少部分地位于阀组内，并且可以在阻挡入口阀座的关闭位置和打开位置之间移动。出口止回阀定位为至少部分地位于阀组内，并且可以在阻挡出口阀座的关闭位置和打开位置之间移动。柱塞可以在缩回位置和前进位置之间的阀主体内移动。入口止回阀、出口止回阀和柱塞限定通过阀组延伸的共有轴线，并且入口止回阀轴向地位于出口止回阀和柱塞之间。阀主体进一步在其内形成接收柱塞的泵腔、阀组内的入口腔和阀组内的出口腔。泵腔、入口腔和出口腔中每个的中心都位于共有轴线上。阀组件进一步包括用于在流体入口和流体出口之间转移泵送液体的流通通道。多个流通通道被布置在入口腔和泵腔之间延伸的第一平行组内并且具有围绕共有轴线的第一周向分布，以及在入口腔和出口腔之间延伸的第二平行组内并且具有围绕共有轴线的第二周向分布。
在另一方面，用于液体泵的阀组包括入口件，在其内形成有入口阀座、流体入口和在流体入口和入口阀座之间延伸的多个进入流体通道。阀组进一步包括定位于入口件的第一侧上的出口件以及流体出口，在该出口件内形成有出口阀座。阀座进一步包括定位于入口件的第二侧上的泵件，其使得入口件夹在泵件和出口件之间，并且包括定位为至少部分位于入口件内的入口止回阀。入口止回阀可以在阻挡入口阀座的关闭位置和打开位置之间移动。阀组进一步包括定位为至少部分位于出口件内的出口止回阀，并且可以在阻挡出口阀座的关闭位置与打开位置之间移动。入口件、出口件和泵件限定共有轴线。入口止回阀和出口止回阀中每个都可以沿着对应关闭位置和打开位置之间的共有轴线移动。阀座进一步形成入口件和泵件之间的入口腔、入口件和出口件之间的出口腔、泵腔和多个流通通道。多个流通通道被布置在入口腔和泵腔之间延伸的第一平行组内并且具有围绕共有轴线的第一周向分布，以及在入口腔和出口腔之间延伸的第二平行组内并且具有围绕共有轴线的第二周向分布。
在再一方面，液体泵包括泵壳体以及入口计量阀，在泵壳体内形成有泵入口和泵出口。阀组件定位于泵壳体内，并且包括具有形成入口阀座和出口阀座的阀组的阀主体。液体泵进一步包括入口止回阀，该入口止回阀定位为至少部分位于阀组内并且可以在阻挡入口阀座的关闭位置和打开位置之间移动。出口止回阀定位为至少部分位于阀组内并且可以在阻挡出口阀座的关闭位置和打开位置之间移动。柱塞可以在缩回位置和前进位置之间的阀主体内移动。入口止回阀、出口止回阀和柱塞限定通过阀组延伸的共有轴线，并且入口止回阀轴向地位于出口止回阀和柱塞之间。阀主体进一步在其内形成接收柱塞的泵腔、阀组内的入口腔和阀组内的出口腔，并且泵腔、入口腔和出口腔的中心都在共有轴线上。液体泵进一步包括用于通过阀组转移泵送液体的多个流通通道，该多个流通通道被布置在入口腔和泵腔之间延伸的第一平行组内并且具有围绕共有轴线的第一周向分布，以及在入口腔和出口腔之间延伸的第二平行组内并且具有围绕共有轴线的第二周向分布。
附图说明
图1是根据一个实施例的液体系统中液体泵的侧截面图；
图2是图1所示通过液体泵的端部截面图；
图3是通过图1和2的液体泵的一部分的侧截面图；
图4是通过图1-3的液体泵的一部分的多个截面平面上的截面图；
图5是与图4相似的一个截面平面上的截面图；
图6是根据一个实施例的阀组内入口件的轴向端视图；并且
图7是通过入口件的轴向截面图。
具体实施方式
参照图1，示出液体系统10，诸如用于内燃机的燃料系统。液体系统10(下文称为“系统10”)可以包括用于包含加压流体的储存器12，诸如构造为包含加压流体并向多个流体传输装置或燃料喷射器13供给加压流体的共轨等(下文称为“共轨12”)。液体系统10可以包括燃料系统，其构造为用于直接喷射压燃式柴油机，例如，其中燃料喷射器13中每个都定位为至少部分地位于发动机气缸内。例如，共轨12可以包括单孔、细长的压力容器，或以所谓菊花链布置或其他配置联接在一起的多个单独的流体蓄压器。系统10还包括液体供给，诸如燃料罐14，以及联接有燃料罐14的低压传输泵16，并且构造为通过入口阀18将燃料传输到高压液体泵20。入口阀18可以包括可以调节以改变到液体泵20的流通区域的入口节流阀。流通区域的变化计量到泵20的燃料流，从而使得泵20仅对所需的燃料量加压，从而在共轨12上保持或实现期望的流体压力。
本领域技术人员将在当前语境下熟悉入口计量泵的概念。入口阀18可为泵20的一部分并在泵20内，或者潜在地流体定位在泵20的泵壳体22的上游。从上述的tian等人共同拥有的美国专利8,202,064b2中已知一种用于入口阀18的适当设计，尽管本发明并未因此受到限制。本领域技术人员还将熟悉与入口计量泵相关的空化现象。将在以下的描述中更加明显的是，可以根据多个设计概念对泵20的结构进行设计以抑制空化，该多个设计概念可以一起使用或者彼此独立地使用。设计概念包括但不限于坚固对称的机械设计、组分定位和布置、蒸汽分布、降低的液压硬度和生产的倾向和/或朝向空化损害相对不敏感的液体泵内区域的蒸汽气泡的破裂。
泵20包括定位为至少部分位于泵壳体22内的可旋转凸轮轴24，并且构造为以一般常规的方式通过发动机传动机构(未示出)旋转。凸轮轴24的旋转导致多个泵送机构26的往复运动，每个都以一般常规的方式装备有用于柱塞78的凸轮从动件28。多个泵机构26中每个向共有流体压力空间30(下文中称为“空间30”)供给加压流体，并且其后通过在泵壳体22上形成的泵出口34向共轨12供给加压流体。泵出口32可以在泵壳体22内形成，并且以根据本文所述入口阀18的流通区域确定的流速供给燃料。
在所示实施例中，泵壳体22包括多个壳体件，即限定空间30和泵出口34的第一壳体件36、第二壳体件38和其中放置多个泵机构26的第三壳体件39。应当理解，包括多个壳体件的数量和设计、泵机构的数量和各种管道特征的路径的各种不同壳体结构可与所示不同。此外，可以使用附加的阀，诸如传输泵16和入口阀18之间的单向阀和/或泵出口34和共轨12之间的单向阀，但是为了图示清楚起见图1中将其略去。图2示出相对于凸轮轴24的轴向端视图，由此可以看出，凸轮轴24的旋转导致所示泵机构26上下往复运动、将液体吸入泵20并且填充空间30以向共轨12供应加压液体。所示实施例中两个泵机构26通常彼此异相地往复运动，诸如以180度的异相差。
泵20进一步包括与每个泵机构26相关联的阀组件40。应当理解，本文中任何单数的构件或组件的说明，诸如阀组件40或泵机构26，意图类似地指称用于泵20或本文设想的其他实施例的任何其他此类构件。阀组件40包括定位于泵壳体22内的阀主体42。再次参照图3，阀主体42具有形成与其内的流体入口44，其与由阀主体42的阀组60形成的另一流体入口46连通。阀主体42进一步包括同样由阀组60形成的流体出口48。在所述实施例中，阀组60还包括入口件62，在其内形成有入口阀座64、流体入口46和在流体入口46和入口阀座64之间延伸的多个进入流体通道66。阀组60还包括定位于入口件62的第一侧上的出口件68。在出口件68内形成有阀座70和流体出口48。泵件72定位于入口件62的第二侧上，从而使得入口件62夹在泵件72和出口件68之间。
联接有偏置弹簧75的入口止回阀74定位为至少部分地位于阀60内并且至少部分地位于入口件62内。入口止回阀74可以克服偏置弹簧75的偏置作用力在阻挡入口阀座64的关闭位置与不阻挡入口阀座64的打开位置之间移动。与偏置弹簧77相关联的出口止回阀76定位为至少部分位于出口件68内，并且可以在阻挡出口阀座70的关闭位置和不阻挡出口阀座70的打开位置之间移动。柱塞78可以在阀主体42在缩回位置和前进位置之间移动，从而通过流体入口46和泵20的各种其他流体通道与连接将液体从泵入口32吸入阀组60，并且向液体加压并将其传输至空间30以向共轨传输12从而向发动机气缸喷射。
应当理解，在入口阀18限制到泵20的入口流通区域的情况下，通过缩回柱塞78吸入液体将倾向于造成液体的流体压力下降到以液体形成蒸汽气泡的压力及以下，这些气泡一定会破裂从而发生加压。这些气泡的破裂可以与液体的高速微喷射流的产生相关联，该高速微喷射流可以撞击在泵内的表面上从而造成本质上侵蚀形成表面的材料的空化损害。根据本发明，虽然在泵20的操作期间仍然会发生空化现象，但是损害空化现象的严重程度预期会降低，并且在位置方面将倾向于泵的区域，该区域远离对侵蚀损害敏感的表面。
入口件62、出口件68和泵件72限定共有轴线80。入口止回阀74、出口止回阀76和柱塞78中每个可以沿着对应关闭位置和打开位置之间或在柱塞78的例子中在缩回位置和前进位置之间的共有轴线80之间移动。已经发现，像在阀组60中那样将基本上轴对称的零件布置为基本同轴可以具有多个有利效果，包括液体流的改善的对称性和一致性、匹配接触零件硬度以避免相对运动因而降低或避免使用期间的微动损害的能力、以及零件随时间变形的相对一致性。例如，现有技术已知的“座击入”现象可以预期为在相比可选设计而言相对一致的模式中发生。可以进一步注意到的是，轴向地夹在出口件68和泵件72之间的入口件62可以将入口止回阀74轴向地定位在柱塞78和出口止回阀76之间。而且，如所示布置阀可以使得出口止回阀76的或其附近的蒸汽量降低，具体地，其中入口止回阀74在空间和液压上按顺序布置，而出口止回阀76在轴向方向上远离柱塞78。在所示实施例中，入口阀座64包括平座，并且出口阀座70包括圆锥形座，其每个的中心都在共有轴线20上。下文进一步讨论上述和其他设计特征之间的关系以及空化现象。
可以进一步注意到的是，在所示实施例中，阀主体42包括外阀主体间50和定位于外阀主体间50内的插件52。插件52与件50一起限定中心孔54和形成流体入口44的环形空间。在本文中，术语“流体入口”和“入口环形空间”可以互相替换使用。插件52进一步包括的形成与其内的多个入口孔56，其在流体入口或入口环形空间44和中心孔54之间延伸。入口孔56大致径向延伸，并且在供给在入口件62内轴向延伸的入口通道58。阀座60位于中心孔54内，从而使得入口环形空间44与入口孔56以及入口件62内的流体入口46流体连通。入口件62内的多个进入流体通道66从流体入口46径向向内延伸到入口通道58。
如上所示，液体泵20以及特别地阀组60构造为用于降低的液压硬度，如下文进一步描述的，其可以降低泵送或加压冲程期间相对时间或“dp/dt”的升压速率。为此，阀组60进一步形成在入口件62和泵件72之间的入口腔82、在入口件62和出口件68之间的出口腔84以及在泵件72和插件52之间的泵腔86。如图3所示，柱塞78可以在限定工作容积的行进距离100内移动。在一个实施方式中，柱塞78限定工作容积，并且所描述的沿着多个流通通道90的入口腔82、出口腔84和泵腔86限定大于工作容积的组合容积。组合容积可以是工作容积的约两倍到约三倍，并且更具体地可以为工作容积的约2.1倍。因为死容积可以通过某些措施降低泵效率，所以在所描述范围内，在效率和整平压力上升以抑制空化而不过度牺牲效率之间达成平衡，尽管本发明并不局限于此。
阀组60还形成多个流通通道90。流通通道90中每个都是圆形，被布置在入口腔82和泵腔86之间延伸的第一平行组92内并且具有围绕共有轴线80的第一周向分布，以及在入口82和出口腔86之间延伸的第二平行组94内并且具有围绕共有轴线80的第二周向分布。由第一平行组92形成的流通区域可以小于由入口止回阀座64形成的流通区域。在一个实施方式中，流通区域可以缩小约50％的系数。已经观察到，在填充期间提供更大的下游流通区域可以使得蒸汽气泡的产生偏向泵腔82而非偏向阀座或其他区域，从而使得蒸汽气泡的破裂更不棘手或更易管理。
现再次参照图4、5、6和7，在一个实施方式中，第一平行组92内的流通通道90的总数等于第二平行组94内流通通道90的总数。可以看出，第一平行组92和第二平行组94中每个流通通道90具有一致的尺寸、形状和规则的分布。每个流通通道90还定位为距离共有轴线80一致的径向距离。组92和组94中流通通道90还可以位于入口腔82、出口腔84和泵腔86限定的空间封套内。第一组92内的流通通道90可以与组94的流通通道90具有围绕共有轴线20的交错布置。组92和组94中每个的流通通道90的总数可以为八。
工业实用性
本领域技术人员将理解，按照定义，所有入口计量泵将具有蒸汽生成，并且蒸汽必然破裂从而使得压力上升并且开始泵送液体。一般地说，为了在入口计量泵内获取最小或零侵蚀，气泡必须在足够低的能量水平下破裂，从而使得气泡破裂不产生能量足够高到对表面造成损害的喷射流。当气泡在高环境压力的区域破裂时，气泡破裂能量倾向于偏高。压力相对较快地从蒸汽压力之下上升到远高于蒸汽压力可以导致气泡被困在高环境压力的区域。因此，当这些蒸汽气泡破裂时，其可能存在问题并且产生空化损害。至少在泵送开始时，相对较快的泵送速率和相对较大的柱塞可以与相对较大的dp/dt相关联。
如上所述，由于降低dp/dt的流体体积模量，死容积可以导致更小的系统硬度。此外，流通通道90的均匀且一致的分布、相同的形状和相同的尺寸导致通过流通通道90的流体泵送最小程度地产生回流区域、漩涡或可与空化相关联的其他不均匀或非层流的流。流通通道的总数为八，圆形，距离共有轴线80的径向距离一致并且围绕共有轴线80均匀周向分布，这些被认为使得液体在泵20的泵送行动期间倾向于作为相对一致地移动的整体行动。此外，分布的、尺寸一致、布置均匀且形状一致的流通通道分布蒸汽，从而使得没有一个局部地区受到气泡破了的特定损害。流通通道90相对于打开入口阀座64而言更小的流通区域也可以辅助蒸汽产生的位置的偏向和/或朝向泵腔86的破裂，并且由此避免关键阀座或结构热点上的破裂。本文所描述的这些和其他方法可以最大化泵的潜在寿命，即使某些背景水平的侵蚀是不可避免的。
而且，如上所示，基本轴对称的零件的轴向堆叠使得硬度得以匹配，因而最小化匹配构件在密封表面上的相对运动并且减少或消除微动磨损。在泵20的高压和高循环环境中，对称的中心阀倾向于围绕360度的座不均匀地变形，保证甚至在小磨合或碎屑相关磨损之后也保持稳定密封。已经观察到，保证稳定密封，特别是在诸如出口止回阀76的出口阀或导出阀中，有助于限制侵蚀。泵送事件之间的阀座泄漏可以产生高空化数下的高速流，并且蒸汽气泡导致这些流在下次泵送事件开始时破裂并在泄漏座附近造成侵蚀损害。
将入口止回阀74轴向地定位于泵腔86的顶部和出口止回阀构件76之间提供了进一步抑制空化的流通路径。在某些更早的涉及中，形成的蒸汽气泡可以被追踪到离原动机最远的位置，该原动机通常为导出阀。在没有本文所提已知该现象的设计规定的情况下，蒸汽气泡可能在该位置发生破裂。可以想到，入口阀座64可以包括平座，针对给定尺寸的阀的生成最小化流通区域。这样的设计可以导致或加强对目标阀座的下游限制，并且不依赖于刃状物实现密封，这使得该设计对于碎屑损害更具弹性。
本说明书仅用于说明的目的，不应以任何方式被解释为限制本发明的范围。因此，本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的全部和合理范围和精神的情况下可以对公开的实施例做出各种修改。在对附图和附带的权利要求进行审查时，其他方面、特征和优点将会显而易见。如本文所用，冠词“一种”意图包括一个或多个物件，并且可以与“一个或多个”相互替换使用。当意图指称仅一个物件时，使用术语“一个”或类似语言。同样地，如本文所用，术语“具有”等意图解释为开放式术语。此外，除非明确地另有所示，否则“基于”一词表示“至少部分地基于”。