轴向式流体压力调节器的制作方法

本公开涉及压力释放和压力调节阀。更具体地，本公开涉及一种微型轴向式(inline)流体压力调节阀，其具有一个或多个流动通道，所述流动通道已被优化以随着燃料流量的增加使压力增大最小化。
背景技术：
：内燃燃料喷射系统通常需要某种形式的压力控制装置(例如，压力调节器或压力释放阀)，以在燃料喷射器处保持适当的燃料压力。常规的燃料压力调节器可以在其装置中具有弹性体隔膜或模制密封件。这种常规的燃料压力调节器通常能够以良好的压力梯度保持合理的压力完整性。例如，常规的350kpa@20lph调节器可以在20lph至250lph流量之间表现出0.18kpa/lph的压力梯度，并且可以实现高达400lph的流量而没有流量限制的指示。不利的是，常规的燃料压力调节器在低流量下显示出显着增加的压降，这是因为壳体密封表面对燃料调节器密封件的压缩导致湍流路径，其起到增加压降的作用。另外，常规的压力调节器对于大多数小型发动机应用而言太大且太昂贵。技术实现要素：本公开提供一种流体压力调节器，其具有：调节器本体；销，轴向地设置在所述调节器本体内，所述销包括具有周向凹槽的上端部、具有流体入口的下端部、一个或多个流体排放端口、以及将所述流体入口连接到所述一个或多个流体排放端口的流体通路；弹性体o形环，适形地定位在所述销的上端部上的周向凹槽内，其中当所述流体压力调节器关闭时，所述弹性体o形环接触凸起的环形阀座；以及偏置构件，联接到所述销并且构造成保持所述弹性体o形环与凸起的环形阀座接触并控制所述流体压力调节器的打开压力，可以用来在燃料流量增大时使得压力调节器中的压力增大最小化。有利地，本公开提供了一种压力调节器设计，其允许可以调节以适应各种设定点(例如，kpa/lph)的轴向式燃料压力调节器的小型化。另外，本文的技术允许所公开的压力调节器在自动组装过程中进行组装、校准和测试，允许以比现有技术方法更低的成本点生产，同时还减小压力调节器的尺寸以满足小型发动机市场的成本效益需要。在一个方面，根据本公开示例性实施例的流体压力调节器可以包括调节器本体，该调节器本体具有壳体构件和调节构件，所述壳体构件包括下端部和上端部，所述上端部具有围绕流体出口的凸起的环形阀座，并且所述调节构件具有下端部和上端部，所述调节构件的下端部和上端部构造成与所述壳体构件的下端部可调节地配合。流体压力调节器还包括：销，轴向地设置在所述调节器本体内，所述销包括具有周向凹槽的上端部、具有流体入口的下端部、一个或多个流体排放端口、以及将所述流体入口连接到所述一个或多个流体排放端口的流体通路；弹性体o形环，适形地定位在所述销的上端部上的周向凹槽内，其中当所述流体压力调节器关闭时，所述弹性体o形环接触凸起的环形阀座；以及偏置构件，联接到所述销并且构造成保持所述弹性体o形环与凸起的环形阀座接触并控制所述流体压力调节器的打开压力。在一个实施例中，所述一个或多个流体排放端口定位在销的周向凹槽附近。在一个实施例中，所述一个或多个流体排放端口是第一排放端口和第二排放端口。在一个实施例中，所述第一排放端口定位在所述销的与所述第二排放端口相对的一侧上。在一个实施例中，所述第一排放端口提供比所述第二排放端口更大的孔口。在一个实施例中，所述流体出口居中地定位在所述壳体构件的上端部上。在一个实施例中，所述偏置构件包括具有第一端部和第二端部的弹簧，所述第一端部构造成接触所述调节构件的上端部上的环形座部，并且所述第二端部构造成接触所述销上的环形搁架。在一个实施例中，弹性体o形环的半径范围为约0.68英寸至约0.74英寸。在一个实施例中，所述弹性体o形环由含氟弹性体制成，或者能够采用与所处理的燃料相容的任何弹性体。在一个实施例中，所述调节构件的上端部包括外螺纹表面，所述外螺纹表面构造成与所述壳体构件的下端部的内螺纹表面配合。在一个实施例中，通过相对于所述壳体构件顺时针或逆时针旋转所述调节构件来改变所述流体压力调节器的打开压力。在一个实施例中，所述流体通路中的流体处于在每小时约15至约200升范围内的压力下。在一个实施例中，所述壳体构件由从黄铜、np和不锈钢构成的组中选择的材料制成，并且所述调节构件由从黄铜、np和不锈钢构成的组中选择的材料制成。在一个实施例中，所述流体压力调节器调节从以下流体构成的组中选择的流体的压力：乙醇、甲醇、汽油、柴油、生物柴油及其混合物。在一个方面，本发明提供一种调节流体压力的方法，其包括以下步骤：在流体压力调节器中提供流体通路，所述流体通路将流体入口连接到一个或多个流体排放端口；将所述流体通路联接到偏置构件，所述偏置构件构造成使所述一个或多个流体排放端口在关闭位置和第二位置之间运动，在所述关闭位置中，所述一个或多个流体排放端口不与所述流体压力调节器上的流体出口流体连通，在所述第二位置中，所述一个或多个流体排放端口与所述流体出口流体连通；以及基于所述偏置构件的偏置水平，控制流体流过所述流体压力调节器的流动。附图说明结合附图，可以最好地理解通过示例给出的以下详细描述，但不旨在将本公开仅限于所描述的特定实施例，在附图中：图1示出了根据本公开的示例性实施例的流体压力调节器的横截面图；图2a-2b示出了根据本公开的示例性实施例的流体压力调节器的分解图，其中阀销以前视图(图2a)或侧视图(图2b)示出；图3示出了根据本公开的示例性实施例的阀销的透视图；图4a-4d示出了根据本公开的示例性实施例的组装的流体压力调节器的前视图、透视图、俯视图和仰视图；图5a-5c示出了根据本公开的示例性实施例的调节螺钉的前视图、俯视透视图和仰视透视图；图6a-6c示出了根据本公开的示例性实施例的阀壳体的前视图、底部透视图和局部横截面图；图7示出了根据本公开的示例性实施例的在关闭(左侧面板)和打开(右侧面板)位置中的组装的流体压力调节器的横截面的并排比较；和图8a-8f示出了根据本公开的示例性实施例的测试的若干流体压力调节器的压力与流量数据的曲线图。具体实施方式本公开至少部分地基于以下实现，一种流体压力调节器，其具有：调节器本体；销，轴向地设置在所述调节器本体内，所述销包括具有周向凹槽的上端部、具有流体入口的下端部、一个或多个流体排放端口、以及将所述流体入口连接到所述一个或多个流体排放端口的流体通路；弹性体o形环，适形地定位在所述销的上端部上的周向凹槽内，其中当所述流体压力调节器关闭时，所述弹性体o形环接触凸起的环形阀座；以及偏置构件，联接到所述销并且构造成保持所述弹性体o形环与凸起的环形阀座接触并控制所述流体压力调节器的打开压力，可以用来在燃料流量增大时使得压力调节器中的压力增大最小化。具体地，本公开提供了一种压力调节器设计，其允许可以调节以适应各种设定点(例如，kpa/lph)的轴向式燃料压力调节器的小型化。另外，本文的技术允许所公开的压力调节器在自动组装过程中进行组装、校准和测试，允许以比现有技术方法更低的成本点大规模生产，同时还减小压力调节器的尺寸以满足小型发动机市场的成本效益需要。在适用或未特别声明的情况下，可以想到本文描述的任何一个实施例能够与任何其它一个或多个实施例组合，即使在本公开的不同方面下描述了这些实施例。通过以下详细描述公开和/或涵盖这些和其它实施例。近年来对燃料系统性能的要求有所提高，对这种燃料系统中的燃料系统部件提出了更高的要求。例如，使用启停发动机技术的混合动力车辆必须在发动机关闭期间保持燃料喷射器处的燃料压力，否则发动机重启将受到影响。另外，这样的燃料系统经常采用来自高压燃料泵的高压脉动，其具有使燃料系统部件(例如燃料压力调节器)经受巨大疲劳应力的显著缺点。不断发展的内燃机燃料系统的变化正在推动重新检查压力调节器的能力。具有较小且可预测的压力梯度的出色的压力调节在许多应用中仍然很重要。例如，启停发动机技术非常重视压力完整性，并且通过直接喷射系统中的高压泵产生的压力脉动回到调节器，在压力调节器上施加了严重的机械应力。此外，在当前全球市场中使用的各种类型的燃料增加了燃料压力调节器必须适应的额外环境压力。本文的技术提供了一种新的燃料压力调节器，其具有“直通式”或“轴向式”流体流动设计，将弹性体o形环密封技术与一个或多个燃料流动通道相结合，这些通道已经过优化以随着燃料流量的增加而使得压力增加最小化。o形环弹性体密封技术经过工程设计，具有极其可靠的密封性和抗现代燃油系统中产生的机械应力的坚固性。具体地，本公开提供一种微型轴向式流体压力调节器，其具有：调节器本体，可以包括具有流体出口的上壳体构件和下调节构件；销，轴向地设置在所述调节器本体内，所述销包括具有周向凹槽的上端部、具有流体入口的下端部、一个或多个流体排放端口、以及将所述流体入口连接到所述一个或多个流体排放端口的流体通路；弹性体o形环，适形地定位在所述销的上端部上的周向凹槽内，其中当所述流体压力调节器处于关闭位置时，所述弹性体o形环接触凸起的环形阀座；以及偏置构件，联接到所述销并且构造成当所述流体压力调节器处于关闭位置时保持所述弹性体o形环与凸起的环形阀座接触，同时还控制打开所述流体压力调节器所需的流体压力。塑料销可以通过偏置构件偏置，以保持弹性体o形环密封件与上部部分的锥形座部接触，以便当流体通路内的流体压力太低时，将阀保持在关闭位置。随着流体通路内的流体压力增加超过偏置构件的阈值点，可以压缩偏置构件，以便将一个或多个流体排放端口与调节器本体的壳体构件的流体出口流体连通，从而允许流体(例如燃料)自由地通过流体压力调节器。流体通过和流出压力调节阀壳体的流动可任选地通过调节特征(即调节构件)来控制，该调节特征关于其对流体通路内的流体压力的响应而调节偏置构件的阈值点(例如，通过增大或减小弹簧的张力)。在本公开的范围内还可以想到，偏置构件可以是预先设定的，例如，通过预先设定销的下部部分上的弹簧座部相对于壳体构件上的上弹簧座部的安装高度，以适应各种燃料流动压力和/或流量要求。取决于应用，该调节特征可以是预先设定的或后设定的。通常，为了将更多燃料引导到发动机，可以增加燃料供应的压力以及可以针对任何特定要求调节的输送量。该压力调节器的相对尺寸适用于汽车以及非汽车小型发动机应用。图1示出了压力调节器100的示例性实施例的横截面图，其主要由阀壳体105、阀销110、调节螺钉115、o形环120和偏置构件125(例如弹簧)组成。阀销110设置在阀壳体105和调节螺钉115内，调节螺钉115部分地设置在阀壳体105内并构造成与阀壳体105配合。阀销110包括o形环凹槽111，o形环凹槽111周向地定位在阀销头部113周围并且构造成用以安置o形环120。阀壳体105包括阀壳体螺纹106和阀座107。调节螺钉115包括调节螺钉螺纹116，该调节螺钉螺纹116可构造成与阀壳体105的阀壳体螺纹106可调节地配合。当调节螺钉115与阀壳体105配合时，组合单元可称为调节器本体。当与阀销头部113配合时，当压力调节器100处于关闭位置时，o形环120由于其接触阀壳体105上的阀座107而用作密封件101(如图1所示)。o形环120还可以用于向偏置构件125提供合适的反压力，其可以将阀销110在调节器本体内保持就位。设置在调节螺钉115的孔124中的偏置构件125具有第一端部126和第二端部127，第一端部126定位在调节螺钉115上的上偏置构件座部117附近，第二端部127定位在阀销110的下偏置构件座部112附近。偏置构件125偏置阀销110以保持o形环111与阀座107接触，以将阀100保持在关闭位置，直到销110的偏置构件侧上的燃料压力(例如在流体通道130中的燃料压力)克服偏置构件125中的张力，并允许阀销110运动到打开位置。调节螺钉115或可设置在阀壳体105中的类似机构可用于调节由偏置构件125提供的偏置水平。例如，在压力调节器100的组装或制造期间，可以顺时针或逆时针转动调节螺钉115以调节偏置构件125上的张力，从而满足期望的设定点(kpa/lph)以允许阀销110运动到打开位置。根据本文的技术，压力调节器100的打开压力可以通过以下方式来校准和/或调节：相对于第二偏置构件端部127和第一偏置构件端部126之间的相对距离修改偏置构件125的轴向位置，直到适当或期望的偏置力施加到销110上，以平衡密封件101下方的期望流体压力，然后为压力调节器100提供适当或期望的打开压力。一旦实现第二偏置构件端部127相对于第一偏置构件端部126的正确位置，就可以将调节螺钉115的位置锁定就位。例如，可以使用镦锻工具或类似物来锁定在调节螺钉115和阀壳体105之间的螺纹。然而，在本公开的范围内可以想到，也可以使用本领域技术人员已知的其它布置形式，例如机械锁或可调节销。阀销110包括流体通道130，流体通道130在下端部流体地连接到入口140，在上端部流体地连接到第一排放端口142和第二排放端口143。阀壳体105还提供出口150，当压力调节器100处于打开位置时，出口150通过第一排放端口142和/或第二排放端口143连接到流体通道130，从而将出口150连接到入口140并允许流体流过压力调节器100。以这种方式，压力调节器100可以用作“轴向式”阀。孔124操作地容纳阀销110并约束阀偏置构件125的长度。优选地，阀销110轴向地容纳在调节螺钉115的孔124中。阀壳体105和/或调节螺钉115可以由黄铜(可选地镀有镍)、燃料级塑料(例如fep、tfe、pfa、ectfe、etfe、pvdf等)或类似物制成。然而，大多数任何非腐蚀性金属或具有防腐蚀涂层的其它金属可用于壳体105。作为另外一种选择，可以使用使用耐湿和耐燃料塑料的塑料结构。o形环通常可以由含氟弹性体(fkm)橡胶制成，但是可以使用与所处理的燃料相容的任何橡胶。图2a和2b分别示出了压力调节器100的分解图，示出了阀销110的前视图和侧视图。在图2a和2b中可以看到以下部件：阀壳体105、调节螺钉115、偏置构件125、阀销110和o形环120。阀销头部113上的o形环凹槽111以o形环120未配合的构造示出。图2b示出了分别位于阀销110的前侧和后侧的第一排放端口142和第二排放端口143。排放端口142和143可以以各种模式构造，包括单个端口、双端口(如图2b中的示例性实施例所示)或多个端口。在示例性实施例中，第一排放端口142可相对于第二排放端口143非对称地成形。例如，第一排放端口142可以比第二排放端口143更深地切入到阀销110中，并且还可以在顶侧上具有更明显的曲率。不受理论束缚，第一排放端口142的不对称较大尺寸被认为通过以下方式来减少销振动：增加从第一排放端口142相对于第二排放端口143的流体流量，从而迫使阀销110到达压力调节器100的靠近第二排放端口143的一侧。反过来，这被认为减少了流体流过压力调节器100产生的湍流和噪音。根据本文的技术，偏置构件125可包括各种偏置机构中的任何一种，例如弹簧。这样的弹簧可以由不锈钢制成，但是在本公开的范围内也可以想到使用其它弹簧材料，其相对于由本文公开的流体压力调节器调节的燃料类型具有合适的耐腐蚀性质。在示例性实施例中，弹簧可以是螺旋弹簧，但也可以是弹性结构或悬臂或锥形弹簧。阀销110可以是镀镍的黄铜，但它可以由具有适当的抗腐蚀性能或涂层的任何金属制成。作为另外一种选择，在本公开的范围内可以想到，阀销110可由燃料级塑料(例如fep、tfe、pfa、ectfe、etfe、pvdf等)制成。图3是阀销110的透视图，示出了阀销头部113、o形环凹槽111、第一排放端口142、第二排放端口143和插入物144。在示例性实施例中，第一排放端口142和第二排放端口143可具有约0.144英寸的高度。另外，在示例性实施例中，第一排放端口142可具有约0.148英寸的宽度，第二排放端口143可具有约0.110英寸的宽度。在本公开的范围内可以想到，阀销110的尺寸以及伴随第一排放端口142和第二排放端口143的尺寸可根据需要按比例放大或缩小。现在参考图4a-4d，以前视图、透视图、俯视图和仰视图示出了根据本公开的示例性实施例的组装的压力调节器。图4a示出了组装的压力调节器的前视图，其中阀销头部113在阀销110的顶部上是可见的。阀壳体105可具有一个或多个环形脊108。调节螺钉115示出为通过调节螺钉螺纹116与阀壳体105配合。图4b是组装的压力调节器的顶部前透视图，其中o形环120通过o形环凹槽111安置在阀销头部113上。图4c是压力调节器100的俯视图，再次示出了安置在阀销头部113上的o形环120。图4d是组装的压力调节器100的仰视图，示出了入口140和流体通道130。现在参考图5a-5c，分别以前视图、顶部透视图和底部透视图示出了根据本发明的示例性实施例的调节螺钉115。如图5a所示，入口140位于调节螺钉115的底部部分118内，并起到允许流体(例如燃料)进入流体通道130的作用(参见例如图1)。图5b示出了调节螺钉115的顶部透视图，示出了调节螺钉螺纹116定位在底部部分118和顶部部分151之间。另外，顶部部分151包括周向边沿119，其用作位于边沿119下侧上的上偏置构件座部117的支撑件。图5c是调节螺钉15的底部透视图，其突出了上偏置构件座部117在边沿119的底侧上的位置。调节螺钉115可以由黄铜制成，或者由具有镍涂层的黄铜制成。在其它实施例中，调节螺钉115可以由几乎任何非腐蚀性金属制成，或者可以由具有抗腐蚀性涂层或镀有适合于由流体压力调节器处理的流体或燃料类型的镀层的其它金属制成。类似地，也可以采用使用耐湿和耐燃料塑料的塑料结构(例如fep、tfe、pfa、ectfe、etfe、pvdf等)。图6a-6c示出了阀壳体105的若干视图。具体地，图6a示出了阀壳体105的前视图，阀壳体105具有下部部分152和上部部分153。一个或多个环形脊108能够可选地在上部部分153和下部部分152之间围绕阀壳体105的外表面沿周向定位。另外，出口150可以定位在上部部分153附近。调节螺钉115(未示出)可以与阀壳体105的下部部分152螺纹配合。图6b示出了阀壳体105的底部透视图，示出了阀壳体螺纹106，其构造成与调节螺钉115(未示出)螺纹配合。该视图更清楚地示出了上偏置构件座部117定位在边沿119的下侧上。图6c是阀壳体105的局部横截面图，其清楚地示出了阀座107的内表面，该内表面用于在与o形环120(未示出)接近时形成密封件101。图7示出了处于关闭(左侧面板)和打开(右侧面板)位置的流体压力调节器100的并排横截面视图。处于关闭位置的流体压力调节器100的横截面视图与图1基本相同。如图7的右侧面板所示，当流体通道130中的流体压力超过流体压力调节器100的设定点时，偏置元件125被压缩，使得阀销头部113升高并远离阀座107，从而打开密封件101并将入口140与出口150流体连接，并且在入口140和出口150之间产生流体流动(图7，箭头)。关于压降相对于流体流量的比率，本公开提供了一种压力调节系统，其具有较低的压降，因为压力调节阀在压力调节阀工作的流体流量的跨度上不再致动线性压降-流量关系。例如，本发明的流体流量调节器能够在约5lhh至约250lhh的范围内保持较低的压降。已收集六个流体压力调节器测试样品(r1-r6)的压力和滞后数据，显示在表1-6中。表1：r1数据表2：r2数据表3：r3数据表4：r4数据表5：r5数据表6：r6数据该数据总结在表7中。表7：概述15-250设定点最大滞后线性偏差样品kpa/lphkpa百分比百分比r10.643092.6％0.9％r20.763020.6％1.2％r30.673044.4％0.6％r40.662951.3％2.0％r50.693051.5％1.2％r60.643041.7％0.7％平均0.683032.0％1.1％最小0.642950.6％0.6％最大0.763094.4％2.0％以约300kpa的目标设定点和约20lph的目标流量进行上述测试。有利地，减小的压降改善了位于压力调节器下游的燃料喷射器的坚固性。另外，如图8a-8f所示，压降与燃料流量之间存在线性关系，这通过增加压降的可预测性来改善燃料喷射控制系统的有效性。现在将详细参考本公开的示例性实施例。虽然将结合示例性实施例描述本公开，但是应该理解，并不旨在将本公开限制于那些实施例。相反，旨在覆盖可包括在由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的替代、修改和等同形式。附图元件：100：压力调节器101：密封件105：阀壳体106：阀壳体螺纹107：阀座108：环形脊110：阀销111：o形环凹槽112：下弹簧座部113：阀销头部115：调节螺钉116：调节螺钉螺纹117：上弹簧座部118：底部部分119：边沿120：o形环124：孔125：弹簧126：第一弹簧端部127：第二弹簧端部130：流体通道140：入口142：第一排放端口143：第二排放端口144：插入物150：出口151：顶部部分152：下部部分153：上部部分以参考方式并入本文引用或参考的所有文献以及本文引用的文献中引用或参考的所有文献，以及本文提及的或通过引用并入本文的任何文献中提及的任何产品的任何制造商的使用说明书、描述、产品说明书和产品使用手册，在此以参考方式并入本文，并且可以用于本公开的实践中。等同形式应理解，本文所述的详细示例和实施例作为实例给出，仅用于说明目的，决不应视为对本发明的限制。对于本领域技术人员而言，将建议对其进行各种修改或改变，并且这些修改或改变包括在本申请的精神和范围内，并且被认为在所附权利要求的范围内。根据所附权利要求，与本公开的系统、方法和过程相关的其它有利特征和功能将是明显的。此外，本领域技术人员将认识到或者能够使用不超过常规的实验确定本文所述的本公开的具体实施方案的许多等同形式。这些等同形式旨在由以下权利要求涵盖。当前第1页12