阀组件的制作方法
【专利摘要】用于控制在阀入口（18）与阀出口（22）之间的流体流率的阀组件包括阀壳体（10）和滑阀构件（14），所述滑阀构件能够在设置于所述阀壳体（10）中的阀孔（12）内沿打开方向和关闭方向轴向运动。所述滑阀构件（14）设置有盲孔（28）以及在所述盲孔中的至少一个开口（32,34;40;50,52,54,56），所述盲孔的开口端部与所述阀出口连通，所述至少一个开口取决于所述滑阀构件（14）在所述阀孔（12）内的轴向位置不同程度地与所述阀入口（18）连通。所述阀入口（18）包括第一边界（24）和第二边界（26），其中所述第一边界（24）用作控制边缘，使得对于其中所述开口（30,32;40;50,52,54,56）不与所述控制边缘重叠的所述滑阀构件（14）的轴向位置来说，无进入所述出口（22）中的流动。对于所述滑阀构件（14）在所述阀孔（12）内的全部位置来说，所述盲孔（28）的盲端（30）定位成沿所述滑阀构件（14）的打开方向超过所述第二边界（26）。
【专利说明】阀组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于控制流体流的阀组件。具体但非排他地，本发明涉及适合用作用于诸如共轨燃料喷射系统的高压燃料喷射系统的高压燃料泵的入口计量阀的阀组件。
【背景技术】
[0002]在高压共轨燃料喷射系统中，燃料由燃料泵组件从燃料箱泵送至共轨。燃料泵组件包括低压传送泵和高压泵，该低压传送泵用于将燃料从燃料箱传输至泵组件，该高压泵将燃料的压力升高至喷射压力，通常在2000巴(bar)或更大的量级。燃料借助低压燃料管线从燃料箱传输至泵组件，并且借助高压燃料管线30从泵组件传输至轨道。
[0003]在发动机控制单元的控制下，入口计量阀设置在传送泵和高压泵之间。该入口计量阀确定多少燃料到达高压泵，以用于随后的加压并传输至轨道。
[0004]轨道中的燃料压力由电子控制单元调节至目标值，该电子控制单元确定轨道中的燃料压力，并且当轨道压力小于目标值时打开入口计量阀，使得高压泵将处于高压的燃料传输至轨道。当轨道压力大于目标值时，发动机控制单元关闭入口计量阀，使得随着燃料被传输通过喷射器，轨道中的燃料压力可减弱。
[0005]在实践中，入口计量阀构造成允许从传送泵至高压泵在从完全打开至完全关闭的范围内不同地流动，以便允许精确地控制轨道压力。入口计量阀包括滑阀构件，该滑阀构件能够在套筒内轴向运动，以控制在通过阀组件的入口流路和出口流路之间的连通程度。在操作中，电子控制单元通过调节被供应至入口计量阀的致动器的信号(通常是电流信号)的幅值或其他属性来选择通过入口计量阀的合适流率。
[0006]当入口计量阀完全打开时，轨道压力的增加速率被最大化。为了减少轨道压力的增加速率，通过入口计量阀的流动被减少以限流至高压泵的燃料流动。由此，可实现轨道中的压力的精确控制。例如，当加压该轨道时，随着轨道压力接近其目标值而可逐渐地减少通过入口计量阀的流动，以便避免轨道压力过冲(或过调)所述期望目标值。而且，在稳态发动机操作状况下，入口计量阀可被设定至合适水平，使得传输至高压泵的燃料等于传输至燃料系统的喷射器的量加上任何内部泄漏，以便保持稳定的燃料轨道压力。
[0007]期望控制通过入口计量阀的输出流率与被施加以控制该阀的电流信号成线性的可重复性和精度。在已知的入口计量阀中发现了这样的问题，输出流率的线性对于滑阀构件和套筒的相对几何构造和位置敏感。
[0008]本发明的目的在于提供一种改进的阀组件，其适合用作高压燃料喷射系统的入口阀并且减少或减轻前述问题。
【发明内容】
[0009]根据本发明的第一方面，提供一种用于控制阀入口与阀出口之间的流体流率的阀组件，该阀组件包括阀壳体和滑阀构件，所述滑阀构件能够在设置于所述阀壳体中的阀孔内沿打开方向和关闭方向轴向运动。所述滑阀构件设置有盲孔以及在所述盲孔中的至少一个开口，所述盲孔的开口端部与所述阀出口连通，所述至少一个开口取决于所述滑阀构件在所述阀孔内的轴向位置不同程度地与所述阀入口连通。所述阀入口包括第一边界和第二边界，其中所述第一边界用作控制边缘，使得对于其中所述开口不与所述控制边缘重叠的所述滑阀构件的轴向位置来说，无进入所述阀出口中的流动。对于所述滑阀构件在所述阀孔内的全部位置来说，所述盲孔的盲端定位成沿所述滑阀构件的打开方向超过所述第二边界。
[0010]所述阀组件可设置成取决于滑阀构件在阀孔内的轴向位置而提供进入到阀出口中的可变范围流体流率。因此，当滑阀构件在完全关闭位置和完全打开位置之间运动时，通过阀组件进入阀出口中的流体流率从零通过中间值范围变化至最大流率，在所述完全关闭位置中，无进入到阀出口中的流动(即，至少一个开口不与控制边缘重叠的位置)，在所述完全打开位置中，最大流率的流体传送到所述阀出口中。由此，通过调节滑阀构件的轴向位置，可控制通过阀组件的流率。
[0011]在优选的实施例中，阀入口包括设置在阀孔中的入口环体，所述入口环体由第一和第二边界限定。所述第一和第二边界有效地限定当燃料从入口环体径向流入到阀孔中时该燃料的流动深度。
[0012]在一个实施例中，所述开口或每个开口设置在所述滑阀构件的端部中。
[0013]在一个实施例中，所述开口或每个开口由V形沟槽限定。替代性地，所述开口或每个开口可由U形沟槽限定。
[0014]与开口的形状无关，滑阀构件可设置有多个这种开口，所述开口优选地设置在围绕滑阀构件的周边等角度地隔开的位置处，以限定在阀入口与盲孔之间且因此与阀出口之间的多个燃料流路。
[0015]滑阀构件可设置有另一钻孔(或多个钻孔)，该另一钻孔的端部通到该孔的盲端中，以允许燃料在该盲孔与该滑阀构件的远离该开口的端部之间流动。因此将理解的是，在该孔是这样的孔的背景中参考具有“盲孔”的滑阀构件:该孔形成(例如，通过磨削、铰孔或钻削实现)至规定深度(该深度限定盲端的位置)，但是借助与该盲端连通的另一钻孔(或多个钻孔)仍可以流动通过该盲孔。
[0016]本发明的阀组件尤其适合用于高压共轨燃料喷射系统，该高压共轨燃料喷射系统用于控制至该系统的高压燃料泵的燃料的流率。在该应用中，阀入口从燃料源以相对低的压力(例如，传输压力)接收燃料，并经由阀出口将燃料以取决于控制信号(例如，电流)的流率传输至高压燃料泵，该控制信号被供应至阀组件的致动器。
[0017]本发明的阀组件通过在滑阀构件内设置孔来克服在前述类型的现有阀组件中出现的问题，对于滑阀构件在阀孔内的全部操作位置来说，该孔延伸至少超过入口的第二边界。
[0018]前述类型的已知阀组件的问题在于，对于燃料能够在入口和出口之间流经阀组件的滑阀构件的位置来说，在入口环体与滑阀构件的开口之间存在限流流路，对于其中入口环体与开口之间的重叠程度更小的滑阀构件的位置来说该限流更大。
[0019]该限流的存在导致燃料的明显加速的流动(称为“射流”)，这导致在限流区域中的局部低压。在该区域中作用在滑阀构件上的低压的结果是，可使得滑阀构件成角度地或轴向地运动，从而扰乱致动器控制信号与通过阀组件的流率之间的期望线性关系。通过向滑阀构件提供增加深度的孔，其中该孔的盲端对于滑阀构件的所有位置来说都延伸超过该入口的控制边缘，因此可最小化这种射流力的影响。这是因为滑阀孔的盲端从入口环体的边界显著地移位，且因此从入口环体与滑阀构件中的开口之间限定的流动限流区域显著地移位。因此，在本发明中，提高了阀组件的控制的线性。
[0020]优选地，阀壳体采用套筒的形式。
[0021]在一个实施例中，阀出口至少部分地由阀孔限定。
[0022]阀组件还可包括致动器，在施加致动器控制信号时，所述致动器能够操作以使得所述滑阀构件运动。
[0023]阀组件优选地包括弹簧，所述弹簧用于将所述滑阀构件沿所述打开方向偏压。当设置有致动器时，在施加致动器控制信号时，所述致动器可操作以克服所述弹簧的力使得所述滑阀构件沿所述关闭方向运动。
[0024]在另一实施例中，致动器可构造成沿打开方向(B卩，在相反的意义上)操作滑阀构件。例如，滑阀构件可被弹簧偏压成关闭(即，弹簧沿关闭方向起作用)，并且可借助致动器来操作以克服弹簧力沿打开方向运动。
[0025]根据本发明的第二方面，提供一种用于高压燃料喷射系统的高压燃料泵，所述高压燃料泵包括本发明的第一方面的阀组件。
[0026]将理解的是，本发明的第一方面的优选和/或可选特征可单独地或以合适组合的形式结合到第二方面的燃料泵中。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]现将参考附图中的图1至图6仅以示例的方式描述本发明的实施例，在附图中: 图1 (a)是本发明的阀组件的上部的截面图；以及图1 (b)是用于与图1 (a)对比的
现有技术已知的阀组件的上部的截面图；
图2是图1 (a)中的阀组件的滑阀构件的截面图；
图3是用于与图2对比的图1 (b)中的已知阀组件的滑阀构件的截面图；
图4是图2中的滑阀构件的透视图；
图5是本发明的替代性实施例的滑阀构件的截面图；以及 图6是本发明的又一实施例的滑阀构件的透视图。
【具体实施方式】
[0028]与如图1 (b)所示的已知阀组件的结构相对比，图1 (a)示出了本发明的一个实施例的阀组件的结构。在图1 (a)的本发明中，用于高压共轨燃料喷射系统的阀组件包括阀壳体10和滑阀构件14，所述阀壳体呈具有内部阀孔12的套筒的形式，所述滑阀构件被接收在该孔12内并且能够分别在弹簧16和致动器系统(未示出)的作用下沿打开和关闭方向在孔14内轴向运动。典型地，致动器系统包括电子操作的致动器，呈电流形式的控制信号被施加到该致动器以控制滑阀构件14在阀孔12内在完全打开位置和完全关闭位置之间的轴向运动。弹簧16沿滑阀的打开方向(即，在所示的附图中，向右)作用在滑阀构件14上，以将该滑阀推入到完全打开位置，在该完全打开位置中，最大流率的燃料经过该阀组件。
[0029]当致动器通过施加控制电流被激励时，使得滑阀构件14克服弹簧力沿关闭方向(即，在所示的附图中，向左)朝其完全关闭位置运动，在该完全关闭位置中，基本无燃料流经该阀组件。在完全打开和完全关闭位置之间存在滑阀构件14在套筒10内的可变位置范围，以提供通过该阀组件的可变流率范围。致动器系统设置成根据控制信号中供应的电流来使得滑阀构件14运动通过该范围的中间位置。该致动器系统例如可包括可变排量线性电磁致动器。
[0030]阀组件还包括入口机构，该入口机构包括至少一个入口(未示出),该入口与设置在该阀孔12的内表面中的入口环体18连通。在使用中，入口环体18与多个入口钻孔20(在图1 (a)中仅一个可见)连通，所述入口钻孔接收来自处于相对低压力的燃料源(例如，传送泵)的燃料。阀孔12限定用于燃料的出口 22，在阀组件至少部分地打开的情况下，该出口将燃料传输至燃料喷射系统的高压燃料泵。
[0031]入口环体18由第一和第二边界限定，所述第一和第二边界限定当燃料径向流入阀孔12中时该燃料流经该环体的深度。该第一边界在如图1 (a)所示的取向中位于左侧(即，最接近弹簧16)，第二边界位于右侧(S卩，最远离弹簧16)。该环体的第一边界限定滑阀构件14的控制边缘。第一和第二边界一起限定到套筒孔中的入口流路的宽度。
[0032]图1 (b)与图1 (a)的本发明具有类似的特征，即两个阀组件都包括阀壳体10、阀孔12、滑阀构件14、弹簧16、入口环体18、入口钻孔20和出口 22。
[0033]滑阀构件还设置有盲孔28，该盲孔具有盲端30。参考图2和3，可以看到，图2中本发明的实施例与图3中已知阀组件在盲孔28方面的不同在于，在本发明中该盲孔具有增加的深度。在图3的已知滑阀构件114中，孔128的盲端130要短得多。具体地，再次参考图1 (a)，本发明的盲孔28的盲端30的位置使得对于滑阀构件14在完全打开位置(S卩，完全至右侧)和完全关闭位置(完全至左侧)之间的全部位置来说，该孔28的盲端30沿打开方向定位超过入口环体18的第二边界26。而在图1 (b)和图3的已知滑阀构件114中情况并不是这样，其中，对于滑阀构件114在孔112内的全部位置来说，孔128的盲端对于滑阀构件14的全部位置来说定位在入口环体118的边界之间或之内。
[0034]本发明的滑阀构件14还设置有轴向盲钻孔29，该轴向盲钻孔在其开口端部与滑阀孔28的盲端连通，并且朝向其盲端与设置在滑阀构件14中的十字钻孔31连通。将孔28和钻孔29 —起考虑，因此在包括相对大直径的区域(用孔28表示)和相对小直径的区域(用钻孔29表示)的滑阀构件14中限定通道，直径的阶梯式过渡在表面30处被限定在这两个区域之间。
[0035]十字钻孔31与由阀孔12限定的腔33连通。钻孔29、31和腔33的目的在于允许在盲孔28与滑阀构件14的远离阀出口的端部之间流动。这确保了滑阀构件14被压力平衡，并且还允许燃料被传送到下游柱塞(未示出)，该柱塞出于润滑目的形成致动器系统的一部分。
[0036]如在图2和4可以最清楚地看到的，滑阀构件14还设置有流路，该流路允许在该阀组件的入口环体18与出口 22之间的连通。该流路由设置在滑阀构件14的端表面中的呈V形沟槽形式的第一和第二开口 32、34限定。每个V形沟槽终止于窄基部36、38并且在其宽端部处通到阀孔12中。当使得所述滑阀构件14中的V形开口 36、38与入口环体18连通时，所述V形开口 36、38允许燃料流经滑阀构件14的壁，由此允许被供应到入口环体18的燃料流入到滑阀孔28中且因此到出口 22中。入口环体18和开口 32、34之间的重叠程度确定环体18与阀孔12之间的燃料流率，且因此确定通过该阀组件的燃料流率。
[0037]对于其中滑阀构件的壁覆盖入口环体18并且V形开口 32、34的窄端部36、38不与第一边界24重叠的滑阀构件14的轴向位置，在入口环体18与开口 32、34之间无连通并且无通过该阀组件的流动。这是阀组件的关闭位置，其中致动器被完全激励并且滑阀构件14采用完全至图1 (a)的取向中的左侧的位置。对于滑阀构件14在阀孔12内的其中V形开口 32、34的窄端部36、38与第一边界24重叠并且不覆盖入口环体18的轴向位置，存在通过该阀组件的燃料流。在该情况下，通过该阀组件的流率由环体18与开口 32、34之间的重叠程度确定。滑阀构件14在阀孔12内的位置因此确定入口环体18与开口 32、34之间的重叠程度，且因此确定通过该阀组件的燃料流率。
[0038]再次参考图1 (a)，从其中致动器完全去激励并且滑阀构件14完全至所示取向中的右侧的阀组件的完全打开位置，如果需要减少通过该阀组件的流率，那么致动器被部分地激励以使得滑阀构件14沿关闭方向(B卩，在所示的附图中，向左)运动，从而压缩阀弹簧16并且减少入口环体18与开口 32、34之间的重叠程度。为了进一步减少通过阀组件的流率，致动器被进一步激励以使得滑阀构件14仍进一步沿关闭方向运动，从而进一步压缩阀弹簧16并且进一步减少入口环体18与开口 32、34之间的重叠程度。
[0039]一旦处于完全关闭位置，其中致动器被完全激励，基本没有通过阀组件的流动，这是因为滑阀构件14中的V形开口 32、34沿关闭方向已经运动如此远，使得其不与入口环体18重叠。
[0040]为了再次增加通过阀组件的流率，致动器被去激励，从而使得滑阀构件14在弹簧16的作用下沿打开方向运动。一旦V形开口 32、34的窄端部36、38经过由入口环体18的第一边界24限定的控制边缘，燃料就能够从入口环体18流动、通过开口 32、34并进入到滑阀孔28中，且因此进入到阀出口 22中。为了进一步增加通过阀组件的流率，致动器被进一步去激励，从而使得滑阀构件14仍进一步沿打开方向运动，从而增加入口环体18与开口32、34之间的重叠程度并且增加通过阀组件的流率。
[0041]本发明的重要益处在于，在被施加以致动滑阀构件14的致动器信号与通过阀组件的输出流率之间存在大致线性关系。换言之，阀组件具有针对致动器信号的线性输出流动响应。发明人发现了如下令人惊奇的效果:与图1 (b)和3中的已知阀组件相比，通过将滑阀孔28的盲端30移动到不在入口环体18和开口 32、34之间的限流区域的位置，极大地提高了该阀组件的响应的线性。这可通过考虑射流力来解释，通过入口环体18和开口 32、34之间的小限流区域出现该射流力。在图1 (b)和3的现有技术中，滑阀孔128的盲端130经受射流力，结果,该射流力在滑阀构件14上产生附加力，该附加力可克服弹簧力引起不由所施加的致动器信号来指令的轴向运动。但是在本发明中，由于滑阀孔28的盲端30从限流区域移位，并且始终超过入口环体18的第二边界26的位置，因此这种射流力影响受限。
[0042]在图5中示出了本发明的另一实施例，其中再次提供增加长度的滑阀孔28，但是滑阀构件14的壁中的开口的形状是不同的。在该实施例中，开口 40 (在图5中仅一个可见)是U形的而不是V形的，每个开口在其窄端部具有局部球形基部42并且在其宽端部在滑阀构件14的端部处具有开口。
[0043]如图6所示，可在滑阀构件14中设置更多数量的开口 50、52、54、56(S卩，在所示的附图中为四个)。可提供开口形状和开口数量的各种不同组合，同时仍实现前述实施例的相同益处，只要:(i)开口的形状和数量限定入口环体18与滑阀开口 50、52、54、56的区域之间的预期重叠；(ii)滑阀孔28始终具有足够长度以确保对于滑阀构件14在阀孔12内的全部位置来说，滑阀孔28的盲端30定位超过入口环体18的第二边界26以便最小化不想要的射流力冲击该孔28的盲端30的有害影响。
【权利要求】
1.一种用于控制在阀入口(18)与阀出口(22)之间的流体流率的阀组件，所述阀组件包括: 阀壳体(10)； 滑阀构件(14)，所述滑阀构件能够在设置于所述阀壳体(10)中的阀孔(12)内沿打开方向和关闭方向轴向运动； 所述滑阀构件(14)设置有盲孔(28)以及在所述盲孔中的至少一个开口(32，34; 40;50，52，54，56)，所述盲孔的开口端部与所述阀出口连通，所述至少一个开口取决于所述滑阀构件(14)在所述阀孔(12)内的轴向位置不同程度地与所述阀入口(18)连通； 所述阀入口(18)包括第一边界(24)和第二边界(26)，其中，所述第一边界(24)用作控制边缘，使得对于其中所述开口(30，32; 40; 50, 52，54，56)不与所述控制边缘重叠的所述滑阀构件(14)的轴向位置来说，无进入所述阀出口(22)中的流动； 且其中，对于所述滑阀构件(14)在所述阀孔(12)内的全部位置来说，所述盲孔(28)的盲端(30)定位成沿所述滑阀构件(14)的打开方向超过所述第二边界(26)。
2.根据权利要求1所述的阀组件，还包括致动器，在施加致动器控制信号时，所述致动器能够操作以使得所述滑阀构件(14)运动。
3.根据权利要求2所述的阀组件，还包括弹簧(16)，所述弹簧用于将所述滑阀构件(14)沿所述打开方向偏压，其中，在施加致动器控制信号时，所述致动器能够操作以克服所述弹簧(16)的力使得所述滑阀构件(14)沿所述关闭方向运动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的阀组件，其中，所述阀组件设置成取决于所述滑阀构件(14)在所述阀孔(12)内的轴向位置来提供到所述阀出口(22)中的可变范围流体流率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀组件，其中，所述滑阀构件设置有另一钻孔(29)，所述另一钻孔的端部通到所述孔(28)的所述盲端(30)中，以允许燃料在所述盲孔(28)与所述滑阀构件(14)的远离所述阀出口(22)的端部之间流动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的阀组件，其中，所述阀入口包括设置在所述阀孔(12)中的入口环体，所述入口环体由所述第一边界(24)和所述第二边界(26)限定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的阀组件，其中，所述阀壳体(10)采用套筒的形式。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的阀组件，其中，所述至少一个开口(32，34;40; 50, 52，54，56)设置在所述滑阀构件(14)的端部中。
9.根据权利要求8所述的阀组件，其中，所述开口或每个开口是V形沟槽(32，34;50，52，54，56)。
10.根据权利要求8所述的阀组件，其中，所述开口或每个开口是U形沟槽(40)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的阀组件，其中，所述滑阀构件配置有设置在围绕所述滑阀构件(14)的周边等角度地隔开的位置处的多个开口(32，34; 40; 50，52，54，56)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的阀组件，其中，所述阀出口至少部分地由所述阀孔(12)限定。
13.一种用于高压燃料喷射系统的燃料泵，所述燃料泵包括根据前述权利要求中任一项所述的阀组件。
【文档编号】F16K3/26GK103597260SQ201280028964
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年6月13日 优先权日:2011年6月15日
【发明者】M.马雷夏尔, F.索瓦热, P.贝拉米, C.布雷昂 申请人:德尔福技术控股有限公司