CN100381697C

CN100381697C - 燃料压力调节阀

Info

Publication number: CN100381697C
Application number: CNB2005101136086A
Authority: CN
Inventors: 黑田晃弘
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: CN1760531A

Abstract

一种调节阀(1)具有：缸(20)、活塞(21)和弹簧(22)，其中所述缸具有位于其一端侧的用于将燃料引入其中的入口(23)，并且具有在其侧面开通的泄压口(25)，所述活塞以可往复运动的方式插在缸(20)中以根据通过入口(23)流入的燃料压力变化而改变泄压口(25)的开口面积，所述弹簧沿着抵抗作用于活塞(21)上的燃料压力的方向推压活塞(21)，以将压力调节至规定值。此外，缸(20)和/或活塞(21)被以下述方式形成，即活塞(21)在开始打开泄压口(25)的过程中以每单位位移中的相对低速度打开泄压口(25)，并且随后以相对高的速度打开泄压口。

Description

燃料压力调节阀

技术领域

本发明涉及一种调节燃料压力的调节阀。

背景技术

传统上，一种将共轨中蓄积的高压燃料喷射到内燃机气缸中的蓄压式燃料喷射***为人所知(参考美国专利No.6895936及其同族专利JP-2005-36794-A)。该蓄压式燃料喷射***设置有一个从燃料箱中抽吸燃料并且将燃料供应到高压泵的供给泵和一个调节供给泵供给压力(从供给泵供应到高压泵的燃料压力)的调节阀。

如图15A中所示，该调节阀由一个在一端侧具有入口的圆柱形阀体110、一个可往复***阀体110中的活塞120、一个设置在活塞120后面的弹簧130等构成。

阀体110设置有在侧壁上开通的泄压口140和一个排放口150以及形成于活塞120后面并且充满燃料的蓄油腔160。蓄油腔160中的燃料根据活塞120的运动通过排放口150进出。

该调节阀通过在一个位置协调活塞120以平衡从入口1100进入的燃料压力与蓄油腔160中的燃料压力和弹簧130的反作用力之和来调节作用于活塞120上的燃料压力(供给泵的供给压力)至一个规定值。如图15B中所示，多个泄压口140形成为圆形，具有彼此相等的直径，在阀体110的圆周方向上以规则间距隔开，并且在活塞120的运动方向(图中水平方向)上置于相同位置。

因此，泄压口140的开口面积根据活塞120的位移如图16中所示的开口面积特性而变化。图中点O表示活塞120的运动得到稳定时的活塞稳定位置。图中A1表示从活塞稳定位置到开阀位置(活塞120在沿关闭泄压口140的方向的运动中完全关闭泄压口140时的一个位置，或者活塞120在沿打开泄压口140的方向的运动中开始打开泄压口140时的一个位置)的距离。

但是，在上述调节阀中，当空气被吸入供给泵抽吸的燃料中时，作用于活塞120上的燃料压力变得不稳定。因此，如图5A中所示，活塞120振动以周期性地重复开关动作(打开和关闭泄压口140的动作)，以至于产生开关阀噪声(不同寻常的低沉噪声)。开关阀噪声非常刺耳，使驾驶者不舒服，以至于需要措施来解决这种不寻常的噪声。

发明内容

本发明考虑到上述问题而完成，并且具有提供一种调节阀以调节燃料压力的目的，该调节阀能够降低根据活塞振动而产生的开关阀噪声。

该调节阀具有：一个缸、一个活塞和一个推压装置，其中缸具有位于其一端侧的用于将燃料引入其中的入口，并且具有一个在其侧面开通的泄压口，活塞以可往复运动的方式插在缸中，以根据通过入口流入的燃料压力变化而改变泄压口的开口面积，推压装置沿着抵抗作用于活塞上的燃料压力的方向推压活塞以调节压力至一个规定值。此外，至少缸和活塞之一被以下述方式形成，即活塞在第一阶段中以每单位位移中的第一速度打开泄压口，以开始开启泄压口，并且在第一阶段之后的第二阶段中以大于第一速度的第二速度打开泄压口。

附图说明

阅读下面形成该申请一部分的详细说明、所附权利要求书和附图将可以认识到本发明的其它目的、特征和优势以及相关部分的操作方法和功能。图中：

图1A是根据本发明第一实施例的调节阀的一个截面图；

图1B是根据第一实施例的调节阀的阀体的展开视图；

图2是其中使用了根据第一实施例的调节阀的蓄压式燃料喷射***的总体结构图；

图3是显示根据第一实施例的调节阀的开口面积特性的图；

图4是显示根据第一实施例的调节阀的供给压力特性的图；

图5A是显示传统调节阀的活塞操作及开关阀噪声产生时间的图；

图5B是显示根据第一实施例的调节阀的活塞操作及开关阀噪声产生时间的图；

图6A是根据本发明第二实施例的调节阀的一个截面图；

图6B是根据第二实施例的调节阀的阀体的展开视图；

图7是显示根据第二实施例的调节阀的开口面积特性的图；

图8A是根据本发明第三实施例的调节阀的一个截面图；

图8B是根据第三实施例的调节阀的阀体的展开视图；

图9是显示根据第三实施例的调节阀的开口面积特性的图；

图10A是根据本发明第四实施例的调节阀的一个截面图；

图10B是根据第四实施例的调节阀的活塞的展开视图；

图11是显示根据第四实施例的调节阀的开口面积特性的图；

图12A是根据本发明第五实施例的调节阀的一个截面图；

图12B是根据第五实施例的调节阀的活塞的展开视图；

图12C是根据第五实施例的调节阀的活塞的放大侧视图；

图13是显示根据第五实施例的调节阀的开口面积特性的图；

图14A是根据本发明第六实施例的调节阀的一个截面图；

图14B是根据第六实施例的调节阀的活塞的展开视图；

图14C是根据第六实施例的调节阀的活塞的放大侧视图；

图15A是一种传统调节阀的截面图；

图15B是传统调节阀的阀体的展开视图；

图16是显示传统调节阀的开口面积特性的图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1A是一种调节阀的一个截面图，图1B是阀体的展开视图，并且图2是一种蓄压式燃料喷射***的总体结构图。

根据第一实施例的调节阀1具有调节供给泵2的供给压力(从供给泵2供应的燃料压力)的功能，其中供给泵使用在，例如图2中所示的柴油机蓄压式燃料喷射***中。

该蓄压式燃料喷射***作为主要用于柴油机的燃料喷射***而为人所知，该***设置有一个包括供给泵2的燃料供应泵3、一个蓄积从燃料供应泵3供应的燃料压力的共轨4、一个将共轨4供应的高压燃料喷射到柴油机的气缸5中的喷射器6等。一个电控单元(ECU)7控制燃料供应泵3的燃料压力和供给量、喷射器6的喷射时间和喷射量等。

供给泵2从燃料箱8抽吸燃料，将经由过滤器9过滤的燃料加压至特定压力并且将燃料供应到燃料供应泵3。例如，供给泵2由一个众所周知的摆线泵构成，并且与燃料供应泵3一起由柴油机通过凸轮轴10整体驱动。

燃料供应泵3设置有：一个形成于泵壳体(未示出)中的缸11和一个***缸11中的柱塞12。柱塞12根据凸轮轴10的旋转在缸11中往复运动。

供给泵2供应的燃料在供给泵2的下游流动分成两个流路。流入一个流路的燃料在柱塞12在缸11中向凸轮轴10运动的同时推开设置在抽吸通道13中的抽吸阀14以至被吸入缸11中。流入另一个流路的燃料通过一个燃料通道15以至供应到泵凸轮腔16。一个设置在抽吸阀14上游的电磁调节阀17调节流过抽吸通道13并且吸入缸11的燃料量。

柱塞12在缸11中运动到凸轮轴相反侧的同时，吸入缸11的燃料被加压，并且推开设置在排放通道18中的排出阀19以压力供应到共轨4。

泵凸轮轴腔16设置有一个将凸轮轴10的旋转运动转变为柱塞12的往复运动的凸轮机构，并且由通过燃料通道15供应的燃料润滑。

接下来将说明调节阀1的结构。

如图1A中所示，调节阀1由一个圆柱形阀体20、一个可往复***阀体20中的活塞21和一个向某一方向(图中向左)推压活塞21的弹簧22等构成。

阀体20的一端侧(图中左侧面)形成一个燃料入口23，而另一端面被堵塞。入口23与从燃料通道15分支的支路24相连(参考图2)。从供给泵2供应的燃料一部分通过支路24流到入口23中。

在阀体20的一个侧壁上形成多个泄压口25和一个排放口26。泄压口25与一个泄压通道27相连(参考图2)。于是，当活塞21打开泄压口25时，从入口23进入的燃料流出泄压口25，通过泄压通道27并且返回到供给泵2的抽吸侧。

活塞21在阀体20中运动以根据从入口23进入的燃料压力，即作用于活塞21前面的燃料压力的变化改变泄压口25的开口面积。

弹簧22安装在活塞21后面(蓄油腔28)以沿着与作用于活塞21前面的燃料压力相反的方向推压活塞21。因此，活塞21平衡至一个位置，此时作用在其前面的燃料压力(供给泵2的供给压力)与作用在后面(背面)的蓄油腔28中的燃料压力和弹簧22的反作用力之和平衡。

接下来将与传统调节阀比较说明上述调节阀1的特征。

首先定义如下术语。

(a)“阀开关位置”：活塞21在沿关闭泄压口25的方向(图1A、1B中向左)的运动中完全关闭泄压口25时的一个位置，或者活塞21在沿打开泄压口25的方向的运动中从完全关闭状态开始打开泄压口25时的一个位置。

(b)“活塞稳定位置”：当活塞21的运动得到稳定时，即例如，在发动机的转速NE等于2000转/分的情况下，当供给泵2的供给压力调节至一个规定值时，活塞21的前端位置(前端位置是承受供给泵2的供给压力的活塞前面的位置)。

(c)“阀关闭侧活塞行程”：从活塞稳定位置到阀开关位置的距离。

如图15B中所示，在传统的调节阀100中，开通为具有圆形横截面的多个(例如，四个)泄压口140沿活塞120的运动方向全部设置在相同位置。相比之下，根据本发明的调节阀1设置有在沿活塞21运动方向相互偏置的位置上开通的第一泄压口25a1和第二泄压口25b1。具体地说，如图1B中所示，三个第一泄压口25a1设置在彼此相同的位置上，一个第二泄压口25b1相对于第一泄压口25a1设置在阀关闭侧(弹簧相反侧)。第一和第二泄压口25a1、25b1具有彼此相同的直径，沿活塞21的运动方向设置为彼此部分重叠。

因此，根据第一实施例的调节阀1设置有：以小梯度或斜率(gradient)增加泄压口25总开口面积的第一打开区域和以大于第一打开区域中小梯度的大梯度增加泄压口25总开口面积的第二打开区域。相对于第一泄压口25a1设置在阀关闭侧的第二泄压口25b1在第一和第二打开区域中都开通，并且第一泄压口25a1在第二打开区域中开通。

因此，如果将泄压口25的开口面积根据活塞21位移的变化表示为开口面积特性，如图3的图中实线所示，那么根据本发明的调节阀1构成为相对于活塞稳定点(图中点O)的阀关闭侧梯度比传统调节阀(图中虚线所示)小，其中活塞稳定点表示根据本发明的拐点。指定传统调节阀的阀关闭侧活塞行程为A1，那么根据本发明的调节阀1的阀关闭侧活塞行程为大于A1的A2。

接下来将说明调节阀1的操作。

调节阀1通过在一个位置平衡活塞21以平衡从入口23进入的燃料压力与蓄油腔28中燃料压力和弹簧22反作用力之和来调节从供给泵2供应的燃料至一个特定压力。

如果空气被吸入由供给泵2从燃料箱8抽吸的燃料中，那么作用于活塞21前面的燃料压力将变得不稳定。因此，在图15A中所示传统的调节阀中，活塞振动以重复打开和关闭泄压口140，以至于产生开关阀噪声。

当活塞21重复开关运动(打开和关闭泄压口25的运动)时，活塞21在沿阀关闭方向的运动中会过冲(运动超过)泄压口25的阀开关位置。换句话说，活塞21重复开关运动直到过冲收敛。因此，通过增加从活塞稳定位置到阀开关位置的距离(阀关闭侧活塞行程A2)，活塞21超过阀开关位置的过冲量会减小。

在根据该实施例的调节阀1中，阀关闭侧活塞行程A2通过在第一泄压口25a1的阀关闭侧设置第二泄压口25b1而设定为大于传统调节阀中的A1。因此，当作用于活塞21前面的燃料压力(供给泵2的供给压力)快速改变时，活塞21的过冲量小于传统调节阀的过冲量，以至于活塞21的振动在短时间内收敛(参考图5B)。

结果，开关阀噪声产生时间比传统调节阀短，以至于即使在环境噪声很小的停机时间里也可以减小驾驶员的不舒服。

只通过减小调节阀1的开口面积特性梯度的梯度，供给压力就在很大的转速范围内变大，如图4中所示，并且供给泵2可能卡死。相比之下，在第一实施例中，开口面积特性的梯度只在供给泵2转速很小的慢速旋转区域内(NE＝2000转/分)设定为很小，以至于供给压力不会在快速旋转区域增加。也就是说，快速旋转区域的开口面积特性与传统产品相同，以至于限制供给压力增加，以防止供给泵2卡死。

(第二实施例)

图6A是调节阀1的截面图，并且图6B是阀体20的展开视图。在根据第二实施例的调节阀1中，第一泄压口25a2的数量与第二泄压口25b2的位置和直径不同于第一实施例中所述的泄压口25。

第一泄压口25a2沿阀体20的圆周方向以相等间距设置在四个位置。第二泄压口25b2具有小于第一泄压口25a2的直径。第二泄压口25b2设置为比第一实施例中的第二泄压口25b1更靠近阀关闭侧，以至沿活塞21的运动方向与第一泄压口25a2隔开。

图7描述了调节阀1的开口面积特性。活塞稳定点(图中点O)的阀关闭侧梯度小于传统调节阀(在图中由虚线表示)，并且根据第二实施例的调节阀1的阀关闭侧活塞行程A2大于传统调节阀的阀关闭侧活塞行程A1。因此，获得与第一实施例相同的操作和效果，并且活塞21的振动在短时间内收敛以减小开关阀噪声产生时间。

只要能获得相对于阀关闭侧活塞行程的关系A2＞A1，第一和第二泄压口25a2、25b2的直径、数量和位置可以采用不同于第一和第二实施例的其它构成。

(第三实施例)

图8A是调节阀1的截面图，并且图8B是阀体20的展开视图。在第一和第二实施例中所述的调节阀1具有第一泄压口25a1、25a2和第二泄压口25b1、25b2，其中之一沿活塞21的运动方向在不同于其它泄压口的位置开通。第一泄压口25a1、25a2和第二泄压口25b1、25b2独立于彼此形成。相比之下，如图8B中所示，根据第三实施例的调节阀1具有：在活塞稳定位置开通的第一开孔部分25c和在活塞稳定位置的阀关闭侧(弹簧相反侧)开通的第二开孔部分25d。第一开孔部分25c和第二开孔部分25d连续开通以至形成为一个泄压口25。

另外，在第三实施例的构成中，如图9开口面积特性所示，获得相对于阀关闭侧活塞行程的关系A2＞A1，以达到与第一和第二实施例相同的效果。图中点O代表指示根据本发明的拐点(inflection point)的活塞稳定点。

(第四实施例)

图10A是调节阀1的截面图，并且图10B是活塞21的展开视图。

如图10B中所示，在根据第四实施例的调节阀1中，承受供给泵2供给压力的活塞21前端面(弹簧相反侧)的端部以阶梯方式在直径上收缩，以提供小径部分21a。通过在活塞21的弹簧相反侧设置直径收缩的小径部分，可以达到与第一至第三实施例相同的效果。因此，不需要如第一至第三实施例中那样为泄压口25提供第二泄压口25b1、25b2。以图15A中所示传统调节阀相似的方式，调节阀1设置有四个沿活塞21运动方向位于同一位置的泄压口25。

根据第四实施例的调节阀1具有：第一打开区域和第二打开区域，其中在第一打开区域，泄压口25通过小径部分21a的侧面面向泄压口25的阀关闭侧圆周部分而开启，而在第二打开区域，泄压口25通过将活塞21相对于第一打开区域移动到阀打开侧而以大于第一打开区域的开孔开启。也就是说，泄压口25与传统调节阀以相同方式设置，但是活塞稳定位置通过在活塞21的前端面设置小径部分21a而相对于传统调节阀向阀打开侧移动。结果，当活塞21沿打开泄压口25的方向运动时，小径部分21a的侧面(外圆周面)面对阀关闭侧圆周部分，以至在活塞21的前端面到达阀关闭侧圆周部分之前打开泄压口25。结果，如图11开口面积特性所示，获得相对于阀关闭侧活塞行程的关系A2＞A1，因此，如第一至第三实施例中一样，活塞21的振动可以在短时间内收敛以减小开关阀噪声产生时间。图中点O代表指示根据本发明的拐点的活塞稳定点。

(第五实施例)

图12A是调节阀1的截面图，图12B是活塞21的侧视图，并且图12C是显示活塞21的锥形部分21b的侧视图。

如图12B中所示，在根据第五实施例的调节阀1中，活塞21前面(弹簧相反侧)的端部为锥形(以锥形方式收缩的部分称为锥形部分21b)。如图12C中所示，如果认为锥形部分21b的长度为L，并且锥角为θ，L为0.4mm或者更长并且θ在4度至50度之间是合理的。如图15A中所示的传统调节阀情况一样，四个泄压口25沿活塞21的运动方向设置于彼此相同的位置。

与第四实施例情况一样，在根据第五实施例的调节阀1中，泄压口25与传统调节阀一样设置于相同位置。通过在活塞21的弹簧相反侧设置锥形部分21b，活塞稳定位置相对于传统调节阀移动到阀打开侧，以至于可以获得相对于阀关闭侧活塞行程的关系A2＞A1，如图13中开口面积特性所示，因此活塞21的振动可以在短时间内收敛以减小开关阀噪声产生时间，如第一至第三实施例一样。图中点O代表指示根据本发明的拐点的活塞稳定点。

(第六实施例)

图14A是调节阀1的截面图，图14B是活塞21的展开视图，并且图14C是显示活塞21的圆角部分21c的侧视图。

如图14B中所示，在根据第六实施例的调节阀1中，活塞21前面(弹簧相反侧)的端部在其全周长上设置有圆角部分21c。如图14C中所示，圆角部分21c是半径为R的曲面。半径R为0.4mm或者更大是合理的。如图15A中所示的传统调节阀情况一样，四个泄压口25沿活塞21的运动方向设置于彼此相同的位置。

与第四和第五实施例情况一样，在根据第六实施例的调节阀1中，泄压口25与传统调节阀一样设置于相同位置。通过在活塞21的弹簧相反侧设置圆角部分21c，活塞稳定位置相对于传统调节阀移动到阀打开侧。因此，开口面积特性与第四实施例的情况一样(参考图11)，于是可以获得相对于阀关闭侧活塞行程的关系A2＞A1。结果，相对于传统调节阀，活塞21的振动在短时间内收敛以减小开关阀噪声产生时间。

(改型实施例)

根据第一实施例的燃料供应泵3具有其中安装供给泵2并且与供给泵2一起由凸轮轴10整体驱动的结构。作为选择，有可能与燃料供应泵3分离提供供给泵2，以至于供给泵2和燃料供应泵3各自由两个独立于彼此的凸轮轴驱动。

上面对本发明所作描述实质上仅仅用于示例，因此，不脱离本发明精髓的修改被认为位于本发明的范围内。这种修改并不被认为脱离本发明的精髓和范围。

Claims

1.一种调节燃料压力的调节阀(1)，包括：

缸(20)，所述缸具有位于其一端侧的用于将燃料引入其中的入口(23)，并且具有在其侧面开通的泄压口(25)；

活塞(21)，所述活塞以可往复运动的方式插在缸(20)中，以根据通过入口流入的燃料压力变化而改变泄压口(25)的开口面积；

推压装置(22)，所述推压装置沿着抵抗作用于活塞(21)上的燃料压力的方向推压活塞(21)，以将压力调节至规定值；

其中，所述缸(20)和活塞(21)中的至少一个被以下述方式形成，即活塞(21)在第一阶段中以每单位位移中的第一速度打开泄压口(25)，以开始开启泄压口(25)，并且在第一阶段之后的第二阶段中以大于第一速度的第二速度打开泄压口。

2.根据权利要求1所述的调节阀(1)，其特征在于，活塞(21)的行程包括：

在第一阶段打开泄压口(25)的第一打开区域；

在第二阶段打开泄压口(25)的第二打开区域，在所述第二打开区域中，每单位位移中的泄压口(25)的开口面积大于第一打开区域中每单位位移中的开口面积。

3.根据权利要求2所述的调节阀(1)，其特征在于，泄压口(25)包括沿缸(20)的纵向相互偏置的第一泄压口(25a1、25a2、25c)和第二泄压口(25b1、25b2、25d)。

4.根据权利要求3所述的调节阀(1)，其特征在于：

第一泄压口(25a1)和第二泄压口(25b1)沿缸(20)的纵向单独形成并且设置为彼此重叠。

5.根据权利要求3所述的调节阀(1)，其特征在于：

第一泄压口(25a2)和第二泄压口(2562)沿缸(20)的纵向单独形成并且设置为彼此隔开。

6.根据权利要求3所述的调节阀(1)，其特征在于，第一泄压口(25c)和第二泄压口(25d)连续形成。

7.根据权利要求2至6任一所述的调节阀(1)，其特征在于，活塞(21)在其承受燃料压力的一个纵向端部设置有小径部分(21a、21b、21c)，并且小径部分(21a、21b、21c)与缸的筒形本体的内表面之间形成间隙。

8.根据权利要求7所述的调节阀，其特征在于，活塞(21)在其一个纵向端部以阶梯方式收缩，以提供出小径部分(21a)。

9.根据权利要求7所述的调节阀，其特征在于，活塞(21)在其一个纵向端部以锥形方式收缩，以使所述间隙逐渐向所述纵向端部延伸，从而提供出小径部分(21b)。

10.根据权利要求9所述的调节阀，其特征在于：

小径部分(21b)的纵向长度为0.4mm或以上；

小径部分(21b)的圆周面相对于活塞(21)纵向的倾角为4度至50度之间。

11.根据权利要求7所述的调节阀，其特征在于，活塞(21)在其一个纵向端部的圆周边缘为圆形，以提供出小径部分(21c)。

12.根据权利要求11所述的调节阀，其特征在于，小径部分(21c)的圆角半径为0.4mm或以上。

13.根据权利要求2至6任一所述的调节阀(1)，其特征在于，其被用于调节由内燃机驱动的供给泵(2)所供给的燃料的压力，其中：

作为活塞(21)在每单位位移中打开泄压口(25)时的速度变量的开口面积特性在内燃机转速为2000转/分或以下的区域内具有至少一个拐点(O)；

第一打开区域设置在拐点(O)的低转速侧；

第二打开区域设置在拐点(O)的高转速侧。

14.根据权利要求1至6任一所述的调节阀(1)，其特征在于：

调节阀被应用于蓄压式燃料喷射***，该***供给由供给泵(2)从燃料箱(8)中抽吸的燃料，并且通过高压泵(3)将燃料加压以供应到共轨(4)，以从喷射器(6)将蓄积在共轨(4)中的燃料喷射到内燃机气缸(5)中；

调节阀调节从供给泵(2)供应至高压泵(3)的燃料压力。