CN101333989B - 内燃机流量调节阀 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机流量调节阀，其中一单元式阀件具有三个位置以用于根据入口压力控制来自一组合式燃料喷射***的流量。所述阀具有一第一位置、一第二位置和一第三位置，在所述的第一位置，当流量压力低于10psi时其流动被阻塞，在所述的第二位置，当流量压力约在10psi到20psi之间时其流动基本不受限制，在所述的第三位置，当流体压力大于约20psi时，其流动受限制以使至一燃料供给的回流最小及对燃料冷却需求最小。

Description

内燃机流量调节阀
技术领域
本发明涉及内燃机，尤其涉及用于此内燃机的流量调节阀。
背景技术
柴油型内燃机是汽车工业和农业的必要部件。基本的柴油机工作过程是依靠压缩的热量将空气燃料混合物点燃，其中在内燃机压缩冲程过程中燃料在或靠近上死点被注入。多年来，人们已提出并采用了多种***，以实现内燃机循环在高压下、在预定的时间内预先设定燃料数量，实现柴油内燃机的必要性能和排放目标。这些燃料***包括：高压共轨***，组合式喷射器，分配机***和多项组合式喷射泵***。所有这些***的一个共同要求是从燃料供给到燃料喷射***均有形成燃料实体柱的能力，即燃料供给中没有截留的空气。这对提供注入燃料的正确数量和时间是必要的，且对润滑所述燃料喷射***的精密运动机件也是必要的。
为此，就必须在内燃机启动前快速注满从燃料供给到燃料喷射***的管，以使初始运行是在所述***中燃料实体柱的基础上。同时，由于大多数燃料喷射***都有一个用于内燃机没消耗燃料的回流部件，所以在内燃机运行过程中，输送到燃料喷射***的燃料供给必须不高于一定流量水平。加压燃料以输送至内燃机燃烧室的过程产生热量，这些热量传递给所述燃料。内燃机没有消耗的所有燃料都会流回至油箱。如果有过量燃料流到所述燃料喷射***，输至所述燃料的热量会很大，需要燃料冷却装置，以避免已被加热到很高温度的燃料的不利结果。
任何***对实体柱的需求都不如包括组合式喷射器的燃料***对实体柱的需求更重要，组合式喷射器中喷射压力来源于凸轮驱动柱塞，以达到超高喷射压力。在此***中，每个喷射器和电磁阀的相邻处都安装一个共用的入口通道或室，控制允许每个柱塞用于注入内燃机燃烧室的燃料的数量和时间。这样的***，其喷射器相邻处压力水平约为100psi。在某些条件下，内燃机熄火后空气可进入所述***，这样，燃料/空气或空气就可能进入喷射室，对内燃机性能造成不良影响。
因此，内燃机领域需要一种燃料***，其即使不能消除但可使燃料曝气达到最小，同时限制内燃机运行条件下燃料回流。另外，本领域需要一种简化的单元式阀来实现这些功能。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种燃料***，用于内燃机接收燃料以一系列定时、定量选择的燃料供送来运行所述内燃机。所述燃料***具有一燃料喷射***，其用于加压燃料以输送至所述内燃机；一供给管线和一回流管线在所述燃料喷射***与一燃料供给之间延伸；至少一个泵置于所述供给管线中，以接收来自所述燃料供给的燃料并输送所述燃料至所述燃料喷射***；一流量调节阀置于所述回流管线中，所述流量调节阀包括一具有一入口和出口的外壳、一互连所述入口和出口的室、一阀件在所述室内在一第一位置、一第二位置和一第三位置之间可移置，其中在所述第一位置流动被阻塞，在所述第二位置流动基本不受限制，而在所述第三位置流动受限制，所述阀件根据所述阀的入口压力在所述的三个位置之间被移置。
本发明的另一目的是提供一种流体流量调节阀，其具有一外壳，该外壳具有一入口和出口及一互连所述入口和出口的室；一阀件在所述室内在一第一位置、一第二位置和一第三位置之间可移置，其中在所述第一位置流动被阻塞，在所述第二位置流动基本不受限制，而在所述第三位置流动受限制，所述阀件根据给定压力范围在所述第一、第二和第三位置之间被移置。
本发明另一目的是提供一种内燃机和一种燃料供给以一系列定时、定量选择的燃料供送来运行所述内燃机。一燃料***具有一燃料喷射***，其用于加压燃料以输送至所述内燃机；一供给管线和一回流管线在所述燃料喷射***与燃料供给之间延伸；至少一个泵置于所述供给管线中，以接收来自所述燃料供给的燃料并输送所述燃料至所述燃料喷射***；一流量调节阀置于所述回流管线中，所述流量调节阀包括一外壳，该外壳具有一入口和出口及一互连所述入口和出口的室；一阀件在所述室内在一第一位置、一第二位置和一第三位置之间可移置，其中在所述第一位置流动被阻塞，在所述第二位置流动基本不受限制，而在所述第三位置流动受限制，所述阀件根据所述阀的入口压力在所述的三个位置之间被移置。
附图说明
图1是本发明所述的具有一阀的内燃机燃料***的示意图；
图2是图1中包含的一流量调节阀在一第一位置的放大的剖视图；
图3是图2的所述阀在一第二位置的的放大的剖视图；及
图4是图2的所述阀在一第三位置的的放大的剖视图。
具体实施方案
图1表示一柴油型内燃机11，所述内燃机11具有一燃料喷射***10，其通过一供给管线或管道14提供来自诸如一油箱的适当的燃料供给12的燃料；一起动泵18与输送泵19被串联连接在供给管道14中，以输送燃料至所述燃料喷射***10；一回流管线或管道16将所述内燃机11未耗用的剩余燃料连接至所述燃料供给12以完成循环。
一流量调节阀20被置于所述燃料喷射***10与所述燃料供给12之间的管道16中。虽然显示的所述起动泵18远离所述燃料供给12，但对本领域技术人员显而易见的是，所述泵可以位于许多位置的一个。
所述燃料喷射***10可以是适用于以预定时间向内燃机11的燃烧室供给预定的燃料供送的许多燃料喷射***中的一个。为说明本发明的目的，所述燃料喷射***10是一组合式喷射***，其中，单个汽缸的柱塞接收由电磁阀(未显示)计时、计量的燃料供送。所述柱塞由凸轮驱动，将燃料注入所述内燃机11的燃烧室，实现压缩点火操作。所述电磁阀允许控制何时注入所述燃料供送和所述燃料供送的数量。未显示该控制***的详细，以简化对本发明的理解。管线14和16延伸至一与所述内燃机11相邻的公共通道或室，这样，所述单个注入器未耗用的所有剩余燃料穿过管线16流至所述燃料供给12。如上所述，通过所述泵18和19加压所述燃料和穿过所述喷射***的流体动力过程导致所述燃料中热量增加。为了将对燃料冷却装置的需要降至最低，所述***中包含阀20。
图2所示，所述阀20具有一外壳24，该外壳24具有一入口26和一出口28。一室30，此处所示为圆柱形，互连入口26和出口28。合适的螺纹32和34分别连接阀20的上游端和下游端至所述供给管线14。虽然所示的阀20是螺纹配合形式，但所述阀20还可被整合在其它部件内，如燃料过滤器顶盖或汽缸盖铸件(未示出)，其中部件将提供至少所示实施例中的所述外壳24的一部分功能。
一阀件34安装在圆柱形室30内，以在所述入口26与出口28之间线性位移。阀件34具有一圆柱形外径36，以允许在圆柱形室30内自由移动。为了制造目的，一座件38位于圆柱形室30的所述上游端内。座件38具有一通向入口26的锥形座40。阀件34具有一可朝向入口26移置的上游端42，其包含一接收适当的弹性O形密封圈46的环形槽44，以对座40提供有效密封，从而当阀件34在图2所示的一第一位置时防止从所述入口26至所述出口28的流动。
阀件34具有一对径向、相交的通道48和50，其从阀件34的周边径向向内延伸。一环形槽52形成于阀件34的内部，多个轴向通道54连接径向通道48和50至所述槽52。一单个中心通道56连接径向通道48和50的交叉点至所述槽52。如下文所述，单个通道54的截面流动面积比通道56的截面流动面积大，且总共的通道54的截面流动面积大约是通道56的截面流动面积的8倍。
所述阀件34通过一盘簧58相对座40偏置，所述盘簧58具有一端，该端作用在槽52的端壁53上。但对本领域技术人员显而易见的是，可以利用许多形式的可收缩的偏置件以使阀件34靠在座40上。
如此处所示，一环形件60位于室30内靠近出口28，环形件60具有形成用于盘簧58另一端的接界的凸缘62。环形件60具有开口朝向出口28的中心凹槽64。多个径向通道66连接所述件60的外周至凹槽64。一中心轴向通道68从凹槽64延伸穿过所述件60的一端壁70至阀件34的所述槽52。中心通道68依尺寸制造和设置，以使其与阀件34上的中心通道54对准，但当阀件在图4所示的位置邻接阀件60时，中心通道68与通道54不会重叠或互连。
在内燃机运行前，所述阀20在图2所示的所述第一位置，其中阀件34紧靠座40以阻塞通过管线16至所述燃料供给12的流动，从而保持所述燃料喷射***10内的剩余燃料压力，并阻止燃料流回至所述燃料供给12。所述盘簧58的弹簧常数以及暴露于上游压力的阀通道面积已设定，这样所述阀34以约10psi的压力完全移位至图3所示的第二位置，此处，所述阀件34位于图2和图4的所述位置之间。在图3的所述位置，管线16中的绕阀件34周围流动并径向向内穿过通道48和50。然后流动穿过所述多个通道54和所述中心通道56，以通过件60中的通道66和68自由流至出口28。
图3表示所述阀件34在阀座40与出口件60的端壁70的中间位置。暴露至压力的区域和盘簧58的弹簧常数被选定以使在阀座40与端壁70之间的该位置，从入口26到出口20的流动在约10psi到20psi压力下基本上是自由流动，从而使截留在燃料中的任何空气都被有效地清除至所述燃料供给12。
图4表示阀件34在其第三位置，此处，所述阀件34邻接出口件60的端壁70，以阻塞流动穿过通道54，但允许流动穿过阀件34的中心通道56。这个位置选择大于约20psi，允许在受限基础上流动，以便根据所述输送泵19的流速及所述中心通道56的尺寸，在一预定压力下供给燃料至所述燃料喷射***。
尽管所述泵18、19和燃料喷射***10的阀可根据***的具体类型以及所述燃料喷射***内的加压装置的输出量而变化，以下阀可以在包含限流阀20的一***中找到。作为一典型***的例子，所述泵18可产生30psi的压力以及至少0.25加仑/分(gpm)。在所述内燃机11的运行过程中，所述输送泵19可产生90psi以及2gpm。所述阀20的尺寸使在内燃机11的操纵过程中，穿过管道16的最大流量约低于10毫升/秒。通过使通道54的流动面积约为通道56的流动面积的8倍，所述燃料喷射***10被快速清除空气，并在内燃机11启动前预先准备好，但在内燃机运行过程中流动会受限制。此外，在非工作状态阻塞流动以保持静止的功能使燃料***的压力的最小，允许相对自由流动以清除任何夹带的空气并预先准备好所述燃料喷射***10，在图4所示的所述第三位置的限流部件由一单个简化的液力机械阀提供，而不需要复杂的电子规则***或其它复杂控制***。
以优选的实施例对本发明进行了描述，然而，应当理解的是，在不脱离所附权利要求限制的本发明范围内可进行各种改变。

Claims (20)

1.一种燃料***，用于内燃机接收燃料供给以按一系列计时计量选择的燃料供送运行所述内燃机，所述燃料***包括：
一燃料喷射***，用于加压燃料以输送至所述内燃机；
一供给管线和一回流管线，其在所述燃料喷射***与所述燃料供给之间延伸；
至少一个泵，其置于所述供给管线中，用于接收来自所述燃料供给的燃料并输送至所述燃料喷射***；及
一流量调节阀，其置于所述回流管线中，所述流量调节阀包括具有一入口和出口的外壳、一互连所述入口和出口的室、及一阀件，所述阀件在所述室内在一第一位置、一第二位置和一第三位置之间可移置，其中在所述第一位置流动被阻塞，在所述第二位置流动基本不受限制，而在所述第三位置流动受限制，所述阀件根据所述阀的入口压力在所述的位置之间被移置。
2.根据权利要求1所述的燃料***，其特征在于：所述第一位置的所述入口压力低于10psi。
3.根据权利要求1所述的燃料***，其特征在于：所述第二位置的所述入口压力在10到20psi之间。
4.根据权利要求1所述的燃料***，其特征在于：所述第三位置的所述入口压力大于20psi。
5.根据权利要求1所述的燃料***，其特征在于：所述阀件被可伸缩地推动至所述第一位置。
6.根据权利要求5所述的燃料***，其特征在于：还包括一弹簧以可伸缩地推动所述阀件至所述第一位置。
7.根据权利要求1所述的燃料***，其特征在于：穿过所述阀的流动面积对于所述阀件的第二位置是一第一水平，对于所述第三位置，穿过所述阀的流动面积小于在所述第二位置的流动面积。
8.根据权利要求7所述的燃料***，其特征在于：在所述第二位置的流动面积大于所述第三位置的流动面积的8倍。
9.根据权利要求1所述的燃料***，其特征在于：所述外壳具有一圆柱形所述室和具有一阀座，所述阀件可紧靠所述阀座移置，在所述第一位置阻塞流动。
10.根据权利要求9所述的燃料***，其特征在于：所述阀件被朝向所述第一位置偏置。
11.根据权利要求10所述的燃料***，其特征在于：还包括一弹簧，以朝向所述第一位置偏置所述阀件。
12.根据权利要求11所述的燃料***，其特征在于：还包括一位于所述阀件上的O形密封圈，以在所述第一位置邻接所述阀座。
13.根据权利要求9所述的燃料***，其特征在于：所述阀件具有通道以连通所述外壳的入口与所述出口，所述通道在当所述阀离开所述第一位置时显露。
14.根据权利要求13所述的燃料***，其特征在于：所述阀件有多个通道，在所述第二位置时所有通道都允许流动至所述出口，而当所述阀件在所述第三位置时所述多个通道中只有一个允许流动至所述出口。
15.根据权利要求14所述的燃料***，其特征在于：还包括一环状出口件，其位于所述室内在所述阀件与所述外壳出口之间，所述出口件具有一端壁，其用于当所述阀件在所述第三位置时邻接所述阀件，所述出口件具有一开口朝向所述外壳出口的中心凹槽，及一穿过所述端壁面的轴向中心通道，所述出口件具有多个从所述中心凹槽至所述阀件外周的径向通道，所述阀件中的通道的设置使流动至所述外壳的出口流体仅穿过所述径向通道中的一个并穿过所述出口件轴向中心通道。
16.一种流体流量调节阀，所述阀包括：
一具有一入口和出口的外壳以及一互连所述入口和出口的室；
一阀件，其在所述室内在一第一位置、一第二位置和一第三位置之间可移置，其中在所述第一位置流动被阻塞，在所述第二位置流动基本不受限制，而在所述第三位置流动受限制，所述阀件根据给定压力范围在所述的第一、第二和第三位置之间被移置。
17.根据权利要求16所述的流量调节阀，其特征在于：所述第一位置的压力低于10psi，所述第二位置的压力在10到20psi之间，所述第三位置的压力大于20psi。
18.根据权利要求16所述流量调节阀，其特征在于：穿过所述流量调节阀的所述流动面积对于第二位置具有一第一值，对于第三位置具有一第二值，所述第三位置小于所述第二位置。
19.根据权利要求18所述的流量调节阀，其特征在于：所述第二位置的流动面积大于所述第三位置的流动面积的8倍。
20.一种发动机***，其包括：
一内燃机；
一燃料供给；
一燃料喷射***，用于接收来自所述燃料供给的燃料并在压力下输送一系列计时计量选择的燃料供送至所述内燃机；
一供给管线和一回流管线，其在所述燃料喷射***与所述燃料供给之间延伸；
至少一个泵，其置于所述供给管线中，用于接收来自所述燃料供给的燃料并输送至所述燃料喷射***；及
一流量调节阀，其置于所述回流管线中，所述流量调节阀包括具有入口和出口的外壳、一互连所述入口和出口的室、及一阀件，所述阀件在所述室内在一第一位置、一第二位置和一第三位置之间可移置，其中在所述第一位置流动被阻塞，在所述第二位置流动基本不受限制，而在所述第三位置流动受限制，所述阀件根据所述阀的入口压力在所述的三个位置之间被移置。
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