CN102639861B - 转换阀、尤其是用于配量用于设置在下游的输送泵的流体的转换阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转换阀（10）、尤其是用于配量用于设置在下游的输送泵（2）的流体的转换阀，该转换阀具有流动通道（20）、可轴向运动的阀针（14）、被该阀针（14）在打开方向上加载并且设置在该流动通道（20）中的阀元件（16），其中，在所述阀元件（16）被所述阀针（14）在打开方向上操作时，所述流动通道（20）能够至少暂时地被流体逆着所述阀元件（16）的打开方向流过（回流），其中，所述流动通道（20）在回流方向（22）上看在所述阀元件（16）上游具有流体地作用的屏蔽装置（24），所述屏蔽装置至少部分地使所述回流远离所述阀元件（16）的面（36）。

Description

转换阀、尤其是用于配量用于设置在下游的输送泵的流体的转换阀

技术领域

本发明涉及一种转换阀。

背景技术

转换阀、尤其是用于配量用于设置在下游的输送泵的流体的转换阀在市场上是公知的。例如它们作为量控阀用在内燃机的共轨燃料系统中，以便控制由高压输送泵输送到共轨中的燃料流量。这些量控阀可以实施为电磁式的转换阀，其中，电磁铁和弹簧作用在转换阀的阀元件上。例如参考DE19834121A1。

发明内容

按照本发明，提出了一种转换阀，该转换阀具有流动通道、可轴向运动的阀针、被该阀针在打开方向上加载并且设置在该流动通道中的阀元件，其中，在所述阀元件被所述阀针在打开方向上操作时，所述流动通道能够至少暂时地被流体逆着所述阀元件的打开方向回流，其中，所述流动通道在回流方向上看在所述阀元件上游具有流体地作用的屏蔽装置，所述屏蔽装置至少部分地阻止所述回流与所述阀元件的一个面接触，其中，所述转换阀包括至少一个通道，所述通道将位于所述屏蔽装置外部的流动区域与位于所述屏蔽装置内部的区域连接，在所述流动区域中在回流时存在比较低的静态压力，及所述通道平行于所述转换阀的中心线地延伸并且至少部分地通过一个在所述阀元件和所述屏蔽装置或所述屏蔽装置的环绕的屏蔽区段之间的间隙形成。

本发明的任务通过上述方案中的转换阀解决。有利的扩展构型在以下说明中给出。对于本发明重要的特征也存在于以下说明书和附图中，其中，这些特征可以不仅单独地而且以不同组合地对于本发明是重要的，而无需对此再次明确指出。

按本发明的转换阀具有优点：在打开方向上操作转换阀时在阀元件上的流动力被减少，而转换阀的坚固性不被降低。由此也能够减少声波激励。此外，在流体流过转换阀时形成的压力损失可以被减少。

作为量控阀用于配量用于内燃机的活塞高压输送泵的燃料量的转换阀例如如下地工作：

在高压输送泵的抽吸阶段中，设置在流动通道中的阀元件由于跨越阀元件出现的压力差被带到打开位置中，如根据例如DE19834121A1在正常的压差操作的入口阀中那样，该阀元件例如被实施为阀板。转换阀的打开位置可以通过电磁操作的阀针支持。如果在高压输送泵的接下来的输送行程中压力关系反转，那么可以通过阀针在阀元件上的作用暂时继续保持操作转换阀在打开位置中。在该阶段中，已经处在高压输送泵中的燃料发生部分回流。转换阀在此被燃料逆着“正常的”流过方向流过。在此，回流的燃料——在没有按本发明的措施时——导致在阀元件的轴向端面上的压力。该压力必须通过阀针的作用至少部分地被补偿。

本发明基于以下思考：在回流期间作用在阀元件的轴向端面上的压力可以通过屏蔽装置减少。由此能够减少由阀针提供的操作力并且转换阀的电磁铁可以设计得较弱。同样，阀针或阀元件在一个限制其运动的止挡上的止挡速度可以被减少。通过该方式也使转换阀变便宜，并且其更静音地工作。

在此优选这样地设置屏蔽装置，使得阀元件的轴向端面基本上被屏蔽免受回流的燃料，但是本身仅不明显地阻挡回流的燃料。例如，阀元件实施为阀板，以便借助屏蔽装置低损失地使回流的燃料绕过阀板。阀板具有两个终端位置。第一终端位置是静止座，当转换阀关闭时阀板止挡在该静止座上，第二终端位置是用于转换阀的打开位置的止挡。在打开位置中，阀板在大多数应用情况中非常密封地设置在屏蔽装置上。在此，阀板可以触碰屏蔽装置上，或者保留一个间隙，即阀板和屏蔽装置之间的狭窄部位被打开。但是该狭窄部位不表示燃料的流向，而是在本发明的一些设计方案中形成一种通向填充有燃料的、但是基本上不被流过的区域的通道，如继续在下面还要阐述的那样。用于转换阀的打开位置的止挡不是一定需要的。

当屏蔽装置包括一个环绕的且例如环形的屏蔽区段时，转换阀构造得更简单。由此得到屏蔽装置的一种简单结构的设计方案。这几乎始终可用在量控阀中并且在需要时也可无结构改变地用在已有的设计方案中。由此简化转换阀并且使其制造变便宜。

转换阀的一种设计方案规定，屏蔽区段是锥形的。由此能够这样地设计转换阀，使得流动燃料的流动损失特别明显地减少。这不仅涉及输送方向而且涉及回流。

补充地建议，屏蔽装置或至少所述屏蔽区段是板材模制件。这样的板材模制件是可特别容易制造并且便宜的。

转换阀的另一种设计方案规定，该转换阀包括至少一个通道，该通道将位于屏蔽装置外部的流动区域与位于屏蔽装置内部的区域连接，在流动区域中在回流时存在比较低的静态压力。优选地，通道基本上垂直于回流定向。另外，通道可以实施为不同类型和/或设置在流动通道的不同的且几乎任意的区段上，如继续在下面要阐述的那样。由此能够将电磁式的操作装置构造得更小，该操作装置驱动阀针。因此，对电磁铁的功率需求可以进一步下降并且其产生较低的热量，例如在衔铁绕组中。

转换阀的一种设计方案规定，通道至少部分地通过一个在阀元件和屏蔽装置或屏蔽区段之间的优选径向环绕的间隙形成。例如当阀元件位于其打开位置中时，形成环绕的间隙或通道。在此，转换阀的这些元件被这样地确定尺寸，即以希望的强度和方向得到抽吸射束效应，而不必制造分开的通道。以该方式能够特别简单且成本低廉地实现通道。

本发明的另一种设计方案规定，通道至少部分地通过屏蔽装置和/或屏蔽区段中的至少一个开口形成。开口可以径向地或相对于转换阀的轴线倾斜或平行地定向，并且此外可以具有不同类型的横截面形状。例如，开口可以实施为钻孔。由此得到很多可能性，以便将位于屏蔽装置内的区域与流动通道流体地连接，使得与转换阀的相应结构形状匹配地得到希望的抽吸效应。同样也可以设置多个开口，这些开口例如相对于转换阀的轴线径向对称地设置。通道在该情况中永久地存在并且独立于转换阀的位置。这具有功能优点。

转换阀的另一个设计方案规定，通道至少部分地通过阀元件中的至少一个开口形成。例如，阀元件具有基本上旋转对称且盘形的几何结构，其中，流过流动通道的流或回流至少区段式径向环绕阀元件的轴向面流动。在该情况中，通道可以通过阀元件中的轴向开口形成，优选通过阀元件边缘附近中的一系列的开口形成。该设计方案具有优点，即沿着流动通道不需要附加的节流部位，由此在抽吸方向上避免了相应的节流损失。

转换阀的另一种设计方案规定，位于屏蔽装置外部的流动区域被这样地成形，使得回流转向，其中通道通入到该流动区域中。由此通道通入到弯曲的流的径向内部区域中，其中可以在径向方向上建立压力梯度。由此在径向内部的流动区域中得到比较低的压力，该比较低的压力能够借助通道传递到位于屏蔽装置内部的区域中。由此形成转换阀的另一种有利的变型。

当回流基本上垂直于通道导向时，按本发明的转换阀特别好地工作。由此尤其是实现了：通道的功能基本上独立于流动通道中的流动方向，使得在流动方向切换时基本上不发生或仅发生比较小的流体通过通道的再分配。由此能够避免液压损失。

当转换阀的至少一个元件、尤其是阀针、阀元件和/或屏蔽装置具有基本上旋转对称的形状时，转换阀特别简单地构成。旋转对称的形状是对于转换阀特别有利的实施方案，其中，按本发明的屏蔽装置同样可以良好地匹配于该形状。相应地，在转换阀的区域中、尤其是阀板的区域中的流也具有基本上旋转对称的特性。

当转换阀是用于配量内燃机的燃料系统中的燃料的量控阀时，转换阀特别有利地被使用。在此，转换阀的工作频率以及出现的压力和存在的压力差特别高。按本发明的转换阀有利地适合于这些和类似的运行条件。

附图说明

下面例如参照附图阐述本发明的示例性的实施方式。在附图中示出：

图1示出具有高压泵、共轨系统和量控阀的燃料系统的总视图；

图2以剖视图示出第一实施方式的转换阀，其中示出了流动速度；

图3以剖视图示出第二实施方式的转换阀，其中示出了流动速度；

图4以剖视图示出第三实施方式的转换阀，其中示出了静态压力分布；

图5以剖视图示出第四实施方式的转换阀，其中示出了静态压力分布；

图6以剖视图示出第五实施方式的转换阀，其中示出了静态压力分布；和

图7以剖视图示出第六实施方式的转换阀，其中示出了静态压力分布。

对于功能等同的元件和参数在所有图中也在不同的实施方式中使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1以强烈简化的视图示出内燃机的燃料系统1。一个(未详细示出的)并且构造为活塞泵的高压泵2在上游通过抽吸管路3、预输送泵4和低压管路5与燃料箱6连接。在高压泵2上在下游通过高压管路7连接高压存储器8(“共轨”)。一个具有电磁操作式操作装置11(在下面称为电磁铁11)的构造为量控阀的转换阀10液压地设置在低压管路5和高压泵2之间并且构成高压泵的入口阀。其它元件、例如高压泵2的出口阀在图1中未示出。显然，该量控阀10可以与高压泵2构造为结构单元。

在燃料系统1运行时，预输送泵4将燃料从燃料箱6输送到低压管路5中。在此，该量控阀10确定由高压泵2输送给高压存储器8的燃料量，其方式是量控阀在输送行程期间暂时以强制方式保持打开。

图2示出在高压泵2的抽吸侧的量控阀10区段。可看出，量控阀10包括壳体12、阀针14、板形的阀元件16、与阀元件共同作用的阀座17(“静止座”)和屏蔽装置24。参照附图，高压泵2设置在转换阀10右侧并且来自预输送泵4的低压管路5设置在转换阀左侧。流动通道20位于图2的上部或中间区域中并且具有一个参照附图基本上水平的用于燃料的通孔。流动通道20在其走向上具有不同的横截面形状和横截面面积。

屏蔽装置24包括一个中央区段23和一个环形的屏蔽区段25，该屏蔽区段尤其构造为锥形的并且区段地形成至少在该部位上呈环形的流动通道20的径向内部壁。可设想的是，屏蔽装置24也被制造为板材模制件。但是这在图1中未示出。存在于屏蔽装置24径向内部的区域26尤其形成一个“流体室”并且被具有屏蔽区段25和中央区段23的屏蔽装置24以及阀元件16包围。区域26被填充燃料并且与流动通道20通过狭窄部位27连接，如在图2中所示，该狭窄部位即便在阀元件16位于打开位置中时仍形成在阀元件16和屏蔽区段25之间。狭窄部位27在图2中实施为径向环绕的间隙并且同时形成通道28。

转换阀10的元件尤其是具有围绕中心线18基本上旋转对称的形状。在附图中仅绘出剖视图的一半。这也适用于在下面还要描述的图3至8。

图2的剖视图——以及在下面还要描述的图3至8的剖视图对应于用于计算流动速度或压力分布的仿真模型并且尤其是没有示出用于阀针14或阀元件16的对于转换阀10的打开位置的止挡。这样的止挡可以例如借助中央区段23的径向对称的突出部提供，使得阀元件16在所示的打开位置中能够直接支撑在屏蔽装置24的中央区段23上。同样可以在区域26中安置一个(未示出的)螺旋弹簧，该螺旋弹簧在关闭位置的方向上对阀元件16加载。但是二者都绝对不是强制性需要的。

如上所述，图2的视图对应于位于打开位置中的转换或量控阀10。静止座17表征阀元件16的未详细阐述的关闭位置。阀针14和阀元件16可轴向运动并且位于参照附图最右侧的位置中。屏蔽装置24相对壳体固定地设置。

带有量控阀10的高压泵2如下地工作：在高压泵2的抽吸阶段中，燃料在附图中从左向右输送。这对应于通过转换阀10的“正常”流动方向。在此，量控阀10的功能基本上对应于正常的、被弹簧加载的入口抽吸阀的功能，如其在活塞泵中常见且已知的那样。在接下来的输送阶段中，在高压泵2中建立燃料压力。由此，如果阀元件16由于通过阀针14的加载而强制地位于所示的打开位置中，那么之前吸入的燃料的一部分在箭头22的方向上流回(回流)，该阀针又通过电磁式的操作装置11带入该位置中。

在流动通道20中尤其在刚才描述的回流期间由于液压效应而产生回流燃料的不同流动速度。不同的流动速度在图2的附图中通过不同的灰度示出。得到相对低的流动速度30的区域、中等流动速度32的区域和相对高的流动速度34的区域。在图2的附图中存在的其它阴影度和与此相关的流动速度没有以附图标记示出。在此，这些阴影部的相同灰度也不一定意味着相同的流动速度。作为当前黑白视图的结果，图2的视图不是到处可逆地明确的。

简化地且一般性地确定，相对高的流动速度的区域主要位于流动通道20的相应的横截面的中心附近。

可看到，通过箭头22表示的回流通过屏蔽装置24或屏蔽区段25的作用基本上保持远离阀元件16的轴向端面36。即该流绕过阀元件16。由此使得作用在端面36上的燃料压力比较小。在燃料通过流动通道20时的压力损失总体上比较小。

图3示出转换阀10的与图2类似的实施方式，其中，壳体12、阀元件16、屏蔽装置24和屏蔽区段25具有不同于图2的几何结构。同样，流动通道20、狭窄部位27、通道28和被填充燃料的区域26的几何结构不同。尤其地，流动通道20在狭窄部位27或通道28的区域中具有节流部位38，该节流部位使得用于回流的横截面缩窄。与图2类似地示出流体或燃料的流动速度。相应地，在绘制视图方面的上述限定也适用。

根据图3的转换阀10的基本功能与图2的转换阀的功能类似，但是流动速度和液压效果和压力由于不同的几何结构是部分地不同的。尤其地，节流部位38的区域与流动通道20的其余区段相比具有更高的流体速度。其结果是，狭窄部位27的区域中的燃料静态压力比较低。因此，在箭头40的方向上形成作用在位于区域26中的燃料上的抽吸作用。结果是减少区域26中的液压压力，并且相应地减少作用在阀元件16的轴向端面36上的轴向力。总之，轴向端面36由此以双倍方式卸载。一方面通过屏蔽区段25的作用，该屏蔽区段使得回流基本上远离轴向端面36。另一方面通过抽吸作用和与此相连的区域26中的液压压力的减少。与根据图2的转换阀的实施方案类似地，在燃料通过流动通道20时的压力损失比较小。

与在图2中不同，屏蔽区段26在径向方向上“包围”阀元件16，并且相应地，通道28以中心线18为参照不同地、即基本上轴向地定向。对于抽吸射束效应的形成，这一点是不太重要的，只要节流部位38的区域中的回流的流动速度足够高就行。

在下面通过图4至7介绍在转换阀10的其它实施方式中在流体回流期间的其它静态压力分布。类似于图2至3，其基本上旋转对称地构成。在绘制视图方面，在图2的描述中提到的限制是有意义的。所有图4至7的共同点是，在图的右侧部分中，与在图2至3中不同，也可看到流动通道20的具有部分径向延伸的流的其它区域。

根据图4至7的转换阀10的基本功能类似于图2和3的转换阀的基本功能，也就是说，除了屏蔽装置24或屏蔽区段35的作用外，附加地得到借助通道28的抽吸作用。在此，流动速度和液压效应和压力由于不同的几何结构而部分地不同。类似于图2至3，在燃料通过流动通道20时的压力损失分别是比较小的。

另外根据图4至7的实施方式的共同点是，屏蔽区段25附加地形成用于阀元件16的止挡，分别参照附图向右。由此发生阀元件16的行程限界。在图2至3中示出的狭窄部位27在图4至7中变成可能保留的余隙27。余隙27可以在需要时导致区域26的小泄漏，但是这可以通过通道28的作用补偿。

图4示出转换阀10的第三实施方式，其中，壳体12、阀元件16、屏蔽装置24和屏蔽区段25具有不同于图2和3的几何结构。同样，流动通道20、通道28和填充燃料的区域26的几何结构不同。余隙27在图4中形成在阀元件16在屏蔽区段25上的止挡上并且在附图中示出的状态中在流体上无效。

通道28尤其通过在阀元件16的边缘附近的一系列的轴向开口——例如钻孔——形成，其中在图4的剖视图中仅一个轴向开口是可见的。节流部位38位于阀元件16的静止座17的区域中并且在通道28的周围环境中，该通道类似于其余的图2至7基本上垂直于回流定向。

沿着流动通道20在图4中在回流方向22上得到从比较高的压力46经过平均压力44向着附图左边部分中的相对低的压力42的压力减少。在区域26中存在比较低的压力42。类似于图2或3，在燃料通过流动通道20时的压力损失总体上比较小。因为通道28通入到具有高流动速度和由此具有比较低的静态压力的区域42中，所以又得到已经上述的抽吸作用，该抽吸作用导致区域26中的压力减少。

图5示出转换阀10的第四实施方式，其中，通道28穿过屏蔽区段25径向向外通入到通道20中。节流部位38尤其通过屏蔽区段25的两个环绕的鼻头状的突出部(附图标记38)形成。所示的压力分布——以节流部位38的周围为例外——与图4大致类似，为此参见附图中的附图标记42、44和46。因为通道28通入到具有高流动速度和由此具有比较低的静态压力的节流部位38的区域中，所以又得到已经在上面描述的抽吸作用，该抽吸作用导致区域26中的压力减少。

图6示出转换阀10的第五实施方式，其中，在附图右上部的流动区域中，回流大致成直角地转向。在此，通道28通入到弯曲流的径向内部区域中，其中因此能够在径向方向上建立压力梯度。这在附图中通过箭头48示出。因此在径向内部的流动区域中得到比较低的压力，该比较低的压力借助通道28延续到位于屏蔽装置24内部的区域26中。

图7示出转换阀10的第六实施方式，其中，通道28通过屏蔽装置24的一个或多个轴向指向的开口构成。功能类似于其它实施方式。

显然，图2至7仅是转换阀10的例子。屏蔽装置24和/或抽吸效应的所述作用也可以通过不同于图2至7的几何结构实现。尤其地，在图2至7中示出的实施方式的组合按本发明也是可行的。

Claims (14)

1.转换阀(10)，该转换阀具有流动通道(20)、可轴向运动的阀针(14)、被该阀针(14)在打开方向上加载并且设置在该流动通道(20)中的阀元件(16)，其中，在所述阀元件(16)被所述阀针(14)在打开方向上操作时，所述流动通道(20)能够至少暂时地被流体逆着所述阀元件(16)的打开方向回流，其中，所述流动通道(20)在回流方向(22)上看在所述阀元件(16)上游具有流体地作用的屏蔽装置(24)，所述屏蔽装置至少部分地阻止所述回流与所述阀元件(16)的一个面(36)接触，其特征在于，所述转换阀包括至少一个通道(28)，所述通道将位于所述屏蔽装置(24)外部的流动区域与位于所述屏蔽装置(24)内部的区域(26)连接，在所述流动区域中在回流时存在比较低的静态压力，及所述通道(28)平行于所述转换阀的中心线(18)地延伸并且至少部分地通过一个在所述阀元件(16)和所述屏蔽装置(24)或所述屏蔽装置的环绕的屏蔽区段(25)之间的间隙形成。

2.根据权利要求1的转换阀(10)，其特征在于，所述屏蔽区段(25)是锥形的。

3.根据权利要求1或2的转换阀(10)，其特征在于，所述屏蔽装置(24)或至少所述屏蔽区段(25)是板材模制件。

4.根据权利要求1或2的转换阀(10)，其特征在于，所述通道(28)至少部分地通过所述屏蔽装置(24)和/或所述屏蔽区段(25)中的至少一个开口形成。

5.根据权利要求1或2的转换阀(10)，其特征在于，所述通道(28)至少部分地通过所述阀元件(16)中的至少一个开口形成。

6.根据权利要求1或2的转换阀(10)，其特征在于，位于所述屏蔽装置(24)外部的流动区域这样地形成，使得所述回流转向，所述通道(28)通入到所述流动区域中。

7.根据权利要求1或2的转换阀(10)，其特征在于，所述回流基本上垂直于所述通道(28)被导向。

8.根据权利要求1或2的转换阀(10)，其特征在于，所述转换阀(10)的元件具有基本上旋转对称的形状。

9.根据权利要求1或2的转换阀(10)，其特征在于，所述转换阀(10)是用于配量内燃机的燃料系统(1)中的燃料的量控阀。

10.根据权利要求1的转换阀(10)，其特征在于，所述转换阀(10)用于配量用于设置在下游的输送泵(2)的流体。

11.根据权利要求8的转换阀(10)，其特征在于，所述元件是阀针(14)和/或阀元件(16)和/或屏蔽装置(24)。

12.输送泵(2)，具有量控阀，其特征在于，所述量控阀被构造为根据以上权利要求之一的转换阀(10)。

13.根据权利要求12的输送泵(2)，其特征在于，所述输送泵(2)是用于内燃机的共轨燃料系统(1)的燃料泵。

14.根据权利要求12的输送泵(2)，其特征在于，所述量控阀代替入口阀。