專利名稱：燃料輸送系統(tǒng)的止回閥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及燃料輸送系統(tǒng)，尤其涉及一種內(nèi)燃機(jī)燃料輸送系統(tǒng)改進(jìn)的止回閥裝置。
背景技術(shù)：
燃料輸送系統(tǒng)通常包括一個(gè)用于在壓力下從燃料箱將燃料輸送到內(nèi)燃機(jī)的燃料泵。止回閥通常安置在燃料泵和內(nèi)燃機(jī)之間，以防止當(dāng)燃料泵停止工作時(shí)燃料從內(nèi)燃機(jī)回流到燃料泵。由此內(nèi)燃機(jī)保持住燃料壓力，從而縮短起動時(shí)間和改善內(nèi)燃機(jī)的起動。如圖8中所示，傳統(tǒng)的止回閥裝置112包括一個(gè)螺釘-機(jī)加工的黃銅閥座144和黃銅提升閥142，閥142有一模制于其上的橡膠尖端143，用于密封閥座144。
但是，不幸的是，該傳統(tǒng)的止回閥裝置有幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，制造閥座和提升所需的螺釘-機(jī)加工工藝特別耗費(fèi)時(shí)間和費(fèi)錢。其次，黃銅是一種又重又費(fèi)錢的材料。第三，用于將該橡膠尖端模制到提升閥上的工藝相當(dāng)花錢。第四，在其中燃料泵速度調(diào)整到內(nèi)燃機(jī)燃料要求的燃料系統(tǒng)中，具有黃銅提升閥的閥組件由于黃銅提升閥的相當(dāng)重的質(zhì)量而對諸如當(dāng)汽車加速、減速或換擋時(shí)的快速改變?nèi)剂蠅毫托枨鬆顟B(tài)的反應(yīng)相當(dāng)慢。
發(fā)明概述在一個(gè)實(shí)施例中，一種止回閥裝置包括一個(gè)用聚合物材料制成的提升閥，該閥有一閥桿和一靠近閥桿一端的閥頭。一個(gè)閥座適合于與該提升閥的閥頭相互配合。該閥座包括一個(gè)閥座體和一個(gè)由該閥座體支承的閥座密封件。該閥座密封件用適合于頂靠提升閥的閥頭密封的彈性體材料制成。在另一實(shí)施例中，該止回閥裝置適合于與燃料系統(tǒng)內(nèi)的燃料泵組件一起使用。
可以通過本發(fā)明的至少某些實(shí)施例而獲得的至少一些目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)包括提供一種止回閥裝置，該閥裝置根據(jù)迅速變化的流體壓力狀態(tài)而容易地適合于包括燃料泵和燃料系統(tǒng)的各種液流用途，其中該止回閥裝置減小了產(chǎn)品的重量和成本，其性能等于或好于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)相當(dāng)簡單，其制造經(jīng)濟(jì)，而其裝配結(jié)實(shí)、可靠、耐久，且具有長的使用壽命。
當(dāng)然，對于該技術(shù)的專業(yè)人員，本發(fā)明的其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是清楚的。比起已注意到的目的、特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)來，還可或多或少地獲得體現(xiàn)本發(fā)明的各種其它流體系統(tǒng)。
附圖簡述從下列優(yōu)選實(shí)施例和最佳方案、附屬的權(quán)利要求書及附圖的詳細(xì)描述，可以清楚本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖1是例示一種燃料系統(tǒng)的優(yōu)選的示范實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)包括一個(gè)有一優(yōu)選的示范的止回閥裝置的優(yōu)選的示范的燃料泵組件；圖2是包括在圖1的燃料泵組件的一部分中的提升閥和閥座的止回閥裝置的放大截面圖；圖3是圖2的提升閥的放大透視圖；圖4是圖2的閥座的放大的截面透視圖；圖5是圖2的止回閥裝置的一部分的放大截面圖；圖6是將該優(yōu)選的示范的閥裝置與傳統(tǒng)的閥裝置比較時(shí)反向泄漏試驗(yàn)結(jié)果的條形統(tǒng)計(jì)圖表；圖7是將該優(yōu)選的示范的閥裝置與傳統(tǒng)的閥裝置比較時(shí)正向泄漏試驗(yàn)結(jié)果的條形統(tǒng)計(jì)圖表；以及圖8是一種按照先有技術(shù)的傳統(tǒng)的止回閥裝置的一部分的截面圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述詳細(xì)參考附圖，按照一個(gè)優(yōu)選的示范實(shí)施例，圖1例示一種有一個(gè)帶一體化的閥裝置12的燃料泵組件10的燃料系統(tǒng)。閥裝置12通過一根燃料管線14連接在內(nèi)燃機(jī)20的燃料軌條16和相關(guān)的燃料噴射器18上，該內(nèi)燃機(jī)20有一空氣進(jìn)入歧管22和一排氣歧管24。閥裝置12起止回閥的作用，用于當(dāng)泵組件10在操作時(shí)如發(fā)動機(jī)所需要的那樣允許燃料從泵組件10自由流向燃料軌條16，并用于當(dāng)發(fā)動機(jī)和泵組件10關(guān)閉時(shí)阻止燃料從燃料軌條16流回到泵組件10。
泵組件10安裝在一個(gè)燃料箱26中并有一個(gè)燃料水平傳感器28和一個(gè)燃料泵30，燃料泵30有一個(gè)連接到閥裝置12的出口和一個(gè)通過燃料過濾器32而與燃料箱底部連通的入口。泵30由電動機(jī)34驅(qū)動，電動機(jī)或者可以在基本上恒定的速度下操作，或者其速度通常可以變化而控制由泵30傳送到發(fā)動機(jī)20的燃料流。該燃料系統(tǒng)設(shè)有從發(fā)動機(jī)20到燃料箱26的燃料返回管線，因此屬于常稱為“非返回”或“無返回”燃料系統(tǒng)。但是，該技術(shù)的普通專業(yè)人員可以認(rèn)識到，如果需要，優(yōu)選的示范的燃料組件和止回閥也適合于與一返回式燃料系統(tǒng)一起使用。
圖2例示閥裝置12的放大圖。閥12總的包括一個(gè)用于安置一提升閥42的閥體40、一個(gè)與提升閥42互相配合的閥座44和任何可壓彎地頂靠閥座44偏壓提升閥42的彈簧如壓縮彈簧。這樣選擇由彈簧46產(chǎn)生的預(yù)加載力，使得提升閥42將在一個(gè)相當(dāng)?shù)偷膲毫ο麓蜷_，最好是在約2～5psi的量級下打開。
閥體40最好與圖1的燃料泵組件10的出口蓋形成一體。換句話說，閥體40可以只是這樣一個(gè)出口蓋的一部分。但是，閥體40也可以是一個(gè)裝配到該出口蓋或燃料系統(tǒng)的某些其它部分上的獨(dú)立部件。閥體40包括一個(gè)最好為了連接到圖1的燃料管線14上而設(shè)置倒鉤的接管頭48。有倒鉤的接管頭48形成一個(gè)流體通道50，用于引導(dǎo)受壓燃料通過其中，接管頭48還包括一個(gè)整體模制的保持器51，后者用于可以滑動地保持提升閥42。閥體40可以用任何合適的材料制成，包括任何合適的合成樹脂或任何其它適用于制造燃料泵出口蓋或分開的閥體的材料。
如圖3中所示，提升閥42包括一個(gè)第一端部52和一個(gè)細(xì)長的大體上為圓柱形的桿54。桿54可以包括一個(gè)靠近第一端部52的擴(kuò)大部分56，后者可起止動的作用，這將在下面更詳細(xì)地說明。閥42從第一端部52沿閥桿54縱向延伸而終止于第二端部58，有一閥頭60基本上設(shè)置在桿54和第二端部58之間。閥頭60包括一個(gè)錐形部分62，后者從第二端部58延伸而終止于閥頭60的臺肩64上。在閥頭60的臺肩64和桿54之間設(shè)置一個(gè)圓角66作為速度。
提升閥42可以用任何合適的材料制成，例如，提升閥42可以完全用聚合物材料制成。如此處定義的，聚合物材料通常指或是合成的或是天然來源的相當(dāng)高分子量的材料而可以包括熱固性和熱塑性材料。為了用于燃料系統(tǒng)中，該聚合物材料當(dāng)與液體碳?xì)浠衔锶剂祥L期接觸時(shí)應(yīng)當(dāng)具有對膨脹和品質(zhì)降低有高的抵抗力。特別是，提升閥42可以最好用聚亞苯基硫醚(PPS)、聚甲醛(POM)縮醛共聚物等制成。在另一例子中，閥桿54可以用一種金屬或金屬材料如鋼、鐵、黃銅、鋁、鎂等制成，而閥頭60可以用聚合物材料如PPS、POM等制成，其中桿54和頭60壓制在一起或模制在一起等等。
圖4例示閥座44的截面透視圖，閥座44包括一個(gè)支承閥座密封件72的閥座體70。在外面，閥座體70大體上為環(huán)形并包括一個(gè)底面74和外圓筒形面76，圓筒形面76從底面74伸出并終止于一個(gè)削角表面78，后者終止于一個(gè)安置表面80。在內(nèi)部，閥座體70包括一個(gè)與圖2的閥體40的流體通道50連通的貫穿通道。該貫穿通道是由終止于第一圓筒形表面84的錐形表面82界定的，該第一圓筒形表面84經(jīng)過一個(gè)曲面或成圓角的表面88而過渡到第二圓筒形表面86?？梢钥紤]，閥座體70可以整體結(jié)合在一個(gè)更大的總座體如燃料泵組件的出口罩中，而一體化模制的保持器51可以代替為一個(gè)用于止動提升閥42的獨(dú)立裝配的部件。換句話說，該出口罩本身的一部分可以是該閥座體，由于合并了閥座體70的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中閥座密封件72將由該出口罩本身的一部分支承。相反，保持器51可以在將閥42裝配到該出口罩上以后分開地裝配到該出口罩上。因此，任何涉及使上述部件一體化或分開的替代變化方案或此處討論的任何其它方面，均包括于權(quán)利要求書的范圍和精神之內(nèi)。
閥座密封件72由閥座體70以任何合適的方式支承。但是，最好是，閥座密封件72由該貫穿通道內(nèi)的例如圖示的第二圓筒形表面中的閥座體70支承。因此，在閥座體70中可以設(shè)置一條槽90來裝入閥座密封件72。因此，閥座密封件72最好為環(huán)形而有一如圖所示的直線性的最好為矩形的截面。閥座密封件72最好包括一個(gè)尺寸小于閥座體70的第二圓筒形表面86的內(nèi)直徑尺寸的內(nèi)直徑92?；蛘呤牵y座密封件72可以簡單地?cái)R置支承在閥座體70的某些表面上而不需要如圖所示地相互嚙合在其上面。
閥座44可以通過任何合適的方法來制造。例如，閥座密封件72可以與閥座體70共模制(或共注射成型)、外部模制(或插入模制)在閥座體70上或按照任何其它合適的模制方法進(jìn)行模制。或者是，閥座體70可以首先注射成型，而在隨后的制造步驟中將閥座密封件72裝配和/或粘接在閥座體70上。如果分開裝配或粘接，閥座密封件72可以是一個(gè)模制的O形環(huán)、沖切環(huán)等，最好有一合適的直線性截面如矩形或正方形截面。
但是，一般說來，共模制和外部模制法對該技術(shù)的普通專業(yè)人員是熟知的。如果采用共模制(co-molding)、外部模制(over-molding)或類似方法，一般希望用于制造閥座密封件72的聚合物與用于制造支承的閥座體70的聚合物兼容而能夠粘接于其上。
聚合物的適當(dāng)組合在聚合物模制中是熟知的，而閥座44可以用任何此類適當(dāng)?shù)木酆衔锊牧现瞥?。例如，閥座體70最好用任何適當(dāng)?shù)臒峁绦曰驘崴苄运芰先鏟PS、POM等制成，而閥座密封件72最好用任何合適的彈性體材料制成。如此處定義的，彈性體通常指這樣一種材料，該材料在室溫時(shí)可以在低的應(yīng)力下拉伸到其原來長度的兩倍或更長，而當(dāng)應(yīng)力釋放時(shí)，該材料將返回其近似的原來長度。彈性體也包括任何各種類似橡膠的彈性物質(zhì)例如氟烴如Viton(維頓[聚偏氟乙烯·氟丙烯])、丙烯腈如丙烯腈/丁二烯等等。通常，用于部件的材料可以根據(jù)其在冷熱可變的燃料環(huán)境下的尺寸穩(wěn)定性來選擇。
按照一種插入模制工藝，閥座密封件72是預(yù)成形的而閥座體70形成于其外部。事實(shí)上，通常有利的是，在閥座密封件72完全冷卻之前將閥座體70的聚合物從外部模制在預(yù)成形的閥座密封件72上。該工藝要避免將閥座密封件72用人工安裝、粘貼或用膠粘劑粘接在閥座體70上。在任何情況下，或者用人工或者用機(jī)械手將預(yù)成形的閥座密封件72裝配在一臺注射成型機(jī)的芯銷上的一個(gè)特別預(yù)定的位置上。注射成型機(jī)的兩半個(gè)模具圍繞該芯銷閉合。將熔融的塑料注射到由閉合的兩半個(gè)模具、芯銷和閥座密封件72界定的模具腔中，其中該熔融的塑料形成模具空腔形狀的閥座體70。在模制后，分開或打開兩半個(gè)模具并取出芯銷，留下在閥座體70內(nèi)完整無缺的閥座密封件72而產(chǎn)生閥座44。然后可以使閥座44受到任何希望的拋光操作如去毛刺、去毛邊等，其后準(zhǔn)備裝配到燃料泵組件中。
按照另一種插入模制工藝，預(yù)成形閥座體70并將閥座密封件成形于其上。在這樣一種插入模制工藝的第一步驟中，形成閥座44整體的聚合物注入一模具的第一空腔。形成的結(jié)構(gòu)是一個(gè)部分成形的閥座44，它有一個(gè)帶一環(huán)槽90形式的環(huán)狀凹部的閥座體70。該部分成形的閥座44或閥座體70而后自動移入一個(gè)在同一模具或不同模具內(nèi)的第二空腔，在該處注入第二材料而完成閥座44。第二材料注入該部分成形的閥座44中而形成彈性體密封件72。該第二材料通常不能從閥座體70上撕去而使閥座體44的壽命保持長久。
再參照圖2，閥組件12可以以任何合適的方式裝配。例如，首先將壓縮彈簧46裝配在提升閥42的細(xì)長桿54上。其次，帶有裝配在其上的彈簧46的提升閥42插入閥體40的流體通道50中，使得提升閥42的桿54的第一端部52被插入和受力通過一個(gè)通過保持器51的孔，其中擴(kuò)大部分56卡入保持器51而配合。第三，閥座體44插入閥體40的流體通道50中，直到閥座體44的安置端部80支承在閥體40的安置臺肩96上或頂靠臺肩96安置。最好是，閥座體44以干涉配合插入，其中，閥座體44的圓筒形表面76的直徑稍大于閥體40的圓筒形表面94的內(nèi)直徑。
圖5例示閥組件12的放大圖，其中閥頭60的錐形表面62頂靠閥座密封件72安置。當(dāng)然，閥座密封件72是可以彎曲的、彈性的和以別的方式順從的，使得當(dāng)閥組件閉合時(shí)閥座密封件72可在彈簧加載的提升閥42的偏壓力下和在作用于閥上的增壓燃料的凈力下可以充分地彎曲，從而產(chǎn)生良好的密封。最好是，閥座密封件72足夠地開一孔，從而能接受錐形閥頭60的大部分，以便使提升閥42相對于閥座44自動對中心。
基本上，止回閥通過液流本身的特性而控制流體的通道。換句話說，止回閥是根據(jù)止回閥所在的系統(tǒng)或管線中出現(xiàn)的流體壓力狀態(tài)的變化而受到控制的。當(dāng)從燃料泵來的燃料的壓力和流量增大時(shí)，提升閥42的閥頭60起初從閥座密封件72提升而克服由彈簧46施加的力，從而為閥42和閥座44之間的液流提供一個(gè)最小的環(huán)形空間。當(dāng)燃料壓力和流量繼續(xù)增大時(shí)，閥42進(jìn)一步提升而離開閥座44，以用于增大的燃料流通過閥座44和經(jīng)過閥42，如美國專利5,421,306中進(jìn)一步詳細(xì)描述的，該專利轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明的受讓人而合部參考合并于此。大體上，當(dāng)彈簧46的力加上由作用在閥42的下游側(cè)上的燃料產(chǎn)生的力超過由作用在閥42的上游側(cè)上的燃料產(chǎn)生的在閥42上的力時(shí)，閥42閉合。
現(xiàn)在參照圖6和7，優(yōu)選的示范的閥組件的密封性能可以與傳統(tǒng)的黃銅提升閥和閥座的密封性能相比擬。利用一種在同一試驗(yàn)條件下的同一試驗(yàn)設(shè)備頭對接地頂靠一種基本的傳統(tǒng)的黃銅閥組件而試驗(yàn)了該優(yōu)選的示范的閥組件。在圖6中，畫的圖線是反向的燃料泄漏(mL/hr)相對于燃料壓力(kPa)而示出了標(biāo)準(zhǔn)的接受判據(jù)值。反向泄漏是能夠沿從發(fā)動機(jī)到燃料箱的方向流過該閥組件的燃料量，并且是在發(fā)動機(jī)和燃料泵關(guān)閉后防止燃料流回燃料箱從而保持燃料管線中的燃料在隨后起動時(shí)為發(fā)動機(jī)使用的閥組件能力的度量。該優(yōu)選的示范的閥組件的性能像傳統(tǒng)的黃銅閥組件在300和600kPa時(shí)一樣，而近似地像傳統(tǒng)的閥組件在400和500kPa時(shí)一樣。在圖7中，畫的圖線是正向的燃料泄漏(mL/hr)相對于燃料壓力(mbar)而示出了5.00mL/hr的標(biāo)準(zhǔn)的接受數(shù)據(jù)泄漏值。正向泄漏是能夠沿從燃料箱到發(fā)動機(jī)的方向流過該閥組件的燃料量，并且是如果燃料泵和發(fā)動機(jī)之間的燃料管線中斷或切斷時(shí)保持燃料箱中的燃料的閥組件能力的度量。該優(yōu)選的示范的閥組件的性能近似地像傳統(tǒng)的閥組件在150mbar時(shí)一樣。在正向泄漏和反向泄漏兩種試驗(yàn)中，優(yōu)選的示范的閥組件和傳統(tǒng)的閥組件之間的性能差別相信在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是不顯著的，因而是可以忽略的。因此，本專利的公開內(nèi)容提出一種優(yōu)選的示范的止回閥，當(dāng)與傳統(tǒng)的止回閥比較時(shí)，本發(fā)明的止回閥重量相當(dāng)輕、花費(fèi)較小、更能抵抗由汽油、酒精、柴油燃料及其污染物導(dǎo)致的品質(zhì)變壞，而且其性能與傳統(tǒng)的止回閥相等。
雖然此處公開的本發(fā)明的形式構(gòu)成了當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例，但其它形式也是可能的。此處不想提到本發(fā)明的所有可能的等值形式或其衍生方案?？梢岳斫猓颂幨褂玫男g(shù)語僅是描述性的而不產(chǎn)生限制，而且可以進(jìn)行各種變化而并不偏離如下面的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種燃料系統(tǒng)止回閥裝置，包括一個(gè)由聚合物材料制成的提升閥，該閥有一閥桿和一靠近所述閥桿一端的閥頭；以及一個(gè)適合于與所述提升閥的閥頭的相互配合的閥座，所述閥座包括一個(gè)閥座體；以及一個(gè)由所述閥座體支承的閥座密封件，所述閥座密封件由一種適合于密封所述提升閥閥頭的彈性體材料制成。
2.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于還包括一個(gè)其中有一流體通道的閥體，其中所述閥座和所述提升閥至少部分地坐落于所述流體通道內(nèi)，所述閥體還有一個(gè)閥桿導(dǎo)向件，用于引導(dǎo)所述提升閥閥桿。
3.權(quán)利要求2的止回閥裝置，其特征在于，所述閥體是燃料泵組件的出口蓋。
4.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于包括一個(gè)被安置在所述閥桿導(dǎo)向件的一部分和所述提升閥閥頭之間的壓縮彈簧，促使所述提升閥頂靠所述閥座。
5.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于，所述閥座密封件是通過一種共模制工藝和一種外部模制工藝中的至少一種而模制在所述閥座體上的。
6.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于，所述閥座體是用PPS和POM中的至少一種制成的。
7.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于，所述閥座密封件是用氟烴彈性體和丙烯腈彈性體中的至少一種制成的。
8.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于，所述閥座密封件被裝配在所述閥座體上。
9.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于，還包括一個(gè)閥體，其中所述閥座被單獨(dú)地裝配在所述閥體上。
10.權(quán)利要求9的止回閥裝置，其特征在于，所述閥座是壓配合在所述閥體上的。
11.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于還包括一個(gè)包含該提升閥閥座和閥座密封件的燃料泵組件。
12.權(quán)利要求1的止回閥裝置，其特征在于，該閥座被單獨(dú)地裝配在該閥體上。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)用的止回閥，包括一個(gè)有一閥桿和一終止于該閥桿的閥頭的用聚合物制成的提升閥。一個(gè)閥座適合于與該提升閥的閥頭相互配合，該閥座包括一閥座體和一用彈性體制成的閥座密封件，該密封件由該閥座體支承并適合于密封提升閥的閥頭。該止回閥特別適合于與一燃料系統(tǒng)內(nèi)的燃料泵一起使用。
文檔編號F02M37/00GK1854495SQ20061007734
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者C·J·多布爾 申請人:Ti集團(tuán)自動推進(jìn)系統(tǒng)有限責(zé)任公司