用于流體工作機的汽缸組件的制作方法

專利名稱：用于流體工作機的汽缸組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及流體工作機的領域，并且具體地涉及用于流體工作機的汽缸組件及其部件部分的結構，所述流體工作機包括有具有周期性地變化容積的至少一個工作室，其中流體通過所述工作室或每個工作室的凈排量由與高壓歧管和低壓歧管中的每一個相通的至少一個閥逐周期地進行調節，以確定通過所述工作室或每個工作室的流體的凈通過量。
背景技術：
流體工作機包括流體從動機和/或流體驅動機，諸如泵、馬達、以及能夠在不同的運行模式下用作泵或用作馬達的機器。雖然本發明將參照流體為液體的應用進行例示，諸如通常的不可壓縮的液壓流體，但是流體能夠替代地是氣體。當流體工作機作為泵運行時，低壓歧管通常充當凈流體源，而高壓歧管通常充當流體的凈匯流部。當流體工作機作為馬達運行時，高壓歧管通常充當凈流體源，而低壓歧管通常充當流體的凈匯流部。在說明書和所附權利要求書中，術語“高壓歧管”和“低壓歧管”指的是相對于彼此具有較高壓力和較低壓力的歧管。高壓歧管與低壓歧管之間的壓力差，以及高壓歧管和低壓歧管中的壓力絕對值將取決于應用。例如，與被最優化以精確地確定流體的凈排量的泵的情況相比，在被最優化用于大功率泵送應用的泵的情況中的壓差可以是較高的，例如，前一種情況可在高壓歧管與低壓歧管之間具有僅最小的壓差。流體工作機可以具有多于一個的低壓歧管。包括多個具有周期性變化容積的工作室的流體工作機是已知的，其中通過工作室的流體排量由電子可控閥逐周期地并且以與工作室容積的周期相位相關的方式進行調節，以確定通過機器的液體的凈通過量。例如，EP0361927公開了一種通過打開和/或關閉電子可控提升閥以與工作室容積的周期相位相關的方式調節泵的各個工作室與低壓歧管之間的流體連通來控制通過多室泵的凈通過量的方法。結果，各個工作室可由控制器逐周期地進行選擇，以排出預定的固定體積的流體或以進行無流體的凈排量的空閑周期，從而使得泵的凈通過量能夠動態地與需求匹配。EP0494236發展了這一原理并且包括電子可控提升閥，這些電子可控提升閥調節各個工作室與高壓歧管之間的流體連通，從而有助于提供以交替的運行模式用作泵或馬達的流體工作機。EP1537333介紹了部分周期的可能性，允許各個工作室的各個周期排出多個不同的流體容積中的任一個，以便更好地匹配需求。這一類型的流體工作機需要迅速地打開和關閉能夠調節流體從低壓歧管以及在一些實施例中從高壓歧管流入到工作室中以及從工作室流出的電子可控閥。這一類型的流體工作機通常是模塊化的，允許組裝和拆卸各種部件，例如用于磨損零件的維護或更換。此外，對于最頻繁地需要更換或修理的零件或模塊或組件，能夠在基本上不拆卸整個流體工作機的情況下接近它們是有利的。圖1是上述的一般類型的流體工作機200的示意圖，該流體工作機結合了圖示的閥組件202，作為高壓閥，該閥組件202調節液壓流體在高壓歧管204與工作室206之間的流動。該工作室由汽缸208的內部和活塞210限定，該活塞210通過適當的機械連桿214與曲軸212的旋轉機械地相連，并且該活塞在汽缸內往復移動以周期性地改變工作室的容積。低壓閥216調節液壓流體在低壓歧管218與工作室之間的流動。示例的流體工作機包含多個工作室，并且以適當的相位差與同一曲軸的旋轉機械地相連。軸位置和速度傳感器220確定軸的瞬時角位置和轉速，并且將軸位置和速度信號傳輸到控制器222，這使得控制器能夠確定每個單獨的工作室的周期的瞬時相位。控制器通常是在使用中執行所存儲的程序的微處理器或微控制器。低壓閥是電子可致動的，并且高壓閥和低壓閥的打開和/或關閉受控制器的主動控制。示例的流體工作機能夠以交替的運行模式作用為泵或馬達。當作為泵運行時，從低壓歧管接收低壓流體，并且使其通過高壓閥輸出到高壓歧管。軸功率因此被轉換成流體功率。當作為泵運行時，從高壓歧管接收高壓流體，并且使其通過低壓閥輸出到低壓歧管。流體功率因此被轉換成軸功率。控制器以與工作室容積的周期相位相關的方式逐周期地調節低壓閥和高壓閥的打開和關閉，從而確定通過每個工作室的流體排量，以確定通過機器的流體凈通過量。因此，流體工作機根據EP0361927、EP0494236、以及EP1537333中公開的原理運行，EP0361927、EP0494236以及EP1537333的內容通過引用并入本文。已知的用于這一類型機器的汽缸組件具有提升閥，例如高壓面密封閥和低壓面密封閥，諸如位于汽缸的離驅動活塞的凸輪最遠的那一端部處的提升閥。已知的是，對于這些面密封閥中的一個，例如高壓閥(其調節流體在汽缸與高壓歧管之間的流動)是環狀閥。這在一些情況下可以是有利的，這是因為它潛在地允許相對高的流速。然而，位于汽缸的離凸輪較遠的那一端部處的環狀閥占用相當大量的體積，因此限制了汽缸組件能夠達到的緊湊程度。因此，本發明解決提供包括環狀閥的緊湊汽缸組件的技術問題。此外，高磨損速率已知在流體工作機的各種部分處發生，所述各個部分包括與每個工作室相關聯的某些部分；汽缸(由于使用中的活塞運動)、閥以及閥構件。因此，必須給這些部分提供增大的強度和/或硬度以降低磨損率。在已知的流體工作機中，這些部分中的一個或多個被引入到缸體中或是難以接近的。例如，對于“單體”機(諸如，US6, 158,402中示出的內燃機，或US2007/0071614的泵)，缸蓋(或曲柄箱)和缸體被合并成一個鑄件。因此，汽缸或閥座中的一個或多個的磨損(視情況)需要更換整個缸蓋或曲柄箱，這是耗時且昂貴的。即使在可以使某些部分(例如，US2007/0071614的泵的閥構件)能夠相對容易接近和更換的情況下，提供這樣的容易接近也是以空間經濟性為代價的，這使得具有這樣的構造的多缸流體工作機在幾何形狀或最小總體尺寸方面受到限制。替代地，各種部件的拆卸可以是可能的，但是極其耗時。例如，US5, 562，430的液壓制動泵(對于該泵，高壓閥座是子組件的組成部分，低壓閥座和活塞是第二子組件的組成部分，并且其中這些子組件被安裝在主體內)需要對泵元件的大量拆卸，以便接近高壓閥構件或高壓閥座。本發明的汽缸組件和汽缸主體具有與這一類型的流體工作機有關的具體益處，并且克服了上述的已知流體工作機的缺點
發明內容
根據發明的第一方面，提供了一種用于流體工作機的汽缸組件，該汽缸組件包括汽缸主體、具有第一閥構件的第一閥、以及具有第二環狀閥構件的面密封的環狀閥；該主體具有第一端和第二端并且包括汽缸、第一閥座和第二面密封的環狀閥座；該汽缸向第一端開口并且被構造成接納往復式活塞；該第一閥座繞在第一端與第二端之間延伸的汽缸軸線延伸，并且其包括一個或多個第一閥孔隙，該第一閥孔隙或每個第一閥孔隙延伸通過主體并且與汽缸相通并且提供通過主體的流路；該第二環狀閥座包括至少一個環狀密封表面和用于環狀閥的多個孔隙，每個孔隙與一所述密封表面相關聯；其中該第二環狀閥座的孔隙繞所述軸線布置并且與汽缸相通，并且提供通過主體的流路；第一閥座和第一閥構件一起形成第一閥；并且第二環狀閥座和第二環狀閥構件一起形成第二面密封的環狀閥。因此，由于第二環狀閥座的孔隙繞所述軸線布置并且與汽缸連通，并且提通過主體的流路，因而第二面密封的環狀閥被形成為繞汽缸主體，這是緊湊布置。優選地，第二環狀閥構件繞該汽缸延伸。第二環狀閥構件可以是繞汽缸延伸的帶的形式。優選地，該主體是連續的整體結構，其包括該環狀閥密封表面或每個環狀閥密封表面和該第一密封表面或每個第一密封表面以及汽缸。對于連續的整體結構，我們是指如下結構該結構由單塊材料(通常為金屬)制成，并且在各部分之間沒有不連續部，諸如各部分之間的焊接部，或各部分之間的由粘合劑或緊固件(例如，螺栓、螺釘、螺紋連接等)形成的結合部。該汽缸主體可以是汽缸組件的包括其它的材料件或裝置的組成部分，所述材料件或裝置可以(例如，通過一個或多個緊固件或焊接部)被緊固至主體但是其并不形成主體的組成部分。該汽缸關于汽缸軸線軸向對稱。因此，該主體的限定汽缸的那一部分通常也是關于汽缸軸線軸向對稱。在一些實施例中，整個主體是關于汽缸軸線軸向對稱的。流體工作機包括至少一個(并且通常多個)工作室，每個工作室由汽缸中的往復式活塞限定。每個工作室經由高壓閥(諸如，環狀閥)通到高壓歧管并且經由低壓閥(諸如，提升閥)通到低壓歧管。為了給這些部分提供可接受的工作壽命，至少高壓閥座和低壓閥座以及汽缸必須被硬化(對于硬化，我們是指包括或涂有硬質或硬化材料或由硬化材料構成，諸如硬化鋼)。通常，硬化需要使用更昂貴的材料，或一個或多個附加加工步驟。本發明的汽缸主體包括全部的如下部件這些部件需要被硬化且由此可受到單獨的硬化處理，或可由單塊硬化材料加工而成或以其它方式制成。此外，與通過將分離的結構化單元接合(例如，通過焊接或固定在一起)而制成的相當的結構相比，提供單個整體結構可具有更高的總體強度。整體結構能夠更好地抵抗使用期間(例如，從高壓流體)施加的力，這是因為應力不集中在結構化單元之間的接頭或接合處。因此，具有所需強度的汽缸主體可用較少的材料構造且因此可比先前可能的更緊湊，并且這有利于構造更緊湊和更有效的流體工作機。優選地，該汽缸、第一閥座以及環狀閥座是同軸的。因此，在使用中由該主體(例如，從流體壓力)接收的應力被盡可能均勻地分布。還優選地，該主體一般是圓對稱的，并且這些閥座和汽缸優選地是圓對稱的。通常，該第一閥座和該第二環狀閥座具有不同的幾何形狀或尺寸。在流體工作機中，高壓歧管和低壓歧管中的每一歧管與汽缸之間的流體流動必須受到控制，并且高壓歧管與汽缸之間以及低壓歧管與汽缸之間的最佳的閥布置可以不同。例如，第一閥座可以是用于低壓閥的閥座，諸如用于提升閥(即，如下的閥該閥具有單個孔隙和可操作用以密封該孔隙的可移動閥構件-通常具有被設定尺寸以與閥座配合接合的頭部，以及從閥座延伸以引導該閥構件的運動的閥桿)。第一閥座可以是提升閥座(通常包括或更通常地由單個密封表面構成)，其限定延伸通過主體且與汽缸連通的孔隙。在替代實施例中，第一閥座可以是環狀閥座，該環狀閥座包括兩個同中心密封表面和多個位于該兩個密封表面之間的孔隙。該提升(或第一)閥座通常具有比該環狀閥密封表面或每個環狀閥密封表面小的周圍。在一些實施例中，環狀閥座包括具有第一周圍的第一密封表面；以及，具有比第一周圍大的第二周圍的第二密封表面，并且其中用于環狀閥的所述孔隙在第一密封表面與第二密封表面之間。通常，多個孔隙與一所述密封表面相關聯。例如，可能存在第一密封表面和第二密封表面以及在第一密封表面與第二密封表面之間的多個孔隙，每個孔隙因此與每個密封表面相關聯。然而，替代布置是可能的。在一些實施例中，第一密封表面和第二密封表面是軸向隔開的；即第一密封表面和第二密封表面沿著汽缸軸線離第一端或第二端的距離是不同的。在優選實施例中，第一密封表面在第二密封表面與第一端之間，使得環狀閥座面向具有朝著第一端的分量(以及背對汽缸軸線的正交分量)的方向。主體可以是金屬鑄件。主體可以由單塊材料加工而成。例如，主體可以被鑄造并且隨后一個或多個部分(諸如，閥座)被加工。替代地，主體可以由單塊材料加工而成，該單塊材料可以是或可以不是已鑄造好的單塊材料。在一些實施例中，主體由硬化鋼制成。在一些實施例中，主體由鋼以及一個或多個硬化的(即，經受諸如退火、淬火或回火的硬化工藝的)部分制成。此外，在主體被加工的實施例中，主體可以另外被硬化并且通常在加工之后經受一個或多個硬化工藝。替代地，或另外地，主體可以是表面或表殼硬化的(例如，滲碳的或滲氮的)。在一些實施例中，主體的一個或多個表面設有摩擦降低或硬質涂層。例如，汽缸的內表面或多個內表面可以設有低摩擦和/或耐磨涂層(諸如，陶瓷，例如氮化鈦涂層)，并且所述閥座可以設有硬質和/或耐磨涂層(諸如，滲碳化鎢、噴丸硬化、滾光、類金剛石碳、PTFE(例如，Teflon牌PTFE)，或任何其它適當的表面涂層)。在一些實施例中，提升閥孔隙(或每個所述第一閥孔隙)延伸穿過主體并且與汽缸和第二端連通。提升閥孔隙(或每個所述第一閥孔隙)可以延伸通過第二端。在一些實施例中，提升閥孔隙(或每個所述第一閥孔隙)與汽缸和在第二端附近延伸通過主體的流路(或多于一個的流路)相通。例如，在使用中，提升閥孔隙可以與一個或多個與流體工作機的低壓歧管相連的孔隙相通，這些孔隙在第二端附近大體上徑向地延伸通過主體。優選地，提升閥孔隙的最大直徑等于或小于汽缸的最小內徑。因此，提升閥構件可以經由汽缸被引入到第一端，從而形成提升閥。使用中，如此形成的提升閥通常調節流體在低壓歧管與工作室之間的流動，該工作室由汽缸內的往復式活塞限定。使用中，流體工作機可以包括工作室，這些工作室各具有電子可控閥，該電子可控閥用于調節流體在高壓歧管或(更通常地)低壓歧管與工作室之間的流動。因此，在一些實施例中，一所述工作室的提升閥可以是電子可控的，并且汽缸主體適于與一電子可控提升閥構件一起使用。因此，該汽缸主體可以包括繞所述軸線延伸的磁通量橋，該磁通量橋的內徑優選地等于或更優選地小于提升閥孔隙的直徑，使得提升閥構件可以經由汽缸被引入到第一端，從而形成電子可控提升閥。磁通量橋是包括透磁材料的結構，用于將通過激勵線圈而引起的磁通量從汽缸主體傳到提升閥構件(或任何其它電子可控閥的閥構件)。磁通量橋通常包括金屬材料并且可以由與汽缸主體和/或其一部分相同的材料形成。磁通量橋通常限定了供汽缸主體與提升閥構件(或任何其它電子可控閥的閥構件)之間的磁通量經過的徑向路徑，因此提升閥構件沿著汽缸的軸線的移動基本上不改變磁通量橋與提升閥構件之間的間隙。在一些實施例中，主體包括高壓流體接收表面，該表面被構造成用以在使用中與流體工作機的高壓歧管流體連通；該高壓流體接收表面包括面向具有朝著主體的第二端的分量的方向的區域。該高壓流體接收表面可以是主體的外表面。在流體工作機中的汽缸主體的使用中，工作室由汽缸內的往復式活塞限定。在流體工作機的正常運行期間，汽缸主體通常必須承受工作室內的高的流體壓力，并且在一些情況下是極其高的流體壓力。流體壓力因此將向外作用并且朝著第二端的力施加在汽缸主體上，使汽缸主體受到應力作用。在(調節流體在高壓歧管與工作室之間的流動的高壓環狀閥的)環狀閥座面向具有朝著第一端的分量的方向的實施例中，力的朝著第二端的分量通過來自高壓歧管的高壓流體作用在環狀閥構件上且由此作用在環狀閥座上而被進一步增大。本發明的汽缸主體設有高壓流體接收表面，該表面被放置成在使用中與高壓歧管流體連通。由在面向具有朝著第二端的分量的方向的高壓流體接收表面的那一區域上的高壓流體傳到主體的力將具有朝著第一端的分量，該朝著第一端的分量與力的朝著第二端的分量相反，該朝著第二端的分量由作用在環狀閥座上的流體壓力(以及，在運行期間的一些階段中，由工作室內的高壓)產生。因此，作用在該汽缸主體上的凈作用力減少。因此，與先前可能的相比，該主體可以使用較少的材料來構造。較小且更加緊湊的汽缸主體使得能夠實現更小且更加緊湊的流體工作機的構造。此外，在具有一個或多個電控閥的實施例中，構造汽缸組件所需的材料量的減少使得能夠實現改進的電磁效率。通常，該主體的外部包括高壓流體接收表面區(其包括一個或多個高壓流體接收表面)，該高壓流體接收表面區在第一外密封與第二外密封之間延伸，該第一外密封繞主體在環狀閥座與第一端之間延伸，而該第二外密封繞主體在第二端與第一密封件之間(通常，在環狀閥座與第二端之間)延伸。所述外密封在與汽缸軸線垂直的平面上的投影中畫出相應的第一區域和第二區域，其中該第一區域和第二區域近似相等，例如彼此之間相差在5%內。通常，在所述外密封的中間，高壓流體接收表面區在與汽缸軸線垂直的平面上的投影中具有區域的最小值或最大值，該區域不同于(并且優選地小于)第一區域和第二區域。
優選地，第二環狀閥座在第一外密封與第二外密封之間。當主體(通常，作為汽缸組件的組成部分)被安裝在流體工作機中時，所述外密封與流體工作機相接合(可選地是經由密封構件)，從而限制該主體的高壓流體接收表面區(通常是主體的外部的)，該高壓流體接收表面區在使用中與高壓歧管流體連通。這些密封可以例如包括凹槽或突脊，例如彈性材料的周邊突脊。在使用中，汽缸主體受到在第一端和第二端的方向上平行于汽缸軸線的力的分量，這是由于在所述外密封之間的(主體的，且通常是主體的外部的)高壓流體接收表面區接觸高壓流體而產生的。當第一區域和第二區域近似相等時，由于在第一端的方向上平行于汽缸軸線作用在高壓流體接收表面區上的流體壓力而產生的力的分量必然近似等于當在使用中關閉環狀閥時在第二端的方向上平行于汽缸軸線的力的分量。因此，作用在汽缸主體上的凈作用力減小，并且汽缸主體可以使用較少的材料制造，和/或小于先前可能的汽缸主體，并且也可以更容易地被保持在流體工作機內(因為，存在的作用以迫使汽缸組件從流體工作分離的凈作用力更低)。第一區域可以比第二區域稍小(例如，小1_5%)，以有利于將主體插入到流體工作機中的孔隙中。通常，第一外密封具有繞汽缸軸線延伸的第一外周圍尺寸，并且第二外密封具有繞汽缸軸線延伸的第二周圍尺寸(第一和第二外密封通常具有相同的形狀并且通常是圓形的并且具有各自的第一和第二外周圍)，其中第一和第二周圍尺寸近似相等。通常，高壓流體接收表面區具有介于第二外密封的中間的周圍尺寸的最小值，其不同于(并且優選地小于)第一和第二周圍尺寸。第一外周圍尺寸可以比第二外周圍尺寸稍小(例如，小1-2.5%)。根據本發明的第二方面，提供了包括根據第一方面的汽缸主體、第一閥構件(通常，提升閥構件)和第二環狀閥構件的汽缸組件；第一閥座和第一閥構件一起形成第一閥(通常，提升閥)；并且第二環狀閥座和第二環狀閥構件一起形成面密封的環狀閥。在具有提升閥的一些實施例中，提升閥構件相對于主體是軸向可移動的且具有環狀座接合表面，該環狀座接合表面用于在使用中通過提升閥構件朝著主體的第二端的軸向運動而與提升閥座密封接合。在一些實施例中，環狀閥構件被繞主體的一部分保持，所述部分用作圓筒形引導，以限制環狀閥構件相對于主體的徑向運動。相應地，環狀閥構件相對于主體是軸向可移動的，并且具有至少一個座接合表面，該至少一個座接合表面用于在使用中通過環狀閥構件朝著第二端的軸向運動而與相對應的環狀密封表面密封接合。在一些實施例中，環狀閥包括第三閥構件(例如，滾珠軸承，其可設有諸如螺旋彈簧的彈性偏壓裝置)，該第三閥構件與每個所述孔隙相關聯并且操作連接到環狀閥構件，每個所述第三閥構件均包括座接合表面。優選地，汽缸的外表面是用于環狀閥構件的圓筒形引導。在一些實施例中，汽缸組件包括繞主體被固定在環狀閥座與第一端之間的卡環，該卡環包括用以繞汽缸主體保持環狀閥構件的端部止擋。第一閥可以是電子可控的閥。在一些實施例中，具有提升閥，該提升閥可以是電子可控提升閥。因此，汽缸組件或提升閥(或第一閥)可以進一步包括螺線管。
在一些實施例中，汽缸組件包括磁通量橋(flux bridge),該磁通量橋被固定至汽缸主體，處在提升閥孔隙與主體的第二端之間，且該磁通量橋具有等于或小于提升閥孔隙的直徑的內徑。在一些實施例中，汽缸主體包括處在提升閥孔隙與主體的第二端之間的磁通量橋，該磁通量橋具有等于或小于提升閥孔隙的直徑的內徑。因此，提升閥可以通過將提升閥構件從主體的第一端通過汽缸引入來組裝。在一些實施例中，汽缸組件具有高壓流體接收表面，該高壓流體接收表面被構造成用以在使用中與流體工作機的高壓歧管流體連通；該高壓流體接收表面包括面向具有朝著第二端的分量的方向的區域。汽缸組件可以包括多于一個的高壓流體接收表面。在流體工作機中的汽缸組件的使用中，在流體工作機的正常運行期間，汽缸組件必須通常承受工作室內的高的流體壓力，并且在一些情況下是極其高的流體壓力。流體壓力因此在汽缸組件上施加向外作用的且朝著汽缸組件的第二端的力，使汽缸主體和汽缸組件的其它部分處于應力下。該力的朝著汽缸組件的第二端的分量通過來自高壓歧管的高壓流體作用在環狀閥構件上以及因此作用在環狀閥座上而被進一步增大。本發明的汽缸組件設有高壓流體接收表面(或表面區，其包括一個或多個這樣的表面)，該表面被放置成在使用中與高壓歧管流體連通。由在面向具有朝著第二端的分量的方向的高壓流體接收表面的區域(或表面區)上的高壓流體傳到汽缸組件的力將具有朝著第一端的分量，該朝著第一端的分量與力的朝著第二端的分量相反，該朝著第二端的分量由于流體壓力壓在環狀閥座上而導致(以及，在運行期間的一些階段中，由于工作室內的高壓而導致)。因此，作用在該汽缸組件上的凈作用力減少。因此，與先前可能的相比，該汽缸組件可以使用較少的材料來構造。較小且更緊湊的汽缸組件使得能夠實現更小且更加緊湊的流體工作機的構造。此外，在具有一個或多個電控閥的實施例中，構造該汽缸組件所需的材料量的減少使得能夠實現改進的電磁效率。在一些實施例中，該汽缸組件包括卡環，該卡環被繞主體固定在環狀閥座與第一端之間，并且該卡環可以包括所述高壓流體接收表面(或視情況包括多于一個的所述表面，或所有的所述表面)。該卡環的外表面(或一個或多個外表面)可以用作該高壓流體接收表面(或每個所述)高壓流體接收表面。具有限定高壓流體接收表面的卡環可以更容易地進行組裝，具體地是具有包括環狀閥構件的環狀高壓閥的實施例。這樣的汽缸組件的汽缸主體不必具有朝著第一端距汽缸軸線的距離增大(從而用作高壓流體接收表面)的外表面。例如，環狀閥構件可以被安裝在汽缸主體的第一端上，并且限定高壓流體接收表面的較寬的卡環可然后被繞主體進行組裝。通常，該組件的外部包括高壓流體接收表面區(包括一個或多個高壓流體接收表面)，該高壓流體接收表面區在第一外密封與第二外密封之間延伸，該第一外密封繞組件在環狀閥座與第一端之間延伸，該第二外密封繞組件在環狀閥座與第二密封之間延伸。所述外密封在與汽缸軸線垂直的平面上的投影中畫出相應的第一區域和第二區域，其中該第一區域和第二區域近似相等。通常，在所述外密封之間，高壓流體接收表面區具有在與汽缸軸線垂直的平面上的投影中的區域的最小值或最大值，該區域不同于(并且優選地小于)第一區域和第二區域。優選地，第二環狀閥在第一外密封與第二外密封之間。
當該組件(通常，作為汽缸組件的組成部分)被安裝在流體工作機中時，所述外密封與流體工作機相接合，可選地是經由密封構件，從而限制該組件的外部的高壓流體接收表面區，該高壓流體接收表面區在使用中與高壓歧管流體連通。在使用中，汽缸組件受到在第一端和第二端的方向上平行于汽缸軸線的力的分量，這些分量由于高壓流體與高壓流體接收區相接觸而導致。當第一區域和第二區域近似相等時，由于在第一端的方向上平行于汽缸軸線作用在高壓流體接收表面區上的流體壓力而導致的力的分量必然近似等于當在使用中關閉環狀閥時在第二端的方向上平行于汽缸軸線的力的分量。因此，作用在汽缸組件上的凈作用力減小，并且該組件可以使用較少的材料制造，和/或小于先前可能的組件，并且也可以更容易地被保持在流體工作機內。第一區域可以比第二區域稍小(例如，小1_5%)，以有利于將主體插入到流體工作機中的孔隙中。通常，第一外密封具有繞汽缸軸線延伸的第一外周圍尺寸，并且第二外密封具有繞汽缸軸線延伸的第二周圍尺寸(第一和第二外密封通常具有相同的形狀并且通常是圓形的并且具有各自的第一和第二外周圍)，其中第一和第二周圍尺寸近似相等。通常，高壓流體接收區具有介于第二外密封 的中間的周圍尺寸的最小值，其不同于(并且優選地小于)第一和第二周圍尺寸。第一外周圍尺寸可以比第二外周圍尺寸稍小(例如，小1-2.5%)。根據本發明的第三方面，提供了構造根據第二方面的汽缸組件的方法，該方法包括從根據第一方面的汽缸主體的第一端引入提升閥構件(并且其中第一閥座是提升閥座)，并且朝著第二端引入到汽缸中。該方法可以包括將環狀閥構件從第一端引入到汽缸主體的一部分上。該方法可以進一步包括將環狀閥構件從第一端引入到汽缸主體的一部分上并且將環狀卡環繞主體固定在環狀閥座與第一端之間，該卡環包括用以繞汽缸主體保持環狀閥構件的端部止擋。在一些實施例中，該方法包括將流動引導或閥移動引導從汽缸主體的第一端引入并朝著弟~■端引入到汽缸中。當在流體工作機的使用中時，流體在某些時間必須迅速地被從工作室泵送通過提升閥。通常，流體在提升閥構件與提升閥座之間的間隙中流動得最快，引起與提升閥構件和提升閥座之間的壓降相關的動能，該力起到使閥閉合的作用。流體切變和阻力效應也起到抵抗流體的流動使提升閥關閉的作用，如例如在國際專利申請號PCT/GB2009/051762中描述的。流動引導通常包括位于閥構件的上游的障礙物，該障礙物用以降低由于流體的流動使閥構件朝閥座推進而產生的一個或多個力，這些力否則將作用在閥構件上。閥移動引導(其在一些實施例中還用作或包括流動引導)被定位在工作室與提升閥構件之間，以限制提升閥構件離開汽缸軸線的運動。例如，移動引導可以包括如下構造該構造能夠與從提升閥構件延伸的銷釘(peg)滑動接合，且具有從中延伸通過的軸向孔隙。移動引導有利于快速打開和關閉提升閥，而無由于閥構件離開汽缸軸線的移動而導致的不利效果(諸如，過度磨損)。在一些實施例中，該方法包括鑄造單塊金屬。在一些實施例中，該方法包括由單塊金屬(其可以是鑄件)制造下列中的一個或多個汽缸、提升閥座、環狀閥座、提升閥孔隙、用于環狀閥的孔隙、所述至少一個環狀密封表面。
該方法可以包括使所述金屬塊通過下列中的一個或多個工藝硬化淬火、回火、酸處理。根據本發明的第四方面，提供了流體工作機，該流體工作機包括高壓歧管和低壓歧管以及汽缸組件，該組件包括根據第一方面的主體、第一閥構件和第二環狀閥構件；第二環狀閥座和環狀閥構件一起形成面密封的環狀閥，該面密封的環狀閥調節流體從高壓歧管到汽缸的流動，第一閥座和第一閥構件一起形成第一閥(通常，提升閥座和提升閥構件形成提升閥)，該第一閥調節流體在汽缸與低壓歧管之間的流動；并且往復式活塞被接納在由該主體限定的汽缸內；其特征在于，該主體是連續的整體結構，其包括第一閥座、該環狀閥密封表面或每個環狀閥密封表面和汽缸。該流體工作機可以包括多個汽缸組件以及被接納在每個所述汽缸內的往復式活塞。該提升閥或每個所述提升閥(或第一閥，看情況)可以是電子致動的閥。該第二環狀閥或每個所述第二環狀閥可以是電子致動的閥。本發明還擴展到如下流體工作機該流體工作機包括高壓歧管和低壓歧管以及至少一個根據第二方面的汽缸組件，其中往復式活塞被接納在每個所述汽缸中；并且其中每個所述面密封的環狀閥調節流體從高壓歧管到相應的汽缸的流動，并且每個所述提升閥(或第一閥，視情況)調節流體在相應的汽缸與低壓歧管之間的流動。通常，該流體工作機的每個所述活塞能夠操作用以在各自的汽缸內沿著從各自的汽缸主體的第一端延伸到第二端的活塞軸線進行往復運動，并且其中該流體工作機包括第一保持裝置，該第一保持裝置在第一端與第二端的中間(最優選地是靠近第一端)與每個所述汽缸組件相接合，以抵抗離開活塞軸線作用的(來自活塞和/或工作室內的流體壓力的)力。替代地，或另外地，該流體工作機可以包括第二保持裝置，該第二保持裝置在第二端或靠近第二端處與每個所述汽缸組件相接合，以抵抗沿著活塞軸線(沿著從第一端到第二端的方向)作用的(來自活塞和/或工作室內的流體壓力的)力。優選地，第二保持裝置比第一保持裝置更靠近第二端。因此，軸向力使每個所述汽缸組件(抵靠第二保持裝置)處于壓縮狀態下，并且因此與在流體工作機中僅在第一端處被保持或被保持成通過軸向力作用而處于張緊狀態的組件相比，每個所述汽缸組件可抵抗較大的力。通常，更加成本有效的是，由第二端處的第二保持裝置將流體工作機中的組件保持為抵抗軸向力，并且將流體工作機中的該組件在第一端附近保持為抵抗離開活塞軸線作用的力(其在一些實施例中是徑向力)。將第二保持裝置布置在第二端處或之附近使得該第二保持裝置較容易接合或脫離接合，從而有利于插入汽缸組件或從流體工作機卸下汽缸組件。將第一保持裝置布置成介于第一端與第二端的中間(尤其是靠近第一端)為離開汽缸軸線作用的力(由工作室中的流體壓力引起，并且在一些實施例中，由在工作室的起作用周期期間工作室中的活塞的傾斜引起，導致來自工作室內的作用在汽缸組件上的凈邊緣負載)提供了到流體工作機的更加直接的傳送。在第二端處離開汽缸軸線的負載(對于具有繞中央旋轉曲軸或凸輪布置的工作室的流體工作機，負載通常是徑向的)到流體工作機(并且通常是汽缸體，或流體工作機的主體)的傳送將致使汽缸主體變形，因此潛在地影響環狀閥構件或提升閥構件的密封能力。在一些實施例中，流體工作機包括凸輪，該凸輪能夠操作用以相對于該汽缸或每個所述汽缸旋轉，并且該活塞或每個所述活塞包括凸輪接合元件，該凸輪接合元件用以將該活塞或每個所述活塞的往復運動與凸輪的相對于該汽缸或每個所述汽缸的旋轉相關聯。每個所述活塞軸線可以沿著或基本上沿著從凸輪的旋轉軸線延伸的半徑對齊。因此，第一保持裝置可以抵抗繞該凸輪的旋轉軸線作用的力(并且因此防止該汽缸組件或每個汽缸組件的運動)。第二保持裝置可以抵抗離開該凸輪的旋轉軸線作用的力(并且因此防止該汽缸組件或每個所述汽缸組件離開該凸輪的運動)。在多個工作室繞中央凸輪布置的實施例中，第二保持裝置被定位成離凸輪的軸線比第一保持裝置離凸輪的軸線遠，其中在汽缸組件之間存在更多空間。第一保持裝置可以包括孔(諸如，圓柱形孔)，其延伸到流體工作機的一部分中，汽缸組件的主體的至少第一端能夠緊密地插入到該孔中；和/或如下構造(諸如，圓筒形構造)，其在汽缸組件的主體的第一端處，能夠緊密地插入到流體工作機的一部分中。第一保持裝置可以包括螺紋或錐形鎖，或其它構造，以抵抗沿著活塞軸線的力將汽缸組件保持在流體工作機中。優選地，第一保持裝置不在第二端附近保持汽缸組件。可能的是，第一保持裝置在第一端附近或僅在第一端附近保持汽缸組件(例如，與汽缸組件配合接合)。第二保持裝置可以包括保持緊固件，或優選地包括多個保持緊固件，其被布置成抵抗沿著活塞軸線朝著汽缸組件的第二端作用的力將汽缸組件保持在流體工作機中。在一些實施例中，第二保持裝置不是力鎖合地(即，通過摩擦以外的手段)抵抗離開活塞軸線作用的力來保持汽缸組件。優選地，保持緊固件是螺釘或螺栓。第一、第二或第四方面中的任一方面的優選的以及可選的特征對應于本發明的第一、第二或第四方面中的任何其它方面的優選的以及可選的特征。根據本發明的第五方面，提供了用于流體工作機的汽缸組件，該汽缸組件具有第一端和第二端并且包括限定汽缸的汽缸主體，該汽缸具有汽缸軸線并且向汽缸主體的第一端開口 ；該汽缸組件包括高壓閥，其用于調節流體在流體工作機的汽缸與高壓歧管之間的流動；以及低壓閥，其用于調節流體在流體工作機的汽缸與低壓歧管之間的流動；該高壓閥包括高壓閥座，其面向具有朝著第一端的分量的方向；以及可移動高壓閥構件，其在使用中能夠操作用以密封地接合該高壓閥座并且限制流體流動經過該高壓閥且流動到汽缸中；并且該汽缸組件具有高壓流體接收表面(其被構造成在使用中與流體工作機的高壓歧管流體連通);其特征在于，該高壓流體接收表面包括面向具有朝著該第二端的分量的方向的區域。本發明還擴展至包括第五方面的汽缸組件的流體工作機。在流體工作機中的汽缸組件的使用中，工作室由汽缸內的往復式活塞限定。在流體工作機的正常運行期間，汽缸組件必須通常承受工作室內的高的流體壓力，并且在一些情況下是極其高的流體壓力。流體壓力因此在汽缸組件上施加向外作用的且朝著汽缸組件的第二端的力，使汽缸主體和組件的其它部分處于應力下。這些力的朝著汽缸組件的第二端的分量通過來自高壓歧管的高壓流體作用在高壓閥構件上以及因此作用在高壓閥座上而被進一步增大。本發明的汽缸組件設有高壓流體接收表面(或在一些實施例中設有多個高壓流體接收表面)，該表面放置成在使用中與高壓歧管流體連通。優選地，高壓流體接收表面與高壓歧管永久性流體連通。由在面向具有朝著第二端的分量的方向的高壓流體接收表面的區域上的高壓流體傳到汽缸組件的力將具有朝著第一端的分量，該朝著第一端的分量與力的朝著第二端的分量相反，該朝著第二端的分量由于流體壓力作用在高壓閥座上而導致(以及，在運行期間的一些階段中，由于工作室內的高壓而導致)。因此，作用在該汽缸組件上的凈作用力降低。優選地，高壓流體接收表面被設定尺寸，使得由高壓歧管中的流體沿第一方向作用并且施加到該高壓流體接收表面的力基本上類似于由高壓歧管中的流體沿第二方向作用并且施加到汽缸主體和高壓閥的與高壓歧管永久性流體連通的那些部分的力(對于基本上類似，我們是指小于近似10%的差，或在一些實施例中，小于近似5%的差)。與先前可能的相比，該汽缸組件可以使用較少的材料來構造。較小且更加緊湊的汽缸組件使得能夠實現更小且更加緊湊的流體工作機的構造。此外，在具有一個或多個電控閥的實施例中，構造該汽缸組件所需的材料量的減少使得能夠實現改進的電磁效率。在一些實施例中，該高壓流體接收表面是汽缸組件的外表面。通常，該高壓流體接收表面與汽缸軸線之間的距離朝著第一端增大。優選地，該高壓閥是環狀閥，該環狀閥包括環狀閥座和繞汽缸主體以可滑動的方式保持的環狀閥構件，該環狀閥座包括至少一個密封表面和多個與汽缸連通并且提供通過主體的流路的孔隙，這些孔隙繞在第一端與第二端之間的延伸的軸線布置并且每個所述孔隙與一所述密封表面相關聯。在一些實施例中，該高壓閥是包括至少一個環狀密封表面的面密封的環狀閥，并且環狀閥構件包括至少一個相對應的環狀座接合表面。在一些實施例中，該高壓閥包括第三閥構件(例如，滾珠軸承，其可以設有諸如螺旋彈簧的彈性偏壓裝置)，該第三閥構件與每個所述孔隙相關聯并且操作連接到環狀閥構件，每個所述第三閥構件包括座接合表面。在一些實施例中，高壓流體接收表面是主體的外表面。在一些實施例中，汽缸組件包括卡環，該卡環具有與汽缸主體的位于汽缸主體的第一端與第二端之間的卡環接合部配合接合的主體接合部,該卡環限定高壓流體接收表面的至少一部分。具有限定高壓流體接收表面的卡環的汽缸組件可以更容易地進行組裝，具體地是具有包括環狀閥構件的環狀高壓閥的實施例。這樣的汽缸組件的汽缸主體不必具有一個或多個離汽缸軸線的距離朝著第一端增大的外表面。例如，環狀閥構件可以被安裝在汽缸主體的第一端上，并且限定高壓流體接收表面的較寬的卡環可以然后被繞主體進行組裝。在一些實施例中，該卡環可以朝第一端延伸超過主體接合部并且與汽缸主體隔開。卡環與汽缸主體之間的空間可以朝著第一端增大。在一些實施例中，卡環與汽缸主體之間的空間與高壓流體接收表面、即朝著第二端流體連通。在一些實施例中，該主體接合部可以在主體的一部分上延伸，該部分從環狀閥座朝著第一端延伸(或延伸到第一端)(其中，卡環不與主體隔開)。因此，在卡環接合部處，該高壓流體接收表面上的力被傳至汽缸主體。此外，朝著汽缸軸線的力的分量在卡環與汽缸主體隔開的那一部分中由卡環接受，其中該分量否則將會作用而使汽缸的內部尺寸變形，并且使汽缸內的往復式活塞卡住或收縮(pinch)。因此，該汽缸主體的限定汽缸并且與卡環隔開的那一部分不必被構造成具有充分的強度以抵抗這樣的變形，從而使得與先前可能的相比，能夠使用較少的材料并且汽缸組件更加緊湊。優選地，在該汽缸主體的限定汽缸的區域與汽缸主體的卡環接合部之間不存在重疊。因此，在使用中，由該高壓流體接收表面受到的力的朝著汽缸軸線的分量不被傳至供往復式活塞在其中操作的汽缸主體的任何部分。汽缸主體的除汽缸(并且優選地還有高壓閥和低壓閥)以外的部分的變形不會削弱汽缸組件的功能，并且因此汽缸主體的限定汽缸的那一部分與卡環接合部的分離使得與先前可能的相比，能夠以較少的材料和質量實現更小且更加緊湊的汽缸組件的構造。優選地，高壓流體接收表面位于汽缸組件的第一端與高壓閥之間。在一些實施例中，環狀閥座從第一周圍尺寸延伸至大于該第一周圍尺寸的第二周圍尺寸，所述孔隙位于這之間。該第一周圍尺寸和該第二周圍尺寸可以是軸向地隔開的。優選地，環狀閥包括具有第一周圍尺寸的第一環狀密封表面以及具有大于該第一周圍尺寸的第二周圍尺寸的第二環狀密封表面，所述孔隙位于這之間。因此，當環狀閥被關閉時，由流體壓力碰撞在環狀閥構件上引起的力被傳至汽缸主體，這些力包括朝著第二端和朝汽缸軸線指向的分量。因此，在使用中，當工作室內的流體壓力是高的時，被傳至汽缸組件的、與朝著第二端和離開汽缸軸線的分量的合力被抵消，并且由汽缸組件受到的凈作用力減小。優選地，汽缸組件包括環狀高壓流體接收表面，該環狀高壓流體接收表面具有基本上等于第一周圍尺寸的最小周圍尺寸以及基本上等于第二周圍尺寸的最大周圍尺寸。因此，由高壓流體朝著第二端作用在高壓閥上而產生的力基本上等于由高壓流體朝著第一端作用在環狀高壓流體接收表面上而產生的力。汽缸組件可以包括多于一個的具有面向具有朝著第二端的分量的方向的區域的高壓流體接收表面。第一至第五方面中的任一方面的優選的且可選的特征對應于本發明的第一至第五方面中的任何其它方面的優選的且可選的特征。


現在將參照下列圖來圖示本發明的示例實施例，其中[圖1]圖1是流體工作機的示意圖；[圖2]圖2是汽缸組件的截面圖；[圖3]圖3是流體工作機的缸體的一部分的截面圖；并且[圖4]圖4是下高壓密封和上高壓密封的外周在平面B-B上的投影。
具體實施例方式圖2示出用于與圖1中所示的一般類型的流體工作機一起使用的汽缸組件1，該汽缸組件I包括主體2。該主體一般是繞汽缸軸線A圓柱形對稱的，并且包括向主體的第一端3開口的汽缸5、環狀閥座7(其用作第二閥座并且限定繞主體排列并且延伸通過該主體的多個孔隙8)以及提升閥座9，該提升閥座9用作第一閥座并且限定提升閥孔隙10 (其用作第一閥孔隙并且在汽缸與延伸通過主體的上部的徑向通路21之間提供流路)。主體在與第一端3相對的端處具有第二端4。該汽缸主體由單塊材料鑄造或鍛造而成，并且隨后加工出閥座、汽缸和密封。主體的一些部分(即，主體的限定汽缸的那一部分和閥座)或可選地是主體全部然后受到硬化處理，諸如回火和淬火處理。在替代實施例中，該主體被加工(例如，從諸如硬化鋼的單塊硬化材料CNC加工)。可選地，硬化和/或低摩擦涂層可被涂敷于汽缸的內表面和閥座。由于該主體具有整體構造，并且包括需要硬化處理或涂層、或必須由硬化材料構成的所有部分和表面，因而與先前可能的相比，汽缸主體可以被更加經濟地構造，因為較少的部分必須如此被處理。此外，由于沒有接頭或焊接部，與先前可能的相比，該主體更堅固(并且因此可用較少材料而構造出來以抵抗給定的力)。用作第二環狀閥構件的環狀閥構件11繞主體被保持在環狀閥座與卡環13的端部止擋12之間。該環狀閥座和該環狀閥構件一起形成環狀閥，其在閉合位置(其中環狀閥構件抵靠環狀閥座，如圖所示)中被螺旋彈簧15偏壓，該螺旋彈簧15在環狀閥構件的下面17與卡環的相對的上面19之間延伸。在使用中，在來自汽缸內的流體壓力超過圍繞環狀閥構件的壓力的力的作用下，該環狀閥構件可操作用以軸向移動，從而抵靠端部止擋，以使環狀閥打開，使得流體能夠在汽缸5與圍繞環狀閥構件11 (其與高壓歧管連通，如下文參照圖3所述)的區域之間流動。在圖2中所示的關閉位置中，環狀閥構件抵靠著主體的限定汽缸的一部分的外表面的一部分形成外密封7a和內密封7b。該內密封和該外密封被軸向地隔開,使得環狀閥座一般是截頭圓錐形并且面向離開汽缸軸線的方向并且朝著汽缸主體的第一端(如圖中觀察到的下端)傾斜。內密封的周圍等于主體的限定汽缸的那一部分的周圍(以及因此端部止擋12的最小周圍)，并且外密封的周圍近似等于卡環的上面19的外周圍。卡環由保持環14保持到位。在替代實施例中，卡環離開主體朝著第一端(和保持環)漸縮，使得施加到卡環的外側的力不被傳至主體的至少限定汽缸的一部分并且導致汽缸主體變形，例如，在主體的限定汽缸的那一部分中(否則這可能導致活塞的“收縮(pinching)”或卡住(trapping))。對于卡環的深度的一部分或全部,卡環可設有與汽缸的過盈配合。更通常，為便于卡環、環狀高壓閥和彈簧在缸體內的安裝以及卸下，卡環和汽缸主體是配合接合的。該組件進一步包括提升閥構件，該提升閥構件連同提升閥座和提升閥孔隙一起形成用于控制流體在徑向通路21 (以及因此低壓歧管)與汽缸5之間的流動的提升閥。提升閥構件可操作用以沿著軸線A移動，使得提升閥可以在打開位置(如所示出的)與關閉位置之間移動，在該關閉位置中，密封表面23 (位于提升閥構件的頭部24的上面上的環狀區)與提升閥座相接觸。提升閥構件在其下端處設有銷釘25，該銷釘25能夠與下引導結構29中的中央孔隙27滑動接合。下引導結構包括延伸至汽缸的內壁的徑向支柱30并且由徑向支柱30保持到位，并且其在使用中用于限制所述銷釘離開汽缸軸線的移動和形成局部障礙物以保護提升閥不受汽缸與低壓歧管之間的流體流動的影響或將該流體流動與提升閥隔離開，否則該流體流動將作用而促使提升閥關閉。在上端處，提升閥構件設有電樞32，其包括在電樞的上面和下面之間延伸的通路34，從而使徑向通路21與線圈空間38 (其由頂板101密封，形成用于線圈39的空間，如圖3中所示和下文所述)流體連通。電樞的外面與上引導結構36的內側面35可滑動地接合。下高壓密封40 (用作第一外密封)繞設置在卡環中的通道延伸，并且上高壓密封42 (用作第二外密封)在環狀閥座上方繞設置在主體中的類似的通道延伸。在使用中，汽缸組件的介于上高壓密封與下高壓密封的中間的區域與流體工作機的高壓歧管204連通，并且這些密封防止高壓流體涌出該區域。第一低壓密封43a繞設置在主體的徑向通路21上方的通道延伸，徑向通路21與流體工作機的低壓歧管218流體連通。密封40、42、43a具有彼此類似的直徑，然而密封43a的直徑略大于密封42，并且密封42的直徑略大于密封40，從而有利于將汽缸組件插入到流體工作機中。在示出的實施例中，提升閥適于為電子可控的閥(借助于螺線管線圈39和電子控制器(未示出))。上引導結構36的內側面35的直徑被設定尺寸成用以在提升閥構件的上端處可滑動地接收電樞。提升閥構件的頭部的最大直徑部也小于汽缸的內徑，因此提升閥構件在安裝期間可以通過汽缸的開口(第一)端引入，并且隨后由下引導結構保持到位。上引導結構還充當磁通量橋37，該磁通量橋37用于將由激勵占據線圈空間38的線圈39而引起的磁通量從主體3傳至電樞。主體的限定汽缸的那一部分的外表面是圓筒形的并且在環狀閥座與第一端之間的汽缸主體的長度上具有恒定直徑。因此，環狀閥構件可以繞主體從汽缸的開口端引入，并且卡環(連同螺旋彈簧一起)隨后被引入到主體上，從而限制環狀閥構件的軸向運動的范圍，并且由保持環將卡環繞主體保持到位。因此，通過將所有的部分從一端固定至主體，汽缸組件可以迅速且經濟地被組裝起來。(與已知裝置相比，所述已知裝置被制成若干部分，這些部分必須被連接在一起，以便(例如)能夠安裝閥構件)，允許從一端安裝的汽缸主體的幾何形狀和構造還使得汽缸主體能夠是單個整體構造。汽缸組件還能夠容易地被拆卸，以便獨立地更換環狀閥和提升閥的磨損零件。相比較而言，為維護已知裝置，在不知哪一個發生故障的情況下，為接近這些閥中的一個或另一個或更換它們，可能必需拆卸兩個閥和/或主體。圖3示出了安裝在上述類型的流體工作機的缸體100 (的一部分)中的汽缸組件。汽缸組件被配合接納在缸體中的凹部內，從而抵抗因活塞的向上運動而產生的側向力(B卩，離開汽缸軸線)。因此，該凹部用作第一保持裝置，用以抵抗離開活塞軸線作用的力。 汽缸組件在其上端處由頂板101保持，該頂板101由螺釘140固定到汽缸主體。因此，在使用中，由頂板(用作第二保持裝置)抵抗向上(如圖中所示的朝向)作用的并且因工作室內的高壓流體產生的力，并且因此使得汽缸主體處于壓縮下。與具有設置于組件的側面的保持裝置(用于汽缸組件的一些或所有部分)的已知流體工作機的部件相比，在上端處被保持的汽缸組件能更好地抵抗因工作室中的高壓產生的力。這樣的裝置必須抵抗工作室中的、使得組件的至少上部處于張緊狀態的高壓，并且因此必須使用比本發明的汽缸組件所必需的更多的材料來構造，并且其生產會更加昂貴。此外，在包括多個從中央旋轉凸輪徑向延伸的工作室的流體工作機中，與保持裝置被設置到組件的側面并且因此較靠近凸輪的情況相比，定位在組件的上(或外)端處的保持裝置使得能夠將相鄰的汽缸組件更靠近地放置在一起。在卸下頂板之后，汽缸組件可以作為單個單元被迅速且經濟地放入到汽缸體中以及被從汽缸體提起，以便維護或更換。如上文所提及的，線圈空間38由頂板101和主體3限定。截頭圓錐形的磁極41也延伸到線圈空間中，并且與電樞32 —起在它們之間限定磁通量間隙44。一旦激活線圈39，則磁通量循環通過主體，同時在徑向上通過上引導結構36離開進入到電樞中，穿過磁通量間隙進入磁極，并且穿過頂板重新進入主體。結果，電樞跨過磁通量間隙被吸引到磁極，而閥被關閉。在其它實施例中，提供了電磁閂鎖以將閥保持在打開位置或關閉位置，這樣的閂鎖被螺線管勝過或廢除。彈簧45或一些其它彈性構件被設置在頂板與電樞之間，用以朝著第一端推進電樞，直至它抵靠引導結構29，即到達打開位置。第一和第二線圈密封43b和43c分別位于線圈與頂板以及線圈與主體之間，以防止流體從流體工作機漏出。當提升閥(其是電子可控的并且因此可以非常迅速地被致動)被打開和關閉時，流體通過電樞32中的通道34沖入到磁通量間隙中和從磁通量間隙沖出。因此產生的流體阻力通常遠小于由線圈施加到提升閥構件的磁性力，使得閥仍可被迅速地致動。然而，為了關閉提升閥，可以使螺線管不激活，或在閥構件接觸提升閥座之前部分地減小螺線管中的電流，以降低閥構件對閥座的峰值沖擊力。徑向通道21與低壓歧管118流體連通(使得，當提升閥如所示出的處于打開構造時，由往復式活塞Iio和汽缸限定的工作室106經提升閥孔隙10與低壓歧管流體連通)，并且環狀閥孔隙8與工作室和高壓歧管104流體連通(當環狀閥構件處于打開構造時)。高壓歧管和低壓歧管通常包括環狀廊道，這些環狀廊道圍繞閥體并且與它們各自的孔隙相通，并且通常延伸到多個其它的閥。在使用中，當環狀閥被關閉(如所示出的)并且工作室中的流體壓力低于高壓歧管的壓力時，作用在環狀閥構件上的流體壓力向主體傳遞力，該力具有朝著汽缸軸線作用的徑向分量和向上(即，離開凸輪112、朝著第二端)的軸向分量。卡環的端部止擋12和上面19也暴露于高壓流體，并且流體壓力向下(圖中所示的汽缸組件的朝向)并且朝著凸輪向主體傳輸力的軸向分量。因此，卡環的端部止擋和上面充當高壓流體接收表面。如上文所提及的，下高壓密封40和上高壓密封42的周圍近似相等。圖2圖示出垂直于汽缸軸線的平面B-B。圖4圖示出由下高壓密封和上高壓密封形成的密封的投影40’、42’以及在平面B-B上的投影中由下高壓密封和上高壓密封畫出的區域46、47 (分別用作第一區域和第二區域)。區域46是圓40’的區域并且區域47是圓42’的區域。可以看到的是，這些區域近似相等，但是下高壓密封在平面B-B上的投影中形成的區域稍小于由上高壓密封在平面B-B上的投影中形成的區域，使得能夠將汽缸組件軸向插入到底座中并且通過過盈配合保持。因此，因高壓流體向上作用在環狀閥構件和閥體上的力的軸向分量與向下作用在卡環上的力的軸向分量具有基本上相等的大小并且因此彼此幾乎抵消。因此，螺釘140不必能夠抵抗因環狀閥構件上的流體壓力產生的力，并且因此這些螺釘以及整個汽缸組件與先前可能的相比能夠被做得較小且較輕。流體壓力仍經提升閥和提升閥座而對閥體施加軸向力，然而由于卡環的高壓流體接收表面，明顯地減小了汽缸主體和汽缸組件(以及因此還有螺釘140)受到的凈作用力的大小。術語上和下以及其它關于朝向和方向的術語涉及具有附圖中示出的和此處描述的朝向的裝置，并且旨在描述相對位置或相應的整體，而與裝置在使用中的朝向無關。環狀閥構件繞汽缸主體的布置，連同具有延伸通過汽缸主體的孔隙的環狀閥座，提供了非常緊湊的閥布置，使得能夠提供更加緊湊的流體工作機。本發明的汽缸主體和汽缸組件適合于用在具有任何活塞類型或寬范圍的活塞類型以及活塞驅動裝置的流體工作機中，所述活塞類型例如是包括活塞環的活塞、保持基本上對準汽缸軸線的活塞、和/或軸線保持對準旋轉的偏心凸輪且因此不對準汽缸軸線的活塞；活塞驅動裝置諸如偏心凸輪，活塞或活塞接合環通過彈簧或來自工作室內的流體壓力的作用而被推進到這些偏心凸輪上；或偏心機構，活塞接合保持于所述偏心機構。在此處公開的本發明的范圍內，可以作出進一步的變型和修改。附圖標記列表I汽缸組件2 主體3 第一端4 第二端5 汽缸7第二閥座(環狀閥座)7a外密封7b內密封8 孔隙9第一閥座(提升閥座)10第一閥孔隙(提升閥孔隙)11環狀閥構件(第二環狀閥構件)12端部止擋13 卡環14保持環15 彈簧17 下面19 上面21徑向通路
23密封表面24提升閥構件的頭部25 銷釘27中央孔隙29下引導結構30徑向支柱32 電樞34 通路35 內面36上引導結構37磁通量橋38線圈空間39螺線管線圈40第一外密封(下高壓密封)40’第一外密封(下高壓密封)在平面B-B上的投影41 磁極42第二外密封(上高壓密封)42’第二外密封(上高壓密封)在平面B-B上的投影43a第一低壓密封43b第一線圈密封43c第二線圈密封44磁通量間隙45 彈簧46第一區域47第二區域100 缸體101 頂板104高壓歧管106工作室110往復式活塞112 凸輪118低壓歧管140 螺釘200流體工作機202高壓閥204高壓歧管206工作室208 汽缸210 活塞
212 凸輪214 連桿216低壓閥218低壓歧管220軸角傳感器222控制器
權利要求
1.一種用于流體工作機的汽缸組件，所述汽缸組件包括汽缸主體、具有第一閥構件的第一閥、以及具有第二環狀閥構件的面密封的環狀閥； 所述主體具有第一端和第二端并且包括汽缸、第一閥座和第二面密封的環狀閥座； 所述汽缸向所述第一端開口并且被構造成接納往復式活塞； 所述第一閥座繞在所述第一端與所述第二端之間延伸的汽缸軸線延伸并且包括一個或多個第一閥孔隙，所述第一閥孔隙或每個第一閥孔隙延伸通過所述主體且與所述汽缸相通并且提供通過所述主體的流路； 所述第二環狀閥座包括至少一個環狀密封表面和用于環狀閥的多個孔隙，每個孔隙都與一所述密封表面相關聯； 其中所述第二環狀閥座的孔隙繞所述軸線布置并且與所述汽缸相通，并且提供通過所述主體的流路； 所述第一閥座和所述第一閥構件一起形成所述第一閥；并且 所述第二環狀閥座和所述第二環狀閥構件一起形成所述第二面密封的環狀閥。
2.根據權利要求1所述的汽缸組件,其中所述主體是連續的整體結構,所述主體包括所述環狀閥密封表面或每個環狀閥密封表面和所述第一密封表面或每個第一密封表面以及所述汽缸。
3.根據權利要求1所述的汽缸組件，其中所述汽缸、第一閥座以及第二環狀閥座是同軸的。
4.根據權利要求1所述的汽缸組件，其中所述第一閥座是提升閥座，該提升閥座具有單個密封表面并且限定延伸通過所述主體且與所述汽缸相通的孔隙；并且其中所述主體是連續的整體結構，所述主體包括所述環狀閥密封表面或每個環狀閥密封表面和所述提升閥座以及所述汽缸。
5.根據權利要求4所述的汽缸組件，其中所述提升閥座具有比所述環狀閥密封表面或每個環狀閥密封表面小的周圍。
6.根據權利要求2所述的汽缸組件，其中所述主體是金屬鑄件或由單塊材料加工而成。
7.根據權利要求2所述的汽缸組件，其中所述主體由硬化鋼制成。
8.根據權利要求1所述的汽缸組件，其中所述主體的一個或多個表面設有摩擦降低涂層或硬涂層。
9.根據權利要求4所述的汽缸組件，其中所述提升閥孔隙的最大直徑等于或小于所述汽缸的最小內徑。
10.根據權利要求4所述的汽缸組件，包括繞所述軸線延伸的磁通量橋，所述磁通量橋具有比所述提升閥孔隙的直徑小的內徑。
11.根據權利要求1所述的汽缸組件，其中所述主體的外部包括高壓流體接收表面區，所述高壓流體接收表面區在第一外密封與第二外密封之間延伸，所述第一外密封繞所述主體在所述環狀閥座與所述第一端之間延伸，所述第二外密封繞所述主體在所述環狀閥座與所述第二端之間延伸； 所述外密封在與所述汽缸軸線垂直的平面上的投影中畫出相應的第一區域和第二區域；其中所述第一區域和所述第二區域近似相等。
12.根據權利要求1所述的汽缸組件，其中所述汽缸的外表面是用于所述第二環狀閥構件的圓筒形引導。
13.根據權利要求1所述的汽缸組件，包括卡環，所述卡環繞所述主體被固定在所述第二環狀閥座與所述第一端之間，且所述卡環包括用以繞所述汽缸主體保持所述第二環狀閥構件的端部止擋。
14.一種構造根據權利要求4所述的汽缸組件的方法，所述方法包括將提升閥構件從根據權利要求4所述的汽缸主體的所述第一端朝所述第二端引入到所述汽缸中。
15.根據權利要求14所述的方法，包括將環狀閥構件從所述第一端引入到所述汽缸主體的一部分上。
16.根據權利要求14所述的方法，包括將環狀閥構件從所述第一端引入到所述汽缸主體的一部分上并且將環狀卡環繞所述主體固定在所述環狀閥座與所述第一端之間，所述卡環包括用以繞所述汽缸主體保持所述環狀閥構件的端部止擋。
17.根據權利要求14所述的方法，包括以下另外的步驟將流動引導或閥移動引導從所述汽缸主體的第一端朝所述第二端引入到所述汽缸中。
18.一種流體工作機，包括高壓歧管和低壓歧管以及至少一個根據權利要求4所述的汽缸組件，其中往復式活塞被接納在每個所述汽缸中；并且其中每個所述面密封的環狀閥調節流體從所述高壓歧管到相應的汽缸的流動，并且每個所述提升閥調節流體在所述相應的汽缸與所述低壓歧管之間的流動。
19.根據權利要求18所述的流體工作機，其中每個所述活塞能夠操作用以在相應的汽缸內沿著從相應的汽缸主體的第一端延伸到第二端的活塞軸線進行往復運動，并且其中所述流體工作機包括第一保持裝置，所述第一保持裝置在所述第一端處或靠近所述第一端處與每個所述汽缸組件相接合，以抵抗離開所述活塞軸線作用的力。
20.根據權利要求18所述的流體工作機，其中每個所述活塞能夠操作用以沿著從相應的汽缸主體的第一端延伸到第二端的活塞軸線進行往復運動，并且其中所述流體工作機包括第二保持裝置，所述第二保持裝置在所述第二端處或靠近所述第二端處與每個所述汽缸組件相接合，以抵抗沿著所述活塞軸線作用的力。
全文摘要
本發明公開了一種用于流體工作機的汽缸組件(1)，該汽缸組件包括主體(2)，所述主體(2)具有第一端(3)和第二端(4)并且包括汽缸(5)、提升閥座(9)和面密封的環狀閥座(7)。所述汽缸向第一端開口并且被構造成接納往復式活塞(210)，并且所述提升閥座和環狀閥座繞通過汽缸的軸線延伸。包括所述環狀閥座和環狀閥構件的環狀閥繞所述汽缸延伸。由此，所述汽缸組件是緊湊的。有利地是，所述主體是連續的整體結構，其包括所述主體的必須由硬化材料制成或涂覆有硬化材料的所有部分。因此，所述主體更堅固并且其可利用比先前可能的材料少的材料構造。另外，所述汽缸主體的布置有利于汽缸組件的制造、組裝和維護以及有利于將所述汽缸組件插入到流體工作機的主體。還公開了所述汽缸組件的進一步結構特征和包括一個或多個汽缸組件的流體工作機，這些結構特征降低了所述汽缸主體(和相關聯的裝置)在使用時受到的力，使得能夠構造更小且更輕的裝置。
文檔編號F04B1/04GK103038505SQ201180035078
公開日2013年4月10日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者烏韋·施泰因 申請人:三菱重工業株式會社