CN101501322A - 具有通风和防燃料回流结构的燃料系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机的燃料系统，其具有通风组件，当发动机关闭时，能使积聚在燃料系统的燃料过滤器内的空气进行通风，并能防止清洁燃料朝向燃料过滤器的回流。在一实施方式中，通风组件包括同时提供通风和防回流的活塞阀。该活塞阀被流体压力保持在限制回流的第一位置、限制通风的第二位置以及在第一和第二位置之间的允许通风的中间位置。

Description

具有通风和防燃料回流结构的燃料系统

相关申请的参考

本申请是申请人为Cummins Filtration IP，Inc.的PCT国际申请，并且要求申请日为2006年8月14日的名称为“具有通风和防燃料回流构造的燃料系统”的美国专利申请第11/464,384号的优先权。

技术领域

本发明提供了一种发动机的燃料系统，该燃料系统具有如此的手段，当发动机关闭时其能使积聚在燃料系统的燃料过滤器中的空气进行通风(vent)，并能防止清洁燃料回流到燃料过滤器中，其中，通风和防止回流(drainback)的手段可整合在单件的、非-偏置的活塞阀中。

背景技术

图1是柴油发动机中的燃料系统10的示意图。燃料系统10包括燃料罐12、从罐12泵吸燃料的低压燃料泵14、过滤器来自泵14之燃料的燃料过滤器16、以及提高燃料压力并且将燃料供应给燃料箱20的高压燃料泵18。燃料从燃料箱20被分配给多个燃料喷射器22，燃料在燃料喷射器22被喷射并且在发动机内燃烧。

在柴油发动机的操作期间，空气会在燃料系统内积聚，例如，在燃料过滤器内。此外，替换燃料过滤器也会导致空气进入燃料系统的结果。不论空气如何进入燃料系统，因为空气会干扰向发动机流畅且连续地输送燃料，降低发动机的性能并且可能导致发动机损坏，因此期望提供一种使燃料系统排空空气的手段。

过去已经提供了使燃料系统通风的多种手段。一种该手段包括连接到流动管线的通风管线，流动管线将低压泵连接到燃料过滤器上，通风管线连接到燃料罐上使得空气被通风进入燃料罐内。另外一种已知的方法是在燃料过滤器上或者靠近燃料过滤器提供通风机构。通常采用与燃料过滤器相关联的手动操作的机械通风阀和通风螺丝。这些机构很难由人来致动，而且如果它们未被正确致动时可能导致燃料溢出。为了避免这些困难，自动通风已经变得很常见。一种自动通风方法是在燃料过滤器内提供小的通气孔，该通气孔允许空气从燃料过滤器流出并通过通风管线回到燃料罐。

图2A-C显示了另一种已知的与燃料过滤器相关联的自动通风机构24。机构24设置为靠近燃料过滤器，但位于燃料过滤器的下游，从而通过入口26接收清洁燃料。清洁燃料出口28通向发动机并且提供连接到燃料罐的通风通道30以便用于通风。提供阀机构来控制经过机构24的空气和燃料流。阀机构包括相互配合的用于控制流量的内阀32和外阀34。

阀32、34由上游的燃料泵所生成的流体压力致动，或者在没有燃料泵压力的情况下，由重力致动。图2A表示当发动机关闭时阀32、34所处的位置，在此阀32和34位于其最低的位置上，阀32挡住入口26并且阀34挡住出口28，从而试图防止清洁燃料从出口28经过入口26回流返回。当发动机启动时，燃料泵所生成的压力作用在阀32的下端，从而如图2B所示向上提升阀32。在该位置，空气能够流过阀32与设置有阀32的阀34内部之间的间隙，经过阀34顶部中的孔口，并且流出通风通道30回到燃料罐。图2C显示了一旦通风且液体燃料开始流动时，阀32、34位于最高的位置上。燃料作用在阀32、34的端部上，从而向上提升阀32、34。提升阀32的顶部，关闭穿过阀34顶部的开口，从而避免进一步通风。阀34被向上提升，直到其上的直径减小部分与出口28相交。随后燃料可从阀34的一侧与阀壳体的内部之间流过阀34，到达出口28。

图2A-C所示的机构24采用相互配合的两个阀32、34，以试图实现通风并避免清洁燃料的回流。因为采用两个阀，该机构略显复杂，并且由于积聚在阀上或者阀内的颗粒物质或者其它污染物，阀32、34中的一个或两个的运行可能受损。此外，燃料必须流经阀34的外部与阀壳体的内部之间的相对狭窄的开口到达出口28。这减少了能够到达出口的燃料总量，并增大了燃料泵泵送燃料所必需的压力。另外，从过滤器入口到出口增加的压差将会明显缩短过滤器的服务寿命。

因此，有必要提供一种改进的燃料过滤器系统的自动通风手段，以实现自动通风并防止清洁液体燃料的回流。

发明内容

本发明提供了一种发动机燃料系统的通风组件，该通风组件具有如此的手段，当发动机关闭时其能使积聚在燃料系统中燃料过滤器内的空气排空、并能防止清洁燃料朝向燃料过滤器回流。在一实施方式中，通风和防止回流的手段整合在单件的、非-偏置的活塞阀中。在另一实施方式中，活塞阀被偏压构件如弹簧等偏置到关闭位置。

本发明的燃料系统包括具有燃料过滤器的过滤器组件以及该邻近过滤器组件的通风组件。通风组件包括固定壳体，固定壳体包括具有第一阀座的清洁燃料入口、清洁燃料出口、以及与清洁燃料入口大致上平行并且与清洁燃料出口大致上垂直的通风通道，通风通道具有第二阀座。单件活塞阀可滑动地设置在通风通道内，并且相对于通风通道可以运动到：与第一阀座密封接合的第一位置；与第二阀座密封接合的第二位置；以及第一位置与第二位置之间的中间位置。

在活塞阀的第一位置，从清洁燃料出口经由清洁燃料入口的燃料流动被限制，并且优选的是充分阻止。在第二位置，经由通风通道的空气流被限制，并且清洁燃料能够流向清洁燃料出口。活塞阀还具有第一位置和第二位置之间的中间位置，在此位置空气能够流经通风通道。

活塞阀具有朝向清洁燃料入口的末端，并且当活塞阀位于第二位置，活塞阀的末端表面定位在阀座和清洁燃料出口的表面之间，清洁燃料出口的表面与清洁燃料入口相交。该构造增大了燃料从清洁燃料入口到清洁燃料出口的流动面积，从而降低了对燃料泵的压力需求，并延长了燃料过滤器的寿命。

优选地，活塞阀包括用于密封的一个或多个弹性密封件。弹性密封件的使用使得在过滤器更换期间，通风组件所产生的燃料泄漏被最小化。然而，在某些实施方式中，活塞阀也可以没有任何弹性密封件，而是依赖于材料对材料的密封，例如金属密封。当采用弹性密封件时，优选地，密封件是按照防止被损坏的方式予以支持，特别是当密封件位于燃料压力很高时的第二位置。密封件的支持可以通过邻近弹性密封件的增大的肩部来实现。

在一实施方式中，被通风的空气返回到燃料系统的燃料罐。在另一实施方式中，被通风的空气进入到大气。

附图说明

图1是柴油发动机中燃料系统的示意图。

图2A-C是一种已知的自动通风机构的示意图。

图3是具有本发明之燃料过滤器组件和通风组件的燃料系统的部分立体图。

图4是图3中的通风组件的部分剖视图，其中，活塞阀位于通风位置。

图5是与图4类似的视图，其中，活塞阀处于全上位置以限制通风。

图6是与图4类似的视图，其中，活塞阀处于全下位置以防止清洁液体燃料回流返回燃料过滤器。

图7是通风组件的部分剖视图，其显示了活塞阀的另一实施方式。

图8是通风组件的又一实施方式的视图，该通风组件通风到大气。

图9是通风组件的再一实施方式的视图。

图10是通风组件的又一实施方式的视图。

图11是通风组件的又一实施方式的视图。

图12是活塞阀的横截面图。

图13是通风组件的又一实施方式的视图。

具体实施方式

此处所描述的发明是针对柴油发动机的燃料系统、柴油燃料的通风空气和蒸汽、以及柴油燃料回流的防止。然而，本发明也可用于其它类型发动机的其它燃料的通风和防回流，例如汽油发动机，也可用于其它的液体，例如润滑油。

请参见图3，其显示了具有依照本发明的燃料过滤器组件50和通风组件52的燃料系统的一部分。燃料过滤器组件50和通风组件52用于燃料系统中，例如图1所示的系统中，使燃料过滤器组件和通风组件接收来自低压泵的燃料并引导燃料到达高压泵。图3示意性地显示了过滤器组件50，其可以是本领域中已知类型的旋压(spin-on)过滤器组件，其被设计为与通风组件52螺纹接合。旋压过滤器组件的结构和操作是本领域公知的，在此不再进一步描述。此处所描述的发明也可以采用其它类型的过滤器组件，例如，顶部负载(top load)过滤器组件。

当过滤器组件50固定到通风组件上时，过滤器组件50的顶部上包括与通风组件52上的颈部56(如图4所示)相接合的颈部54，从而形成从过滤器组件到通风组件的燃料流道。过滤器组件50中的过滤器可设计为燃料由外向内流动，燃料通过过滤器组件的中心轴线离开过滤器组件。然而，也可采用其它的流道结构。

请参见图3和4，通风组件52包括壳体58，壳体58在使用期间固定在燃料系统内并且示例为竖直定位在过滤器组件50的上方。壳体58包括颈部56，清洁燃料通过其从燃料过滤器组件50进入通风组件52的清洁燃料入口60，连接到高压泵并且清洁燃料通过其离开壳体58的清洁燃料出口62，以及用于通风的通风通道64。

如图4所示，清洁燃料入口60大致上是竖直的并且其中心位于燃料过滤器组件50的中心轴线上。清洁燃料出口62大致上垂直于入口60的中心轴线延伸通过壳体58。出口62的剖面大致上为圆形，包括与入口60相交的底表面66。通风通道64大致上与入口60的轴线平行，优选与入口60同轴，并且大致上与出口62垂直。

壳体58包括设置在其顶部的对接配件68，以及向下延伸经过配件68并且螺纹旋入壳体58中的中空配件70。垫圈72、74设置在配件68和壳体之间以及配件70和配件68之间以提供密封。配件68包括与配件70的轴线成直角延伸的流动通道76，通道76通过合适的管道连接到燃料罐。配件70中的孔口78将配件70的中空内部与流动通道76相连接。

如图4所示，配件70的中空内部限定了通风通道64并且通风通道64从出口62的顶部向上延伸。通风通道64通过孔口78连接到通道76。结果，向上流经通风通道64的空气进入通道76并且被引导返回到燃料罐。

单件活塞阀80可滑动地设置在通风通道64中并且向下延伸进入出口62。阀80可移动到如图6所示的第一或全下位置，如图5所示的第二或全上位置以及第一位置与第二位置(图4表示了一个该中间位置)之间的中间位置。阀80未通过弹簧或任何弹性元件偏置。作为替代，阀80在第一位置，第二位置和中间位置之间的运动由通过入口60来自过滤器组件50的流体压力(例如空气，蒸汽，液体以及其混合物)自动控制。如果需要的话，偏压构件，例如图13所示的弹簧200，可以用来将阀80偏置在第一位置。可以基于流体离开过滤器组件而进入入口60时出现的流体压力选择该偏压构件的偏压力。在通风组件52被设置在与过滤器组件50相关位置上的实施方式中，需要偏压构件，从而使得阀80和通风通道64不是被竖直定向，此情况下在发动机关机时重力不能使阀80返回第一位置。此时，在发动机关机时偏压构件可用于将阀偏置到第一位置。偏压构件可以作用在阀80的端部(即与末端相对的端部)，并且设置该端部和配件70的内部之间。

阀80具有与通风通道64和入口60平行的纵向轴线，并且包括引导部分82和阀头部分84。当阀80上下运动时，引导部分82的尺寸适于在通风通道64中滑动。同时，引导部分82的尺寸适于在引导部分的外周和配件70的内部之间提供间隙从而允许流体(例如空气，蒸汽，液体)在引导部分82和配件70的内部之间流动。作为使引导部分82的尺寸适于提供间隙的一种替代方式，可以在引导部分82和/或配件70的内部提供槽部或平部从而在通风时促进经由通风通道64的流体流动。图12显示了具有平部250和槽部255的引导部分82。平部250和槽部255可分开使用或者如图所示一起使用，并且槽部或平部的数目可以基于流经引导部分82的气体流量需求而变化。

阀头部分84具有直径比引导部分82的直径大的肩部86，以及设置在肩部与引导部分82相对的一侧上并且朝向入口60的末端88。末端88的尺寸适于与入口60相配合。

第一密封件90和第二密封件92，例如，弹性体。型环密封件，设置在在肩部86的相对侧上。第一密封件90设置在围绕引导部分82形成的周向槽94内，而第二密封件92设置在围绕末端88形成的周向槽96内。

如图6所示，密封件92设计为当阀80运动到第一位置时，其坐靠在形成于入口60上端上的第一阀座98上。同样地，如图5所示，密封件90设计为坐靠在形成于配件68的端部上的第二阀座100上。在图4中最清楚可见，两个阀座98，100都具有双倒角构造，第一倒角部分102与竖直轴线成大约40-50度的角度，更优选的是45度，而第二倒角部分104与竖直方向成大约15-25度的角度，更优选的是20度。阀座98还包括大致竖直部分106。第一倒角部分102提供适合与密封件90，92密封接合的成角度表面，而第二倒角部分104帮助引导阀头部分84到达第一和第二位置。

图6显示了阀80的第一位置，此位置是当发动机未运行并且燃料泵未生成作用在通风组件52的过滤器侧上的压力时达到的。结果，重力导致阀80向下运动到达第一位置，与阀座98密封接合。在第一位置，密封件92和阀座98之间的密封接合足以充分防止燃料从出口62返回流经入口60。这保持了在出口62和燃料系统的下游部分中的燃料以帮助启动发动机。此外，在过滤器更换期间，当过滤器组件50被移去时，这防止了从通风组件通过入口60的燃料泄漏。

在发动机起动和开始工作时，燃料泵所产生的压力作用在阀80上并且阀80从阀座98上被向上提升，如图4所示。因此空气，蒸汽和少量的液体燃料能从过滤器组件50流出并经由入口60通过阀头部分84进入通风组件52内，如图1中的箭头所示。随后空气和蒸汽可经由引导部分82和配件70之间的间隙流入通风通道64内并且进入通道76内以回到燃料罐。

当空气进入时，空气和液体之间的粘度差用来将阀80保持在中间通风位置。然而，一旦空气被清除并且液体开始流动，会产生足够的压差从而将阀向上提升到图5所示的第二或全上位置。在该位置，密封件90与阀座100密封接合从而充分防止燃料流动通过通风通道64，迫使燃料流经出口62。

在发动机关机时，燃料流动停止，由于重力阀80向下运动回到图6所示的第一位置。

在第一和第二位置时，特别是第二位置，作用在阀80上的燃料压力是最大的，肩部86的位置使得肩部86从后面支持密封件90，92以防止对密封件的损伤。

图7-11显示了依照此处所描述的一个或多个发明的通风组件的变型。在图7-11中，与通风组件52中的部件相同的部件引用相同的参考标号。

图7显示了通风组件152的变型，其中组件152包括采用单个弹性密封件156的活塞阀154，没有支持密封件156的肩部。与阀80一样，阀154可移动到与入口60密封接合的第一位置(未图示)，第二位置(图7所示)以及它们之间的中间位置。与阀80相比，该结构使得阀154的引导部分可以将通风通道64移动到更高的位置，并且阀头部分的尺寸减小，从而减小了对燃料从入口60流向出口62的阻碍。

图8显示了通风组件252的变型，其通风到大气而不是返回燃料罐。在该实施方式中，中空配件254在其端部提供有开孔256，并且隔膜258安装在配件254的端部内。隔膜258构造为允许空气从中流过，但是阻止液体流动。用于隔膜的合适材料是可从Mott Corporation of Farmington，Connecticut.获得的多孔金属。其它的材料也可用于隔膜。例如，可采用多层的燃料过滤器介质。

图9显示了具有阀354的通风组件352，该阀354没有弹性密封件。作为替代，阀354依赖于阀的相对端部与阀座之间的材料对材料的密封。此外，通风通道356由第一部分358以及中空配件362中的第二部分360形成。结果，阀354没有任何部分滑动进入配件362中。作为替代，阀354的运动由壳体所限定的通风通道的第一部分358来引导。

在图9的实施方式中，当阀的端部与阀座之间的密封接合发生时，一些最小量的流体泄漏可能发生。在阀354的顶端，当发动机运转时，在阀354的第二位置的泄漏在特定情况下可能实际上是期望出现的，以便允许经过通风通道356的空气的连续通风。在第二位置的密封接合可能实际上是设计用于＂故意泄露＂的该目的，即虽然密封接合，但允许限定数量的空气泄漏通过该密封。

图10显示了具有阀454的通风组件452，阀454具有靠近其端部的弹性密封件456，而不是像通风组件52一样设置为靠近同一端部。

图11显示了仅仅提供通风的通风组件552；它不提供针对燃料经由入口返回燃料过滤器组件的防回流。组件552包括中空配件554。杯形阀556可滑动地设置在配件554内，杯侧朝下而其圆底朝上。保持器558，例如，压配合保持器或扣环，固定在配件的端部中从而限制阀556向下移动并且防止阀556从配件掉下。倒角表面560形成在配件的内部从而限制向上移动并且限定了用于与阀556的圆形端部密封接合的阀座。

当空气进入时，阀556被从保持器558向上提升，允许空气流入并经过围绕着阀556的外周与配件554的内部之间间隙的通风通道562，到达配件554上端的出口564。这允许了空气的迅速移除，并跟随着液体流的阻塞。

在不偏离本发明之要旨或新特点的前提下，本发明还可以具体化为其它形式。本申请中所揭示的具体实施方式，其在所有的方面只是作为示例而不是其限制。本发明的保护范围由其权利要求而不是由前述说明所界定；并且与权利要求所等同的含义和范围内的所有变化均包含在其中。

Claims (29)

1、一种用于燃料系统的通风组件，其包括：

固定壳体，其包括设有第一阀座的清洁燃料入口、清洁燃料出口以及与所述清洁燃料入口大致上平行并与所述清洁燃料出口大致上垂直的通风通道，该通风通道设有第二阀座；

单件活塞阀，其可滑动地设置在所述通风通道内，并且相对于该通风通道能运动到：

a)与所述第一阀座密封接合的第一位置；

b)与所述第二阀座密封接合的第二位置；以及

c)在所述第一位置与第二位置之间的中间位置。

2、如权利要求1所述的组件，其中，在所述第一位置处，与所述第一阀座的密封接合足以充分地阻止液体从所述清洁燃料出口经由所述清洁燃料入口的流动。

3、如权利要求1所述的组件，其中，所述的单件活塞阀具有一个、一组或没有弹性密封件。

4、如权利要求1所述的组件，其中，所述的单件活塞阀包括弹性密封件以及邻近该弹性密封件的增大的肩部，以支持所述弹性密封件。

5、如权利要求1所述的组件，其中，在所述的第一位置，所述的单件活塞阀具有的尺寸，其能使得其一部分可滑动地设置在所述通风通道内。

6、如权利要求1所述的组件，其中，所述的组件没有作用在所述单件活塞阀上的偏压构件。

7、如权利要求1所述的组件，其进一步包括在所述通风通道中的、能透气而不透液的隔膜。

8、如权利要求1所述的组件，其进一步包括在所述单件活塞阀的外表面上的槽体或平部。

9、如权利要求1所述的组件，其进一步包括与所述单件活塞阀相接合的弹簧。

10、一种用于燃料系统通风的组件，其包括：

固定壳体，其包括设有第一阀座的清洁燃料入口、大致上与所述清洁燃料入口垂直延伸的清洁燃料出口以及与所述清洁燃料入口大致上平行并且与所述清洁燃料出口大致上垂直的通风通道，该通风通道设有第二阀座；

活塞阀，其可滑动地设置在所述通风通道内，并且相对于所述通风通道其能运动到：

a)与所述第一阀座密封接合的第一位置，以限制从所述清洁燃料出口经由所述清洁燃料入口的燃料流动；

b)与所述第二阀座密封接合的第二位置，以限制经由所述通风通道的空气流动，且在此位置清洁燃料能够流向所述清洁燃料出口；以及

c)在所述第一位置与第二位置之间的中间位置，在此位置空气能够流经所述通风通道。

11、如权利要求10所述的组件，其中，在所述第一位置处，与所述第一阀座的密封接合足以充分地阻止清洁燃料从所述清洁燃料出口经由所述清洁燃料入口的流动。

12、如权利要求10所述的组件，其中，所述的活塞阀具有一个、一组或没有弹性密封件。

13、如权利要求10所述的组件，其中，所述的活塞阀包括弹性密封件以及邻近该弹性密封件的增大的肩部，以支持所述弹性密封件。

14、如权利要求10所述的组件，其中，在所述的第一位置，所述的活塞阀具有的尺寸，其能使得其一部分可滑动地设置在所述通风通道内。

15、如权利要求10所述的组件，其中，所述的组件没有作用在所述活塞阀上的偏压构件。

16、如权利要求10所述的组件，其进一步包括在所述通风通道中的、能透气而不透液的隔膜。

17、如权利要求10所述的组件，其进一步包括在所述活塞阀的外表面上的槽体或平部。

18、如权利要求10所述的组件，其进一步包括与所述活塞阀相接合的弹簧。

19、一种用于燃料系统的通风组件，包括：

壳体，其包括清洁燃料入口、大致上与所述清洁燃料入口垂直延伸的清洁燃料出口以及与所述清洁燃料入口大致上平行并与所述清洁燃料出口大致上垂直的通风通道，所述的清洁燃料出口具有与所述清洁燃料入口相交的表面，所述的通风通道设有阀座；以及

活塞阀，其可滑动地设置在所述通风通道内；该活塞阀具有朝向所述清洁燃料入口的末端，并且该活塞阀可以在所述通风通道内运动，包括运动到一个与所述阀座密封接合的位置；当所述活塞阀与所述阀座密封接合时，所述活塞阀的末端表面定位在所述阀座与所述清洁燃料出口同所述清洁燃料入口相交的表面之间。

20、如权利要求19所述的组件，其中，所述活塞阀具有一个、一组或没有弹性密封件。

21、如权利要求19所述的组件，其中，所述的活塞阀包括弹性密封件以及邻近该弹性密封件的增大的肩部，以支持所述弹性密封件。

22、如权利要求19所述的组件，其中，所述的通风组件没有作用在所述活塞阀上的偏压构件。

23、如权利要求19所述的组件，其进一步包括在所述通风通道中的、能透气而不透液的隔膜。

24、如权利要求19所述的组件，其进一步包括在所述活塞阀的外表面上的槽体或平部。

25、如权利要求19所述的组件，其进一步包括与所述活塞阀相接合的弹簧。

26、一种燃料系统，其包括：

具有燃料过滤器的过滤器组件；

邻近所述过滤器组件的通风组件，该通风组件包括壳体，所述的壳体包括：

i)接收来自所述过滤器组件的清洁燃料的清洁燃料入口；

ii)与所述清洁燃料入口大致上垂直的清洁燃料出口，该清洁燃料出口具有与所述清洁燃料入口相交的表面；

iii)与所述清洁燃料入口大致上平行并与所述清洁燃料出口大致上垂直的通风通道，该通风通道具有阀座；以及

iv)可滑动地设置在所述通风通道内的活塞阀，该活塞阀具有朝向所述过滤器组件的端部表面；所述活塞阀能在所述通风通道内运动，包括到达一个与所述阀座密封接合的位置；其中，当所述活塞阀与所述阀座密封接合时，所述活塞阀的端部表面定位在所述阀座与所述清洁燃料出口同所述清洁燃料入口相交的表面之间。

27、如权利要求26所述的燃料系统，其中，所述的清洁燃料出口连接到发动机，所述的清洁燃料入口接收来自燃料泵的加压燃料，并且所述的通风通道连接到燃料罐或大气。

28、如权利要求26所述的燃料系统，其中，所述的通风通道竖直延伸，并且所述的通风组件没有作用在所述活塞阀上的偏压构件。

29、如权利要求26所述的燃料系统，其中，所述的清洁燃料入口包括阀座，所述活塞阀包括与所述清洁燃料入口的阀座相密封的弹性密封件，以充分地阻止从所述清洁燃料出口经由所述清洁燃料入口朝向所述过滤器组件的液体流动。

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