CN101849095B - 用于计量高压泵系统中的燃料的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于计量燃料的系统和方法，所述系统包括燃料供应管线和与燃料供应管线流体连接以控制通过燃料供应管线的燃料流的计量阀。计量阀可移动到闭合位置，以阻挡主燃料流并在计量阀下游的燃料供应管线中产生泄漏燃料流。该系统还包括与计量阀上游的燃料供应管线接合的文丘里装置。文丘里装置进一步与计量阀下游的燃料供应管线接合，以将泄漏燃料流从燃料供应管线引导出。

Description

用于计量高压泵系统中的燃料的系统和方法

技术领域

本发明通常涉及高压泵系统，更具体地，涉及一种用于计量高压燃料泵的燃料的系统和方法。

背景技术

随着日益增加的燃料经济性的出现以及由政府提出的减排需求，已经开发出各种燃料系统来精确控制燃烧循环的喷射活动过程中喷射的燃料的量。特别地，已经开发出了高压燃料喷射系统，其与传统的燃料喷射系统相比，对内燃机的燃料喷射器所喷射的燃料提供了增强的控制。

这种高压燃料喷射系统典型地利用至少一个高压泵来对将由燃料喷射器喷射的燃料加压。燃料系统可以采用与燃料喷射器的数量相对应的多个这种高压泵，每个泵为一个燃料喷射器提供高压燃料。其他燃料系统利用与高压公共轨道相关联的较少的高压泵。高压公共轨道可以包括共轨式燃料装置(例如，高压蓄压器)。在示意性设计中，将一个或多个高压泵与高压公共轨道连接，由此向内燃机的燃料喷射器提供高压燃料。然后，公共轨道将加压燃料分配给每个燃料喷射器。

一些高压燃料喷射系统利用液压机械式致动器来精确控制允许进入高压燃料泵的燃料的量。在图1中，例如，示出了传统的高压燃料泵系统10。例如，通过低压燃料传送泵(未示出)将燃料供应12散布(disperse)在供应管线14中。设置液压机械式致动器16来控制朝着一个或多个高压燃料泵30散布的燃料12的量。这些燃料泵30可包括适于将来自燃料供应12的燃料向容器(例如，共轨式燃料装置或蓄压器42)散布的高压活塞泵。提供放气口(air bleedorifice)18以从位于液压机械式致动器16上游的供应管线14内散布空气。液压机械式致动器16可以包括具有可变面积孔口的入口计量阀(IMV)，可变面积孔口例如由螺线管操作。因此，IMV可包括可变面积套筒型阀，其利用线性位置来控制通过供应管线14向一个或多个燃料泵30泵送的燃料的量。因此，将IMV构造成使得其可以被驱动至完全关闭的位置，以便阻止燃料向下游流至燃料泵30。然而，由于套筒型阀设计的特性，可能存在通过套筒阀的间隙的固有泄漏率。

图1所示的传统高压燃料泵系统10的设计包括入口止回阀26，其允许通过供应管线28将燃料供给至一个或多个燃料泵30。将入口止回阀26构造为在入口止回阀通道17内蓄压之后打开。这种容许压力可能出现在，例如，7psi(磅/平方英寸)。因此，当蓄压超过7psi时，入口止回阀26打开，以允许燃料流从中穿过。可能由于来自IMV 16的任何燃料流泄漏而过早地出现上述蓄压。入口止回阀通道17中的蓄压可能出现在IMV 16的下游。因此，一旦达到例如7psi的容许压力，入口止回阀26就打开，以允许燃料被供给至燃料泵30。

图1的示意性实施方式示出了多个高压燃料泵30，其通过凸轮32和从动轮34驱动，以便通过供应管线36朝着出口止回阀38驱动燃料。并且，将出口止回阀38也构造为在达到容许压力时打开，以允许燃料流过其中，进而流向共轨式燃料装置或高压蓄压器42。在获得容许压力时，出口止回阀38打开并允许燃料通过，以使燃料经由供应管线40被蓄压器42接收。

因此，在理想情况下，通过IMV 16精确地调节来自燃料供应12的燃料。然后，这将调节传送至一个或多个燃料泵30的燃料的量。然而，由于燃料通过IM V 16泄漏到IMV 16下游的入口止回阀通道17中，额外的燃料流泄漏量会对系统加压。可以测得大约为5-40cc/min的IMV 16燃料泄漏率。高压燃料泵系统10内的这种额外燃料泄漏的存在会在IMV 16的下游(例如，在入口止回阀通道17内以及在一个或多个入口止回阀26处)产生额外的加压。增强的加压可足以达到入口止回阀26的最小容许压力并导致其打开。这将允许额外的燃料流至一个或多个燃料泵30。在操作时，由一个或多个燃料泵30接收的上述额外的燃料流泄漏的接收将增加供应管线36中朝向一个或多个出口止回阀38的压力。供应管线36中产生的此额外加压可达到打开阀38所需的最小容许压力，因此，这样做时，将允许额外的燃料流向蓄压器42。这种额外的燃料量会使蓄压器42产生过压，从而产生潜在的负面效果。

在一个实例中，柴油机可装配有图1的传统高压燃料泵系统10。当柴油机运行变慢时，例如遇到长的山坡时，节流阀踏板关闭，IMV16受控完全关闭以防止燃料进入燃料泵30。然而，前面提到的流经IMV套筒阀的燃料泄漏可能被允许进入燃料泵30，燃料泄漏在燃料泵处被加压，进而被传送至高压蓄压器42。不希望在关闭节流阀发动机运行的过程中燃料流入蓄压器42，这会导致蓄压器压力上升到目标压力之上。

当超过蓄压器的目标压力时，可能出现若干不希望的效果。例如，在诸如通过节流阀踏板重新打开IMV 16时，由于在更高的压力下发生燃料喷射行为，所以可能出现不期望的燃烧噪音。增加的压力可能对零件造成负面影响，例如，减少发动机密封件的使用寿命或导致其他发动机零件失效。这种失效可能包括在燃料系统零件(例如，包括燃料喷射器本体)中产生破裂。

具有安全卸压阀的蓄压器42的实施例也会受影响。例如，如这里描述的，不期望的压力增加可能引起卸压阀打开，以防止系统累积过大的压力。然而，连续多次重复的卸压阀打开行为(例如，在遇到长山坡后出现的那些打开行为、在由于从IMV泄漏燃料而导致的不期望打开的过程中出现的打开行为)会减少卸压阀的使用寿命。如果卸压阀在被注意之前过早失效，那么这会导致维修成本增加，并可能导致对蓄压器本身产生额外的损害。对蓄压器的损害还会有害地影响车辆的其他零件，包括产生额外的损害。

再次回到图1，燃料排放供应管线22与燃料排放回路20的燃料泵排放管44流体连接。燃料排放供应管线22从一个或多个高压泵30接收燃料。在一些情况中，即使当IMV 16处于闭合位置时，一个或多个燃料泵30也可操作。这种操作可以从燃料排放供应管线22吸取燃料并对上述燃料加压，例如，当凸轮32在冲程运动中用作活塞燃料泵30的活塞时。这也会导致燃料泵10的过压，包括使零件(例如，蓄压器42)过压。

因此，存在这样的需要：防止高压燃料泵系统内不期望的蓄压，并且至少解决现有技术的上述问题。

本公开旨在克服上述一个或多个缺点。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，克服现有技术的缺陷并提供一种用于计量燃料的系统，该系统包括燃料供应管线和计量阀，计量阀与燃料供应管线流体连接以控制通过燃料供应管线的燃料流。计量阀可以移动到闭合位置，以阻挡主燃料流并在计量阀下游的燃料供应管线中产生泄漏燃料流。该系统可进一步包括与计量阀上游的燃料供应管线流体接合的文丘里装置。文丘里装置可进一步与计量阀下游的燃料供应管线接合，以将泄漏的燃料流引导出燃料供应管线。

根据又一公开的示意性实施方式，用于将共轨式燃料装置加压至预定压力范围的高压燃料喷射系统包括与共轨式燃料装置接合的至少一个高压燃料泵以及与该至少一个高压燃料泵流体连接的燃料供应管线。该系统还可以包括与燃料供应管线流体连接以控制通过燃料供应管线的燃料流的计量阀。计量阀可移动到闭合位置，以阻挡主燃料流并在计量阀下游的燃料供应管线中产生泄漏燃料流。文丘里装置与计量阀上游的燃料供应管线流体接合。文丘里装置可进一步与计量阀下游的燃料供应管线接合，以将泄漏的燃料流从至少一个高压燃料泵引出。

根据另一公开的示意性实施方式，用于计量高压燃料泵的燃料的系统包括用于为高压燃料泵供应燃料的装置和用于计量在高压燃料泵上游的点处供应至高压燃料泵的燃料的量的装置。该系统还可以包括用于防止燃料在位于计量点下游且高压燃料泵上游的点处被高压燃料泵加压的装置。

根据又一公开的示意性实施方式，计量高压燃料泵的燃料的方法包括将燃料供应至高压燃料泵并计量在高压燃料泵上游的点处供应至高压燃料泵的燃料的量。该方法还可以包括防止燃料在位于计量点下游且高压燃料泵上游的点处被高压燃料泵加压。

根据另一公开的示意性实施方式，将蓄压器加压至预定压力范围的方法包括将燃料供应至与蓄压器流体接合的至少一个高压燃料泵并计量在该至少一个高压燃料泵上游的点处供应至该至少一个高压燃料泵的燃料的量。该方法还可以包括防止燃料在位于计量点下游且该至少一个高压燃料泵上游的点处被该至少一个高压燃料泵加压。在位于计量点下游且该至少一个高压燃料泵的上游的燃料供应中可以形成低压区域，以将蓄压器的压力调节在预定范围内。

附图说明

图1是传统高压燃料喷射系统的示意图；

图2是根据本发明的示意性公开实施方式的高压燃料喷射系统的示意图；

图3A提供了根据本发明的示意性公开实施方式的文丘里装置的图示；

图3B提供了图3A的文丘里装置的节流区域的放大视图；

图4提供了利用示意性的公开实施方式时，压力值随着时间变化的图解说明。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明，其中，在附图中以相似的参考标号表示相似的零件。参照图2，示出了在工作机器中使用的增强的高压燃料泵系统60。工作机器可指任何类型的固定或移动机器，这些机器执行与特定工业(例如，采矿、建筑、农业、运输等)相关的某些类型的操作，并且在多种工作环境(例如，建筑工地、矿山、发电站、高速路应用等)之间或多种工作环境内操作。工作机器的非限制性实例可包括商用机器，例如，起重机、运土工作机器、其他材料处理设备、农业设备、海运船舶、飞机，以及在一定工作环境中操作的任何类型的机器。工作机器也可指任何类型的汽车或其他类型的商用车辆。

将燃料供应12分配至供应管线14。在一个示例性实施方式中，可通过低压燃料传送泵(未示出)的操作来散布燃料供应12。设置液压机械式致动器16来控制朝着一个或多个高压燃料泵30散布的燃料12的量。虽然在图中示出了所选数量的高压燃料泵30，但是应该理解，本发明可利用任意数量的高压燃料泵30，例如，以适用于提供由高压燃料喷射系统中预选数量的燃料喷射器所使用的加压燃料。燃料泵30可包括适于将燃料供应12的燃料散布至共轨式料装置或蓄压器42的高压活塞泵。燃料泵30设计的实施例可以包括浮动柱塞泵、正排量泵(positive displacement pump)或收缩柱塞泵设计或用于在高压燃料泵系统中泵送加压燃料的其他适当设计。在本发明的优选设计中，使用浮动柱塞泵，其中，燃料经由供应管线28被喷射到泵30中，以使得燃料泵30的柱塞在冲程运动中移动。使得凸轮32能够提供燃料泵30柱塞的回行运动，以在高压下压缩燃料。

液压机械式致动器16可包括具有可变面积孔口的入口计量阀(IMV)，例如，可变面积孔口由螺线管操作。因此，IMV可包括利用线性位置来控制泵送的燃料量的可变面积套筒型阀。液压机械式致动器16设计的一个实施例已经在共同拥有的美国专利No.5,404,855中引证，该专利整体结合于此以供参考。因此，IMV受控而完全关闭，以防止燃料从供应管线14流至燃料泵30。但是，由于套筒型阀的性质，可能存在穿过套筒阀的间隙进而流入入口止回阀通道17的固有泄漏率。在入口止回阀通道17内的燃料充分加压的情况下，可能达到止回阀26的容许压力(如前所述)，其中，泄漏燃料流被允许进入燃料泵30，此时，可能发生泄漏燃料流的过压。

本发明进一步包括设置在连续燃料流回路内的文丘里装置50。燃料流回路包括一端与文丘里装置50流体连接的供应管线52。供应管线52的另一端设置在与供应管线14流体连接的IMV 16的上游。与文丘里装置50连接的供应管线52用作放气口(air bleedorifice)，以从位于IMV 16上游的供应管线14内散布空气。燃料流回路进一步包括入口文丘里通道48，该入口文丘里通道48的一端在入口56处与文丘里装置50流体连接。入口文丘里通道48的另一端设置在与入口止回阀通道17流体连接的IMV 16的下游。如图2所示，供应管线52的端部和入口文丘里通道48的端部分别与供应管线14和入口止回阀通道17流体连接，设置在一个或多个燃料泵30的上游。

提供燃料泵排放回路20，在一个实施例中，燃料泵排放回路20将燃料泵排放管44与燃料排放供应管线22连接。燃料排放供应管线22可与燃料箱(未示出)的燃料排放24流体连接。在优选实施例中，燃料流回路包括文丘里装置50的输出端54，该输出端与燃料排放供应管线22流体连接。如下面进一步描述的，公开的文丘里装置50使得燃料排放供应管线22内的燃料能够朝着燃料排放24且远离一个或多个燃料泵30流动。

文丘里装置50利用连续的燃料流回路，该连续的燃料流回路包括IMV 16上游的部分。在一个优选实施例中，包括连续燃料流回路这样的部分，该部分直接位于IMV 16上游，以便在文丘里装置50的节流区域内形成低压区域。连续燃料流回路将文丘里装置50的低压区连接至活塞型燃料泵30的入口计量回路。文丘里装置50使得来自IMV的任何燃料流泄漏都朝着燃料排放24被引回，并远离一个或多个燃料泵30，从而，泄漏的燃料流不会被一个或多个燃料泵30加压。通过设计，公开的文丘里装置50组合了以下功能：在IMV 16上游流动的蒸汽的去除支路的功能，以及从完全关闭的IMV 16下游去除来自IMV 16的燃料流泄漏的功能。

转到图3A，其中示出了文丘里装置50与入口文丘里通道48和供应管线52流体连接。示出了分别与入口文丘里通道48和供应管线52相应的入口流动方向64和62。图中示出了出口流动方向66，其表示燃料或散布的空气从文丘里装置50内朝着供应管线22(图2)的流动方向，引导燃料/空气流朝着燃料排放24返回至燃料箱(未示出)并远离一个或多个燃料泵30。设计并优化文丘里装置50的几何形状，以获得最佳情况的低压区域，来自MV 16的泄漏燃料流流入该低压区域。通过文丘里装置50的节流区域76的连续流速导致了低压区域，将IMV 16的泄漏流引入燃料泵排放回路20。

转到图3B，示出了文丘里装置50的节流区域76的分解图。如上所公开的，文丘里装置50组合了在IMV 16上游流动的蒸汽的去除支路的功能和在完全关闭的IMV 16的下游去除IMV 16泄漏流的功能。本发明的实施例提供了供应管线52，以将蒸汽从供应管线14引入文丘里装置50，其中示出了蒸汽穿过入口区域70进而穿过放气口72而朝着低压区域74移动。将入口文丘里通道48构造为将来自入口止回阀通道17的燃料流引入文丘里装置50。因此，IMV 16下游的泄漏燃料流68被引向文丘里装置50的低压区域74。在一个实施例中，文丘里装置50可包括低压区域74的扩张区域75，其可产生甚至更低的压力，以使得出口流动方向66的燃料/空气流朝着燃料排放24返回。因此，在正常的车辆运行条件下，文丘里装置50将导致IMV泄漏流68远离燃料泵30。这通过在IMV泄漏流68到达高压燃料泵30的入口止回阀26且被泵送至蓄压器42之前吸引泄漏流68并将其转向至燃料排放供应管线22而实现。

本发明还降低了当排放压力处于或稍微大于燃料泵30的入口止回阀26(图2)的开口压力时不期望的泵送的灵敏度。因此，本发明的另一优点包括所公开的文丘里装置50，其防止高压燃料泵30从燃料排放供应管线22吸出燃料并将这些燃料泵送至高压蓄压器42中。文丘里装置50提供了更低压力的区域，以防止更高的背压进入燃料排放供应管线22，进而朝着燃料泵30返回。因此，燃料泵30不能接收来自燃料排放供应管线22的燃料，所述燃料可通过使得凸轮32动作以驱动燃料泵30的柱塞而进一步被加压，因此，从燃料排放供应管线22接收的是加压的燃料。

图4提供了在高压燃料系统内具有和不具有本公开发明的实施例的图解说明。曲线78表示在不具有文丘里装置50且具有在闭合节流阀运行操作过程中来自完全闭合的IMV 16的高泄漏流速的高压燃料系统中，随着时间变化的压力值。如图4所示，产生的压力值相当大，范围在大约2000至2400巴之间。还可注意到，压力大体上随着时间增加。

显而易见地，本发明的所公开的实施例的实施提供了随着时间减小的压力，例如在图4中所证明的。即使在从IMV 16的燃料泄漏相对少的情况中，所公开的文丘里装置50也提供了在高压燃料系统内实现或保持更低压力范围的优点。例如，曲线82示出了在不具有文丘里装置50且具有在闭合节流阀运行操作过程中来自完全闭合的IMV 16的低泄漏流速的高压燃料系统中，随着时间变化的压力值。产生的压力值随着时间从大约0巴增加到1000巴。曲线84表示在具有所公开的文丘里装置50(具有0.35巴的排放值)且具有在闭合节流阀运行操作过程中来自完全闭合的IMV 16的高泄漏流速的高压燃料系统中，随着时间变化的压力值。然而，产生的压力值大体上随着时间减小，从大约200巴减小至100巴。

因此，容易明白的是，本发明所公开的实施方式可以将高压燃料喷射系统60的部件加压至预定压力范围内。由于具有此能力，因此本发明所公开的实施方式能够有助于实现效果，以避免燃料喷射系统和相关零件的过压。这能进一步防止损坏燃料喷射系统和相关零件，从而保持或延长系统及其零件的使用寿命。为此，本公开的其他优点包括防止高压燃料喷射系统60内的不期望的蓄压，这通过提供用于使燃料流泄漏从高压燃料泵系统流走以防止操作过程中高压燃料泵系统60中的泄漏燃料流被不期望地加压的系统和方法来实现。此外，本公开的其他优点还包括防止高压燃料泵系统(例如，高压燃料泵30)从燃料排放供应管线22吸取燃料并将那些燃料泵送至高压燃料泵系统60的零件(例如，高压蓄压器42)中，此情况下可能出现过压。

对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，在不背离本公开的范围的前提下，可对所公开的装置和方法进行各种修改和改变。另外，结合考虑说明书，装置和方法的其他实施例对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。说明书和实例仅应被看作是示例性的，本公开的真正范围由以下权利要求及其等同物表示。

Claims (16)

1.一种用于计量至少一个高压燃料泵的燃料的系统，包括：

燃料供应管线，与所述至少一个高压燃料泵流体连接；

计量阀，与所述燃料供应管线流体连接以控制流过所述燃料供应管线的燃料流，所述计量阀能够移动到闭合位置，以阻挡主燃料流并在所述计量阀下游的所述燃料供应管线中产生泄漏燃料流；以及

文丘里装置，与所述计量阀上游的所述燃料供应管线流体接合，所述文丘里装置进一步与所述计量阀下游的所述燃料供应管线接合，以引导所述泄漏燃料流远离所述至少一个高压燃料泵。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个高压燃料泵包括多个高压燃料泵。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述文丘里装置将气体从所述燃料供应管线引导出。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述文丘里装置被构造为当所述计量阀关闭时在所述计量阀下游产生低压区域。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述低压区域保持在5-10psi之间。

6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

所述文丘里装置的出口；以及

燃料排放管线，与所述出口和所述至少一个高压泵流体接合，其中，所述文丘里装置引导所述燃料排放管线中的燃料远离所述至少一个高压泵。

7.一种用于将共轨式燃料装置加压至预定压力范围的高压燃料喷射系统，包括：

至少一个高压燃料泵，与所述共轨式燃料装置接合；

燃料供应管线，与所述至少一个高压燃料泵流体连接；

计量阀，与所述燃料供应管线流体连接以控制通过所述燃料供应管线的燃料流，所述计量阀可移动到闭合位置，以阻挡主燃料流并在所述计量阀下游的所述燃料供应管线中产生泄漏燃料流；以及

文丘里装置，与所述计量阀上游的所述燃料供应管线流体接合，所述文丘里装置进一步与所述计量阀下游的所述燃料供应管线接合，以引导所述泄漏燃料流远离所述至少一个高压燃料泵。

8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：

所述文丘里装置的出口；以及

燃料排放管线，与所述出口和所述至少一个高压泵流体接合，其中，所述文丘里装置引导所述燃料排放管线中的燃料远离所述至少一个高压泵。

9.一种用于计量高压燃料泵的燃料的系统，包括：

用于向高压燃料泵供应燃料的装置；

用于在位于所述高压燃料泵上游的点处计量供应至所述高压燃料泵的燃料量的装置；以及

文丘里装置，与计量点上游的供应燃料的装置流体接合，并与计量点下游且所述高压燃料泵上游的供应燃料的装置流体接合，用于防止燃料在位于计量点下游且位于所述高压燃料泵上游的点处被所述高压燃料泵加压。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述计量装置包括液压机械式致动器。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述液压机械式致动器包括入口计量阀。

12.一种计量高压燃料泵的燃料的方法，包括：

向高压燃料泵供应燃料；

在位于所述高压燃料泵上游的点处计量供应至所述高压燃料泵的燃料量；

通过使用文丘里装置来防止燃料在位于计量点下游且位于所述高压燃料泵上游的点处被所述高压燃料泵加压，所述文丘里装置与计量点上游的燃料供应流体接合，并与计量点下游且所述高压燃料泵上游的燃料供应流体接合，以在位于计量点下游且位于所述高压燃料泵上游的燃料供应中形成低压区域。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

将所述低压区域保持在5-10psi之间。

14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

在位于计量点上游的点处从燃料供应中去除气体。

15.一种将蓄压器加压至预定压力范围的方法，包括：

将燃料供应至与所述蓄压器流体接合的至少一个高压燃料泵；

在所述至少一个高压燃料泵上游的点处计量供应至所述至少一个高压燃料泵的燃料量；

通过使用文丘里装置来防止燃料在位于计量点下游且位于所述至少一个高压燃料泵上游的点处被所述至少一个高压燃料泵加压，所述文丘里装置与计量点上游的燃料供应流体接合，并与计量点下游且所述高压燃料泵上游的燃料供应流体接合，从而在位于计量点下游且位于所述至少一个高压燃料泵上游的燃料供应中形成低压区域，以将所述蓄压器的压力调节在预定范围内。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

防止所述至少一个高压燃料泵的泵送，以调节所述蓄压器的压力。

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