CN102312759B - 具有贮存器和流量限制器的燃料系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于发动机的燃料系统。该燃料系统可具有泵、多个燃料喷射器和多个燃料贮存器。多个燃料贮存器的每个可至少部分地布置在发动机的不同气缸盖内且与多个燃料喷射器的相关燃料喷射器流体连通。多个燃料贮存器的每个还可与多个燃料贮存器的相邻燃料贮存器流体连通。多个燃料贮存器的至少一个还可与泵流体连通。燃料系统还可具有多个流量限制器。多个流量限制器的每个可布置在多个燃料贮存器的相关燃料贮存器和多个燃料喷射器的相关燃料喷射器之间。

Description

具有贮存器和流量限制器的燃料系统

技术领域

本发明涉及一种燃料系统，更具体地涉及一种具有贮存器和流量限制器的燃料系统。

背景技术

共轨燃料系统通常采用多个燃料喷射器来将高度加压的燃料喷射到发动机的燃烧室中。高压燃料经沿着发动机长度固定的共轨或歧管以及连接在共轨和每个喷射器之间的各个供应线路供应到燃料喷射器。在一些构型中，流量限制器可被采用在供应通道中并位于共轨和每个燃料喷射器之间，以限制灾难性的喷射器失效期间的燃料泄漏，或者缓冲燃料喷射器的正常操作引起的压力振动。

尽管功能上很充分，但上面描述的共轨燃料系统制造起来可能很昂贵和费时。特别地，由于经过共轨的燃料的高压，共轨通常由重的固体原材料制造。固体原材料必须通过其整个长度被枪钻，以形成具有能够承受高压的厚壁的主钻孔。另外，共轨与各个供应线路的每个交叉处必须在固体原材料中交叉钻孔，然后例如通过自紧法、ECM、磨损流等处理，以帮助确保交叉处与外界隔绝密封，很少或没有过程污染。制造共轨所使用的这些材料和过程增加了燃料系统的成本和制造时间。

2005年2月8日授予Jay的美国专利No.6851412(’412专利)中公开了解决上述问题的一种尝试。具体地，’412专利公开了一种燃料喷射系统，其具有用于发动机的每个气缸的喷射器喷嘴和与每个喷嘴直接连接的专用压力贮存器。该专用压力贮存器代替了这种燃料系统中常用的共轨。每个压力贮存器至少部分布置在发动机的气缸盖内，使得气缸盖用作用于贮存器的支承壳并从气缸盖外部延伸到喷射器喷嘴。每个压力贮存器包括纵向细长的主体部分，其限定彼此开放流体连通且由共同的中间壁限制的至少两个分离的室。每个压力贮存器的总体积为在发动机的单个燃烧冲程期间由一个喷射器喷嘴喷射的燃料体积的至少30倍。压力贮存器通过气缸盖外部的管道系统彼此流体连通，管道系统连接到发动机驱动的高压燃料泵。

尽管’412专利的系统可通过用专用压力贮存器代替共轨降低燃料系统成本，但该系统仍然不是最佳的。特别地，’412专利的每个贮存器内的多个室会增加贮存器的复杂性，造成贮存器制造起来昂贵和耗时。此外，’412专利的系统没有提供限制灾难性的喷射器失效期间的燃料泄漏或者缓冲喷射器的正常操作引起的压力振动的任何方式。

本发明的系统解决了上述的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。

发明内容

本发明的一方面涉及燃料贮存器。该燃料贮存器可包括主体，该主体具有第一端、第二端以及在第一端和第二端之间沿着主体的长度方向延伸的单个室。燃料贮存器还可以包括能够关闭第一端并包括与主体的单个室流体连通的第一入口和第一出口的帽，第一入口和第一出口均具有直径。单个室具有的横截面直径可以大于第一入口和第一出口的直径

本发明的另一方面涉及一种流量限制器。该流量限制器可以包括具有入口、出口和设置在入口和出口之间的凹部的主体。燃料限制器还可以包括第一阀元件，其布置在凹部中并能够允许燃料基本不受限制地从入口流到凹部但限制燃料从凹部流到入口。燃料限制器还可以包括第二阀元件，其布置在凹部中并能够在第一条件期间允许燃料从凹部流到出口，但在第二条件期间阻止燃料从凹部流到出口。

在又一方面，本发明涉及一种用于发动机的燃料系统。该燃料系统可包括：泵，其由所述发动机驱动以对燃料进行加压；多个燃料喷射器，其能够将加压燃料喷射到所述发动机的相关燃烧室中。多个燃料喷射器中的每个可以至少部分定位在发动机的不同气缸盖内。燃料系统还可以包括与多个燃料喷射器相联的多个燃料贮存器。多个燃料贮存器的每个可以至少部分布置在发动机的不同气缸盖内且与多个燃料喷射器的相关燃料喷射器流体连通，并且布置成与多个燃料贮存器的相邻燃料贮存器流体连通。多个燃料贮存器中的至少一个还可以与泵流体连通。燃料系统还可以包括多个流量限制器，多个流量限制器中的每个布置在多个燃料贮存器的相关燃料贮存器和多个燃料喷射器的相关燃料喷射器之间。

附图说明

图1是一种示例性公开的燃料系统的示意图；

图2是用于图1的燃料系统的示例性公开的气缸盖组件的图示；

图3是用于图2的每个气缸盖组件的示例性公开的燃料贮存器的剖视图；

图4是图3的燃料贮存器的一部分的剖视图。

具体实施方式

图1示出了具有燃料系统12的发动机10的一种示例性实施方式。为了公开的目的，发动机10被描述和描绘为四冲程柴油发动机。然而，本领域技术人员将会认识到，发动机10可以是任何其他类型的内燃机，例如汽油发动机或者气体燃料发动机。发动机10可包括发动机缸体14，其至少部分地限定多个气缸16、可滑动地布置在每个气缸16内的活塞18、以及与每个气缸16相关的气缸盖20。

气缸16、活塞18和气缸盖20可一起形成燃烧室22。在所示的实施方式中，发动机10包括4个燃烧室22。然而，可以想到，发动机10可以包括更多或更少个燃烧室22，且燃烧室22可以布置成直列构型、“V”构型或任何其他合适的构型。

燃料系统12可包括相互协作以将加压燃料的喷射传递到每个燃烧室22中的部件。特别地，燃料系统12可包括能够保持燃料供应的箱24、能够对燃料进行加压的燃料泵送机构26、以及能够通过多个分配的贮存器30接收加压燃料的多个燃料喷射器28。每个燃料喷射器28可与不同的气缸盖20相联，并能够操作以在具体的定时、燃料压力和燃料流速下将一定量的加压燃料喷射到相关的燃烧室22中。

燃料泵送机构26可包括一个或多个泵送装置，其用来增加燃料的压力并将一个或多个加压燃料流引导到贮存器30和燃料喷射器28。在一个例子中，燃料泵送机构26可包括串联布置并通过燃料线路36流体连接的低压源32和高压源34。低压源32可以是能够从箱24抽吸燃料并向高压源34提供低压供给的输送泵。高压源34可以被配置成接收所述低压供给并将燃料的压力增加到大约200-400MPa(在一些实施方式中)。高压源34可通过燃料线路38连接到贮存器30。单向阀40可以布置在燃料线路38内，以提供燃料从燃料泵送机构26到贮存器30的单向流动。

如图2所示，每个燃料喷射器28可以与一个贮存器30配对，以从该贮存器30接收加压燃料。配对的燃料喷射器28和贮存器30可至少部分布置在共同的气缸盖20内，且使贮存器30的轴向流向与配对的燃料喷射器28的轴向流向基本正交地取向。燃料喷射器28可自气缸盖20的上表面42延伸，经过气缸盖20的下表面44并延伸进入燃烧室22一距离(参考图1)。贮存器30可自气缸盖20的前表面46延伸经过气缸盖20的大约半程到达沿燃料喷射器28的长度大约是中间的位置。每个贮存器30可以与每个燃料喷射器28以及相邻的贮存器30流体连通。在一种实施方式中，贮存器30可经由各个供应通道48菊链连接起来(即串联流体连接)，使得一个或多个贮存器30可直接从燃料线路38接收加压燃料，并将燃料传递至与其相联的燃料喷射器28和其余的下游贮存器30。尽管端部贮存器30在图2中被显示为是直接连接到燃料线路38的贮存器30，但可以想到，如果希望，其他贮存器30可替代或另外地直接连接到燃料线路38。

每个贮存器30可包括大体彼此相对对准且垂直于贮存器30的轴向流向取向的入口50和出口52。位于最上游的贮存器30的入口50可流体连接到燃料线路38，位于最下游的贮存器30的出口52可被塞住或以其他方式关闭。其余的贮存器30的入口52可通过供应通道48流体连接到上游贮存器30的出口52。可以想到，最下游的贮存器的出口52可替代地例如通过压力释放阀(未示出)流体连接回箱24，如果希望的话。

如图3所示，贮存器30可包括细长主体54，该细长主体54具有第一端56、相对的第二端58、以及能够接合和关闭第一端56的帽59。单个室60可在主体54的轴向流向上延伸，并位于第一端56和第二端58之间。室60通常在第一端56打开，并在第二端58包括出口62。室60的横截面直径可大于出口62的直径，且其限定的体积大约为发动机10的单次循环期间喷射器28的最大喷射量的15-50倍(参照图1)。主体54通常具有圆柱形且带台阶的外表面，具有能够接收密封构件66的至少一个外部凹槽64。密封构件66可被配置成接合气缸盖20的钻孔(参照图1和图2)并围绕贮存器30形成流体密封。凸缘构件67可从主体54的外表面延伸，以用于接合气缸盖20的前表面46(参照图2)。在一种实施方式中，紧固件69(仅在图2中显示)可经过凸缘构件67延伸到气缸盖20中，以将贮存器30固定到气缸盖20。

帽59可至少部分地限定入口50和出口52，并包括垂直于入口50和出口52的大体中空的凸起68，其通过主体54的凹部70接收，以在第一端56处关闭室60。帽59还可以包括接合第一端56的肩部72和经过帽59进入主体54的第一端56以将帽59固定就位的一个或多个紧固件74。密封构件76可接收在凸起68的外部凹槽78中，以在帽59和主体54之间形成流体密封。以此方式，帽59可将入口50和出口52经由中空凸起68与室60流体连通。室60的横截面直径可大于入口50和出52的直径。

在一种实施方式中，插入件79可定位在中空凸起68内并包括将入口50、出口52和室60相互流体连接的内部通道81。内部通道81可以大体T形布置，并具有比室60的直径小的直径。如果希望，插入件79可由与帽59相关的材料或工艺不同的材料或工艺制造。例如，插入件59可由具有更高强度的材料和/或经具有更高精度的工艺制造。通过使用插入件79，与制造帽59相关的成本和时间可以相对较低。

每个燃料喷射器28可以是具有喷嘴构件80的闭合喷嘴式单元喷射器。喷嘴构件80可以是能够接收针阀82的大体圆柱形主体。一个或多个孔口84可位于喷嘴构件80的末端，并可通过针阀82选择性地阻挡或打开以允许将加压燃料喷射到相关的燃烧室22中。

在一些情形下，喷嘴构件80的一部分可能会腐蚀、裂缝或完全折断。为了阻止来自损坏的喷嘴构件80的不受约束的流体泄漏进入燃烧室22(参照图1)，流量限制器86可以流体地布置在每个贮存器30和每个喷射器28之间。在一种实施方式中，流量限制器86可至少部分布置在位于贮存器30的第二端58处的主体54的凹部87内。

连接件90可将过滤器外壳88连接到贮存器30的第二端58，以关闭凹部87并由此保持流量限制器86就位。过滤器外壳88可包括容纳过滤器91的中心通道89，过滤器91例如是边缘过滤器，其可用来从从贮存器30到喷射器28的燃料流中滤除杂质。连接件90可包括接合过滤器外壳88的肩部94的内部凸缘92和接合贮存器30的第二端58的螺纹96。由于具有这种构型，连接件90的转动可用来向着贮存器30的咬合边缘102拉动过滤器外壳88的端面100，以形成流体密封。过滤器外壳88的末端98可在入口104处直接接合燃料喷射器28，使得自贮存器30经过流量限制器86的燃料可经中心通道89引导到喷射器28。紧固件69被上紧到气缸盖20中(参照图2)，贮存器30可向着喷射器28压过滤器外壳88的末端98，以在入口104处形成密封。

流量限制器86可被配置成响应于贮存器30和泄漏的燃料喷射器28之间的压差阻止不受约束的燃料流到泄漏的燃料喷射器28中。即，在喷嘴构件80的完整性受损时(例如在喷嘴构件80裂缝、腐蚀、断裂等时)，受损的燃料喷射器28内的燃料可基本不受阻地流入相关的燃烧室22中(参照图1)。由于对受损的燃料喷射器28内的燃料的限制减小，受损的燃料喷射器28内的燃料的压力可快速地大量减小。贮存器30和受损的燃料喷射器28之间的这种压差可能比贮存器30和正常运行的燃料喷射器28之间的压差大得多。该增加的压差(在下文中更加详细地描述)可引起流量限制器86致动并阻止燃料流到受损的燃料喷射器28。

如图4所示，流量限制器86可包括相互协作以响应于压差选择性地通过或阻挡燃料流的多个部件。具体地，流量限制器86可包括第一阀元件106和第二阀元件108。第一阀元件106可以是具有面端110和开放端112的杯状元件。圆柱形侧壁113可从面端110延伸到开放端112并至少部分地限定内部通道114。限制孔口116可经过面端110的中心以将内部通道114与贮存器30的出口62流体连通。第一阀元件106的面端110可包括能够接合位于凹部87的上游端的内部斜面120的外部斜面118。定位在过滤器外壳88的开放端112和内部肩部124之间的弹簧122可朝着外部斜面118接合内部斜面120的关闭位置偏置第一阀元件106。当第一阀元件106位于关闭位置时，燃料仅经过限制孔口116。当第一阀元件106被燃料压力推动以压缩弹簧122时，燃料可经过限制孔口116以及第一阀元件116的圆柱形侧壁113和凹部87的内壁之间(即，当第一阀元件106运动到打开位置时，燃料可基本不受限制地流经流量限制器86到达喷射器28)。

第二阀元件108可包括接收在第一阀元件106的套筒128内且被弹簧130朝着贮存器30远离燃料喷射器28偏置的球126。球126、套筒128和弹簧130可接收在第一阀元件106的弹簧122内。球126能够在喷射器28的灾难性失效期间(即，导致经过流量限制器86的压力梯度大于阈值量的喷射器28失效期间)压缩弹簧122并接合过滤器外壳88的内部锥形座131。当球126接合座131时，很少或没有燃料可以流到喷射器28。在正常条件(即，当喷嘴构件80的末端没有受损时)下，球126被弹簧130的力保持远离座131。

工业实用性

本发明的燃料系统在各种发动机类型，包括例如柴油发动机、汽油发动机和气体燃料发动机中具有广泛应用。本发明的燃料系统可以实施到利用高压燃料供应和封闭孔口式燃料喷射器的任何发动机中，在这些燃料喷射器中，关注制造时间和成本并且希望流量限制。现在将详细描述燃料系统12的操作。

参照图1，在燃料系统12的操作过程中，燃料泵送机构26可从箱24抽吸燃料，对燃料加压并将加压后的燃料引导到最上游的贮存器30。加压燃料将填充该贮存器30并经供应通道48继续朝最下游贮存器30流动。一旦每个贮存器30内的燃料的压力达到阈值压力，例如大约200-400MPa，燃料喷射器28和发动机10就变为全操作。

参照图3，贮存器30内的加压燃料可从室60流经流量限制器86和经过滤器91到达喷射器28的入口通道104。然后针阀82可在具体时间选择性地运动离开孔口84具体的持续时间，以向燃烧室22喷射希望量的燃料。当针阀82返回并抵靠喷嘴构件80的末端就座时，孔口84被阻挡且结束燃料喷射。

针阀82向着喷嘴构件80的末端的返回会在喷射器28和贮存器30内产生压力振动。特别地，燃料在喷射事件中从贮存器30向喷射器28的流动可具有与流速和流量相关的相应动量。喷射事件结束时针阀82的突然关闭会同时阻挡燃料流动和引起相应动量沿相反方向回弹，造成从喷射器28向后经贮存器30行进的相反压力波。如果不解决，该压力波会行进到相邻的贮存器30并干扰接下来的喷射事件(即，相反行进的压力波会造成相同或其他喷射器28的针阀82颤抖和提早打开、提早关闭、或者打开另外的次数)。

流量限制器86可帮助缓和燃料系统12内的压力振动。参照图4，随着压力波如上所述从喷射器28向后朝着贮存器30行进，它首先会进入流量限制器86的凹部87。该压力波与弹簧122的偏置一起朝着贮存器30驱动第一阀元件106，直到外部斜面118接合内部斜面120且基本阻挡绕着第一阀元件106周围的流动。此时，流量限制器86和贮存器30之间仅有的流体连通是经过通道114和限制孔口116。随着压力波经过限制孔口116到达贮存器30，压力波的大小通过相关的限制减小。在压力波经过流量限制器86后，贮存器30和喷射器28之间的压差可克服弹簧122的偏置并使第一阀元件106返回打开位置，在该位置，来自贮存器30的燃料可经过第一阀元件106和环绕第一阀元件106基本不受限制地经过。

流量限制器86还可在喷射器28的灾难性失效期间阻止向喷射器28的燃料供应。特别地，随着贮存器30和喷射器28之间的压差达到表示喷射器失效条件的阈值限制，压差可使球126克服弹簧130的偏置移动以接合座131。在该位置，很少或没有燃料可经过流量限制器86到喷射器28。一旦喷射器失效条件得到补救，或者流量限制器86上的压差以其他方式减小(例如关闭发动机)，弹簧130可使球126移动离开座131以恢复燃料到喷射器28的流动。

本发明的燃料系统可以实现多种优点。例如，因为本发明的燃料系统利用相较传统的共轨结构来说制造相对容易的简单分布的贮存器，燃料系统的总体成本可以较低。另外，流量限制器的使用和位置可帮助缓和燃料系统内会干扰正常喷射事件的压力振动，以及阻止下游部件的失效条件期间的燃料泄漏。

本领域技术人员将会理解，可以对本发明的燃料系统进行多种修改和变型，都不脱离本发明的范围。通过考虑这里公开的燃料系统的说明和实践，本领域技术人员可以清楚其他实施方式。说明书和实施例应当被认为是示例性的，本发明的真正范围通过权利要求书及其等同范围指明。

Claims (9)

1.一种燃料贮存器，包括：

主体，该主体具有：

第一端；

第二端；和

单个室，其在所述第一端和第二端之间沿着所述主体的长度方向延伸；以及

帽，其能够关闭所述第一端并包括第一入口和第一出口，所述第一入口和第一出口与所述主体的所述单个室流体连通并均具有直径，其中，所述单个室具有的横截面直径大于所述第一入口和所述第一出口的直径，

所述帽包括：

凸起，其在所述第一端由所述主体中的第一凹部接收；

肩部，其接合所述主体的所述第一端；和

密封构件，其布置在所述凸起的外部凹槽中。

2.如权利要求1所述的燃料贮存器，其中：

所述主体包括在所述第二端与所述单个室流体连通的第二出口，所述第二出口具有直径；且

所述单个室的横截面直径大于所述第二出口的直径。

3.如权利要求2所述的燃料贮存器，其中，所述第一入口和所述第一出口彼此对准并且基本垂直于所述单个室地布置。

4.如权利要求1所述的燃料贮存器，还包括布置在所述帽内且具有流体通道的插入件，所述流体通道将所述第一入口和第一出口彼此流体连接以及与所述单个室流体连接。

5.如权利要求1所述的燃料贮存器，还包括接收在所述主体的外部凹槽内的至少一个密封构件。

6.如权利要求1所述的燃料贮存器，还包括第二凹部，其在所述第二端定位在所述主体中并能够接收流量限制器。

7.如权利要求6所述的燃料贮存器，还包括所述第二端处的螺纹，其能够将过滤器外壳连接到所述主体并关闭所述第二凹部。

8.如权利要求1所述的燃料贮存器，其中，所述帽被紧固到所述主体，并且所述主体包括位于所述第一端处的用于连接到气缸盖的钻孔的凸缘构件。

9.一种用于发动机的燃料系统，包括：

泵，其由所述发动机驱动以对燃料进行加压；

多个燃料喷射器，其能够将加压燃料喷射到所述发动机的相关燃烧室中，所述多个燃料喷射器中的每个至少部分定位在所述发动机的不同气缸盖内；

与所述多个燃料喷射器相联的多个如权利要求1-8中的任意一项所述的燃料贮存器，其中：

所述多个燃料贮存器中的每个至少部分布置在所述发动机的不同气缸盖内且与所述多个燃料喷射器中的相关燃料喷射器流体连通；

所述多个燃料贮存器中的每个与所述多个燃料贮存器中的相邻燃料贮存器流体连通；并且

所述多个燃料贮存器中的至少一个还与所述泵流体连通；以及

多个流量限制器，所述多个流量限制器中的每个布置在所述多个燃料贮存器中的相关燃料贮存器和所述多个燃料喷射器中的相关燃料喷射器之间。