CN102383991B - 用于双燃料共轨系统的共轴线空心轴组件 - Google Patents

用于双燃料共轨系统的共轴线空心轴组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双燃料共轨系统，包括通过共轴线空心轴组件流体连接到燃料喷射器的第一和第二共轨。处于第一压力的馏分柴油从第一共轨运动穿过由空心轴限定出的第一燃料通道、穿过内部管道并进入燃料喷射器。处于第二较低压力的液化天然气从第二共轨运动穿过由空心轴限定出的第二燃料通道、穿过外部管道和内部管道之间的空间、并最终进入燃料喷射器。空心轴局部定位在块状体中。第一和第二压缩载荷调节件以螺纹连接的方式附装到块状体，以调节作用在内部管道和外部管道上的压缩载荷，从而防止燃料从管道泄漏。

Description

用于双燃料共轨系统的共轴线空心轴组件
技术领域
本发明一般涉及双燃料共轨系统，更具体地涉及用于将第一和第二共轨流体连接到燃料喷射器的共轴线空心轴组件。
背景技术
在压燃式发动机领域，共轨燃料系统是公知的。典型的共轨燃料系统包括经由单独的空心轴管向发动机提供燃料喷射器的共用的燃料轨。由于涉及高压，一些法规要求用于捕获泄漏燃料的双壁密封策略。例如，共同拥有的美国专利申请2005/0166899教导了一种用于将共轨流体连接到燃料喷射器的高压管线连接策略。可以发现，共轨燃料系统使用馏分柴油或重质燃油作为燃料介质。逐渐地，工业已转向将共轨燃料系统作为改进燃烧特征以减少不想要的排放物包括NOX、未燃烧的碳氢化合物等的产生的一个策略，以减小对后处理系统的需求。
已知气态燃料发动机相对于他们的压燃式发动机对应物能够燃烧得相对干净。但是，公知的是，气态燃料难以实现成功点燃。一些气态燃料发动机使用火花塞，而已知其他发动机使用压燃的少量馏分柴油来点燃大量的气态燃料。发动机内部和周围的实际空间限制常常使得难以寻找到用于与将两种不同的燃料供给到各燃烧室相关联的全部管路和硬件的空间。在这方面，加拿大专利2,635,410教导了一种依靠单个空心轴的双燃料连接器，该单个空心轴包括两个不同的内部通道以便流体连接至燃料喷射器的两个不同的燃料入口。但是，该参考文献没有教导抑制两种不同燃料之间的燃料泄漏以及在所示管道与燃料喷射器接触的位置从任一燃料供给向大气的燃料泄漏。
本发明涉及上文提到的一个或多个问题。
发明内容
一方面，用于双燃料共轨燃料系统的共轴线空心轴组件包括至少局部定位在块状体中的空心轴。该空心轴限定在第一燃料入口和第一燃料出口之间延伸的第一燃料通道和在第二燃料入口和第二燃料出口之间延伸的第二燃料通道。外部管道具有延伸到块状体中的一个端部并流体连接到空心轴的第二燃料出口。内部管道定位在外部管道内部并流体连接到空心轴的第一流体出口。第一压缩载荷调节件附装到块状体并可操作地联接为调节作用在内部管道上的载荷。第二压缩载荷调节件附装到块状体并可操作地联接为调节作用在外部管道上的压缩载荷。
另一方面，利用共轴线空心轴组件将燃料供给到燃料喷射器的方法包括使处于第一压力下的第一燃料从第一共轨运动穿过空心轴的第一燃料通道、穿过内部管道、并进入燃料喷射器中。以第二压力使第二燃料从第二共轨运动穿过空心轴的第二燃料通道、穿过外部管道和内部管道之间的空间、并最终进入燃料喷射器中。通过将第一压力设定成高于第二压力，可抑制第二燃料泄漏到第一燃料中。通过利用第一压缩载荷调节件将作用在内部管道上的压缩载荷设定成高于第一预定阈值，可抑制第一燃料泄漏到第二燃料中。通过利用第二压缩载荷调节件将作用在外部管道上的压缩载荷设定成高于第二预定阈值，可抑制第二燃料泄漏到大气。
又一方面，双燃料共轨燃料系统包括空心轴，该空心轴限定穿过该空心轴的第一和第二燃料通道。燃料喷射器限定同心地围绕第二锥形座的第一锥形座，并包括由第一锥形座围绕的第一燃料入口以及定位在第一锥形座和第二锥形座之间的第二燃料入口。外部管道被压缩在空心轴和燃料喷射器之间，并将空心轴的第二燃料出口流体连接到燃料喷射器的第二燃料入口。内部管道定位在外部管道中并被压缩在空心轴和燃料喷射器之间，并将空心轴的第一燃料出口流体连接到燃料喷射器的第一燃料入口。第一压缩载荷调节件可操作以调节内部管道作用在第一锥形座上的载荷，第二压缩载荷调节件可操作地联接以调节外部管道作用在第二锥形座上的载荷。
附图说明
图1是根据本发明的双燃料共轨系统的剖开的侧视图；以及
图2是图1所示共轴线空心轴组件的示意性立体图。
具体实施方式
参见图1和2，双燃料共轨系统10包括使燃料喷射器12与第一和第二共轨14、16分别流体连接的共轴线空心轴组件18。虽然本发明的概念可应用于用于不同发动机的各种燃料，但所示的实施例特别适用于使用馏分柴油进行压燃的气态燃料发动机。换句话说，与双燃料共轨系统10相关联的发动机可以主要燃烧从第二共轨16供给的液化天然气，并且在燃烧事件中通过由压缩机点燃来自共轨14的较少的馏分柴油进气而点燃发动机燃烧空间中的进气。
共轴线空心轴组件18包括至少局部定位在块状体20中的空心轴30。该空心轴包括在流体连接到第一共轨14的第一燃料入口33和第一燃料出口34之间延伸的第一燃料通道32。空心轴30还限定在流体连接到第二共轨16的第二燃料入口36和第二燃料出口37之间延伸的第二燃料通道35。空心轴30利用已知的硬件(例如附件)和技术流体连接到共轨14和16。来自第一共轨14的燃料经由内部管道50运动穿过发动机(气)缸盖(未示出)，而来自第二共轨16的燃料在位于内部管道50和外部管道40之间的空间49中运动到燃料喷射器12。内部管道50可以具有本领域技术人员熟悉的构造，其中，该内部管道包括被压缩在空心轴30的锥形座38和燃料喷射器12的内部锥形座55之间的倒圆的或锥形的端部。由此，内部管道50中的流体通道在空心轴30的第一燃料出口34和燃料喷射器12的内部燃料入口57之间延伸。第二管道40具有比内部管道50的外径大的内径，以限定细长环形空间49，该空间在一端通向空心轴30的第二燃料出口37，在另一端通向燃料喷射器12的外部燃料入口48。外部管道40包括被压缩成与燃料喷射器12的外部锥形座46密封接触的倒圆的或锥形端部。外部燃料入口48通向管道40的内径和内部管道50的外表面之间。由此，燃料喷射器12限定同心地围绕内部锥形座55的外部锥形座46。另外，燃料喷射器12包括由内部锥形座55围绕的内部燃料入口57以及定位在内部锥形座57和外部锥形座46之间的外部燃料入口48。
外部管道40被压缩在空心轴30和燃料喷射器12之间。具体而言，外部管道40包括与外部锥形座46密封接触的倒圆的或锥形端部以及接纳在由空心轴30限定的孔口中的相对的端部。外部管道40的一个端部41经由定位在外部管道40和空心轴30之间的空间45中的O型环80密封。O型环80通过支承环86抵抗来自第二共轨16的压力而保持就位，该支承环86通过拧在空心轴30上的帽件87而保持就位。外部管道40通过由压缩载荷调节件60施加到载荷肩部42上的轴向力而被压缩到燃料喷射器12的外部座46上，该压缩载荷调节件60包括与载荷肩部42接触的接触面64。压缩载荷调节件60包括与由块状体20的基部21限定的一组内螺纹配合的外螺纹65，并包括位于块状体20的中空内部24中的工具接合面62，以利于调节作用在外部管道40上的压缩载荷。由此，通过利用压缩载荷调节件60将作用在外部管道40上的压缩载荷设定成高于预定阈值，可防止第二燃料从共轨16泄漏到大气中，以利于在外部锥形座46处的密封。
通过包括与由块状体20的基部21限定的内螺纹配合的螺纹75的单独的载荷调节件70，有利于在内部管道50的相对端部进行密封。载荷调节件70包括位于块状体20外侧的工具接合面72，该接合面有利于压缩载荷调节件70沿公共中心线54运动。换句话说，压缩载荷调节件70沿着公共中心线54推靠空心轴30，以在空心轴30的锥形座38和燃料喷射器12的锥形座55之间压缩内部管道50。因为外部管道40的一端41可以在空心轴30中滑动，所以可以独立地调节作用在内部管道50和外部管道40上的相应压缩载荷，以更好地确保在所有锥形座38、55和46处的适当密封。因此，通过利用压缩载荷调节件70将作用在内部管道50上的压缩载荷设定成高于预定阈值，可防止来自共轨14的第一燃料泄漏到第二燃料中。另外，来自共轨16的第二燃料泄漏到来自共轨14的第一燃料中可包括将共轨14中的压力设定成高于共轨16中的压力。外部管道40、内部管道50、压缩载荷调节件60、压缩载荷调节件70、锥形座38、内部锥形座55和外部锥形座46全部具有公共中心线54。
如图所示，空心轴30可至少局部定位在块状体20中，该块状体包括基部21和可通过多个紧固件26附装到基部21上的盖部22。基部21可包括便于块状体20经由螺栓28附装到发动机缸盖上的凸缘(图2)。如图所示，空心轴30的第一燃料入口33和第二燃料入口36可位于块状体20的外侧。可包括垫片27，以调节锥形座38和锥形座57之间的距离，从而补偿燃料系统和发动机构件中的几何公差。试图经过O型环80泄漏到块状体20的中空内部24中的任何第二燃料可经由排放口23排放到大气中。因此，在共轨16中的燃料在大气压力下不是气态的情况下，可去除排放口23。除了排放口23之外，中空内部24可经由与空心轴30和块状体20接触并围绕第一燃料通道32的O型环81基本封闭。另外，第二O型环82可与空心轴30和块状体20接触并围绕第二燃料通道35。因此，排放口23在中空内部24和暴露于大气的块状体20的外表面25之间延伸。
共轴线的空心轴组件18可以也包括凸缘90、轴环92和螺栓91，以利于空心轴30和共轨14之间的密封流体连接。虽然共轴线的空心轴组件18示出为包括单独的块状体20和空心轴30，但本领域技术人员可认识到，这两个构件的功能和结构可以在不脱离本发明的情况下合并到单个构件中。
工业实用性
本发明的双燃料共轨系统10一般可应用于在相应发动机的燃烧空间中使用两种燃料的任何发动机。这两种燃料可以是处于两种不同压力的相同燃料，或者可以是如所示实施例中一样是不同的燃料。虽然本发明可应用于使用适当燃料的火花点火式发动机，但本发明尤其可应用于使用相对大量的天然气的气态燃料发动机，该天然气通过压燃来自共轨14的少量馏分柴油而点燃。本发明的共轴线空心轴组件18可有利于两种燃料穿过与发动机的各燃料喷射器相关联的发动机缸盖、经由单个孔口运动到安装在发动机缸盖中的燃料喷射器12。该策略节约了发动机中和发动机周围的宝贵空间。
通过使用螺栓连接到发动机缸盖外表面的块状体20，可使用单独的载荷调节件60和70，以将内部管道50和外部管道40分别加载到燃料喷射器12的锥形座57和46上，以防止燃料之间的燃料泄漏并防止燃料泄漏到燃料喷射器12的外部。在系统10使用两种液态燃料的情况下，可增加附加的外壁密封策略(未示出)，以符合与某些法规相关的双壁压力密封条例。
在操作中，处于第一压力的第一燃料从第一共轨14穿过第一燃料通道32、穿过内部管道50进入燃料喷射器12。处于第二压力的第二燃料从第二共轨16穿过第二燃料通道35、穿过外部管道40和内部管道50之间的空间进入燃料喷射器12。通过将共轨14中的压力(可以为约40MPa)设定为高于共轨16中的压力(可以为约35MPa)，可防止第二燃料泄漏到第一燃料中。第一燃料泄漏到第二燃料中包括利用压缩载荷调节件70将作用在内部管道50上的压缩载荷设定成高于第一预定阈值，以在空心轴50的两个端部产生适当的密封力。第二燃料泄漏到大气中包括利用第二载荷调节件60将作用在外部管道40上的压缩载荷设定成高于第二预定阈值，以在外部管道40和燃料喷射器12之间产生密封。
本说明书仅用于说明，不应该认为是以任何方式限制本发明的范围。因此，本领域技术人员可以认识到，可以在不脱离本发明完整和合理的范围和精神的情况下对文中公开的实施例进行各种变型。通过对附图和所附权利要求的研究，可清楚地看到其他方面、特点和优点。

Claims (10)

1.一种用于双燃料共轨燃料系统的共轴线空心轴组件，包括：
块状体；
空心轴，该空心轴至少局部定位在块状体中并限定在第一燃料入口和第一燃料出口之间延伸的第一燃料通道以及在第二燃料入口和第二燃料出口之间延伸的第二燃料通道；
外部管道，该外部管道具有延伸到块状体中的一个端部并流体连接空心轴的第二燃料出口；
内部管道，该内部管道定位在外部管道中并流体连接空心轴的第一燃料出口；
第一压缩载荷调节件，该第一压缩载荷调节件附装到块状体上并可操作地联接以调节作用在内部管道上的压缩载荷；以及
第二压缩载荷调节件，该第二压缩载荷调节件附装到块状体上并可操作地联接以调节作用在外部管道上的压缩载荷。
2.根据权利要求1所述的共轴线空心轴组件，其特征在于，外部管道包括与第二压缩载荷调节件接触的载荷肩部；以及
第一压缩载荷调节件与空心轴接触。
3.根据权利要求1所述的共轴线空心轴组件，其特征在于，块状体包括附装到基部上的盖部；
基部和盖部中的一个限定在块状体的内部空腔和块状体的外表面之间延伸的排放口；
第二压缩载荷调节件包括位于块状体内部的工具接合面；以及
第一压缩载荷调节件包括位于块状体外部的工具接合面。
4.一种利用共轴线空心轴组件将燃料供给到燃料喷射器的方法，该共轴线空心轴组件包括：块状体；空心轴，该空心轴至少局部定位在块状体中并限定在第一燃料入口和第一燃料出口之间延伸的第一燃料通道以及在第二燃料入口和第二燃料出口之间延伸的第二燃料通道；外部管道，该外部管道具有延伸到块状体中的一个端部并流体连接空心轴的第二燃料出口；内部管道，该内部管道定位在外部管道中并流体连接空心轴的第一燃料出口；第一压缩载荷调节件，该第一压缩载荷调节件附装到块状体上并可操作地联接以调节作用在内部管道上的压缩载荷；以及第二压缩载荷调节件，该第二压缩载荷调节件附装到块状体上并可操作地联接以调节作用在外部管道上的压缩载荷；所述方法包括以下步骤：
使处于第一压力下的第一燃料从第一共轨移动穿过第一燃料通道、穿过内部管道并进入燃料喷射器；
使处于第二压力下的第二燃料从第二共轨移动穿过第二燃料通道、穿过外部管道和内部管道之间的空间并进入燃料喷射器；
防止第二燃料泄漏到第一燃料中包括将第一压力设定成高于第二压力；
防止第一燃料泄漏到第二燃料中包括利用第一压缩载荷调节件将作用在内部管道上的压缩载荷设定成高于第一预定阈值；以及
防止第二燃料泄漏到大气中包括利用第二压缩载荷调节件将作用在外部管道上的压缩载荷设定成高于第二预定阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过块状体中的排放口将泄漏的第二燃料排放到大气中的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，第一燃料是馏分柴油，第二燃料是液化天然气。
7.一种双燃料共轨燃料系统，包括：
空心轴，该空心轴限定在第一燃料入口和第一燃料出口之间延伸的第一燃料通道以及在第二燃料入口和第二燃料出口之间延伸的第二燃料通道；
燃料喷射器，该燃料喷射器限定同心地围绕内部锥形座的外部锥形座，并包括由内部锥形座围绕的内部燃料入口和定位在内部锥形座和外部锥形座之间的外部燃料入口；
外部管道，该外部管道被压缩在空心轴和燃料喷射器之间并将空心轴的第二燃料出口流体连接到燃料喷射器的第二燃料入口；
内部管道，该内部管道定位在外部管道中并被压缩在空心轴和燃料喷射器之间，并将空心轴的第一燃料出口流体连接到燃料喷射器的第一燃料入口；
第一压缩载荷调节件，该第一压缩载荷调节件可操作地联接，以调节内部管道作用在内部锥形座上的载荷；以及
第二压缩载荷调节件，该第二压缩载荷调节件可操作地联接，以调节外部管道作用在外部锥形座上的载荷。
8.根据权利要求7所述的双燃料共轨燃料系统，其特征在于，外部管道包括与第二压缩载荷调节件相接触的载荷肩部；
第一压缩载荷调节件与空心轴接触；以及
外部管道、内部管道、第一压缩载荷调节件和第二压缩载荷调节件全部具有公共中心线。
9.根据权利要求8所述的双燃料共轨燃料系统，其特征在于，块状体包括附装到基部上的盖部；
基部和盖部中的一个限定在块状体的内部空腔和块状体的外表面之间延伸的排放口；
第二压缩载荷调节件包括位于块状体内部的工具接合面；
第一压缩载荷调节件包括位于块状体外部的工具接合面；
内部管道与空心轴的锥形座接触；以及
O型环，该O型环与外部管道和空心轴密封接触。
10.根据权利要求9所述的双燃料共轨燃料系统，其特征在于，空心轴的第一燃料入口和第二燃料入口位于块状体的外部；
第一O型环与空心轴和块状体接触，并围绕第一燃料通道；
第二O型环与空心轴和块状体接触，并围绕第二燃料通道；
第一共轨容纳馏分柴油；以及
第二共轨容纳液化天然气。
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