CN102734021A - 高压流体轨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压流体轨。用于大型内燃机的共轨系统的高压流体供给装置包括用于将高压流体供给到多个流体喷射器的蓄压器单元，并且该蓄压器单元具有外周面并设置有基本上沿蓄压器单元的纵向轴线延伸的中心孔，并且该蓄压器单元具有内周面和从蓄压器单元的中心孔延伸到外周面的至少一个径向孔。径向孔具有在垂直于蓄压器单元的纵向轴线的平面内测量的宽度，该宽度在内周面处大于在外周面处，并且从内周面到外周面连续地减小，优选地减小内周面和外周面之间的距离的至少一半，并且径向孔具有第一横向壁和第二横向壁，由此宽度被测量为在包含径向孔的中心轴线并被布置成垂直于蓄压器单元的纵向轴线的平面内径向孔的第一和第二横向壁之间的距离。

Description

高压流体轨

技术领域

本发明涉及一种高压流体轨，该高压流体轨用于存储特别用于活塞发动机的高压流体。

背景技术

在柴油机的共轨燃料喷射系统中，燃料由低压泵和高压泵供给到高压燃料存储装置中，高压燃料存储装置例如高压蓄压器或所谓的共轨。燃料从高压燃料存储装置进一步沿着单独的导管供给到每个气缸的燃料喷射器。燃料根据发动机的运行在期望的时刻从燃料喷射器引导到气缸的相应燃烧室。可存在多个高压燃料存储装置，由此燃料从每个燃料存储装置供给到两个或更多个喷嘴。

高压燃料存储装置中的燃料压力是高的，甚至高达2000巴，由此燃料蓄压器遭受导致可在其构造材料中(特别是，在燃料存储装置壁的开口及其尖锐边缘的截面变化的区域中)形成裂纹的强应力。

最高的压力通常出现在用于燃料喷射的共轨系统中。由于高达2000巴的高流体压力的事实，由这种高流体压力的变化引起的动态负载导致燃料空间的壁必须长操作时段地维持的高应力。特别对于船用发动机来说，由于轨在发动机的寿命期间不应被替换或修理，重要的是能保证长操作时段。

燃料空间的壁的强度特别由从中心孔延伸的径向孔限制。由这些径向孔引入的局部应力可增加三或四倍。

文献EP 1413744公开了一种用于活塞发动机的燃料存储装置，其中燃料空间由两个细长柱形孔组成，所述孔被布置成在横截面上部分地重叠从而形成主孔。在

RT-flex发动机的轨中的主孔被加工成带有两个偏心孔，从而导致具有花生形状的主孔的横截面。辅助孔将燃料空间从主孔连接到燃料喷射器供给导管。用于这种辅助孔的连接钻孔位于两个偏心孔的交叉处。从而在连接钻孔和两个主轨钻孔之间的交叉处的应力减少，因为孔之间的交叉不直接暴露于主力线。

文献WO2008/145818公开了一种具有通向燃料空间的孔口的燃料存储装置，所述燃料存储装置被构造成使得在孔口的区域中施加到燃料存储装置上的应力减小。从而减小了在燃料空间主体的构造材料中形成裂纹的风险。因此增加了燃料存储装置的耐久性。

然而，在WO2008/145818中提出的解决方案受制于阻止其在具有较大长度的燃料轨中使用的一些缺点。必须从内部(也就是从中心孔)加工凹部。由于用于加工凹部的工具仅可伸入中心孔一小段距离的事实，这样的解决方案不适用于细长的流体空间，该流体空间具有至少一米的总长同时具有最多100mm的中心孔的孔直径。

本发明的目的是提供一种流体空间，该流体空间具有可用于这样的细长流体空间的一个或多个辅助孔。

发明内容

本发明的目的可由权利要求1的特征获得。本发明的有利的实施方式是从属权利要求的主题。

用于大型内燃机的共轨系统的高压流体供给装置包括用于将高压流体供给到多个流体喷射器的蓄压器单元。蓄压器单元具有外周面并设置有基本上沿着蓄压器单元的纵向轴线延伸的中心孔并且具有内周面。至少一个径向孔从中心孔延伸到蓄压器单元的外周面。径向孔具有在垂直于蓄压器单元的纵向轴线的平面内测量的宽度，该宽度在内周面处大于在外周面处，并且宽度从内周面到外周面连续减少，优选地减少内周面和外周面之间的距离的至少一半。径向孔具有第一横向壁和第二横向壁。宽度被测量为在包含径向孔的中心轴线并且被布置成垂直于蓄压器单元的纵向轴线的平面内径向孔的第一横向壁和第二横向壁之间的距离。

根据一个实施方式，连续的减少为基本线性的。因此，希望在沿着垂直于蓄压器单元的纵向轴线且包含径向孔的平面的截面中，第一横向壁和第二横向壁表示为直线。第一横向壁和第二横向壁之间的开口角度在10°至75°、优选地10°至60°、特别优选地10°至45°的范围内。开口角度从内周面到外周面为常数。

径向孔在内周面处的宽度是在外周面处的宽度的至少两倍。当在径向孔的轴线方向上看时，径向孔在内周面处的宽度在包含蓄压器单元的纵向轴线的平面上的投影中被测量。该宽度是从第一横向壁到第二横向壁的距离。

如果在内周面处的宽度显著大于在外周面处的宽度，因而在内周面处的宽度为在外周面处的宽度的至少两倍，在径向孔的周围作用在蓄压器单元的内周面上的应力与例如在EP 1426607A1中公开的柱形孔相比可分布在明显更大的表面上。此外，由于在内周面和外周面之间延伸的第一横向壁具有恒定的倾角的事实，并且由于在例如WO2008/145818中不存在壁表面的局部尖锐过渡部的事实，应力也以特别平稳的方式减小。

在一个实施方式中，中心孔具有圆形横截面。这种中心孔特别容易制造，这意味着几米的蓄压器单元的长度是可能的并且可以低成本制造。由于高压流体的压力可处于600至2000巴的范围内的事实，圆形横截面的中心孔是对于压力分布最有利的形状。然而，还有可能使用椭圆形形状或诸如在EP 1413744A1中公开的形状。

径向孔具有与在外周面处的宽度大约相同尺寸的厚度。孔的厚度在垂直于宽度的方向上测量。该厚度在蓄压器单元的纵向轴线的方向上测量。通过将孔在外周面处的宽度和厚度保持是小的，从而减小了作用在外周面附近的管壁上的应力。此外，将丢弃的材料最少，这样，一方面减少浪费，并且令人惊讶地对应力分布也产生有益效果。因此，在一个实施方式中，径向孔在内周面处具有的厚度与在外周面处的厚度偏差不超过15％，优选地不超过10％，特别优选地不超过5％。

根据其中一个实施方式的高压流体供给装置可有利地用于作为高压流体的燃料或伺服油或水。

最有利地利用压力流体供给的内燃机包括气缸，在气缸中活塞被布置成沿着纵向气缸轴线在上止点位置和下止点位置之间来回地可移动。在气缸中，燃烧室被气缸盖、气缸的气缸壁和活塞的活塞表面限定。燃料喷射器被提供用于将燃料喷射到燃烧室内并且根据前述实施方式中的一个的高压流体供给装置可用来将高压燃料供给到燃料喷射器。内燃机可被构造为十字头发动机，特别是十字头大型柴油发动机、筒状活塞发动机、两冲程或四冲程内燃机、可在柴油或汽油模式下工作的双燃料发动机、或燃气发动机。

用于制造用于任一实施方式的高压流体供给装置的方法包括铣削径向孔或钻孔径向孔的步骤。如果钻孔径向孔，则通过钻孔中心径向孔和至少另外的侧径向孔进行钻孔，由此中心径向孔和侧径向孔的钻孔在外周面上为相同的，并且相对于内周面处的中心径向钻孔倾斜。铣削或钻孔步骤从包含中心孔的蓄压器单元的外周面实施到内周面。令人惊讶地，有可能从蓄压器单元的外部实施铣削或钻孔步骤。相比如在WO2008/145818或同样在EP 2299102中公开的现有技术，这是意外的优点。在这些文献中的凹部必须从中心孔加工，这显然是更麻烦的。此外，不可能将钻孔或铣削工具引入到形成为一体的长管的蓄压器单元中。因此，必须使用如WO2008/145818中所示的具有较小长度的多个蓄压器单元。这样做的结果是不但这些现有技术的蓄压器单元的组装变得更困难和耗时，而且其控制也变得更困难和耗时。

因而，蓄压器单元可特别有利地构造成细长管。在中心孔内部的流体空间可为燃料空间、伺服流体空间，而且也可为气体空间或用于水喷射的空间。流体空间由内周面和至少其中一个端部围绕，并且孔可由封闭止挡件封闭。

蓄压器单元的主体的外周面或内周面中的至少一个可具有圆形、椭圆形横截面或者也可具有多边形横截面，例如，矩形特别是正方形横截面、三角形或六边形横截面。此外，外周面不必与内周面同心。因此，中心孔可具有与蓄压器单元的主体的纵向轴线不相同的纵向轴线。

借助于泵，用于喷射的燃料、用于例如致动阀门的液压流体或用于控制例如燃料喷射器的作业介质在高压下从流体空间供给到所需用途。流体空间形成在蓄压器单元中的中心孔。蓄压器单元形成用于将高压流体供给到多个使用者的共轨。为此可预见多个径向孔。在燃料喷射共轨系统的情况中，燃料由共轨经由燃料导管分配到位于每个气缸处的燃料喷射器。燃料喷射器包含用于将燃料供给到每个气缸的燃烧室的燃料喷嘴。

附图说明

下面将结合所附示意图描述本发明。

图1示出了大型内燃机的用于燃料喷射的共轨系统的高压流体供给装置的构造；

图2示出了沿其纵向轴线截取的蓄压器单元的剖面图；

图3示出了图2的B-B剖面图；

图4示出了通过钻孔制造的径向孔的视图C；

图5示出了通过铣削制造的径向孔的视图C；

图6示出了蓄压器单元在与其的纵向轴线垂直的平面上的剖面图；

图7是从蓄压器单元的外周面观看的径向孔的视图；以及

图8至图12示出了其他实施方式的蓄压器单元在与其纵向轴线垂直的平面上的剖面图。

具体实施方式

图1示出了包括多个气缸的柴油发动机(特别是大型柴油发动机)的燃料供给装置1。大型柴油发动机在这里指的是这样的发动机，其能够例如用作船舶或发电厂中用于产生电和/或热的主发动机或辅助发动机。燃料由泵4从燃料箱2沿着管线3供给到高压燃料存储装置5。高压燃料存储装置5被构造为高压蓄压器单元7。

泵的流率可由电子控制单元20根据燃料喷射器8所需的燃料量调节。电子控制单元根据诸如发动机的负荷或发动机速度的发动机参数提供用于燃料喷射器8的操作的正时。此外，控制单元从安装在蓄压器单元7处的压力传感器21接收输入。压力传感器21检测蓄压器单元7中的流体压力。根据检测到的压力值，例如通过控制泵马达24的旋转速度来控制泵的操作。

根据替代实施方式，可提供多个高压泵4。每个泵可设有控制阀和活塞构件(未示出)。活塞构件可接收来自发动机的凸轮轴的凸轮构件的引导件。必要时，每个凸轮构件可包括若干个凸轮，从而当高压泵4提供进入蓄压器单元7中的一定体积流率/单位时间时，泵的外部尺寸可相应地保持较小，并且因此由泵提供给蓄压器的压力冲击较小。

蓄压器单元7继而通过单独的燃料喷射导管9连接到气缸的燃料喷射器8。蓄压器单元7因而连接到两个或更多个燃料喷射器8。

蓄压器单元7中的燃料压力为至少600巴，典型地为1000至2000巴。高压泵4的工作和待使用的喷射压力可根据发动机负荷、操作速度或其它参数以这样已知的方式来控制。

图1以示意图示出了带有根据本发明的燃料喷射装置的用于内燃机的根据本发明的气缸装置100，该内燃机在本实例中为纵向扫气十字头大型柴油发动机。根据图1的气缸装置100包括气缸101，在该气缸101中，活塞103被布置成沿着纵向气缸轴线107在上止点位置和下止点位置之间来回地可移动。在气缸101中，燃烧室104由气缸盖102、气缸101的气缸壁105和活塞103的活塞表面106限定。在气缸盖102的换气孔110中仅设有一个充气循环阀109(这里为出口阀)，换气孔110以本身已知的方式经由气体供给导管111连接到未示出的涡轮增压器组件。充气循环阀109包括阀盘112，阀盘112在工作状态下以这样的方式与换气孔110的阀座113配合，使得在充气循环阀109的关闭位置中，燃烧室104相对于气体供给导管111密封，其中，在充气循环阀109的打开位置，燃烧气体可离开燃烧室104供给到涡轮增压器组件。

图2示出了沿其纵向轴线截取的蓄压器单元7的剖面图。蓄压器单元7包括具有用于加压燃料的细长燃料空间。燃料空间包括柱形形状的中心孔11。如图6中所示，中心孔11的横截面为圆形。中心孔11沿着蓄压器单元7的纵向轴线延伸。通常，孔的直径在20mm至100mm的范围内。此外，主体10包括来自管线3的供给通道(图2中未示出)，该供给通道通向燃料空间。加压燃料从高压泵4沿着管线3通过供给通道引入燃料空间。此外，主体10包括通向燃料空间的排放通道，燃料通过该排放通道从燃料空间排出并且一直引导至燃料喷射器8的喷嘴(参见图1)。对每个喷嘴来说可预见单独的排放通道，该喷嘴与蓄压器单元7流体连接。对每个排放通道来说，可预见径向孔13。径向孔从中心孔11的内周面15延伸到主体10的外周面16。径向孔13中的每一个具有纵向轴线17。

由于燃料空间中占优势的高燃料压力，由材料疲劳导致的裂纹和失效可在主体10的材料中形成，特别是在用于排放通道的径向孔13的区域中形成。为了防止对蓄压器单元的这种损坏，径向孔13具有在垂直于蓄压器单元7的纵向轴线14的平面内测量的宽度，该宽度在内周面15处大于在外周面16处并且如图3至7中所示从内周面15到外周面16连续减小。根据图3或图6，径向孔具有第一横向壁18和第二横向壁19。

图3示出了图2的B-B剖面图。图3中所示径向孔13通过钻孔方法加工。通过钻出中心径向孔25以及第一侧径向孔26和第二侧径向孔27来进行钻孔。中心径向孔25以及第一侧径向孔26和第二侧径向孔27的中心钻孔28在主体10的外周面16上相同。第一侧径向孔26和第二侧径向孔27相对于中心径向孔25倾斜。因此，第一侧径向孔26的第一侧钻孔29和第二侧径向孔27的第二侧钻孔30在内周面15处仅与中心径向孔25部分重叠。

图4示出了通过钻孔加工的径向孔的视图C，该径向孔基本上是图3中所示的径向孔。第一侧壁31和第二侧壁32在第一横向壁18和第二横向壁19之间延伸。由于钻头的圆形形状，中心径向孔、第一侧径向孔和第二侧径向孔中的每一个具有圆柱形形状。由于在内周面15的水平处中心径向孔、第一侧径向孔和第二侧径向孔不再完全重叠的事实，第一侧壁31和第二侧壁32包含突出部和凹部。在内周面处的径向孔的厚度限定为第一侧壁31和第二侧壁32之间的最大距离，该距离等于中心径向孔、第一侧径向孔和第二侧径向孔中的一个的直径。因此，在内周面15处的孔13的厚度23与在外周面16处的孔13的厚度基本上相同。在该实施方式中，在内周面15处的厚度在任何一个位置处都不大于在外周面16处的厚度。

图5示出了通过铣削加工的径向孔13的视图C。在这种情况下，侧壁31、32不具有任何突出部或凹部。孔13的厚度23等于孔13的直径。因此，在内周面15处的孔13的厚度23与在外周面16处的孔13的厚度基本上相同。

然而，也有可能在内周面15处的厚度至少在一个位置处略微大于在外周面16处的厚度。如果孔的厚度23与外周面处的厚度偏差不超过15％、优选地不超过10％、特别优选地不超过5％，那么也可以观察到有利的应力分布。

图6示出了蓄压器单元7沿着垂直于其纵向轴线14的平面的剖面图。径向孔13的宽度22被测量为在包含径向孔13的中心轴线17并且被布置成垂直于蓄压器单元7的纵向轴线14的平面内的径向孔的第一横向壁18和第二横向壁19之间的距离。宽度在内周面15处大于在外周面16处，并且从内周面15到外周面16连续减小。宽度的减小逐渐地发生，因而是基本线性的。在图6中所示的截面中，减小显示为直线。

图7是从蓄压器单元的外周面观看的径向孔的视图。在内周面15处的径向孔11的宽度22是在外周面16处的径向孔11的宽度的至少两倍。

在图8中示出的又一实施方式中，可在外周面16上加工平坦表面33。因而可移除蓄压器单元7的主体10的部段。从而主体10的外周面16在径向孔13的位置处为变平的。有利地，部段的最大厚度不大于内周面和外周面之间的距离的30％，优选地不大于该距离的25％，特别优选地不大于该距离的15％。该最大厚度是以从平坦表面90°角测量的从在加工之前的未加工外周面到平坦表面的距离。换句话讲，该最大厚度是平坦表面和形成未加工外周面的切面的平行平面之间的最短距离。

孔在外周面16上还可设置有凹部。这样的凹部的两个实例在图9和图10中示出。这样的凹部可用来附连用于离开径向孔13的高压导管的适配器元件。根据图9，凹部34具有圆锥形形状。根据图10，凹部35具有柱形形状。有利地，如果凹部直接加工到未加工外周面中，那么凹部的深度不大于内周面和外周面之间的距离的30％，优选地不大于该距离的25％，特别优选地不大于该距离的15％。

如果可预见凹部与平坦表面结合，如图9和图10中所示，那么为获得平坦表面33而移除的部段的深度加上凹部34、35的深度应不大于内周面15和外周面16之间的距离的30％，优选地不大于该距离的25％，特别优选地不大于该距离的15％。

在根据图11的实施方式中，示出了穿过蓄压器单元7的主体10的截面。外周面16不必与内周面15同心。因此，中心孔11的纵向轴线36与蓄压器单元7的主体10的纵向轴线14不对应。纵向轴线14可平行于如图11中所示的纵向轴线36，然而，纵向轴线14和纵向轴线36也可能形成错开的布置，例如彼此成角度地布置。

在图12中，示出了穿过蓄压器7的主体10的又一实施方式的剖面图。在这种情况下，外周面为正方形。内周面15为圆形。替代地，外周面16和内周面15中的至少一个可具有多边形横截面，例如三角形、矩形或六边形横截面。

从上述内容应当认为，本发明绝不以任何方式局限于根据附图的实施方式。在本发明的思想和所附权利要求书的范围内，可在许多其它不同的实施方式中实施本发明。附图中的附图标记对于具有相同功能的部件而言是相同的。

通过本发明能以简单的方式明显降低由于系统中的高压力差或通过动态压力波动而产生的在共轨系统的蓄压器的基体中的张力。特别地，在通孔的区域中，在高压下的介质可通过通孔抽出，在蓄压器的壁中的应力增加显著降低。通过这种方式，对于构成蓄压器的基体的材料的给定疲劳强度来说，由于例如基体的壁可形成得更薄，因此可显著提高容许的内部压力和动态压力波动的带宽，和/或可减小蓄压器的外部尺寸，特别是蓄压器的直径。因而，不但在操作状态中出现空间上的显著增加和出现高达几百千克的重量上的大大节省，而且可明显更便宜地制造蓄压器。

Claims (15)

1.一种用于大型内燃机的共轨系统的高压流体供给装置(1)，该高压流体供给装置包括用于将高压流体供给到多个流体喷射器(8)的蓄压器单元(7)，并且所述蓄压器单元(7)具有外周面(16)并且设置有大致沿所述蓄压器单元(7)的纵向轴线(14)延伸的中心孔(11)以及从所述中心孔(11)延伸到所述蓄压器单元(7)的所述外周面(16)的至少一个径向孔(13)，所述中心孔具有内周面(15)，所述高压流体供给装置的特征在于，所述径向孔(13)具有在与所述蓄压器单元(7)的所述纵向轴线(14)正交的平面内测量的宽度(22)，所述宽度在所述内周面(15)处大于在所述外周面(16)处并且从所述内周面(15)到所述外周面(16)连续地减小、优选地减小所述内周面(15)和所述外周面(16)之间的距离的至少一半，并且所述径向孔(13)具有第一横向壁(18)和第二横向壁(19)，由此所述宽度(22)被测量为在包含所述径向孔的所述中心轴线(17)并且被布置成垂直于所述蓄压器单元(7)的所述纵向轴线(14)的平面内，所述径向孔(13)的所述第一横向壁(18)和所述第二横向壁(19)之间的距离。

2.根据权利要求1所述的高压流体供给装置(1)，其中，所述连续地减小为基本线性的。

3.根据权利要求1或2所述的高压流体供给装置(1)，其中，所述径向孔(13)在所述内周面(15)处的所述宽度(22)是所述径向孔(13)在所述外周面(16)处的所述宽度的至少两倍。

4.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体供给装置(1)，其中，所述中心孔(11)具有圆形横截面。

5.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体供给装置(1)，其中，所述高压流体的压力在600至2000巴的范围内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体供给装置(1)，其中，所述径向孔(13)在所述外周面(16)处的厚度大约等于在所述外周面处的所述宽度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体供给装置(1)，其中，所述径向孔在所述内周面处的厚度与在所述外周面处的厚度偏差不超过15％，优选地不超过10％，特别优选地不超过5％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体供给装置(1)，其中，所述高压流体为燃料。

9.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体供给装置(1)，其中，所述高压流体为伺服油或水。

10.一种包括气缸(101)的内燃机(100)，在所述气缸(101)中，活塞(103)被布置成能够沿着纵向气缸轴线(105)在上止点位置和下止点位置之间往复移动，其中，在所述气缸(101)中，燃烧室(104)由气缸盖(102)、所述气缸(101)的气缸壁(105)和所述活塞(103)的活塞表面(106)限定，并且燃料喷射器被提供用于将燃料喷入所述燃烧室，所述内燃机包括根据前述权利要求中任一项所述的高压流体供给装置(1)。

11.根据权利要求10所述的内燃机(100)，其中所述内燃机为十字头发动机，特别是十字头大型柴油发动机、筒状活塞式发动机、两冲程或四冲程内燃机、能够在柴油或汽油模式下操作的双燃料发动机，或者燃气发动机。

12.一种用于制造根据前述权利要求1至9中任一项所述的高压流体供给装置(1)的方法，所述方法包括铣削所述径向孔(13)的步骤。

13.一种用于制造根据前述权利要求1至9中任一项所述的高压流体供给装置(1)的方法，所述方法包括钻出所述径向孔(13)的钻孔步骤。

14.根据权利要求13所述的用于制造高压流体供给装置(1)的方法，其中，通过钻出中心径向孔(25)和至少一个另外的侧径向孔(26，27)来实施所述钻孔，由此所述中心径向孔(25)和所述侧径向孔(26，27)的钻孔(28)在所述外周面(16)上为相同的，并且所述侧径向孔(26，27)在所述内周面(15)处相对于所述中心径向孔倾斜。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的用于制造高压流体供给装置(1)的方法，其中，所述铣削或钻孔步骤从包含所述中心孔(11)的所述蓄压器单元(7)的所述外周面(16)到所述内周面(15)进行。

Images