CN103511147A

CN103511147A - 同轴套筒组件保持器及使用该保持器的共轨燃料系统

Info

Publication number: CN103511147A
Application number: CN201310269604.1A
Authority: CN
Inventors: D·E·哈科特
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: DE102013010008A1; US8991360B2; US20140000563A1; CN103511147B

Abstract

本发明涉及同轴套筒组件保持器及使用该保持器的共轨燃料系统。具体地，同轴套筒组件用于将气体和液体燃料从单独的共轨供给压燃式发动机的单独的燃料喷射器。每一同轴套筒组件包括成对匹配的内套筒和外套筒，其基于燃料系统尺寸规格匹配，该尺寸规格使得该内套筒和外套筒两者密封地接合于燃料喷射器的公共锥形座。在预安装操作的过程中，成对匹配的内套筒和外套筒由保持器保持在一起。

Description

同轴套筒组件保持器及使用该保持器的共轨燃料系统

技术领域

本发明总体涉及一种双燃料共轨系统，并且更特别地涉及一种同轴套筒组件，其包括外套筒和内套筒的配合对，在预安装操作的过程中，外套筒和内套筒由一保持器保持在一起。

背景技术

共同拥有的美国专利申请2012/0055448公开了一种用于双燃料共轨系统的同轴套筒组件，其中，内套筒和外套筒密封接合于独立的燃料喷射器上的公共锥形座。该文献教导了：尽管在单独的内套筒、外套筒、燃料喷射器及其他发动机构件的制造过程中，存在预料中的尺寸公差变化，但通过应用单独的装载设备仍能确保内套筒和外套筒密封接合于燃料喷射器。尽管此策略可允许在燃料系统装配到发动机上时，任何外套筒都能够与任何内套筒匹配，但是每个套筒的单独的装载方案十分繁琐不便，且比预期占用更多的发动机内部及周围空间。

本发明旨在针对以上一个或多个问题而提出。

发明内容

一方面，同轴套筒组件包括具有沿中心线的第一尺寸的外套筒。内套筒位于该外套筒内部，且具有沿该中心线的第二尺寸。该外套筒与内套筒成对匹配，使得该第一尺寸与第二尺寸之间具有对应于燃料系统尺寸规格的差。该内套筒限定第一燃料通道，第二燃料通道被内套筒和外套筒限定在二者之间。保持器位于该第二燃料通道内，与该外套筒的内表面和内套筒的外表面摩擦接触，但并不阻断该第二燃料通道。该保持器允许在施加调整力的情况下，该第一套筒相对于该第二套筒沿着该中心线进行相对运动，但在不发生强迫性拆分的情况下，该保持器阻止该第一套筒从第二套筒分离。

另一方面，双燃料共轨燃料系统，包括：第一共轨；第二共轨；及多个燃料喷射器，每一燃料喷射器限定出第一燃料入口和第二燃料入口，该第一燃料入口和第二燃料入口开口连通公共锥形座。多个套筒组件的每一个限定出第一燃料通道和第二燃料通道，该第一燃料通道和第二燃料通道分别将该第一共轨和第二共轨流体地连接于燃料喷射器中单独的一个。每一套筒组件包括匹配的内套筒和外套筒，该内套筒和外套筒相互不接触，但在预安装操作的过程中，通过位于该第二燃料通道内的保持器保持在一起。该匹配基于：该外套筒的第一尺寸与内套筒的第二尺寸之间的差对应于燃料系统尺寸规格，该尺寸规格使得该内套筒和外套筒密封地接合公共锥形座。在预安装操作的过程中，在不进行强迫性拆分的情况下，该保持器阻止该外套筒从内套筒分离，但该保持器相对于该燃料系统的操作为非活动的。

又一方面，组装燃料系统的方法包括通过使每一套筒组件的内套筒和外套筒匹配而预装配多个套筒组件。基于以下条件进行匹配：该外套筒的第一尺寸与内套筒的第二尺寸之间具有对应于燃料系统尺寸规格的差，该尺寸规格使得该内套筒和外套筒两者密封地接合于公共锥形座。第一共轨和第二共轨通过多个套筒组件与多个燃料喷射器流体连接。在预安装操作的过程中，通过位于该内套筒与外套筒之间的保持器将匹配的内套筒与外套筒保持在一起。在轨被流体地连接于燃料喷射器以后，该保持器被留置于其各自的内套筒与外套筒之间的位置。

附图说明

图1为根据本发明的发动机和双燃料共轨燃料系统的示意图；

图2为图1所示的同轴套筒组件中的一个的侧剖视图；

图3为从图2的同轴套筒组件的图像观察的立体视图；

图4为沿剖切线4-4观察的图3的同轴套筒组件的立体剖视图；以及

图5为图3的同轴套筒组件的局部端面的剖视图。

具体实施方式

首先参照图1和图2，发动机10包括双燃料共轨燃料系统11，其包括多个单独的燃料喷射器20，这些燃料喷射器20被布置为用于直接喷射入发动机气缸内12。例如，发动机10可为V型多缸压燃式发动机，此发动机例如可用于采矿作业和其他类似的应用。双燃料共轨燃料系统11包括连接于液体燃料供应部17的第一共轨13，和连接于气体燃料供应部16的第二共轨14。在所示的实施例中，在共轨13和共轨14中的压力可由电子控制器15以常规方式控制。每一燃料喷射器20限定出经过公共锥形座23打开的液体燃料入口21和气体燃料入口22。多个套筒组件30的每一个都限定出第一燃料通道41和第二燃料通道51，第一燃料通道41和第二燃料通道51分别将第一共轨13和第二共轨14流体连接于单独的一个燃料喷射器20。每一套筒组件30包括一对匹配的内套筒40和外套筒50，内套筒40和外套筒50相互不接触，但在预安装操作的过程中，二者通过位于第二燃料通道内的保持器60保持在一起。每一对匹配的内套筒40和外套筒50都依据以下条件：外套筒50的第一尺寸D₁与内套筒40的第二尺寸D₂之间的差S对应于燃料系统尺寸规格，该尺寸规格使得内套筒和外套筒两者都密封地接合于公共锥形座23。

在预安装操作的过程中，在不进行强迫性拆分的情况下，保持器60阻止内套筒40从与其匹配的外套筒50中分离。然后，安装后，保持器60相对于燃料系统11的操作可为非活动的。强迫性拆分是指匹配的套筒对40、50不会由于例如掉落或甚至误操作而意外分离。强迫性拆分需要专门地进行，可利用一个或多个工具将内套筒40和外套筒50中的一个从保持器60中分离。可相对于燃料系统11的操作为非活动的是指燃料流经或流过保持器60而不对流向燃料喷射器20造成影响。

内套筒40具有与公共锥形座23在基准线(gage line)48处接触的球形端部46。此外，外套筒50包括球形端部53，其也与公共锥形座23在基准线54处接触。之前所确定的使得内套筒40和外套筒50与公共锥形座23密封接合的燃料系统尺寸规格可由沿着中心线25的在基准线48与基准线54之间的特定距离“b”指示。

在所述的实施例中，内套筒40具有另一球形端部45，其限定出第一燃料通道41的入口43。如图2所示，套筒组件30还可包括歧管/夹具18，其包括锥形座19，该锥形座与内套筒40的球形端面45在基准线47接触。

如先前所说，第一共轨13可容纳液体燃料，诸如蒸馏的柴油燃料，第二共轨14可容纳气体燃料，诸如天然气。然而，在不背离本发明的情况下，本领域技术人员应当理解，第一共轨13和第二共轨14可容纳不同的液体燃料，或者，甚至可以是具有不同压力的、同种液体燃料。

更具体地参照图2至图5，每一同轴套筒组件30都包括一个外套筒50，其具有沿着中心线25的第一尺寸D₁。内套筒40位于外套筒50内部，且其具有沿着中心线25的第二尺寸D₂。如先前所述，外套筒50和内套筒40为匹配的一对，使得第一尺寸D₁和第二尺寸D₂之间具有差S，该差对应于燃料系统的尺寸规格。内套筒40限定出第一燃料通道41。第二燃料通道51由内套筒40和外套筒50限定，并且在内套筒40和外套筒50之间。保持器60位于第二燃料通道51内，与外套筒50的内表面52和内套筒40的外表面42摩擦接触，但并不阻断第二燃料通道51。保持器60允许在施加调整力的情况下(例如发生在燃料系统11中的进行安装过程中)，第一套筒40相对于第二套筒50沿着中心线25进行相对运动。但是，在不发生强迫性拆分的情况下，保持器60阻止第一套筒40从其匹配的第二套筒50分离。

依据同轴套筒组件30的结构，差S可包括距离“b”，其为沿着中心线25并在外套筒50的第一基准线54和内套筒40的第二基准线48之间的距离。外套筒50可包括具有基准线54的球形端部53，内套筒40可包括具有基准线48的球形端部46。实施例所示例子的尺寸D₂对应于沿着中心线25在内套筒40上的基准线48和基准线47之间的距离。第一尺寸D₁可对应于沿着中心线25在外套筒50的第一端部与出口55上的基准线54之间的距离。在此具体实施例中，第一尺寸D₁小于外套筒50沿着中心线25的长度L₁。此外，在此具体实施例中，第二尺寸D₂小于内套筒40沿着中心线25的长度L₂。

内套筒40可具有球形端部45、46，其分别限定第一燃料通道41的入口43和出口44。外套筒50也具有球形端部53，其限定第二燃料通道51的出口55。

图2中的尺寸“a”可对应于沿着中心线25在外套筒50的端部与内套筒40的基准线47之间的距离。因此，具体实施例的这些尺寸符合此等式：S＝D₂-D₁，其等于a+b。在一具体实施例中，歧管/夹具18及其锥形座19还可为公共锥形座，使得最小尺寸“a”代表内套筒40的基准线47和外套筒50的位于公共锥形座19上的近端的另一基准线之间的距离也。因此，尺寸“a”和尺寸“b”可依据具体实施例和结构，特别是依据歧管/夹具18附近的近端的具体实施例和结构，由基准线的差来定性。本领域技术人员应当理解，由于内套筒40和外套筒50的相对弹性刚度，它们需要不同负载水平，以确保在公共锥形座23上适当的密封。若是这样，则可能还需要微分长度“d”，需要其实现适当的载荷。因此，等式可被表达为：S＝D₂-D₁，其等于a+b+d。依据具体设计、套筒材料及几何形状，微分长度“d”可为正数、负数或0。因此，依据具体设计，“a”、“b”及“d”均可为上述燃料系统尺寸规格的一部分。

具体参照图3至图5，所示的保持器60的一实施例为一块弹簧钢，其可弹性变形，从而被定位于内套筒40与外套筒50之间。此变形可在图5中所示的圈出的接触点处产生干涉摩擦接触。在一个具体实施例中，保持器60可具有开口形状61，例如图3至图5中所示的不完整的方形形状。

由于在燃料喷射器20的公共锥形座23处实现内套筒40和外套筒50的密封接触对接触位置处的几何结构敏感，因此，希望在典型的发动机10中，至少一个套筒组件30的至少一个外套筒50与至少另一套筒组件30的至少一个内套筒40不匹配。因此，尽管燃料系统11内的内套筒40和外套筒50相互间可能具有微小的尺寸差，但是，匹配对都具有公共燃料系统尺寸规格。每一套筒组件30的保持器60可包括一个等同件，诸如弹簧钢，其可在内套筒40和外套筒50之间弹性变形。如先前所述，在所示的具体实施例中，保持器60例如为弹簧钢的等同件，其限定绕中心线25的开口方形形状61。

工业实用性

本发明总体涉及需要携带两种在标识、压力及液体或气体状态中的至少一方面彼此不同的燃料的燃料系统。本发明对于燃料系统提供了一种特殊的应用，该燃料系统为发动机10的燃烧提供液体压缩点火燃料和天然气燃料。本发明可具体应用于通过单独的开口，例如，发动机的发动机缸盖中的开口，向燃料喷射器20提供燃料。最后，本发明为以下方案提出特殊应用，在预安装操作过程中，使内套筒40和外套筒50匹配，并通过保持器60将它们保持在一起。

一个方面，燃料系统11的装配方法包括预装配多个套筒组件30。每一预装配的套筒组件30包括一对相互匹配的内套筒40和外套筒50，其基于外套筒50的第一尺寸D₁与内套筒40的第二尺寸D₂之间具有对应于燃料系统的尺寸规格的差S，该尺寸规格使得内套筒40和外套筒50两者与燃料系统11的其中一个燃料喷射器20的公共锥形座23密封地接合。第一共轨13和第二共轨14通过多个套筒组件30流体连接于燃料喷射器20。在预安装操作的过程中，每一匹配的内套筒40和外套筒50通过位于内套筒40与外套筒50之间的保持器60被保持在一起。在流体连接步骤完成之后，通过在发动机10内安装燃料系统11，保持器60被留在相应的内套筒40与外套筒50之间的位置上。

通过预装配内套筒40和外套筒50的匹配对，通过避免特殊的调节特征，可简化并流水线化发动机10的燃料系统11的组装，同时还可确保每个套筒40、50与燃料喷射器20的公共锥形座密封接合。即使希望至少一个套筒组件30的至少一个外套筒50不与另一套筒组件30的至少一个内套筒40匹配，借助特定匹配的尺寸对，使得任意对能够适当地被安装，并可与发动机10的发动机气缸12中的任一对互换。

应当理解的是，上述说明仅以示意性说明为目的，并非用于在任何程度上限制本发明的范围。因此，本领域普通技术人员将理解，可依据附图、说明书及所附的权利要求获得其他方面的内容。

Claims

1.一种同轴套筒组件，包括

外套筒，其具有沿中心线的第一尺寸；

内套筒，其位于该外套筒内部，且具有沿该中心线的第二尺寸；

该外套筒与内套筒为成对匹配，使得该第一尺寸与第二尺寸之间具有对应于燃料系统尺寸规格的差；

由该内套筒限定的第一燃料通道；

第二燃料通道，其被内套筒和外套筒限定在二者之间；

保持器，其位于该第二燃料通道内，与该外套筒的内表面和内套筒的外表面摩擦接触，但并不阻断该第二燃料通道；及

其中，该保持器允许在施加调整力的情况下，该外套筒相对于该内套筒沿着该中心线进行相对运动，但在不发生强迫性拆分的情况下，该保持器阻止该外套筒从内套筒分离。

2.根据权利要求1所述的套筒组件，其中，该差包括沿着该中心线在该外套筒的第一基准线与该内套筒的第二基准线之间的距离。

3.根据权利要求2所述的套筒组件，其中，该外套筒具有包括该第一基准线的球形端部；及

该内套筒具有包括该第二基准线的球形端部。

4.根据权利要求1所述的套筒组件，其中，沿着该中心线，该第一尺寸小于该外套筒的长度；及

沿着该中心线，该第二尺寸小于该内套筒的长度。

5.根据权利要求4所述的套筒组件，其中，该内套筒具有球形端部，其分别限定该第一燃料通道的入口和出口；及

该外套筒具有球形端部，其限定该第二燃料通道的出口。

6.根据权利要求1所述的套筒组件，其中，该保持器为一块弹簧钢，其能够弹性变形以被定位于该内套筒与外套筒之间。

7.根据权利要求6所述的套筒组件，其中，该块弹簧钢限定围绕该中心线的开口形状。

8.一种双燃料共轨燃料系统，包括：

第一共轨；

第二共轨；

多个燃料喷射器，每一燃料喷射器限定出第一燃料入口和第二燃料入口，该第一燃料入口和第二燃料入口经过公共锥形座打开；

多个套筒组件，每一套筒组件限定出第一燃料通道和第二燃料通道，该第一燃料通道和第二燃料通道分别将该第一共轨和第二共轨流体地连接于多个燃料喷射器中单独的一个；

套筒组件中的每一个包括匹配的内套筒和外套筒，该内套筒和外套筒相互不接触，但在预安装操作的过程中通过位于该第二燃料通道内的保持器保持在一起；匹配基于：该外套筒的第一尺寸与内套筒的第二尺寸之间的差对应于燃料系统尺寸规格，该尺寸规格使得该内套筒和外套筒两者密封地接合公共锥形座；以及

其中，在预安装操作的过程中，在不进行强迫性拆分的情况下，该保持器阻止该外套筒从内套筒分离，但该保持器相对于该燃料系统的操作为非活动的。

9.根据权利要求8所述的双燃料共轨燃料系统，其中，该内套筒和外套筒具有与该公共锥形座在以该差分开的基准线处接触的球形端部。

10.根据权利要求9所述的双燃料共轨燃料系统，其中，该内套筒具有另一球形端部，其限定出该第一燃料通道的入口。

11.根据权利要求10所述的双燃料共轨燃料系统，其中，该第一共轨容纳液体燃料，该第二共轨容纳气体燃料；及

每一燃料喷射器的气体燃料入口和液体燃料入口在不同位置经过公共锥形座打开。

12.根据权利要求11所述的双燃料共轨燃料系统，其中，至少一个套筒组件的一个外套筒不与至少另一套筒组件的内套筒匹配。

13.根据权利要求12所述的双燃料共轨燃料系统，其中，每一套筒组件的保持器为相同的器件，其在该内套筒与外套筒之间弹性变形。

14.根据权利要求13所述的双燃料共轨燃料系统，其中，该相同的器件为弹簧钢，其限定绕该中心线的开口形状。

15.一种装配燃料系统的方法，包括以下步骤：

预装配多个套筒组件；

通过所述多个套筒组件将第一共轨和第二共轨与多个燃料喷射器流体连接；

该预装配步骤包括：使套筒组件的每一个的内套筒和外套筒基于以下条件匹配：该外套筒的第一尺寸与内套筒的第二尺寸之间的差对应于燃料系统尺寸规格，该尺寸规格使得该内套筒和外套筒密封地接合燃料喷射器的其中一个的公共锥形座；

在预安装操作的过程中，通过位于该内套筒与外套筒之间的保持器将匹配的内套筒与外套筒保持在一起；以及

在流体连接步骤完成后，将该保持器留置于各内套筒与外套筒之间的位置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，至少一个套筒组件的外套筒不与至少另一套筒组件的内套筒匹配。

17.根据权利要求16所述的方法，包括：分别从该第一共轨和第二共轨供应液体燃料和气体燃料。