CN104033302A - 用于燃料系统的套筒连接器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于燃料系统的套筒连接器和方法。具体地，一种用于发动机中的燃料系统的套筒连接器包括限定具有近侧贮存器段的燃料导管的细长套筒主体和至少部分地定位在贮存器段内用于限制加压燃料的过量供应的限流器子组件。子组件包括附接到细长套筒主体并且支承液压致动阀和偏置器布置于其中的引导部件的座部件。阀能够在将加压燃料供应到燃料喷射器的过程中运动到闭合位置，以中断到燃料喷射器的加压燃料的流动。

Description

用于燃料系统的套筒连接器和方法

技术领域

本发明整体涉及一种用于内燃发动机中的燃料系统的套筒连接器，并且更具体地涉及经由至少部分地定位在套筒连接器中的贮存器内的限流器子组件来中断到燃料喷射器的加压燃料流动。

背景技术

许多现代内燃发动机系统开发伴随高燃料喷射压力的期望的燃烧和排放性能。熟知的是，通常在200兆帕斯卡（MPa）或更大的数量级上的这种高压燃料喷射促进喷射的燃料的雾化和蒸发，具有各种期望的结果。数十年前开发的一种能够将高度加压燃料供应至多缸发动机中的多个燃料喷射器的策略已知为共轨。共轨基本上是长管，其用以存储从燃料泵接收的高度加压燃料的体积，并且能够根据需要将高度加压燃料同时供给至发动机上的燃料喷射器组。虽然共轨设计多年以来运行良好，并且仍被广泛使用，但它们存在一些制造、包装、以及压力包容和密封的挑战。这些问题中的一些已经由于朝更高燃料压力方向驱使而加剧。

已经提出了策略，其中，提供专用蓄压器，使其与发动机系统中的每个燃料喷射器直接连接。专用蓄压器存储足以使燃料能够在用于燃料喷射器喷射的设计压力下稳定供应的燃料体积，并且能够在至少某些情况中比某些共轨设计更易于包装以及制造和维修更廉价。Gerstner等人的美国专利申请公开No.2011/0315117A1涉及一种这样的专用蓄压器策略。在Gerstner等人中，提供多个蓄压器，每个蓄压器与一个燃料喷射器连接，并且多个限流器流体地定位在蓄压器和相应的燃料喷射器之间，显然限制在严重故障过程中的燃料泄漏并且/或者抑制由燃料喷射器的操作引起的压力波动。虽然Gerstner等人提供了一种可行策略，但总是存在改进空间。

发明内容

一方面，一种用于内燃发动机中的燃料系统的套筒连接器包括细长套筒主体，其限定在其中形成有燃料入口的近侧主体端和其中形成有燃料出口的远侧主体端之间延伸的纵向轴线。细长套筒主体还限定将燃料入口与燃料出口流体地连接的燃料导管。燃料导管包括具有用于容纳加压燃料储备的较大体积的近侧贮存器段和具有用于向燃料喷射器供应加压燃料的较小体积的远侧喷射器供应段。套筒连接器还包括限流器子组件，其用于限制加压燃料的过量供应，并且包括定位在贮存器段内的引导部件、附接到细长套筒主体并且支承引导部件的座部件以及均定位在引导部件内的液压致动阀和偏置器。偏置器在阀和座部件之间保持压缩。阀能够克服偏置器的偏置力从第一位置运动到闭合位置，在闭合位置处，阀接触座部件以中断从贮存器段至喷射器供应段的加压燃料流动。

另一方面，一种用于内燃发动机的燃料系统包括加压燃料的供应、与加压燃料的供应流体连通的燃料供给管线以及燃料喷射器。燃料喷射器限定高压燃料入口和喷嘴出口，并且具有能够在喷射阀阻断喷嘴出口与高压燃料入口连通的第一位置和喷嘴出口打开的第二位置之间运动的喷射阀。燃料系统还包括套筒连接器，其包括其中形成有套筒入口并且与燃料供给管线流体连通的近端和其中形成有套筒出口的远端。远端与燃料喷射器密封接合，使得套筒出口与高压燃料入口流体连通。套筒连接器限定将套筒入口与套筒出口流体地连接的燃料导管，燃料导管包括具有较大体积的近侧贮存器段和具有较小体积的远侧喷射器供应段。套筒连接器还包括限流器子组件，该限流器子组件包括引导部件、将引导部件支承在贮存器段内的座部件以及均定位在引导部件内的液压致动阀和偏置器。偏置器在阀和座部件之间保持压缩，并且阀能够克服偏置器的偏置力从第一位置运动到闭合位置，在闭合位置处，阀接触座部件以中断从套筒连接器至燃料喷射器的加压燃料流动。

又一方面，一种限制内燃发动机中从套筒连接器到燃料喷射器过量供应加压燃料的方法包括将加压燃料从套筒连接器中的燃料导管的较大体积贮存器段运送至较小体积喷射器供应段。该方法还包括将加压燃料从喷射器供应段供应到燃料喷射器；并且在加压燃料的供应过程中液压地致动套筒连接器的限流器子组件中的阀，使得阀朝向接触限流器子组件的座部件的闭合位置运动。该方法还包括在限流器子组件的经由座部件支承在贮存器段内的引导部件内致动的过程中引导阀；以及经由在闭合位置处使阀与座部件接触来阻断贮存器段和喷射器供应段之间的流体连通，使得向燃料喷射器的加压燃料的供应中断。

附图说明

图1是根据一种实施方式的具有燃料系统的发动机的侧视示意图；

图2是根据一种实施方式的套筒连接器和燃料喷射器的截面侧视示意图；

图3是图2的套筒连接器的一部分的截面侧视示意图；以及

图4是根据一种实施方式的限流器子组件的等轴测图。

具体实施方式

参照图1，显示诸如直喷压燃柴油发动机的内燃发动机10。发动机10包括发动机壳体12，在发动机壳体12中形成有多个气缸14。发动机10还包括可以传统方式在每个气缸14内往复运动并且能够将相应气缸14内的流体压力增加至自燃阈值的多个活塞16。气缸盖18联接到发动机壳体12，并且可以包括多个分离的气缸盖区段，每个气缸盖区段对应于一个气缸14。发动机10还包括具有燃料箱22的燃料系统20和能够将来自箱22的燃料输送至高压泵26的低压燃料输送泵24。泵26对燃料进行加压并且将其运送至多个燃料喷射器32，每个燃料喷射器32安装在气缸盖18内并且部分地延伸到一个气缸14中。燃料系统20还可以包括多个燃料供给管线31，其将来自泵26的加压燃料运送至多个套筒连接器30，每个套筒连接器能够向一个燃料喷射器32供应加压燃料。在一种实际执行策略中，套筒连接器30串联定位，使得加压燃料被以通常已知的方式从一个套筒连接器运送至另一个套筒连接器，以供应每个燃料喷射器32。低压排放装置28可以与每个燃料喷射器32流体连通，并且流体地回连至箱22。如将从以下描述进一步清楚的，燃料系统20被独特地构造成在每个套筒连接器30内提供贮存器体积，用于存储加压燃料的储备并且还用于限制到燃料喷射器32的加压燃料过量供应，特别是在燃料喷射器或发动机性能降级或失效的情况中。

每个燃料喷射器32还可以包括与相应套筒连接器流体连通的高压燃料入口34和接收来自相应套筒连接器30的加压燃料的喷嘴36。每个燃料喷射器32还可以包括喷嘴出口37和喷射阀38，喷射阀38至少部分地定位在喷嘴36内并且可以在第一位置和第二位置之间运动，在该第一位置，喷射阀38阻断喷嘴出口37与高压燃料入口34连通，在该第二位置，喷嘴出口37打开并且不受喷射阀38阻断。将理解的是，表示图1中的燃料喷射器32之一上的特征的附图标记将被理解为类似地指示另外的燃料喷射器32中的每个上的相似或相同特征。以类似方式，套筒连接器30每个可以是基本相同的。

现在还参照图2，显示套筒连接器30和一个燃料喷射器32。套筒连接器30可以包括限定纵向轴线42的细长套筒主体40，该纵向轴线42在其中形成有燃料入口46或“套筒入口”的近侧主体端44和其中形成有燃料出口或“套筒出口”50的远侧主体端48之间延伸。套筒主体40还可以包括外表面49和限定将套筒入口46与套筒出口50流体地连接的燃料导管52的内表面51。套筒入口46可以与用于接收来自高压泵26的加压燃料的燃料供给管线31中的一个流体连通。在一种实际执行策略中，远端48可以与燃料喷射器32密封接合，使得套筒出口50与高压燃料入口34流体连通。远端48还可以包括远侧末端74，其具有围绕套筒出口50周向地延伸的密封表面76。在一种实际执行策略中，密封表面76可以是球形的。

套筒连接器30还可以包括夹具60，该夹具60定位在外表面49上且限定每个能够接收用于将套筒连接器30夹持到气缸盖18的螺栓的多个孔62，并且还能够将远侧末端74夹抵燃料喷射器32，使得密封表面76与燃料喷射器32形成流体密封。入口主体64也联接至近端44，并且在一种实际执行策略中包括延伸经过入口主体64中的孔以夹持入口主体使其与套筒主体40接合的多个螺栓72。在图2的图示中，螺栓72将被理解为接收在近端44中，但在选择的截平面中不可见。入口主体64还限定能够与燃料供给管线31中的第一个燃料供给管线流体地连接的第一入口/出口或入口/出口通道66，和能够与燃料供给管线31中的第二个燃料供给管线流体地连接的第二入口/出口或入口/出口通道68。入口主体64由此能够向一个套筒连接器流体地供应加压燃料，同时还将加压燃料运送至另一套筒连接器。在只有一个燃料供给管线连接到本发明中的套筒连接器的情况中，诸如在套筒连接器在所谓的菊花链燃料系统结构中形成最后的链节的情况中，入口/出口66和68中的一个可以被塞住。入口主体64还限定与燃料导管52流体地连接的入口通道70。

如上所述，燃料导管52可以将套筒入口46与套筒出口50流体地连接。燃料导管52还可以包括具有用于容纳加压燃料储备的较大体积的近侧贮存器段54和具有用于向燃料喷射器供应加压燃料的较小体积的远侧喷射器供应段。贮存器段54可以被构造成存储经由供给管线31中的一个从高压泵26接收的加压燃料储备，其是期望由燃料喷射器32进行的最大燃料喷射的体积的数倍。在某些实施方式中，近侧贮存器段54的体积可以是期望的最大燃料喷射的体积的大约30倍。以该通用方式提供贮存器体积使得足够的加压燃料能够始终用于燃料喷射，并且能够用以减弱或取消由多个附加燃料喷射器和燃料系统20中影响燃料供应压力的其它部件的致动引起的压力波、脉冲和其它液压现象。贮存器段54的内径尺寸可以大于段56的内径尺寸例如大约2、3、4或更多倍。燃料供给管线31的内径尺寸可以小于段54的内径尺寸。

现在还参照图3，套筒连接器30还可以包括用于限制加压燃料的过量供应的限流器子组件80，该限流器子组件80包括定位在贮存器段54内的引导部件82和附接到套筒主体40并支承引导部件82的座部件84。限流器子组件80还可以包括均定位在引导部件82内的液压致动的阀86以及偏置器88。偏置器88可以包括在阀86和座部件84之间保持压缩的螺旋偏置弹簧。阀86可以克服偏置器88的偏置力从大致如图2和3中所示的打开位置运动至大致如图3中虚线所示的闭合位置，在该闭合位置，阀86接触座部件84以中断从贮存器段54至喷射器供应段56的加压燃料流动。

在一种实际执行策略中，引导部件82可以具有与套筒主体40同轴的引导套管的形式。间隙78可以在引导部件82和套筒主体40之间、特别在引导部件84和内表面51之间径向延伸。引导部件54还可以限定与间隙78流体连通的重置口94，并且重置口94的流通面积可以小于间隙78的最小流通面积。子组件80可以限定以这里进一步讨论的方式再填充经由间隙78和口94供应的加压燃料的腔96。

阀86可以在远侧方向上从其打开位置运动至其闭合位置。子组件80还可以包括联接到引导部件82的近侧引导端90并且限制阀86在近侧方向上行进经过其第一位置的止动部件110。在一种实际执行策略中，止动部件110可以包括与引导部件82螺纹接合的螺母。从图3还可以注意到，阀86可以包括杯形阀体75，其具有与套筒主体40同轴的大致圆形基部98。大致柱形裙部100在引导部件82内在远侧方向上从基部98延伸。偏置器88部分地定位在裙部100内并且接触基部98和座部件84中的每个。

如上所述，座部件84可以附接到套筒主体40并且支承引导部件82。在一种实际执行策略中，座部件84包括头部102，其可以是大致杯形并且与阀86相对地定位，使得对应部件的杯形朝向彼此开口。座部件84还可以包括在远侧方向上从头部102延伸到喷射器供应段56中并且在其中与套筒主体40干涉配合的中空颈部104。换句话说，颈部104可以与套筒主体40的内表面51干涉配合，以与其形成压配合附接106。如上所述，座部件84可以被理解为支承在贮存器段54内的引导部件82，并且特别地可以抵抗轴向位移支承引导部件82。座部件84还可以经由将引导部件82保持邻接套筒主体40来支承引导部件82，使得能够防止从期望的同轴对准倾斜。头部102还可以包括阀就座表面108，其包括环形就座表面，该环形就座表面在其闭合位置处与阀86接触。如图2所示，边缘过滤器58可以在喷射器供应段56内定位在颈部104和套筒出口50之间。边缘过滤器58可以是任何适当的类型，包括上面讨论的Gerstner等人中教导的类型。

现在参照图4，显示处于在安装到套筒主体40内之前可能呈现的组装构造的子组件80的视图。在一种实际执行策略中，如图4所示，引导部件82的外径尺寸可以在远端92处相对大、在近端90处中等，并且在近端90和远端92之间相对小。理解该特征的另一种方式是引导部件82可以具有由其外表面111限定的阶入式（stepped-in）轮廓，使得间隙78在引导部件82的包括重置口94的部分中具有相对大的体积。该特征能够帮助确保足够的流通面积可用于向重置口94供给以便重置阀86，如这里更详细讨论的。外表面111还可以包括多个平坦部112，图4中显示平坦部中的一个并且另外的不可见，其能够用以通过组装工具牢固地保持引导部件82，同时止动部件110与其接合以压缩偏置器88和完整的组件。

与某些已知的限流器设计形成对照，限流器子组件80直接定位在贮存的体积内，并且能够被制造和组装为单独的部件，其能够接着安装在套筒主体40内。在一种实际执行策略中，用于安装子组件80的一种技术包括使子组件80在远侧方向上滑动经过套筒主体40，上至颈部104开始被接收在喷射器供应段56内的点。此时，细长工具能够穿过止动部件110并且与阀86接合。接着克服偏置器88的偏置力推动阀86，直到裙部100接触就座表面108。阀86接着能够用以将压配合力从细长工具传递至座部件84，并且将颈部104压入喷射器供应段56以形成压配合附接106。可以设想到，压配合附接106将形成充分严密的流体密封，以便当阀86处于其闭合位置且裙部100相对于阀就座表面108密封时，防止加压燃料从贮存器段54到喷射器供应段56内的任何实质泄漏。高度加压燃料到贮存器段54内的通常无阻挡的流动能够保持阀86相对于座部分84密封接合，其中，下游流体压力保持低，诸如在燃料喷射器性能降级或失效的情况中可能出现的。

工业实用性

通常参照附图，在燃料系统20的操作过程中，高压泵26将连续地或以规则泵送冲程向套筒连接器30供应加压燃料，套筒连接器30又根据由相应燃料喷射器32中的喷射阀38的致动依次引起的从段54到段56的压降，将加压燃料从贮存器段54运送至每个套筒连接器30内的喷射器供应段56。加压燃料由此能够在根据需要的基础上从段56供应至燃料喷射器32。

在加压燃料从段54流动到段56的过程中，阀86可以被液压地致动，使得阀86从其缩回的第一位置朝向其接触座部件84的闭合的行进位置运动。阀86可以在引导部件82内致动的过程中被引导。在燃料系统20的正常无问题操作过程中，燃料喷射将通常经由在阀86接触座部件84的时间之前喷射阀38的闭合而终止。因此，段54和段56中燃料的压力可以开始均等。间隙78和重置口94提供用于加压燃料的流动路径以再填充腔96，使得阀86的远侧与阀86的近侧上的液压压力和液压力基本上相等。由于液压压力均等化，偏置器88的偏置力能够用以使阀86返回其第一位置，抵接止动部件110。在一种实际执行策略中，暴露于加压燃料的阀86的表面的尺寸以及偏置器88的弹簧力可以被设定为使该通用功能性成为可能。但是，应当理解的是，根据特定应用，阀86上的液压表面的尺寸可能使得阀86在一个方向或另一方向上被液压偏置。类似地，偏置器88的刚性或相对压缩可能被设定成用于各种目的。应当理解的是，如果偏置器88在阀86上施加的偏置力过弱，那么在一些情况中可以期望阀86响应于反复的燃料喷射循环朝向闭合位置“一点一点移动（rachet）”。如果偏置力过强，阀86可能无法在需要时运动到其接触座部件84的完全闭合位置。还有诸如阀86的行进距离、裙部100的轴向长度以及甚至止动部件110到引导部件82中的轴向伸入深度的其它因素均能够对子组件80的适当操作有影响。

在另一实际执行策略中，子组件80可以被构造成使得阀86运动到其闭合位置并且阻断段54和段56之间的流体连通，由此当已向相应燃料喷射器32供应等于燃料喷射器32被设计用以输送的最大燃料喷射量的大约1.5倍的加压燃料量时，中断燃料喷射。如上讨论的，子组件80和阀86可以经由通过重置口94向阀86的远侧运送加压燃料来重置。在严重的燃料喷射器故障情况中，可以设想阀86可以依然保持在其闭合位置，并且至少在一些情况中不会出现这种重置。在仅燃料喷射器的性能降级并且仍然能够喷射燃料的情况中，可以进行至少部分重置以使得能够继续操作，其中足够的加压燃料通向阀86的远侧以允许偏置器88使阀86运动离开座部件84并且继续操作直到维修，但针对可能另外出现的燃料过量供应提供保护。

本说明仅出于示意目的，并且不应当被解释为以任何方式缩窄本发明的宽度。因此，本领域技术人员将理解，在不背离本发明的充分且公平的范围和精神的情况下，可以对这里公开的实施方式作出各种修改。在查阅附图和所附权利要求的基础上，将清楚其它方面、特征和优点。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机中的燃料系统的套筒连接器，包括：

细长套筒主体，其限定在其中形成有燃料入口的近侧主体端和其中形成有燃料出口的远侧主体端之间延伸的纵向轴线；

所述细长套筒主体还限定将燃料入口与燃料出口流体地连接的燃料导管，燃料导管包括具有用于容纳加压燃料储备的较大体积的近侧贮存器段和具有用于向燃料喷射器供应加压燃料的较小体积的远侧喷射器供应段；

限流器子组件，其用于限制加压燃料的过量供应，并且包括定位在贮存器段内的引导部件、附接到细长套筒主体并且支承引导部件的座部件以及均定位在引导部件内的液压致动阀和偏置器；并且

偏置器在阀和座部件之间保持压缩，并且阀能够克服偏置器的偏置力从第一位置运动到闭合位置，在闭合位置处，阀接触座部件以中断从贮存器段至喷射器供应段的加压燃料流动。

2.根据权利要求1所述的套筒连接器，其中，引导部件与细长套筒主体同轴，并且间隙在引导部件和细长套筒主体之间径向延伸；并且

其中，引导部件限定与间隙流体连通的重置口，并且重置口的流通面积小于间隙的最小流通面积。

3.根据权利要求2所述的套筒连接器，其中，座部件包括被捕获在引导部件内并且具有由限流阀在其闭合位置接触的阀就座表面的头部，以及在远侧方向上从头部延伸到喷射器供应段中并且与其中的细长套筒主体干涉配合的颈部；

套筒连接器还包括在喷射器供应段内定位于颈部和燃料出口之间的边缘过滤器；并且

其中，远侧主体端包括具有围绕燃料出口周向地延伸的球形密封表面的远侧末端。

4.根据权利要求2所述的套筒连接器，其中，阀能够在远侧方向上从第一位置运动到闭合位置，并且限流器子组件还包括联接到引导部件并且限制阀在近侧方向上行进经过第一位置的止动部件；

其中，阀包括具有与细长套筒主体同轴的圆形基部的杯形阀体和在引导部件内在远侧方向上从圆形基部延伸的柱形裙部，并且其中偏置器包括部分地定位在柱形裙部内并且接触圆形基部和座部件中的每个的偏置弹簧。

5.一种用于内燃发动机的燃料系统，包括：

加压燃料的供应；

与加压燃料的供应流体连通的燃料供给管线；

燃料喷射器，其限定高压燃料入口和喷嘴出口，并且具有能够在喷射阀阻断喷嘴出口与高压燃料入口连通的第一位置和喷嘴出口打开的第二位置之间运动的喷射阀；

套筒连接器，其包括其中形成有套筒入口并且与燃料供给管线流体连通的近端和其中形成有套筒出口的远端，并且远端与燃料喷射器密封接合，使得套筒出口与高压燃料入口流体连通；

套筒连接器限定将套筒入口与套筒出口流体地连接的燃料导管，燃料导管包括具有较大体积的近侧贮存器段和具有较小体积的远侧喷射器供应段；

套筒连接器还包括限流器子组件，所述限流器子组件包括引导部件、将引导部件支承在贮存器段内的座部件以及均定位在引导部件内的液压致动阀和偏置器；并且

偏置器在阀和座部件之间保持压缩，并且阀能够克服偏置器的偏置力从第一位置运动到闭合位置，在闭合位置处，阀接触座部件以中断从套筒连接器至燃料喷射器的加压燃料流动。

6.根据权利要求5所述的燃料系统，其中，套筒连接器包括限定燃料导管的内表面，并且座部件与喷射器供应段内的内表面干涉配合；

其中，阀能够在远侧方向上从第一位置运动到闭合位置，并且限流器子组件还包括联接到引导部件并且限制阀在近侧方向上行进经过第一位置的止动部件；

其中，引导部件限定重置口；并且

其中，间隙在引导部件和套筒连接器的内表面之间延伸并且与重置口流体连通。

7.根据权利要求5所述的燃料系统，其中，贮存器段具有较大内径尺寸，并且喷射器供应段具有较小内径尺寸；

其中，套筒连接器还包括限定将燃料供给管线流体地连接至套筒入口的入口通道的入口主体，并且其中燃料供给管线具有第三内径尺寸，该第三内径尺寸小于贮存器段的较大内径尺寸。

8.根据权利要求7所述的燃料系统，其中，套筒连接器是多个套筒连接器中的一个，并且燃料喷射器是多个燃料喷射器中的一个，每个燃料喷射器与多个套筒连接器中的一个的燃料导管流体地连接，并且其中燃料系统还包括第二燃料供给管线，并且入口主体限定将入口通道与第二燃料供给管线流体地连接的出口通道。

9.一种限制内燃发动机中从套筒连接器到燃料喷射器过量供应加压燃料的方法，包括以下步骤：

将加压燃料从套筒连接器中的燃料导管的较大体积贮存器段运送至较小体积喷射器供应段；

将加压燃料从喷射器供应段供应到燃料喷射器；

在加压燃料的供应过程中液压地致动套筒连接器的限流器子组件中的阀，使得阀朝向接触限流器子组件的座部件的闭合位置运动；

在限流器子组件的经由座部件支承在贮存器段内的引导部件内致动的过程中引导阀；以及

经由在闭合位置处使阀与座部件接触来阻断贮存器段和喷射器供应段之间的流体连通，使得向燃料喷射器的加压燃料的供应中断。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，液压地致动的步骤还包括克服在阀和座部件之间保持压缩的偏置器的偏置使阀朝向闭合位置运动；并且

其中，液压地致动的步骤还包括使阀在远侧方向上朝向闭合位置运动，并且还包括至少部分通过经由由引导部件限定的重置口将加压燃料运送至阀的远侧来重置阀的步骤。