CN110740798B - 燃料喷射系统过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料喷射系统(104)的过滤器(122)包括限定纵轴(156)的主体(154)，第一端面(160)，第二端(162)，在第一端面(160)和第二端(162)之间延伸的外表面(164)，限定了内腔(168)的内表面(166)，内腔(168)在第一端面(160)处封闭并且在第二端(162)处开放。主体(154)还限定出形成在外表面(164)中的至少一个穿孔部分(182)，其从外表面(164)延伸到内表面(166)，沿着外表面(164)轴向延伸的至少一个狭槽(170)。狭槽(170)是开放的并且与第一端面(160)流体连通，并且沿着外表面(164)限定了边缘(174)。边缘(174)在狭槽(170)和穿孔部分(182)之间提供流体连通。另外，燃料喷射系统(104)的边缘(174)和入口通道(130)适于限定第一过滤区(150)。穿孔部分(182)限定第二过滤区(152)。

Description

燃料喷射系统过滤器
技术领域
本发明涉及内燃发动机中的燃料喷射器。更具体地，本发明涉及一种用于燃料喷射器的过滤器，该过滤器包括多个过滤区以过滤供应给燃料喷射器的燃料。
背景技术
众所周知，诸如共轨燃料喷射系统的燃料系统向内燃发动机提供加压燃料喷射。这样的燃料喷射系统通常包括燃料喷射器，该燃料喷射器通过向燃料喷射器供应燃料的高压导管联接到共轨。在一些示例中，这种共轨中的压力在250巴和2200巴之间(即，在3600psi和32000psi之间)。在这种高压环境中使用的燃料喷射器容易受到劣质燃料的影响。例如，燃料流中的碎屑和杂质可能侵蚀燃料喷射器的一个或多个密封表面，从而影响喷射器部件的公差，从而缩短喷射器寿命。在某些情况下，碎屑和杂质可能会阻碍或阻塞喷射嘴，影响燃料喷射事件的准确性，并导致喷射器性能不合格。
美国公开No.2009/120869涉及一种用于安装在燃料喷射系统的高压管道中的边缘过滤器。边缘过滤器包括由入口通道和出口通道形成的过滤器部分，所述入口通道和出口通道由具有环形凹槽的脊分开。脊具有预定直径，使得预定直径与导管直径之间的差限定环形缺口，并且每个环形凹槽的宽度等于或大于环形缺口并且小于每个凹槽的深度。
发明内容
在一个方面，本发明针对一种用于燃料喷射系统的过滤器。该过滤器包括限定纵轴的主体，第一端面，与第一端面相对的第二端，在第一端面和第二端之间延伸的外表面，限定在第一端面封闭并在第二端开放的内腔的内表面。主体还限定出至少一个穿孔部分，该穿孔部分形成在从外表面延伸至内表面的外表面中，以及至少一个沿外表面轴向延伸的狭槽。至少一个狭槽是开放的并且与第一端面流体连通，并且沿着外表面限定边缘。边缘在至少一个狭槽和至少一个穿孔部分之间提供流体连通。燃料喷射系统的边缘和入口通道适于限定第一过滤区，而穿孔部分限定第二过滤区。
在另一方面，本发明涉及一种用于发动机的燃料喷射系统。燃料喷射系统包括入口通道和过滤器。入口通道适于接收燃料。过滤器位于入口通道内。该过滤器限定纵轴的主体，第一端面，与第一端面相对的第二端，在第一端面和第二端之间延伸的外表面，限定在第一端面封闭并在第二端开放的内腔的内表面。主体还限定出至少一个穿孔部分，该穿孔部分形成在从外表面延伸至内表面的外表面中，以及至少一个沿外表面轴向延伸的狭槽。至少一个狭槽是开放的并且与第一端面流体连通，并且沿着外表面限定边缘。边缘在至少一个狭槽和至少一个穿孔部分之间提供流体连通。边缘和入口通道限定了第一过滤区，而穿孔部分限定了第二过滤区。
在另一方面，本发明针对一种用于燃料喷射系统的燃料喷射器。燃料喷射器包括入口臂和过滤器。过滤器臂包括配置为接收燃料的入口通道。过滤器位于入口通道内。该过滤器具有限定纵轴的主体，第一端面，与第一端面相对的第二端，在第一端面和第二端之间延伸的外表面，限定在第一端面封闭并在第二端开放的内腔的内表面。主体还限定出至少一个穿孔部分，该穿孔部分形成在从外表面延伸至内表面的外表面中，以及至少一个沿外表面轴向延伸的狭槽。至少一个狭槽是开放的并且与第一端面流体连通，并且沿着外表面限定边缘。边缘在至少一个狭槽和至少一个穿孔部分之间提供流体连通。边缘和入口通道限定第一过滤区，而穿孔部分限定第二过滤区。而且，过滤器的开放的第二端促进了燃料从过滤器的释放。
附图说明
图1是根据本发明的概念的具有燃料喷射系统的发动机系统的示意图；
图2是根据本发明的概念的图1的燃料喷射系统的燃料喷射器，该燃料喷射器具有布置在喷射器的入口通道内的过滤器；
图3是根据本发明的概念的过滤器的前等距视图；
图4是根据本发明的概念的过滤器的剖视图；并且
图5是根据本发明的概念的过滤器的后等距视图。
具体实施方式
参考图1，示出了发动机系统100。发动机系统100包括内燃发动机102和用于内燃发动机102的燃料喷射系统104。内燃发动机102可以简称为发动机102。发动机102可以是压缩点火发动机，例如柴油发动机，尽管本发明的方面可以应用于几种发动机类型。在一些示例中，发动机102可以适用于与建筑、采矿、林业、农业、固定动力等相关的机器。
燃料喷射系统104可以配置为将诸如柴油的燃料喷射到发动机102的一个或多个燃烧室中。将燃料输送到燃烧室中以及燃料的后续燃烧可以产生发动机动力。燃料喷射系统104包括共轨108和多个燃料喷射器。在所示的示例中，燃料喷射系统104包括四个燃料喷射器，即第一燃料喷射器110’、第二燃料喷射器110”、第三燃料喷射器110”’和第四燃料喷射器110””。每个燃料喷射器110’、110”、110”’、110””可以流体联接至共轨108，以便从共轨108接收燃料。这些燃料喷射器110’、110”、110”’、110””也可以分别联接至发动机102的一个或多个气缸，用于将燃料输送至发动机102的燃烧室。例如，发动机102的气缸为四个编号，即第一气缸112’、第二气缸112”、第三气缸112”’和第四气缸112””。假设燃料喷射器110’、110”、110”’、110””分别联接至气缸112’，112”，112”’，112””，则单独的燃料喷射在发动机102的每个气缸中都可以设置。根据本领域的一般实践，可以从诸如燃料箱(未示出)的燃料源向共轨108提供燃料，然后该燃料可以通过共轨108，然后由燃料喷射器110’、110”、110”’、110””接收。然后，燃料喷射器110’、110”、110”’、110””可以将燃料喷射到发动机102中(即，喷射到发动机102的燃烧室中)。诸如泵(未示出)之类的加压源可以对共轨108中的燃料加压，以使燃料通过并输送至发动机102。尽管不限于此，但是燃料喷射系统104可以是直接喷射系统。同样，可以使用更少或更多数量的燃料喷射器(以及具有相应数量的气缸的发动机)。可以理解的是，本发明的各方面不以任何方式限于以上描述。
参图2中，示出并描述了四个燃料喷射器110’、110”、110”’、110””中的第一燃料喷射器110’。为了便于参考和理解，第一燃料喷射器110’可以简称为燃料喷射器110。将理解，针对燃料喷射器110的描述将适用于所有其余燃料喷射系统104的燃料喷射器110”、110”’110””。
燃料喷射器110包括喷射器主体120、过滤器122和控制阀124。喷射器主体120包括限定入口通道130的入口臂128。燃料喷射器110可以通过入口通道130流体联接至共轨108(或至共轨108的导管132，见图1)以从共轨108接收燃料。喷射器主体120还可包括用于将燃料释放和输送到发动机102的相应燃烧室中的出口通道136。此外，喷射器主体120可包括内部空间140，该内部空间140可容纳控制阀124和控制阀124的相关部件。控制阀124可包括螺线管机构144、偏压构件146和阀销148，它们各自可以协同工作以改变在燃料喷射器110内限定的燃料流的通道。通过这种方式，控制阀124可以调节通过出口通道136向发动机102中的燃料的喷射和释放。这种控制阀的构造和工作，用于调节通过出口通道136的燃料流量，是众所周知的，因此不再赘述。
参考图2、图3和图4，过滤器122适于定位在入口通道130内，以过滤从共轨108接收到燃料喷射器110中的燃料(参见方向，图1)。过滤器122可设置在喷射器主体120的上游，以确保在喷射过程中输送至出口通道136的燃料没有碎屑。过滤器122适于以多级过滤燃料。更特别地，过滤器122适于分两级过滤从共轨108接收的燃料。为此，过滤器122限定两个过滤区-即第一过滤区150(见图2)和第二过滤区152(见图4)。在一个示例中，第一过滤区150适于过滤尺寸大于75微米(μm)×1毫米(mm)×1mm的颗粒。与由第一过滤区150过滤的微粒相比，第二过滤区152配置为过滤尺寸相对较小的微粒。在一个示例中，第二过滤区152适于过滤尺寸大于1mm×65μm×65μm的微粒。
参考图3、4和5，描述了过滤器122的更多细节。过滤器122可以是边缘过滤器，其包括主体154，例如细长主体，该主体154促进燃料在形成在过滤器上的边缘上的燃料的过滤过程(在下面进一步讨论)。主体154可包括管状结构，例如具有限定纵轴156的基本圆柱形的轮廓。也可以设想主体154的各种其他形状和轮廓，例如椭圆形。主体154限定第一端158，第一端158具有第一端面160和第二端162。第二端162与第一端面160相对。此外，主体154包括限定在主体154上方的外表面164，主体154在第一端面160和第二端162之间延伸。主体154还包括内表面166，该内表面166限定主体154的内腔168(见图4和5)。尽管内腔168的形状可以变化，但是内腔168可以限定主体154的中空，该中空也是圆柱形的。更具体地，内腔168在第一端面160处封闭并且在第二端162处开放。过滤器122的开放的第二端162有助于将燃料从过滤器122释放到喷射器主体120中。
此外，作为第一过滤区150的一部分，主体154包括限定在主体154上的至少一个狭槽170。在所示示例中，示出了四个狭槽170。可以设想更多或更少数量的狭槽170。狭槽170围绕纵轴156等距地布置在外表面164上。可以理解的是，将仅通过单个狭槽170来讨论这四个狭槽的描述，并且可以理解，这种描述可适用于四个狭槽170中的每一个。如图所示，狭槽170可包括U形横截面轮廓，其呈线性，轴向(即，沿纵轴156)并沿主体154的外表面164延伸。狭槽170是开放的并且与第一端面160和外表面164流体连通。例如，狭槽170可以包括形成在第一端面160上的开口172。
此外，狭槽170沿着主体154的外表面164限定边缘174。在狭槽170的线性轮廓的情况下，边缘174也具有线性轮廓。因此，边缘174还沿着主体154的纵轴156限定。在入口通道130内的过滤器122的组件中，边缘174和入口通道130(即，入口通道130的内壁176)由间隙178(参见图2)隔开，并且又适于限定第一过滤区150。此外，主体154沿纵轴156包括过滤器长度FL。狭缝170从第一端面160沿着外表面164延伸，并且在第二端162之前终止，其狭缝长度SL小于过滤器长度FL。
此外，作为第二过滤区152的一部分，主体154的外表面164在第二过滤区152上限定凹部180。凹部180是形成在主体154的外表面164上的大致矩形的凹陷，尽管可以设想凹部180的其他形状和轮廓，例如不规则形状。在一实施例中，凹部180延伸并沿着主体154的过滤器长度FL或纵轴156限定。主体154限定至少一个穿孔部分182，其形成在外表面164中，但是形成在凹部180内部。在所描绘的示例中，示出了四个穿孔部分182，每个穿孔部分182形成在专用的凹部180中。可以设想更多或更少数量的穿孔部分182。这些穿孔部分182等距离地排列在外表面164上，并且围绕纵轴156形成在连续布置的狭槽170之间。如同对狭槽170的讨论一样，可以仅通过单个穿孔部分182来讨论这四个穿孔部分182的描述，并且可以理解，这种描述将适用于四个穿孔部分182的每一个。穿孔部分182可以包括多个孔，这些孔根据凹部180中的多行和多列排列。然而，有可能对这种孔的布置进行改变，例如通过具有不规则放置的孔。在一些实现中，可以改变孔的尺寸和/或可以增加或减少孔的数量，以实现增加或减少通过穿孔部分182的燃料的流速。与凹部180一样，也可以沿着凹部180的底部184以及沿着主体154的过滤器长度FL来限定穿孔部分182。穿孔部分182(即，穿孔部分182的孔)从外表面164延伸到内腔168的内表面166，并且在这种情况下，内腔168通过穿孔部分182与凹部180流体连通。
此外，在靠近第一端面160的外表面164的横截面直径和在靠近第二端面162的外表面164的横截面直径分别大于在第一过滤区150处的外表面164的横截面直径。以这种方式，当过滤器122组装在入口通道130内时，外表面164适于与内壁176限定缺口188(见图2)。缺口188和间隙178使边缘170能够使狭槽170和穿孔部分182彼此流体连通，而边缘174通过间隙178在狭槽170和穿孔部分182之间提供流体连通。另外，靠近第二端162的外表面164限定不间断表面186。不间断表面186是形成在过滤器122的主体154上方的表面，当将过滤器122定位在入口通道130内时，该表面可以压配合并完全接合在入口通道130上(或内壁176)。这样做，由于过滤器122在运行期间接收燃料，所以防止了流体(燃料)在第二端162处流过外表面164。
此外，内腔168(或内表面166)由围绕纵轴156连续排列的多个平面限定。这种连续的表面阵列从第二端162向内腔168赋予多边形横截面。如图所示，穿孔部分182露出在多个平面中的一个或多个上。在某些实现中，穿孔部分182的孔可以通过激光钻孔操作形成。
在某些实现中，过滤器122适于被压配合到入口通道130中。在一个实施例中，在靠近第一端面160的外表面164的横截面直径小于靠近第二端162的外表面164的横截面直径，并且入口通道130是锥形的。当过滤器122被组装在入口通道130内时，这种设置可以使得第二端162和入口通道之间能够可靠地互锁或配合，从而不允许进入的燃料流过第二端162并绕过两个过滤区(即第一过滤区150和第二过滤区152)。
过滤器122的主体154可以由金属材料制成，但是也可以设想合金以及各种其他高级聚合物和塑料。过滤器122也可以通过3-D打印过程来制造。在一些实现中，过滤器122可以通过铸造制造。在一些实现中，过滤器122通过使用常规操作来生产，例如包括车削、镗削和铣削。
工业实用性
燃料中的碎屑可能是在燃料喷射系统104的任何上游部件(例如泵、导管、阀等)中制造或加工时留下的残留物。碎屑也可能在燃料喷射系统104维修期间引入。碎屑也可能伴随燃料流。由于控制阀124的部件的公差可以取决于伴随燃料喷射事件的喷射压力，并且由于这种碎屑可能损坏喷射器部件，因此应用了过滤器122，其提供了两级过滤燃料。
当发动机102以重复的工作循环运行时，对于发动机102的每个膨胀/动力冲程，燃料被输送到发动机102的燃烧室中。在燃料输送期间，加压燃料被共轨108接收，并且燃料被通过联接到共轨108的入口通道130进一步进入燃料喷射器110。当燃料流过入口通道130(参见方向A)时，燃料与过滤器122的第一端面160接触，并且由于加压的燃料流，燃料通过狭槽170的开口172流入狭槽170。进入狭槽170后，燃料可以横越狭槽170的长度SL穿过。并且由于连续的燃料供应压力，燃料被迫进入在边缘174和入口通道130的内壁176之间限定的间隙178中。结果，燃料沿着由边缘174的曲率限定的圆周方向(参见方向，B)基本上横向地流向主体154。当燃料流过间隙178时，边缘174和入口通道130过滤尺寸例如大于75微米(μm)×1毫米(mm)×1mm的颗粒。在一些实现中，边缘174和入口通道130(即，第一过滤区150，见图2)可以过滤尺寸更大或更小的颗粒。可以注意到，由边缘174和入口通道130限定的该第一过滤区150还限定了燃料的第一过滤阶段，该第一过滤阶段净化了相对较大尺寸的颗粒的燃料。
在清除第一过滤区150之后，一致或连续的燃料压力供应可进一步迫使燃料进入在第一过滤区150处的外表面164和内壁176之间限定的缺口188。此后，燃料流入在凹部180中，促使燃料进一步流过形成在凹部180中的穿孔部分182(即，沿相对于过滤器122的径向方向从外表面164到内表面166，参见方向C)。当燃料从外表面164流向内表面166时，穿孔部分182过滤尺寸例如大于1mm×65μm×65μm的颗粒。在一些实现中，随着穿孔部分182的孔的尺寸可以根据应用和实际过滤要求而变化，第二过滤区152可以过滤较大或较小尺寸的颗粒。该第二过滤区152还可限定燃料的第二过滤阶段。在此阶段过滤的燃料是进一步精炼的燃料。随后，在第二过滤区152中过滤的燃料沿着方向C进入内室168，并且进一步通过过滤器122的主体154的开放的第二端(方向D)流入喷射器主体120。
有效地，在第二过滤区152处对燃料的过滤进一步净化了已经在第一过滤区150处过滤的一定量的燃料。由于燃料的两阶段净化，由燃料喷射器110获得的燃料从干扰喷射器部件之间的公差，从而导致更长的喷射器寿命，更高的喷射效率和更高的喷射精度。可以注意到，两个过滤区150、152可以帮助过滤器122实现过滤尺寸大于75μm×65μm×65μm的颗粒的整体过滤能力。另外，过滤器122可以被应用在燃料喷射系统104的各种其他燃料流动区域中。例如，过滤器122可以被应用在适配器，管线，共轨108的入口或出口等处。过滤器122还可以在使用过滤过程的各种其他环境中找到使用，例如上面已经描述的环境。可以理解，尽管已经相对于燃料描述了过滤器122的使用，但是过滤器122也可以应用于施加其他流体的环境中。
应该理解的是，以上描述仅用于示例性目的，并不旨在限制本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，可以通过研究附图、本发明和所附权利要求来获得本发明的其他方面。

Claims (10)

1.一种用于燃料喷射系统(104)的过滤器(122)，所述过滤器(122)包括：
限定纵轴(156)的主体(154)，第一端面(160)，与所述第一端面(160)相对的第二端(162)，在所述第一端面(160)和所述第二端(162)之间延伸的外表面(164)，限定了内腔(168)的内表面(166)，内腔(168)在所述第一端面(160)处封闭并且在所述第二端(162)处开放，形成在所述外表面(164)中的至少一个穿孔部分(182)，其从所述外表面(164)延伸到所述内表面(166)，沿着所述外表面(164)轴向延伸的至少一个狭槽(170)，每个所述狭槽与每个所述穿孔部分在圆周方向上偏离，所述至少一个狭槽(170)开放并与所述第一端面(160)流体连通并沿所述外表面(164)限定边缘(174)，所述边缘(174)在所述至少一个狭槽(170)和所述至少一个穿孔部分(182)之间在圆周方向上提供流体连通，其中
所述燃料喷射系统(104)的所述边缘(174)和入口通道(130)适于限定第一过滤区(150)，并且
所述至少一个穿孔部分(182)限定第二过滤区(152)。
2.根据权利要求1所述的过滤器(122)，其中，所述至少一个狭槽(170)适于将所述燃料喷射系统(104)的燃料接收到所述过滤器(122)，且所述过滤器(122)所述开放的第二端(162)有助于从所述过滤器(122)释放所述燃料。
3.根据权利要求1所述的过滤器(122)，其中，所述主体(154)包括管状结构，沿着所述纵轴(156)的过滤器长度(FL)，所述至少一个狭槽(170)，其从所述第一端面(160)沿着所述外表面(164)延伸并在所述第二端(162)之前终止，其狭槽长度小于过滤器长度(FL)。
4.根据权利要求1所述的过滤器(122)，其中，靠近所述第二端(162)的所述外表面(164)限定不间断表面。
5.根据权利要求1所述的过滤器(122)，其中，靠近所述第一端面(160)的所述外表面(164)的横截面直径和靠近所述第二端(162)的所述外表面(164)的横截面直径分别大于所述第一过滤区(150)处的所述外表面(164)的横截面直径。
6.根据权利要求1所述的过滤器(122)，其中，所述外表面(164)在所述第二过滤区(152)上限定凹部(180)，所述至少一个穿孔部分(182)形成在所述凹部(180)中。
7.根据权利要求1所述的过滤器(122)，其中，所述第一过滤区(150)适于过滤尺寸大于75微米(μm)×1毫米(mm)×1mm的颗粒，并且所述第二过滤区(152)适于过滤尺寸大于1mm×65μm×65μm的颗粒。
8.根据权利要求1所述的过滤器(122)，其中，所述外表面(164)包括四个狭槽和四个穿孔部分。
9.根据权利要求1所述的过滤器(122)，其中，所述内腔(168)由围绕所述纵轴(156)连续排列的多个平面限定，其从所述第二端(162)向所述内腔(168)赋予多边形横截面，
其中所述至少一个穿孔部分(182)露出在所述多个平面中的一个或多个上。
10.一种用于发动机(102)的燃料喷射系统(104)，所述燃料喷射系统(104)包括：
以接收燃料的入口通道(130)；和
设置在所述入口通道(130)内的过滤器(122)，所述过滤器(122)具有主体(154)，主体(154)限定纵轴(156)，第一端面(160)，与所述第一端面(160)相对的第二端(162)，在所述第一端面(160)和所述第二端(162)之间延伸的外表面(164)，限定了内腔(168)的内表面(166)，内腔(168)在所述第一端面(160)处封闭并且在所述第二端(162)处开放，形成在所述外表面(164)中的至少一个穿孔部分(182)，其从所述外表面(164)延伸到所述内表面(166)，沿着所述外表面(164)轴向延伸的至少一个狭槽(170)，每个所述狭槽与每个所述穿孔部分在圆周方向上偏离，所述至少一个狭槽(170)开放并与所述第一端面(160)流体连通并沿所述外表面(164)限定边缘(174)，所述边缘(174)在所述至少一个狭槽(170)和所述至少一个穿孔部分(182)之间在圆周方向上提供流体连通，其中
所述边缘(174)和所述入口通道(130)限定了第一过滤区(150)，并且
所述至少一个穿孔部分(182)限定第二过滤区(152)。
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