CN201794698U

CN201794698U - 内燃发动机

Info

Publication number: CN201794698U
Application number: CN2010202784364U
Authority: CN
Inventors: B·L·福尔顿; A·W·哈德森; A·J·格瑞格拉克; K·G·帕姆福特
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: US20110023818A1; US8042519B2; DE102010030734A1

Abstract

本实用新型提供了一种具有燃料系统的内燃发动机，该燃料系统具有带有连接至高压泵并且通过流量限制装置与共用导轨部分分离的集成分流器部分的第一燃料导轨。第一燃料导轨包括在其一端连接至分流器部分的压力传感器和在相同燃料导轨的另一端连接至共用轨道部分的控制阀。在V形配置的发动机实施例中，第二燃料导轨与第一燃料导轨的集成的分流器部分连通。在一个实施例中，包括第一燃料导轨和第二燃料导轨、压力传感器、和压力或容积控制阀的部件从外部安装在发动机阀盖之外。本实用新型的多种实施例也通过减少发动机和燃料系统内的燃料管路的数目和连接减小了制造复杂性。

Description

内燃发动机

技术领域

本实用新型涉及具有高压共轨燃料系统的多汽缸内燃发动机。

背景技术

高压共轨燃料系统通常包括将燃料输送至与一组汽缸相关的燃料导轨的高压燃料泵。燃料导轨的主要目的是在将燃料分配至喷射器(其均共享共轨内的燃料)的同时维持足够的燃料处于所需压力用于喷射。导轨容积作用为燃料系统内的蓄积器并且缓解来泵和燃料喷射循环的压力波动以在燃料喷射器喷嘴处维持恒定压力。

燃料系统设计可能会相当复杂并且依赖于多种考虑，包括燃料泵和喷射器的连接或安装、压力传感器和调节器的连接点，以及作用为蓄积器的合适尺寸。在“V”形配置的发动机中，高压燃料泵通常连接至共用导轨的左侧和右侧，其中每个燃料导轨与相应的汽缸组相联。压力传感器和压力或容积控制阀响应来自发动机或车辆控制器的指令用于轨道压力的闭环反馈控制。

当驱动燃料喷射器以喷射燃料至汽缸时，压力波从喷射器进口回穿过高压管路或管道至相关的燃料导轨。该压力波会对压力控制以及对每个燃烧循环多次喷射的相同汽缸的后续喷射中，和/或用于点火顺序中后续汽缸精确地输送燃料的数量产生不利影响。燃料喷射数量和/或正时的变化使得难于实现所需的排放和性能目标。喷射数量的高精确性和小公差会要求燃料系统合适的容积以减小由高压燃料泵引起的脉冲。

随着部件的增加和/或尺寸设计用于增加性能、可靠性、耐用性和燃料经济性同时减小发动机使用寿命中的排放，对封装的要求也变得越来越重要。特别地对于具有共轨系统的V形配置柴油发动机，多个导轨、燃料管路和接头在维持易制造性的同时对泄漏稳定性带来挑战。

实用新型内容

本实用新型可解决上述一些问题。根据本实用新型一方面，提供一种包括燃料系统的内燃发动机。该燃料系统包括具有连接至高压泵并通过流量限制装置与共用导轨部分分离的集成分流器部分的第一燃料导轨。第一燃料导轨包括在其一端连接至分流器部分的压力传感器以及在相同燃料导轨的另一端连接至共用导轨部分的控制阀。在V形配置的发动机实施例中，第二燃料导轨与第一燃料导轨的集成分流器部分连通。在一个实施例中，包括第一燃料导轨和第二燃料导轨、压力传感器、和压力或容积控制阀的部件从外部安装在发动机阀盖之外。

依照本实用新型的发动机具有多个优点。例如，在V形配置的发动机实施例中，通过在V形一侧或一组上使用导轨可优化发动机部件的封装，该V形内具有包括在轨道容积内的集成分流器并且使用现有的螺纹端部以在单轨道上安装压力(或容积)控制阀和压力传感器。在组合的分流器/共用导轨上安装控制阀(压力或容积)和轨道压力传感器减少了燃料管路(高压和低压)的数目、接头数目，和系统的燃料管路长度。依照本实用新型的燃料系统也减少了由热发动机部件环绕的燃料管路数目，并且通过减少由其它燃料导轨(非分流器)所需的空间为发动机设计者在V形发动机的任一侧上封装部件方面提供了更大的灵活性。

根据本实用新型另一方面，提供一种具有以V形配置设置的第一组汽缸和第二组汽缸的压缩点火内燃发动机，V形配置在所述汽缸组之间形成谷部，发动机包括：具有至少两个高压出口并且安装在谷部的高压燃料泵；与第一汽缸组相关的第一燃料导轨，第一燃料导轨具有连接至高压出口并且通过节气门门与共用导轨分离的分流器，共用轨道包括燃料返回端口；连接至分流器端部的压力传感器；连接至共用导轨并且控制燃料流穿过返回端口的控制阀；穿过多个喷射器端口连接至共用导轨的第一组多个燃料喷射器，每个喷射器均具有节气门；与第二汽缸组相关的第二燃料导轨，第二燃料导轨比第一燃料导轨短并且直接连接至分流器；及穿过喷射器端口连接至第二燃料导轨的第二组多个燃料喷射器，每个喷射器端口均具有节气门，其中第一燃料导轨和第二燃料导轨相对于相关的第一阀盖和第二阀盖外部安装。

根据本实用新型又一方面，提供一种内燃发动机燃料系统，包括：具有与共用导轨同轴排列并通过节气门与其分离的集成分流器的燃料导轨，分流器设有进口端口和跨线端口并且具有用于接收压力传感器的端部，共用轨道设有多个喷射器端口，每一个喷射器端口均具有节气门、燃料返回端口和用于接收压力控制阀的端部。

本实用新型的多种实施例也通过减少发动机和燃料系统内的燃料管路的数目和连接减小了制造复杂性。此外，本实用新型的实施例通过在集成分流器燃料导轨上使用现有的螺纹孔作为压力/容积控制阀和燃料导轨压力传感器的安装位置减少了部件接口的数目。分流器部分和燃料导轨的共用轨道部分的集成和同轴排列进一步减小了制造复杂性和加工操作。减少了燃料管路和连接的数目也减少了泄漏的机会。

上述优点和其他优点及特征在结合附图从下面较佳实施的详细描述中更加显而易见。

附图说明

图1为发动机的俯视图，其中一些上面的部件被移除以说明依照本实用新型一个实施例的燃料系统。

图2说明了具有用于V形发动机实施例的集成分流器燃料导轨的发动机燃料系统。

图3为说明外部(干式)安装有依照本实用新型一个实施例的燃料系统部件的侧视图。

图4为说明依照本实用新型一个实施例的燃料系统连接的示意图。

图5为说明与依照本实用新型的燃料系统相关的高压燃料管路压力脉动的图表。

具体实施方式

如本领域技术人员可理解的，参考任一附图说明并描述的实施例的多个特征可与一个或多个其它附图中所说明的特征相结合以得到未明确说明或描述的替代实施例。所说明的特征组合为典型应用提供了说明性实施例。然而，对于特定应用或实施方案，可能需要与本实用新型的教导相一致的特征的多种组合和修改。

现参考图1-4，显示了具有依照本实用新型的共轨燃料系统20的内燃发动机10的代表性实施例。在这个说明的实施例中，发动机10为多缸、柴油燃料、压缩点火发动机，其具有设置为90度“V”形配置的第一组四汽缸12和第二组四汽缸14。本领域技术人员将认识到本实用新型的教导总体上不依赖于特定燃料、发动机配置或燃烧技术，并且可用于例如具有不同燃料、不同数目的汽缸和/或不同汽缸配置的多种其它应用中。

燃料系统20包括与第一汽缸组12相关联的第一燃料导轨22和与第二汽缸组14相关联的第二燃料导轨24。如这里更详细说明和描述的，第一燃料导轨22包括连接至高压燃料泵26的集成分流器部分28，高压燃料泵26安装在靠近发动机前方(当纵向安装在车辆内时)处的汽缸组12、14之间的谷部16(图4中最佳说明)。燃料泵16安装在朝向总体上在排气歧管前方的发动机的前方的谷部16在热管理方面提供了优点同时在车辆碰撞的情况下保护燃料系统20。

第一燃料导轨22包括与分离器部分28轴向排列并且通过内部流量限制装置32分离的共用导轨部分30，在一个实施例中通过节气门或固定孔实施内部流量限制装置32。例如，燃料导轨22、24总体上为圆柱形并且可为铸造和/或焊接结构。在一个实施例中，燃料导轨22由热铸造板材制造，其具有纵向穿过分离器部分28和共用轨道的钻孔以提供所需燃料蓄积器容积。钻出相交孔以便为多种泵源、燃料喷射器、跨线和燃料返回管路连接提供端口。流量限制装置32可一体成形在燃料导轨22内，或可在组装期间插入。流量限制装置32减小了燃料系统20内(特别是燃料导轨22、24内)的压力脉冲效应。

第一燃料导轨22包括连接至分流器部分28端部的燃料导轨压力传感器40和连接至共用轨道部分30的端部的控制阀42。在一个实施例中，对于230-2000帕之间的运转燃料压力范围，压力传感器40具有大约0-2200帕的感应范围。压力传感器40将相应的信号传送至用于在燃料导轨22和24内的燃料压力的反馈控制的发动机或车辆控制器(未显示)。燃料导轨22、24的主要目的是维持足够多的燃料处于所需压力用于通过与第一燃料导轨22相关联的多个第一喷射器52和与第二燃料导轨24相关联的多个第二喷射器54喷射。因为所有的喷射器共享由导轨分配的加压燃料，这种配置总体上称为共轨燃料系统。分流器部分28和导轨22、24的共轨部分30提供了可在燃料系统中作用为蓄积器并且减轻由高压泵26和燃料喷射器52、54的燃料喷射循环引起的压力波动的燃料容积以便在燃料喷射器喷嘴(总体上在56处指示)处维持接近恒定压力。

在说明的实施例中，控制阀42安装在第一燃料导轨22的共用轨道部分30的端部。控制阀42可由压力控制装置或容积控制装置实施。在一个实施例中，控制阀42为响应从基于微处理器的发动机、车辆或燃料控制器接收的压力指令控制燃料导轨22、24内导轨压力的压力调节器。控制阀42通过控制或调节穿过燃料导轨返回端口58离开共用导轨部分30并且返回至燃料箱70的量控制第一和第二燃料导轨22、24的导轨压力。控制阀42关闭以便减少返回管路60的燃料流以增加轨道压力，并且打开以便增加流至返回管路60的燃料流以减小轨道压力。高压泵26也可包括压力调节器或控制阀62以控制泵出口压力。燃料的加压以及大约接近加热的发动机部件会需要燃料在穿过燃料系统返回之前被冷却。同样，穿过管路64的高压泵回流与来自燃料导轨返回管路60的流体组合并且穿过低压管路66和燃料冷却器68返回至燃料箱70。燃料冷却器68为带有用于在燃料被返回至燃料箱70之间降低其温度的低温冷却剂回路72的热交换器。在与燃料箱组合之后，由低压泵76将燃料泵送穿过粗过滤器74和细过滤器78至高压泵26。可提供高压泵进口压力传感器80和温度传感器82监视供应至高压泵26的燃料参数。

可通过使用齿轮、链带、皮带等的曲轴100的旋转直接地或间接地驱动高压泵26。这样泵转速直接地与发动机转速成比例。因此，驱动泵26所需的能量与燃料导轨压力和泵转速成比例。为了改善泵效率，泵26可具有停止一个或多个泵送元件以减小总的燃料输送并且限制输送过多的燃料至燃料导轨22、24的能力。在说明的实施例中，泵26包括均连接至第一燃料导轨22的分流器部分28的两个高压出口102、104。泵旋转与曲轴旋转同步使得泵取冲程在喷射冲程期间发生以改善平均压力输送和改善喷射与喷射(发射与发射) 和喷射器与喷射器的燃料量精确性。本领域技术人员将认识到取决于燃料系统的特定动力学可提供不同数目的高压出口。在说明的实施例中，泵26包括两个高压出口102、104以提供所需动力学特性，如总体上在图5中说明和描述。

高压泵26维持燃料导轨22、24内的燃料压力而不依赖于燃料喷射器52、54输送至相应汽缸的燃料喷射量。燃料喷射器52、54响应来自发动机控制器的相应信号控制燃料喷射量和正时。这使得燃料输送的每个方面(数量、正时和压力)得到独立控制。燃料喷射器52、54总体上为压电驱动或螺线管驱动的喷射器。然而，本实用新型不依赖于前面描述的特定喷射器技术。燃料系统20在单个汽缸中单个燃烧循环能够多点喷射或发射燃料以满足所需性能、燃料经济性、NVH和排放目标。在一个实施例中，在一些工况下，可由喷射器52提供六个或多个喷射。

如在图2中最佳说明，每个第一燃料喷射器52经由相应的高压燃料管路连接至设在第一燃料导轨22的共用导轨部分30的相应燃料喷射器端口110、112、114、116。类似地，每个第二燃料喷射器54经由相应的高压燃料管路连接至设在第二燃料导轨24的相应燃料喷射器端口120、122、124、126。第二燃料导轨24经由跨线管路106和由燃料导轨22形成的跨线端口130连接至第一燃料导轨22的分流器部分28。在这个实施例中，高压泵26的高压出口102、104仅直接地连接至第一燃料导轨22的分流器部分28，而不直接连接至第二燃料导轨24。

如在图4中最佳说明，第一燃料导轨22可由带有从端对端钻出或形成的纵向孔或通道总体上圆柱形铸造板材或管制造以使得分流器部分28与共用轨道部分30同轴排列。钻出孔以产生通向纵向或轴向钻孔的交叉通道以形成不同的第一和第二高压泵供应端口、燃料返回端口、喷射器端口和跨线端口。在说明的实施例中，第一和第二高压泵端口132、134和跨线端口130位于分流器部分28内，跨线端口130邻近第二泵端口134。燃料导轨返回端口58位于共用轨道部分28内邻近控制阀42，并且喷射器端口110、112、114和116位于跨线端口130和燃料导轨返回端口58之间。

每个端口的外表具有螺纹以有助于连接标准燃料管路连接器，例如DIN ISO 2974(SAE J1949)标准中所描述的。在燃料导轨22内的每个燃料喷射器端口110、112、114、116和在燃料导轨24内的每个燃料喷射器端口120、122、124、126可包含总体上用标号150代表的相关联的流量限制装置。类似于流量限制装置32，流量限制装置150可由例如固定的孔塞或节气门实施。取决于特定应用和实施，流量限制装置32可为与流量限制装置150不同的装置和/或不同尺寸。内部节气门减小了喷射器和喷射之间的压力波动的影响。

依照本实用新型的内燃发动机燃料系统20提供了更好的封装灵活性，因为除了安装压力传感器40和控制阀42外，第一轨道22集成了分流器部分28。结果，第二轨道24大约短了30％并且产生了用于其它发动机部件的额外的空间。此外，燃料泵26安装在总体上在排气歧管前方的谷部16内，与燃料导轨22一同减小了低压燃料系统的总体燃料管路长度并且减少了跨越排气歧管的燃料管路数量，其减小了燃料加热。

如在图3和4中最佳说明，燃料系统20设计用于便于维修第一燃料导轨22和第二燃料导轨24、高压泵26、压力传感器40、压力控制阀42和高压燃料管路和相对于各自的阀盖160、162位于外面或外部的接口/连接器。类似地，喷射器52、54通过夹具170固定在适当位置，单个螺栓延伸穿过相关联的阀盖160、162进入汽缸盖以使得喷射器容易接近。此外，多种高压部件位于发动机外侧边缘的内部以满足碰撞评估目标。

图5为说明在内燃发动机燃料系统中将喷射器连接至共用导轨的高压燃料管路内的代表性压力脉冲。压力波300从喷射器入口向回流下高压管路移动至燃料导轨并返回。压力波影响输送燃料数量的精确性，特别是对于多点喷射来说。一旦识别出，则可通过适当地校正喷射器脉冲宽度来减小或消除压力波的影响。图5中的图表画出了没有采用适当的脉冲宽度补偿情况下的喷射和发动机的相关性能特性之间的驻留时间。例如，在310处的燃料喷射峰值与最佳燃料经济性相关而312为最低的碳氢化合物排放的点。类似地，314相应于最低的燃烧噪音，点316相应于燃烧期间最低的NOx产生，并且点318相应于最低的烟产生。

同样，本实用新型的实施例使用了现有螺纹端的集成分流器燃料导轨以安装压力(或容积)控制阀和压力传感器。在组合的分流器/共用导轨上安装控制阀(压力或容积)和导轨压力传感器减少了燃料管路(高压和低压)的数目、接头数目，和系统的燃料管路长度。依照本实用新型的燃料系统还减少了由热发动机部件环绕的燃料管路数目，并且通过减少其它燃料导轨(非分流器)所需的空间为发动机设计者在V形发动机的任一侧上封装部件方面提供了更大的灵活性。

本实用新型的多种实施例也通过减少发动机和燃料系统内的燃料管路的数目和连接减小了制造复杂性。此外，本实用新型的实施例通过使用在集成分流器燃料导轨上现有的螺纹孔作为压力/容积控制阀和燃料导轨压力传感器的安装位置减少了部件接口的数目。分流器部分和燃料导轨的共用导轨部分的集成和同轴排列进一步减小了制造复杂性和加工操作。减少了燃料管路和连接的数目也减少了泄漏的机会。

尽管已经说明并描述了一个或多个实施例，并不意味着这些实施例说明并描述了本实用新型权利要求范围内的所有可能形式。而是，说明书中使用的词汇为说明性词汇而非限制，并且应该明白地是在不脱离本实用新型的实质和范围下可作多种改变。尽管已经描述了关于一个或多个期望特性的多种实施例可能具有优点或相较于其他实施例更为优选，本领域技术人员应该意识到，取决于具体应用和执行，为了达到期望系统属性可对一个或多个特性妥协。这些属性包括，但不限于成本、强度、耐用性、寿命周期成本、可销售性、外观、装配、尺寸、适用性、重量、可制造性、易于组装等。这里论述的实施例在一个或多个属性上相对于其他实施例或现有技术应用不令人满意也未超出本实用新型范围之外，并且可满足特殊应用。

Claims

1.一种具有燃料系统的内燃发动机，其特征在于，包含：

具有连接至高压泵并通过流量限制装置与共用轨道部分分离的集成分流器部分的第一燃料导轨；

连接至所述分流器部分的压力传感器；

连接至所述共用轨道部分的控制阀；

与所述第一燃料导轨的所述集成分流器部分连通的第二燃料导轨。

2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，包含：

连接至所述共用轨道部分的第一组多个燃料喷射器；及

连接至所述第二燃料导轨的第二组多个燃料喷射器。

3.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，进一步包括阀盖，其中所述第一燃料导轨和第二燃料导轨、所述压力传感器、和所述控制阀从外部设置在所述阀盖之外。

4.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述分流器部分和所述共用导轨部分同轴排列。

5.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述高压泵仅连接至所述第一燃料导轨的所述分流器部分，并不连接至所述第二燃料导轨。

6.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述控制阀包含压力控制阀，压力控制阀响应来自发动机控制器的压力指令运转以通过调节离开所述共用导轨部分和返回至燃料箱的燃料数量控制所述第一燃料导轨和第二燃料导轨内的压力。

7.如权利要求6所述的发动机，其特征在于，进一步包含设置于所述压力控制阀和所述燃料箱之间的燃料冷却器。

8.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述高压泵的所有高压出口连接至所述第一燃料导轨的所述分流器部分。

9.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述第一燃料导轨包含具有带有交叉管道的纵向通道的圆柱管，所述交叉管道包括：

位于所述分流器部分内的第一高压泵端口和第二高压泵端口和邻近所述第二高压泵端口的跨线端口；

位于所述共用导轨部分内邻近所述控制阀的燃料导轨返回端口；及

位于所述跨线端口和所述燃料导轨返回端口之间的多个喷射器端口。

10.一种具有以V形配置设置的第一组汽缸和第二组汽缸的压缩点火内燃发动机，所述V形配置在所述汽缸组之间形成谷部，其特征在于，所述发动机包含：

具有至少两个高压出口并且安装在所述谷部的高压燃料泵；

与所述第一汽缸组相关的第一燃料导轨，所述第一燃料导轨具有连接至所述高压出口并且通过节气门门与共用导轨分离的分流器，所述共用轨道包括燃料返回端口；

连接至所述分流器端部的压力传感器；

连接至所述共用导轨并且控制燃料流穿过所述返回端口的控制阀；

穿过多个喷射器端口连接至所述共用导轨的第一组多个燃料喷射器，每个喷射器均具有节气门；

与所述第二汽缸组相关的第二燃料导轨，所述第二燃料导轨比所述第一燃料导轨短并且直接连接至所述分流器；及

穿过喷射器端口连接至所述第二燃料导轨的第二燃料喷射器，每个喷射器端口均具有节气门，其中所述第一燃料导轨和第二燃料导轨相对于相关的第一阀盖和第二阀盖外部安装。