具有流动-干扰减小器的燃料系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于发动机(10)的燃料系统(12)。该燃料系统可具有过滤器(42)、泵(38)和流体连接在过滤器和泵之间的导管(40)。该燃料系统还可具有歧管(34)以及阀(70)，该阀是可移动的，以将从泵排出的燃料流的第一部分导入歧管并且将从泵排出的燃料流的剩余第二部分导入导管。该燃料系统还可以具有设置在所述导管内介于过滤器和燃料流的剩余第二部分的排出位置之间流动-干扰减小器(80)。
【专利说明】具有流动-干扰减小器的燃料系统
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种燃料系统，更具体地，涉及一种具有流动-干扰减小器的燃料系统。
【背景技术】
[0002]共轨燃料系统提供了一种将来自共用高压供给源的高压燃料同时引入到发动机的多个并行燃烧室的方式。通常的共轨燃料系统包括低压输送泵，该低压输送泵将燃料从燃料箱吸出并通过一个或多个过滤器将燃料供给至高压泵。在将高压燃料导入到共轨或歧管之前，高压泵将燃料压力增大至高达例如约100-300MPa。然后，共轨将燃料分配到发动机中的各喷射器。
[0003]众所周知的一种用于将燃料提供到共轨的高压泵类型是固定排量的变量输送泵。这种类型的泵一般包括一个或多个柱塞，该一个或多个柱塞设置在相应的筒体中并且由旋转凸轮操作性地驱动。当凸轮旋转时，燃料被吸入每个筒体中并因此随后在高压下被相关联的柱塞迫使离开筒体。对于凸轮的每次旋转而言，从每个筒体中排出的燃料量保持大约相同。
[0004]因为在运行中发动机的燃料(的量)需求是变化的，所以输送到发动机喷射器的燃料量也应当变化以满足需求。在上述的固定排量类型的泵中，可以通过使用溢流阀改变输送的燃料量。特别地，溢流阀选择性地将从泵筒体排出的燃料的所需部分导入到共轨以分配到喷射器；而剩余部分“溢流”回泵的吸入端。这样，尽管泵排量是固定的，但是从泵输送到共轨的燃料量是可变的。
[0005]与配备有固定排量的变量输送泵的共轨燃料系统相关的一个问题涉及高压燃料溢流到泵的吸入侧所引起的压力振荡。特别地，当溢流到泵的上游位置(即在过滤器和泵之间的燃料压力通常较低的位置处)时，这种高压燃料可以产生压力峰值，该压力峰值通过燃料系统的过滤器向上游移动。这种压力峰值会导致燃料在过滤器内反流，这可能损坏过滤器。在一些系统中，每秒可发生几十次燃料通过过滤器(特别是最靠近泵的过滤器)的流动。
[0006]本公开的燃料系统解决了上述问题中的一个或多个和/或现有技术中的其他问题。
【发明内容】
[0007]本公开的一个方面涉及一种燃料系统。该燃料系统可包括过滤器、泵以及流体连接在过滤器和泵之间的导管。该燃料系统还可包括歧管和阀，该阀是可移动的以将从泵排出的燃料流的第一部分导入到歧管中并且将从泵排出的燃料流的剩余第二部分导入到导管中。燃料系统可另外具有流动-干扰减小器，该流动-干扰减小器设置在所述导管内介于过滤器与燃料流的剩余第二部分的排出位置之间。
[0008]本公开的另一个方面涉及向发动机供给燃料的方法。该方法可包括将燃料通过过滤器导入到泵中，以及增加泵内燃料的压力。该方法还可包括将加压燃料的第一部分导入到歧管中以便喷射到发动机中，以及将加压燃料的剩余第二部分导入至泵的低压侧。该方法还可包括降低所述加压燃料的被导入过滤器的剩余第二部分的流速和压力中的至少一者。
[0009]本公开的另一个方面涉及一种流动-干扰减小器。该流动-干扰减小器可包括具有入口和出口的壳体，以及设置在壳体中的阀元件。该阀元件可从第一位置移动到第二位置，在第一位置处，从入口流向出口的流体流动受到阻塞，在第二位置处，从入口流向出口的流体流动得到允许。当入口处的流体压力大于出口处的流体压力时，阀元件可从第一位置移动到第二位置。阀元件具有一质量面积比，使得阀元件在暴露于出口处的流体脉冲时保持远离第一位置，所述流体脉冲具有高于入口处的流体压力的压力并且频率约为30-35Hz。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是发动机的局部剖面示意图，该发动机配备有示例性公开的燃料系统。
【具体实施方式】
[0011]图1示出了发动机10，该发动机10配备有燃料系统12的一个示例性实施例。出于本公开的目的，将发动机10描绘和描述为四冲程柴油发动机。然而，本领域的技术人员将认识到，发动机10可以是任意其他类型的内燃发动机(例如汽油发动机)。发动机10可包括发动机缸体14，该发动机缸体14至少部分地限定多个汽缸16、可滑动地设置于每个汽缸16中的活塞18、以及与每个汽缸16相关联的汽缸盖20。
[0012]汽缸16、活塞18和汽缸盖20 —起可形成燃烧室22。在所示的实施例中，发动机10包括六个燃烧室22。然而，可以想到发动机10可包括更多或更少数量的燃烧室22，并且燃烧室22可设置为“直列”构型、“V”构型、对置-活塞构型或另一合适构型。
[0013]亦如图1所示，发动机10可包括曲轴24，该曲轴24可旋转地设置在发动机缸体14内。连杆26可将每个活塞18连接到曲轴24上，从而使得活塞18在每个相应汽缸16中的滑动运动引起曲轴24的转动。类似地，曲轴24的转动可引起活塞18的滑动运动。
[0014]燃料系统12可包括若干部件，这些部件配合以在曲轴24每次转动时将喷射的加压燃料输送到燃烧室22中。具体地，燃料系统12可包括配置为容纳燃料供给的燃料箱28，以及燃料泵送设备30，该燃料泵送设备30配置为对燃料加压并通过共轨或歧管34将加压燃料导入到多个燃料喷射器32。
[0015]燃料泵送设备30可包括一个或多个泵送装置，所述泵送装置起到这样的作用:增加从燃料箱28抽出的燃料的压力，并且将一个或多个加压燃料流导入到共轨34。在一个实例中，燃料泵送设备30包括串联设置并且通过导管40彼此流体连接的低压泵36和高压泵38。低压泵36可以是一种输送泵，该输送泵配置为将低压燃料从燃料箱28抽出并且通过一个或多个过滤器42将低压燃料(例如，具有约为0.1-1.5MPa的压力的燃料)提供到高压泵38。高压泵38可以配置为接收低压燃料并将燃料的压力增大至约100-300MPa的范围内。高压泵38可通过燃料管路44连接到共轨34。
[0016]低压泵36和高压泵38中的一者或两者可操作性地连接至发动机10并由曲轴24驱动。低压泵36和/或高压泵38可以以本领域技术人员显而易见的任意方式与曲轴24连接，其中曲轴24的转动将引起泵驱动轴的相应转动。例如，图1示出了高压泵38的通过齿轮系48连接至曲轴24的泵驱动轴46。然而，可以想到，低压泵36和高压泵38中的一者或两者可选地是电驱动的、液压驱动的、气动驱动的或以任意其他适当方式驱动的。
[0017]在公开的实施例中，过滤器42包括在导管40内串联地流体连接的初级过滤器42A、次级过滤器42B、以及三级过滤器42C。应该注意的是，可以在该位置设置任何数量的过滤器42。过滤器42可以配置成去除由低压泵36所加压的燃料中的杂质和/或水。过滤器42可以是彼此基本相同的，并且具有例如约4 μ m的额定过滤精度。在一些实施例中，如果需要的话，也可使用具有较低效率等级的附加过滤器47并且将其定位于低压泵36的上游。例如，过滤器47可以位于低压泵36和燃料箱28之间，并且具有约为ΙΟμπι的额定过滤精度。因此，过滤器47 (如果存在的话)可比任意过滤器42从给定燃料流中除去更少物质。可以想到，如果需要的话，过滤器47还可以起到燃料/水分离器的作用。
[0018]卸压回路49可设置为与低压泵36并联，使得具有大于预定压力的压力的燃料返回低压泵36的入口。这样，可保护发动机10的部件免受过大的压力峰值。另外，通过使该燃料返回到低压泵36的进口而不是到燃料箱28，较少的燃料可流经位于燃料箱28和低压泵36之间的过滤器47。减少流经过滤器47的燃料流量可有助于延长过滤器47的部件寿命O
[0019]在公开的实施例中，高压泵38可以是固定排量泵。因此，高压泵38可包括壳体50，该壳体50至少部分地限定一个或多个筒体52，以及可滑动地设置在每个筒体52中的柱塞54。在这种设置中，每个柱塞54筒体52对都可以形成一个增压室。驱动器56可以可操作地将驱动轴46的转动连接到柱塞54，并且包括用于在筒体52中以往复方式驱动柱塞54的任意装置(例如，具有任何数量的凸轮凸角的凸轮)。在驱动器56的每次转动期间，在高压泵38中存在的每个柱塞54可以以特定压力排放固定量的燃料。
[0020]入口 57可通过低压通道58将导管40与高压泵38的增压室流体连接起来。可以在低压通道58和增压室之间设置一个或多个止回阀60，以提供单向流入增压室的低压燃料。
[0021]出口 62可以通过高压通道64将高压泵38的增压室与通路42流体连接起来。可以在增压室与高压通道64之间设置一个或多个止回阀66，以提供单向流入高压通道64的加压燃料。
[0022]高压泵38也可以是一种变量输送泵。具体地，溢流通路68可将增压室与导管40流体连接起来，并且溢流阀70可以设置在溢流通路68中。溢流阀70可在通流位置与阻流位置之间移动，从而选择性地使得从增压室排出的一些燃料流过溢流通路68返回到导管40。从增压室排出(即溢流)进入导管40的燃料量可反比于排入(即泵送)到高压通道64的燃料量。
[0023]在具有多个增压室的一些实施例中，可通过换向阀72在增压室与溢流阀70之间建立流体连接。换向阀72可起到一次仅允许其中一个增压室将燃料溢流到导管40中的作用。因为不同增压室的柱塞54可相对于彼此异相移动，所以当一个增压室处于低压(吸入冲程)时，另一个增压室可处于高压(泵送冲程)，反之亦然。可利用这一动作使换向阀72的元件来回移动，以将任一增压室与溢流阀70流体连接起来。因此，在所公开的实施例中，这些增压室可共用同一个溢流阀70。然而，可以想到，如果需要的话，单个溢流阀70也可选地专用于控制从各个增压室排出的燃料的有效排量。
[0024]溢流阀70在正常情况下可朝向第一位置偏置，在第一位置处，高压燃料流入导管40中的流动得到允许。也可以通过螺线管(即溢流阀70可以是电控阀)或先导力(即溢流阀70可以是先导式操作阀)将溢流阀70移动到第二位置，在第二位置处，高压燃料流入导管40中的流动受到阻塞。相对于柱塞54的位移位置，溢流阀70在通流位置和阻流位置之间的运动定时可决定从增压室排出的燃料有多少溢流到导管40或通过高压通道64泵送到共轨34。
[0025]燃料喷射器32可设置在汽缸盖20中并通过多个单独的燃料管路74连接到共轨34，而共轨34可以通过回流管路76连接到燃料箱28。止回阀78 (例如弹簧偏置型止回阀)可以设置在返回管路76中以帮助调节共轨34的压力。可操作每个燃料喷射器32将一定量的加压燃料以预定的定时、燃料压力和燃料流速喷射到相关联的燃烧室22内。将燃料喷射到燃烧室22内的定时可与活塞18的运动同步。例如，可以在当活塞18在压缩冲程中接近上止点位置时喷射燃料，以使得所喷射的燃料进行压缩-点燃-燃烧(压燃)。或者，可以在当活塞18开始朝上止点位置进行压缩冲程时喷射燃料，以便进行均质充料压缩点燃操作。也可以在当活塞18在膨胀冲程期间从上止点位置朝下止点位置运动时喷射燃料，以进行延迟的后喷射，该延迟的后喷射产生用于后处理再生的还原气氛。
[0026]由于高压燃料在相对低压位置处周期性地溢入导管40中，所以可产生压力波，该压力波反方向传播返回到过滤器42。在一些应用中，高压燃料溢流可以约30-35HZ的频率发生。如果不加抑制，这些压力波可能导致对从过滤器42到高压泵38的燃料正常流动的干扰(即过滤器42中的振荡燃料流)，所述干扰会损坏过滤器42 (特别是下游过滤器42C)。为此，可以在导管40内在过滤器42C与溢流通路68的排出位置之间设置流动-干扰减小器80。
[0027]流动-干扰减小器80可以是阻止或以其他方式抑制导管40内的反向流以及相应的压力峰值的任意装置。在一个实施例中，流动-干扰减小器80可以是阀，例如簧片阀或止回阀。簧片阀可包括通常抵靠相关联的孔口关闭的簧片元件。当暴露于一个方向(例如，从过滤器42朝向高压泵38)中的燃料流时，簧片元件可被燃料流的压力推离孔口，从而打开孔口并且允许燃料流以基本不受限制的方式通过簧片阀。然而，当簧片元件的下游侧(例如在高压泵侧)燃料的压力超过簧片元件的上游侧(例如在过滤器侧)燃料的压力时，簧片元件可压靠在孔口上，从而限制——如果不是完全阻断的话——反向燃料流动。由于簧片元件的质量面积比的原因，簧片阀通常可以是高度响应的。在公开的实施例中，簧片阀的响应度可匹配或超过由加压燃料溢入导管40所引起的压力峰值的频率。
[0028]止回阀通常包括球形或杯形元件，该元件在壳体的孔内在第一位置与第二位置之间梭动。当处于第一位置时，该元件可允许燃料以基本不受限制的方式从过滤器42经阀壳体的入口朝向高压泵38流动。然而，当处于第二位置时，该元件可阻塞燃料流动。该止回阀的元件可基于该元件两端的压力差在第一位置与第二位置之间移动。例如，当过滤器42处的燃料的压力大于阀壳体的出口(即高压泵38的入口 57)处的燃料的压力时，该元件可被推向第一位置。而当溢流通路68的排出口处的燃料的压力大于过滤器42处的燃料的压力时，止回阀元件可被推向第二位置。
[0029]已经确定，在燃料系统12中，所公开的止回阀元件可以在导管40内起到与簧片阀同样好的作用，但其原因是不同的。具体而言，所公开的止回阀元件具有的质量可以致使该元件在整个运行中保持相对静止地处于第一位置的状态，而不管反向流动情况期间所经受的压力峰值。也就是说，当导管40内的燃料反向流回过滤器42时，燃料可冲击较重的止回阀元件，迫使止回阀元件朝第二位置或阻流位置移动。然而，因为反向流可持续的时间如此短并且止回阀元件可以具有的质量面积比如此大，所以在燃料流再次反流至正常方向(即从过滤器42朝向高压泵38)之前，止回阀元件实际上可以基本上不移动。并且虽然止回阀元件可以不移动到第二位置并完全阻塞燃料流向过滤器42，但是反向燃料流对较重的止回阀元件的冲击可产生燃料限制、流动重定向和减慢、或以其他方式将反向燃料流动抑制到无损害水平。
[0030]除了阀以外或代替阀，流动-干扰减小器80还可包括仅在一个方向中限制或抑制燃料流动的挡板或其他装置。该挡板可以具体实施为例如一个或多个叶片，该叶片具有与导管40的外壁接合的前缘以及从前缘向内终止的后缘。在该构型中，挡板可以起到这样的作用:阻碍反向燃料流动(即燃料从高压泵38流向过滤器42)，而不显著影响正常燃料流动(即燃料从过滤器42流向高压泵38)。可以想到，如果需要的话，在流动-干扰减小器80中也可以包括其他类似装置。
[0031]工业适用性
[0032]本公开的燃料系统可广泛应用于各种发动机类型，包括诸如柴油发动机和汽油发动机。所公开的燃料系统可与其中一致的性能和部件寿命很重要的任意发动机结合使用。燃料系统12可通过帮助减少流过系统12的燃料流的压力振荡来提供一致的性能。燃料系统12可通过降低部件(例如过滤器42)内的燃料反流的持续时间、幅度、和/或频率来提高部件寿命。
[0033]对于本领域的技术人员而言，显而易见的是，可对本公开的燃料系统做出各种修改和变型而不会背离本公开的范围。通过考虑文中公开的燃料系统的说明和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，尽管将所公开的燃料系统描述为一种共轨燃料系统，但是可以想到，流动-干扰减小器80也可以类似成功的方式用在其他类型的燃料系统中。应当理解，说明书和实施例仅仅是示例性的，本发明的真正范围通过下面的权利要求书及其等同物表明。
【权利要求】
1.一种燃料系统(12)，包含: 过滤器(42)； 泵(38)； 导管(40)，该导管流体连接在所述过滤器和所述泵之间； 歧管(34)； 阀(70)，所述阀是可移动的，以将从所述泵排出的燃料流的第一部分导入所述歧管并且将从所述泵排出的燃料流的剩余第二部分导入所述导管；及 流动-干扰减小器(80)，该流动-干扰减小器设置在所述导管内介于所述过滤器与所述燃料流的所述剩余第二部分的排出位置之间。
2.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，所述流动-干扰减小器配置为阻止流向所述过滤器的反向燃料流。
3.根据权利要求2所述的燃料系统，其特征在于，所述流动-干扰减小器配置为仅阻止从所述泵到所述过滤器方向的燃料流动。
4.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，所述流动-干扰减小器配置为抑制反向移动的压力振荡。
5.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，所述流动-干扰减小器在约30-35HZ的频率下是可操作的。
6.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于: 所述流动-干扰减小器是具有在打开位置和关闭位置之间可移动的元件的阀； 所述元件设置在所述燃料流的所述剩余第二部分的流动路径中； 所述元件由所述燃料流的所述剩余第二部分推向所述关闭位置；及当在约30-35HZ的频率下暴露于所述燃料流的所述剩余第二部分时，所述元件的质量足以使得该元件保持远离所述关闭位置。
7.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，所述流动-干扰减小器是止回阀。
8.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，所述流动-干扰减小器是簧片阀。
9.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，所述流动-干扰减小器是挡板。
10.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于: 所述泵为高压泵；及 所述燃料系统还包括: 燃料箱(28);及 低压泵(36)，该低压泵设置在所述燃料箱和所述过滤器之间。
【文档编号】F02M37/00GK104321523SQ201380026753
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2013年5月20日 优先权日:2012年5月23日
【发明者】C·J·萨尔瓦多, P·W·小萨维奇, M·T·阿洛特, J·R·里斯, K·C·亚当斯 申请人:卡特彼勒公司