用于内燃机的燃料系统的制作方法

用于内燃机的燃料系统
相关专利申请的交叉引用
1.本专利申请要求2020年9月15日提交的美国临时专利申请序列号63/078,720，其公开内容在此通过引用全部纳入本文。
技术领域
2.本公开内容涉及用于内燃机的燃料系统；更特别的是涉及一种燃料系统，该系统包括在相对高压下直接向内燃机的燃烧室输送燃料的部分和在相对低压下向燃烧室上游输送燃料的部分；以及更特别的是涉及一种燃料系统，其中高压燃料输送单元即使在很少或没有燃料被直接输送到燃烧室时也能得到冷却和润滑。


背景技术：

3.现代内燃机的燃料系统通常采用1)端口燃料喷射(pfi)，其中燃料以相对较低的压力(通常低于约500kpa)喷射到内燃机的进气歧管或其他燃烧空气通道中，随后传递到内燃机的燃烧室，或者2)汽油直接喷射(gdi)，其中燃料以相对较高的压力(通常高于约14mpa)直接喷射到内燃机的燃烧室。然而，一些同时采用pfi和gdi的燃料系统已开发，以利用pfi提供操作优势的操作模式以及利用gdi提供操作优势的操作模式。因此，在某些操作条件下可能只利用pfi，而在其他操作条件下可能只利用gdi。秋田等人的美国专利号7,263,973中描述了采用pfi和gdi二者的燃料系统的一个示例；然而，秋田等人的系统的缺点是，当只使用pfi系统时，用于给gdi系统中的燃料加压的高压燃料泵会继续被内燃机的凸轮轴循环使用。这种循环，加上高压燃料泵与内燃机的贴近，会导致高压燃料泵中的燃料温度升高，并可能在gdi系统中产生蒸汽，这对高压燃料泵来说是不可取的，而且在使用gdi系统时可能会妨碍加燃料。
4.hoefner等人的美国专利号8,973,556描述了另一种同时采用pfi和gdi的燃料系统。hoefner等人提供了一种布置，即同时用于pfi系统和gdi系统的燃料首先供应到高压燃料泵的驱动部段。因此，当只使用pfi系统时，燃料流经高压燃料泵的驱动部段，从而向高压燃料泵提供润滑和冷却。然而，hoefner等人的pfi系统可能容易受到压力脉动的影响。
5.需要的是一种燃料系统，其最大限度地减少或消除了上述的一个或多个缺点，并提供了上述燃料系统的替代方案。


技术实现要素：

6.简要地描述，提供了用于内燃机的燃料系统，其包括：低压燃料输送单元；高压燃料输送单元，其具有低压区和高压区，使得低压区将燃料供应至高压区，并且高压区对燃料进行加压，并将由高压区加压的燃料供应至多个高压燃料喷射器；低压燃料轨道，其将燃料供应至多个低压燃料喷射器；低压燃料喷射器管路，其1)在其第一端处直接与高压燃料输送单元连接，并从低压区接收燃料，以及2)在其第二端处直接连接到低压燃料轨道，从而提供从低压区到低压燃料轨道的流体连通；以及减少燃料压力脉冲的装置，该减少燃料压力
脉冲的装置位于低压区与低压燃料轨道之间。带有用于减少燃料压力脉动的装置的燃料系统，即使在只使用低压燃料喷射器将燃料供应到内燃机时，也允许高压燃料输送单元得到润滑和冷却。此外，令人反感的可听噪音、汽缸到汽缸的燃料输送变化以及由高压燃料输送单元和低压燃料轨道之间的压力脉冲引起的其他不利影响都被最小化。通过阅读下面仅通过非限制性示例并参考附图给出对本发明的较佳实施例的详细描述中，本发明进一步的特征和优点将会显得更清楚。
附图说明
7.将参考附图来进一步描述本发明，附图中：
8.图1-4是根据本公开内容的燃料系统的示意图。
具体实施方式
9.根据本公开的优选实施例并参照图1，示出了用于内燃机12的燃料系统10。燃料系统10总地包括：燃料箱14，该燃料箱容纳将供应给内燃机12用于其运行的一定容积的燃料；多个高压燃料喷射器16，这些喷射器16将燃料直接喷射到内燃机12的各个燃烧室(未示出)；多个低压燃料喷射器18，这些喷射器将燃料喷射到内燃机12的进气歧管或其他燃烧空气通道(未示出)，其中燃料与空气混合并随后通过各个进气阀(未示出)通到燃烧室中；低压燃料输送单元20；以及高压燃料输送单元22，其中低压燃料输送单元20从燃料箱14抽取燃料并提高燃料的压力以输送到高压燃料输送单元22和低压燃料喷射器18，并且其中高压燃料输送单元22进一步提高燃料的压力以输送到高压燃料喷射器16。仅作为非限制性的示例，低压燃料输送单元20可以将燃料的压力提高到约500千帕(kpa)或更低，而高压燃料输送单元22可以将燃料的压力提高到约14兆帕(mpa)以上。根据操作条件和所需性能，可以选择通过高压燃料喷射器16或低压燃料喷射器18向燃烧室输送燃料。还可以设想通过高压燃料喷射器16和低压燃料喷射器18二者同时向燃烧室输送燃料。虽然已经示出了四个高压燃料喷射器16和四个低压燃料喷射器18，但应该理解，高压燃料喷射器16和低压燃料喷射器18的各自的数量可以更少或更多。燃料系统10的各种元件将在以下段落中更详细地描述。
10.如图所示，低压燃料输送单元20可以设置在燃料箱14内，然而低压燃料输送单元20可以替代性地设置在燃料箱14外部。低压燃料输送单元20可以是电动燃料泵。低压燃料供应通道24提供从低压燃料输送单元20到高压燃料输送单元22的流体连通。可以提供燃料压力调节器26，使得燃料压力调节器26使由低压燃料输送单元20供应的部分燃料通过燃料回流通道28返回到燃料箱14，从而在低压燃料供应通道24内维持基本均匀的压力。虽然燃料压力调节器26已被示出在燃料箱14外部的低压燃料供应通道24中，但应当理解，燃料压力调节器26可位于燃料箱14内，并可与低压燃料输送单元20集成。
11.高压燃料输送单元22包括低压区30和高压区32。高压燃料输送单元22可以是柱塞泵，该柱塞泵由内燃机12机械驱动，从而低压区30包括泵送柱塞34，该泵送柱塞34在柱塞孔36内通过内燃机12的旋转凸轮轴38往复运动。高压区32包括进口阀40、泵室42、以及出口阀44。低压区30包括高压燃料输送单元22的在进口阀40关闭时与低压燃料供应通道24流体连通的所有部分。泵室42内的燃料通过泵送柱塞34的往复运动而被加压，而当泵室42内的压力足够高时，导致出口阀44打开。通过出口阀44离开高压燃料输送单元22的燃料经由高压
燃料通道45连通到高压燃料轨道46，各高压燃料喷射器16都与该高压燃料轨道46处于流体连通中。借助非限制性的示例，进口阀40可以是通过控制器48控制的电磁操作阀。控制器48可以接收来自压力传感器50的输入，该压力传感器50提供向高压燃料喷射器16供应的燃料压力的信号指示。虽然压力传感器50示出为用于读取高压燃料轨道46内的燃料压力，但应该理解的是，压力传感器50可以定位在指示向高压燃料喷射器16供应的燃料的压力的其他位置。控制器48向进口阀40发送信号，以在必要时打开和关闭进口阀40，以在压力传感器50处达到理想的燃料压力，该理想的燃料压力可以是由当前和预期的发动机操作需求决定的。当进口阀40被打开，同时泵送柱塞34移动以增加泵室42的容积时，来自低压燃料供应通道24的燃料被允许流入泵室42。
12.低压燃料喷射器供应通道54在一端处直接连接到高压燃料输送单元22，特别是连接到低压区30，甚至更特别的是连接到低压区30的围绕泵送柱塞34的部分，并且在其另一端处直接连接到低压燃料轨道56，每个低压燃料喷射器18都与该低压燃料轨道56流体连通。低压燃料喷射器供应通道54提供了从高压燃料输送单元22到低压燃料轨道56的流体连通。然而，重要的是要注意，低压燃料喷射器供应通道54从高压燃料输送单元22接收燃料，而燃料不穿过泵室42。以此方式，燃料通过低压区30而不被进一步加压，从而允许燃料在适当的压力下被供应到低压燃料轨道56和低压燃料喷射器18，同时辅助高压燃料输送单元22的冷却和润滑，因为即使在高压燃料没有被供应给高压燃料轨46和高压燃料喷射器16时，来自燃料箱14的新的、相对较冷的燃料也通过低压区30。
13.如果不加以缓解，由喷射事件(高压燃料喷射器16的打开和关闭或低压燃料喷射器18的打开和关闭)或由泵操作事件(高压燃料输送单元22的装填、溢出和泵送)引发的燃料压力脉动会导致令人讨厌的可听噪音、气缸到气缸燃料输送变化和其他不利影响。如本文所使用的，装填理解为当泵送柱塞34移动以扩张泵室42时用燃料填充泵室42，而溢出是当泵送柱塞34移动以减少泵室42的体积且进口阀40打开时，燃料从泵室42流回低压燃料供应通道24和/或低压区30(这样做是为了从高压燃料输送单元22提供理想的燃料输出)。为了尽量减少或消除这些结果中的一个或多个，在高压燃料输送单元22和低压燃料轨道56之间的低压燃料喷射器供应通道54中设置了用于减少燃料压力脉动的装置，在图1中以附图标记58a表示。如图1所示，用于减少燃料压力脉动的装置58a，可以采取固定或可变的孔口或限制件的形式。该孔口或限制件抑制了压力脉动在低压燃料喷射器供应通道54内的传播。在图2所示的替代性情况中，用于减少燃料压力脉动的装置由附图标记58b表示，其采取止回阀的形式，允许燃料从高压燃料输送单元22流向低压燃料轨道56，但禁止燃料在相反的方向中流动。与孔口或限制件类似，止回阀提供了对流动的限制或阻碍，其抑制了低压燃料喷射器供应通道54内压力脉动的传播。在图3所示的替代性情况中，用于减少燃料压力脉动的装置由附图标记58c表示，其采取了腔室或蓄能器的形式，其包括低压燃料喷射器供应通道54内的扩大的横截面积。腔室或蓄能器提供了扩大的容积，在该容积内，压力脉动可以自然地反射并减少幅度。脉动阻尼器60可以位于腔室或蓄能器内，使得脉动阻尼器60具有柔性和弹性性质，以吸收压力脉动。脉动阻尼器60可以采取不穿孔的空心柔性壳体的形式，其用气体加压。压力脉动导致脉动阻尼器60的壳体向内弯曲，而加压气体使壳体恢复到原始的形状，从而减轻压力脉动。lucas的美国专利号8,727,752中描述了合适的脉动阻尼器的例子示例，该专利的公开内容在此通过引用全部纳入。替代的，限定腔室或蓄能器的壁在
响应燃料压力脉动时是柔性的，以便通过向外弯曲来减轻燃料压力脉动，无论其内是否有脉动阻尼器60的存在。在图4中所示的另外的实施例中，用于减少燃料压力脉动的装置包括图1的限制件或孔口、图2的止回阀和图3的腔室或蓄能器中的两个或多个。虽然所有这三个装置都已示出，但应理解可以省略一个。还应理解的是，某些装置的一些的重复设置也可以附加地包括在内。此外，虽然这些装置已示出为串联布置，但应理解为可利用并联布置或串联和并联的组合。通过选择最有效的孔口或限制件尺寸、止回阀的流速和开启压力，以及腔室或蓄能器的体积和弯曲特性，可以对特定燃料系统的应用进行优化。仅借助非限制性的示例，这种优化可以通过经验测试或计算机模拟实现。
14.在操作中，当仅使用高压燃料喷射器16将燃料供应到内燃机12的燃烧室时，低压燃料输送单元20从燃料箱14抽取燃料并通过低压燃料供应通道24将燃料通至高压燃料输送单元22。当泵送柱塞34移动以扩张泵室42的容积时，进口阀40被控制器48打开从而将燃料抽入泵室42。进口阀40随后被控制器48关闭，从而在泵送柱塞34移动以减少泵室42的容积时，允许泵室42内的燃料压缩。当泵室42内的燃料压力足够高时，燃料压力导致出口阀44打开，并将加压燃料连通到高压燃料轨道46，其中高压燃料喷射器16能够接收加压燃料并将燃料直接喷射入内燃机12的燃烧室。由于高压燃料输送单元22正在将燃料供应到高压燃料喷射器16，因此新的、相对较冷的燃料从燃料箱14持续供应到高压燃料输送单元22，从而向高压燃料输送单元22提供润滑和冷却。
15.在操作中，当仅使用低压燃料喷射器18将燃料供应到内燃机12的燃烧室时，低压燃料输送单元20从燃料箱14抽取燃料并通过低压燃料供应通道24将燃料通至高压燃料输送单元22。供应给高压燃料输送单元22的燃料通过低压区30，并通过低压燃料喷射器供应通道54离开高压燃料输送单元22。然后燃料通入低压燃料轨道56，并随后在其中被分配到低压燃料喷射器18。因此，即使在仅使用低压燃料喷射器18将燃料供应到内燃机12的燃烧室时，或在使用低压燃料喷射器18向内燃机12的燃烧室提供燃料同时高压燃料喷射器16将低速率燃料供应到燃烧室时，高压燃料输送单元22也被润滑和冷却。
16.尽管就本发明的实施例对本发明进行了说明，但本发明不意在被如此限制，而是意在下面权利要求书中阐释的范围。