专利名称：内燃机的高压气态燃料供给系统和密封各部件之间的连接以防止燃料泄露的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的高压气态燃料供给系统并且涉及一种密封各部件之间的接口处的连接从而防止燃料泄露的方法。更特别的是，所述装置和方法提供了在某些环境中用于气态流体的密封件，即该密封件可能暴露于高至200摄氏度(大约392华氏度)的恒温和/或用于气压在当所述系统正在供给高压气体时的高压和当所述系统停止时的很大压降之间波动的用途中。
背景技术：
内燃机技术上的发展已经表明通常所指的诸如柴油机的压燃式发动机可以被充以气态燃料以代替液体柴油燃料，而不会牺牲性能或效率。这种气态燃料的例子包括天燃气、甲烷、丙烷、乙烷、气态可燃性碳氢派生物和氢。使用这些气态燃料而不使用液体柴油燃料通常会产生成本、可用性和排放方面的益处。
通过将气态燃料在接近压缩冲程终止时直接注入发动机的燃烧室，就有可能获得与柴油机基本上相同的性能和效率。但是，这种方法的挑战在于气态燃料必须在某一压力下被送至燃烧室，该压力克服在这部分发动机循环过程中存在的高的缸内压力。为了实现这一方法，气态燃料压力优选地介于至少17MPa和高至70MPa(介于至少2500和高至10000psi之间)之间。
基于Otto循环的传统气态燃料发动机通常将气态燃料注入进气歧管，在此处所述气态燃料可与进气预混合。进气歧管中的压力远低于在燃料室中所产生的压力，所以所述气态燃料供给系统中的压力通常少于0.7MPa(大约100psi)。通过将气态燃料喷射阀与进气歧管相关联，所述燃料供给系统部件和部件之间的密封件没有暴露于产生在燃料室附近的较高温度。但是，目前的气态燃料发动机无法匹敌柴油发动机的性能和效率。
利用目前的气态燃料发动机无需在高于17Mpa(大约2500psi)的压力下供给气态燃料，并且没有人解决密封部件之间的连接以防止在这一压力下所供给的气态燃料泄露的问题，特别是对在气体压力可在非常高的压力和非常低的压力之间快速波动情况下的应用来说。
例如，在内燃机的正常运行期间，如果气态燃料被直接喷射进入燃料室，燃料供给系统中的燃料压力可以在17Mpa和70Mpa之间的压力范围内变化，并且压力会以1和10hertz之间的某一频率产生改变。当这种发动机停止时，所述燃料供给系统可以被排空，快速地将压力从运行压力减少到大气压力。一旦停止了，虽然希望的是减慢燃料压力减小的速率，但燃料压力仍可以在少于20秒内从最大压力下落到大约大气压力，并且更普遍的是在1至8秒之间。
因为燃料压力被用来蒸发(汽化)所述液态燃料，所以传统柴油发动机在比填充气态燃料的发动机高出许多的压力下喷射液体柴油。在现代的柴油发动机中，液体燃料可以在某一喷射压力下被引入发动机的燃料室，该压力介于70和207Mpa之间(在大约10000和30000psi之间)。新的柴油发动机具有非常高的燃料压力从而为减少排放而改善雾化。
在柴油燃料系统中使用的密封件包括O形圈密封件，其通常由氟橡胶制成。一个合适的氟橡胶的例子是由DuPont Dow Elastomers LLC以商标Viton进行销售的产品。也可以使用Buna-N Nitrile橡胶。
已经针对用于高压气态燃料系统部件之间的连接进行密封的、包括氟橡胶和Buna-N Nitrile的密封件进行了测试，所述系统可以20Mpa(大约3000psi)和42Mpa(大约6000psi)之间的最大气态燃料压力运行。在很短时间之后发现这些密封件失效了。可以确定的是，运行压力和大气压力之间的压力波动是导致失效的主要原因。所述失效模式与爆炸性减压的特性一致，当某一材料经受气体压力的快速改变时可能发生这种爆炸性减压。因为燃料气体成分的分子大小要远小于液态燃料成分的分子大小，所以当密封件暴露于高压气态燃料时，大量的气态燃料可以被吸收进密封件。当燃料线路被排空或气态燃料压力被迅速减少时，气态燃料从O形密封件释放并且所述O形密封材料会断裂以允许被吸收的气态燃料逃溢。对所述密封失效的这种认知解释了为什么当相同的密封材料被用于传统液体燃料、所述密封件暴露于非常高的压力时不会遇到这样的密封失效。
爆炸性减压以及弹性静态或动态密封件的最终失效的问题不会发生在所有的加压流体系统中。例如，在可以避免气体压力快速减少的环境下，爆炸性减压不是一个问题。当流体是处于相对较高压力的气体并且当所述系统经受快速压力波动时，可能发生爆炸性减压的问题。因此，爆炸性减压不是一个普遍问题。因为爆炸性减压，所以存在着其它可以影响材料敏感性从而发生失效的变量，诸如材料的多孔性，以及气体在系统压力下可以被吸收进入所述孔体积的能力。密封件的制造商通常不会评估密封材料的抗爆炸性减压的有效性，这使得对适合密封材料的选择变得困难。
发明内容
一种用来向内燃机供给气态燃料的燃料系统，其中所述系统中的气态燃料的压力在正常运行期间至少是17Mpa，并且所述压力通常会经历压力上的快速减少。所述燃料系统的部件包括a.压力增加模块；b.燃料调节模块；c.用于将燃料直接喷射进入内燃机燃烧室的燃料喷射阀；d.用于从压力增加模块向压力调节模块，以及从所述压力调节模块向燃料喷射阀输送气态燃料的管道；以及e.用于在两个部件之间接口处进行密封的弹性元件，所述弹性元件主要包括热塑性聚氨酯。
所述热塑性聚氨酯优选地具有从下述一组成分中所选择的基本化学成分，所述成分包括p-二异氰酸对二苯酯、二异氰酸对二苯酯以及二苯基甲烷二异氰酸酯，并且当所述密封件暴露于超过130摄氏度的恒定温度时，所述基本化学成分材料更优选的为p-二异氰酸对二苯酯。
为了提供流体紧密密封，当安装在接口处时所述弹性元件被优选地保持压缩状态。所述弹性元件可以是封闭的呈简单环形的形状，环形在强度上具有优势并且易于制造。在剖面上，所述弹性元件可以是圆形。但是，本领域技术人员会理解的是也可以使用具有类似效果的其它剖面形状。例如，对于面密封应用来说，所述弹性元件也可以呈垫圈的形式或者可以使用具有十字形或X形剖面的密封环。
在希望进行密封的接口处的某一位置，所述部件可以被成形为接收和保持所述弹性元件。例如，所述接口表面可以被开槽以容纳密封环或垫圈。
在优选实施例中，气态燃料可以是可燃性碳氢派生物。例如所述气态燃料可以从由天燃气、甲烷、丙烷、乙烷构成的组中进行选择。所述气态燃料可以是碳氢或任何上述气态燃料的混合物。例如，20％的碳氢和80％的天燃气的混合物已经作为内燃机中的燃料进行了测试，作为用于减少来自于发动机排放系统的调节排放程度的方法。
所述燃料调节模块包括压力调节装置以控制燃料喷射阀中的气态燃料的压力。在优选实施例中，所述压力调节装置是用于在部件在正常运行过程中将燃料喷射阀中的流体压力控制在大约17Mpa和高至大约70Mpa之间的范围内波动，并且更优选的是气体压力被控制在至少19Mpa和35Mpa之间。所述压力调节装置可以是具有在控制流体的影响下可移动的活塞的拱顶加载型调节器(dome loaded regulator)。所述弹性元件可以在活塞和其所设置的缸体之间提供动态密封。
当发动机停止时，部件中的流体压力优选地可排放到大气压力。所述燃料调节模块可以包括通风孔，在燃料系统停止时该通风孔用于减少来自于燃料调节模块下游处的部件中的压力。也就是说，所述高压燃料从燃料喷射阀和向所述燃料喷射阀供应高压燃料的燃料轨道排出。燃料可以在燃料调节模块上游处被保持在高压下，例如，在蓄压容器中。
所述燃料调节模块还可以包括气体过滤器，其用于从气态燃料中分离污染物。
在优选实施例中，燃料系统包括电控器，其用于控制燃料调节模块的运行以调节供应到燃料喷射阀的燃料的压力。
在以液化形式存储燃料的燃料系统中，压力增加模块可以是用于泵送液化气体的泵。这种燃料系统还包括用于在液化态气体从泵排出后将液化气体转换成气态相的蒸发器。
在以气态形式存储燃料的燃料系统中，所述压力增加模块可以是压缩机。所述压缩机可以由发动机机械驱动，或为更独立工作而液压驱动。液压驱动压缩机的优选实施例使用自由浮动的活塞。
提供一种用于可在高于17Mpa的压力下向内燃机供应气态燃料的燃料系统的部件之间接口处进行密封的方法，其中所述气态燃料通常经历压力上的快速减少。所述方法包括在密封接口处设置弹性元件。所述弹性元件基本上由热塑性聚氨酯构成。
利用这一方法，所述热塑性聚氨酯优选地具有从一组成分中所选择的化学主链，所述组成成分包括p-二异氰酸对二苯酯、二异氰酸对二苯酯以及二苯基甲烷二异氰酸酯，并且当所述密封件暴露于超过130摄氏度的恒定温度时，所述化学主链更优选的为p-二异氰酸对二苯酯。
当发动机在加载状态运行时，压力上的快速减少可以1至10hertz之间的频率产生。在发动机的正常运行过程中，各部件中的气态燃料压力可以在大约17Mpa和高至大约70Mpa之间的范围内波动，并且更优选的是气体压力被控制在至少19Mpa和35Mpa之间。
所述优选方法包括在发动机停止时排空燃料轨道和燃料喷射阀从而将其中的压力减少至大气压力。所述弹性元件可以在燃料喷射阀和缸盖之间提供静态密封。另一弹性元件也可以为活塞提供静态密封，所述活塞密封形成在缸盖中的孔，该孔作为用来将高压气体从燃料供应系统传送到燃料喷射阀的燃料轨道。
所述方法还包括当弹性元件安装在接口处时为了提供较强的密封而压缩所述弹性元件。所述弹性元件可以设置在形状与其形状相一致的槽中从而在希望进行密封处保持所述弹性元件。所述弹性元件可以用作静态或动态密封件。
提供一种用于可在高于17Mpa的压力下在包含气态流体的部件之间进行密封的方法，其中所述气态燃料通常经历压力上的快速减少，并且在所希望的密封处的部件之间的接口处可以具有高至200摄氏度的恒定表面温度。所述方法包括设置基本上由热塑性聚氨酯构成的弹性元件以在接口处提供密封。
图1是气态燃料发动机的燃料供给系统的示意图，该发动机被设计成达到或超过传统柴油发动机的性能和效率，在这个实施例中，所述燃料以气态形式在高压(当满载时通常处于25Mpa(大约3600psi)以及当空载时少于2Mpa(大约300psi))下被存储在压力容器中；图2是气态燃料发动机的燃料供给系统的另一实施例的示意图，在这个实施中，所述燃料以液态形式被存储在热绝缘容器中；图3是穿过内燃机的部分缸盖的剖视图，示出了燃料喷射阀(以轮廓示出)和缸盖之间接口处的密封件。在这个实施例中，用于向燃料喷射阀供应燃料的燃料通道包括形成在缸盖主体中的通道；图4是部分缸盖的剖视图，在此处形成一孔，用于向燃料喷射阀供应供应高压燃料，该孔被塞紧并且被密封；图5是燃料调节模块平面的平面图，该模块与发动机互相作用，用于向发动机供应燃料，密封件设置在密封管中用于防止燃料泄露；图6是燃料调节模块的某一部件的剖视图，该模块用于调节向燃料喷射阀供应燃料的燃料轨道中的压力，该部件包括带有动态密封件从而防止气态燃料从燃料供给系统泄露的活塞。
具体实施例方式
为了在接近压缩行程结束时将气态燃料直接引入燃烧室，需要在介于至少17Mpa和大约70Mpa之间的压力下将燃料供应到燃料喷射阀。用于将气态燃料直接引入燃烧室的燃料喷射阀通常被插入穿过所述缸盖，带有突入到燃料室中的喷嘴端。在发动机运行过程中，燃料喷射阀周围的缸盖以及与其相关联的密封件的恒定温度可能接近大约200摄氏度(392华氏度)，特别是在燃料喷射阀最接近燃料室和排气歧管口的地方。由于传统的气态燃料发动机已经使用与在吸气管中形成预混合燃料进气相关联的较低压力燃料系统，所以在发动机环境中提供用于在较高压力和温度下处理气态燃料的适合的密封件的问题已经不象先前那样被强调了。因此，在可能超过17Mpa的快速波动压力以及在高至大约200摄氏度的温度条件下，用于可靠地包含气态燃料的适合密封材料对于部件之间的连接处和接口处的密封来说是需要的。
如果某些普通的密封材料在曝露于这种条件下时变质或熔化了，那么这些普通的密封材料对当前的应用来说通常是不适用的。例如，聚氨酯对于恒定曝露于130摄氏度(266华氏度)来说不是一个好的选择。例如，推荐使用由Freudenberg-NOK的分公司Simrit以商标名为Disogrin进行销售的聚氨酯材料，该材料可以使用在温度恒定在4度至大约121摄氏度(40至250华氏度)的范围内，其中峰值温度大约为149摄氏度(300华氏度)。近来，使用包括p-二异氰酸对二苯酯的化学主链的聚氨酯材料，例如由Parker以商标名P4300所销售的材料已经可以从市场中购得，该材料可以使用在暴露于恒定温度高达200摄氏度的应用中。因此，相对于先前公知的聚氨酯材料来说，制造具有较高熔点的聚氨酯的工艺和组成都是公知的。
不同于由氟橡胶或Buna-N Nitrile橡胶制成的传统发动机密封件，聚氨酯材料可以被制成为当经受在内燃机的当前高压气态燃料供给系统的密封接口处所发现的正常条件时抵抗爆炸性减压。
通过示例方法，当前方法致力于为诸如图1的示意图所示出的系统提供密封，图1示出高压燃料供给系统100，其包括多个需要彼此气密连接从而防止燃料泄露的部件。这些密封件，诸如那些处在燃料喷射阀和发动机缸盖之间的密封件可以在发动机运行时暴露在高达200摄氏度的温度下。
在图1所示的实施例中，所述燃料以被压缩的气态形式在高压下存储。例如，当所述燃料是天然气时，这种类型的系统通常公知为CNG燃料系统。所示出的CNG燃料系统包括压力额定燃料存储罐102、压缩机104、蓄压容器106、燃料调节模块108以及用于每个发动机燃料室的燃料喷射阀(未示出)。所述燃料喷射阀优选地插入设置在缸盖110中的安装孔中。
随着发动机消耗燃料，燃料存储罐102中的压力下降，并且压缩机104以希望的喷射压力可靠地向缸盖110供应气态燃料。CNG存储罐通常被填充到大约25Mpa(大约3600psi)的压力，并且所述存储罐在压力降至大约2Mpa(大约300psi)时被认为是空的，因为在这一压力下，对压缩机104来说难于将压力提升至所希望的程度。对燃料的质量来说，当存储罐是空的时候，其仍会包含大约7％的初始燃料量。因为当前的燃料供应系统被设计用于在高压下通过直接喷射进入发动机的燃料室来供应气态燃料，所以压缩机104下游的所述燃料供应系统的部件必须能够在喷射压力和大气压力之间的压力波动下处理气态燃料，这是由于当发动机停止时至少某些燃料供应系统优选地被排气。
为了将燃料压力提升到所需大小和所需量，正排量压缩机是优选的，诸如使用往复活塞的压缩机。这种压缩机可以由发动机本身机械驱动，或者在另一实施例中，可以使用较低速度液压致动的自由浮动活塞压缩机。液压驱动的优势在于压缩机速度无需关联于发动机速度，并且在产生较高压缩机效率的压缩过程中较低速度可以减少热量的发生并且改善密封和耐用性。可以对控制器112进行编程从而响应于发动机负载和/或蓄压容器106中的压力调整压缩机速度。
蓄压容器106用于提供高压气态燃料的缓冲体积。蓄压容器106在发动机负载是动态的并且在较宽范围上变化时是特别有用的。例如，如果发动机的负载有突然的增加并且燃料需求方面存在相应的增加时，那么蓄压容器106确保有足够的高压燃料是可用的。在图1所示的示意图中，来自于压力传感器的信号线被示出在蓄压容器106和控制器112之间，但是对于本领域技术人员来说将会理解的是，相同的目的可以通过沿压缩机104和燃料调节模块108之间的管道所设置的传感器来实现。
燃料调节模块108包括压力调节器，其被用来控制被供应到燃料喷射阀的气态燃料的压力。可以对控制器112进行编程从而使其给出动态地响应于变化中的发动机运行条件的特定燃料喷射压力的命令。燃料调节模块108可还包括用于过滤燃料流中污物的气体过滤器，燃料切断，以及例如当发动机停止时从燃料供给系统100中释放压力的通风孔。
燃料喷射阀优选地延伸穿过缸盖110，且带有突入到燃料室中的喷嘴，从而使得气态燃料可以被直接引入到燃料室中。不同于预混合进气，通过将燃料直接喷射进入燃料室，所述燃料可以在吸气阀被关闭后喷射，允许所述燃料的正时受到控制从而减少被公知为“发动机爆震”的潜在破坏性预爆炸的可能性，这使得发动机具有较高的压缩比以改善发动机性能。
正如图1所示，管道可以被用来流体连接各个部件，或部件之间可以彼此直接连接，诸如燃料调节模块108的各个部件。燃料调节模块108也可以被直接安装到发动机的缸盖上，其带有下面将会进行说明的诸如图5所示的接口表面。管道可以是管的形式或者其可以是穿过诸如发动机缸盖的发动机部件主体的通道。根据发动机以及用于燃料供给系统的可用空间，如果可行并且经济的话，某些部件可以整合在一起以消除对互连管道和相应密封件的需求。在各部件和各管道之间的接口处使用气密密封件。
在示出于图2中的燃料供给系统200的所示实施例中，燃料以液化形式存储在设计用于在低温下存储液态气体的热隔绝存储罐中。例如，当所述燃料是天燃气时，这种类型的系统通常被公知为LNG燃料系统。所示LNG燃料系统可以包括一个或多个燃料存储罐202，用于泵送液化气体的燃料泵204，用于加热液化气体并且将其转换成气态形式的蒸发器205，用于在高压下存储一定数量气态燃料从而确保满足发动机燃料需求的充足燃料供给的蓄压容器206，用于控制输送到发动机的燃料压力的燃料调节模块208，以及用来将气态燃料直接引入每个燃料室的每个燃料室的至少一个燃料喷射阀。
在图2的实施例中，燃料泵204和蒸发器205设置在存储罐202的隔绝低温空间中。本领域技术人员将会理解的是，如果所述泵和所述罐之间的管道适于隔绝的话，所述泵和蒸发器也可以被设置在存储罐202的外部。在另一布局中，代替直接设置在低温空间中，所述燃料泵可以设置在围绕着所述低温空间的真空空间中。
在蒸发器205的下游，所述燃料是气态形式并且燃料调节模块208以基本上与图1所示的燃料调节模块108相同的方式运行。
与图1的实施例类似，每个燃料喷射阀被优选地插入设置在缸盖210中的安装孔中，其中至少一个燃料喷射阀与每个燃料室关联。
图3示出发动机缸盖中安装有燃料喷射阀的部分的剖视图。图3的结构可以和图1或图2的实施例一起使用。通过参考图3，燃料喷射阀311安装在缸盖310中的孔里。管道320形成在缸盖310中从而将燃料喷射阀311和燃料供给系统流体连接。呈O形圈314和316的聚氨酯密封件配置在管道320的任意一侧上，从而防止燃料喷射阀311和缸盖310之间接口处的高压气态燃料的泄露。
如果燃料喷射阀311是一种组合式气态和液态(引燃)燃料喷射阀，管道322可以被配置成将液态燃料输送到燃料喷射阀311。在液压致动的单燃料喷射阀的情况下，可以使用管道322将液压流体输送到燃料喷射阀311。管道322也可以被应用于其它目的，诸如输送润滑剂、冷却剂或密封液体。O形密封圈318被设置在管道322中的开口的上侧以防止在那一侧的泄露。
燃料喷射阀的位置暴露出密封件314、316和318以从燃料室330和排气歧管通道(未示出)散发热量，所述排气歧管通道穿过缸盖310设置。对在这些位置上的密封件来说，聚氨酯密封材料可以被制成能够承受至少200摄氏度的恒定温度。
图4是发动机缸盖的一部分的剖视图。用于向发动机的喷射阀输送气态燃料的燃料供给通道可以由形成在缸盖410中的孔提供，如孔420示出的。活塞411、面密封件414和O形密封圈416可以被用于密封孔420的端部。在这个位置上的温度可能不会与示出在图3中的密封位置处的温度一样高，但是恒定暴露于高温以及气体压力上的快速变化仍会使得传统的氟橡胶或Buna-N睛橡胶密封材料不适合这种应用。密封件414和416可以由聚氨酯制成，该材料在所希望的操作温度不会熔化并且不会退化，这是因为爆炸性减压处于密封件所期望的寿命周期中。在发动机运行过程中如果密封件414和416可以曝露于高于130摄氏度的温度延长的时间周期，则具有包括p-二异氰酸对二苯酯的化学主链的聚氨酯是优选的。
在图5中，燃料调节模块510包括与缸盖上的相对平面交界的平面。在这个示例中，口520与燃料轨道对齐，所述燃料轨道是形成在缸盖中用于向燃料喷射阀输送燃料的通道。作为燃料供给系统的一部分，当发动机停止时，通过口520的燃料可以在高于17Mpa的喷射压力和大气压力之间波动。密封件514是由聚氨酯制成的O形圈或垫圈，并且设置在槽512中，有时称为密封管，其围绕着口520使得密封件514可以围绕口520提供连续的密封。再者，如果在发动机运行过程中密封件514可以暴露于高于130摄氏度的温度延长的时间周期，具有包括p-二异氰酸对二苯酯的化学主链的聚氨酯是优选的。
图6是燃料调节模块的某一部件的剖视图，示出了燃料供给系统的另一部分，在此处密封件暴露于气体压力的快速波动。部件610通常公知为拱顶加载型调节器并且多个功能可以通过这一特定布局被组合起来。拱顶加载型调节器610可以被用于调节燃料压力并且在发动机停止时还排出燃料压力。
拱顶加载型调节器610包括限定了气缸室的主体612，活塞614可在该气缸室中往复运动。活塞密封件616和618在活塞614和缸壁之间进行密封。活塞614的位置由活塞弹簧620偏置。为了控制活塞614的位置，控制流体可以通过口624被引入到控制室622中。活塞614与针状部件共同作用从而控制开放通孔632的尺寸，由此调节进入入口640并且通过出口642排出的气态燃料的压力。针状弹簧634偏置针状部件630的位置。
在优选实施例中，拱顶加载型调节器610被用于平衡气态和液态燃料喷射阀的液体引燃燃料的压力和气态燃料的压力，正如共有的美国专利No.6298833所公开的那样。当液体引燃燃料处于喷射压力时，用作控制流体的液体引燃燃料被引向控制室622并且克服活塞弹簧620的偏置向下推动活塞614。活塞614的运动导致了针状部件630和开放孔口632的相应运动。在这个示例中，拱顶加载型调节器610优选地被调整为控制从出口642所排出的气态燃料的压力，从而使得所述气态燃料的压力与液体引燃燃料的压力相同。增加液体引燃燃料的压力导致了活塞614的进一步的向下运动以及孔口632的更宽开放。
当液体引燃燃料压力减少时，活塞614在活塞弹簧620的影响下向上运动并且气态燃料的流动可以由处于针状弹簧634影响下的针状部件630的向上运动关闭。当发动机停止时，液体引燃燃料压力被释放并且活塞614的进一步的向上运动导致其抬升远离针状部件630、开启排放口650，因此允许高压气体从拱顶加载型调节器610和燃料喷射阀之间的燃料供给系统被排出。
密封件616和618是动态密封件，它们在可往复运动的活塞614和气缸壁之间进行密封。在发动机运行期间，活塞614可以介于1和10hertz之间的平均频率往复运动。密封件618暴露于快速波动的气态压力并且还必须应付因在一侧上有排放压力而在另一侧上有燃料压力所造成的压差。传统氟橡胶密封件或Buna-N睛密封件在用于这种应用时会发生失效，但是聚氨酯密封件在这些独特条件下提供了所需要的密封，即在具有高往复运动频率需要动态密封、曝露于快速波动的气体压力和高压差的条件下。
虽然已经示出和说明的本发明的特定部件、实施例和应用，但是当然将会理解的是，本发明不受限于此，这是因为本领域技术人员在不背离本发明公开范围，特别是上述教导的前提下可以进行各种修改。
权利要求
1.一种用于向内燃机供应气态燃料的燃料系统，所述系统包括设置在所述系统两个部件之间或其中一个所述部件各部分之间的接口处用于在其间密封的热塑性聚氨酯材料，其中所述部件包括a.压力增加模块；b.燃料调节模块；c.用于将所述燃料直接喷射进入所述内燃机的燃烧室的燃料喷射阀；以及d.用于从所述压力增加模块向所述燃料调节模块以及从所述燃料调节模块向所述燃料喷射阀输送所述气态燃料的管道，其中包括所述燃料系统部件其它部件在内，所述管道可以是独立部件或者与发动机的部件成一体。
2.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述系统中的所述气态燃料的压力在正常运行过程中至少是17Mpa并且所述压力通常经历快速的压力减少。
3.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述热塑性聚氨酯具有从由p-二异氰酸对二苯酯、二异氰酸对二苯酯以及二苯基甲烷二异氰酸酯所构成的组中所选择的化学主链。
4.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述弹性材料在安装在所述接口处时保持压缩。
5.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述部件被成形为在希望进行密封的所述接口处的某一位置处容纳并保持所述弹性元件。
6.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述弹性元件呈封闭的圆环形状。
7.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述弹性元件具有圆形剖面。
8.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述气态燃料是可燃性碳氢衍生物。
9.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述气态燃料是从由天燃气、甲烷、丙烷、乙烷、氢及其混合物所构成的组中选择的。
10.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述燃料调节模块包括压力调节装置，从而控制所述燃料喷射阀中的所述气态燃料的压力。
11.根据权利要求10所述的燃料系统，其中所述压力调节装置可用于在所述部件的正常运行过程中将所述燃料喷射阀中的流体压力控制成在大约17Mpa和高至大约70Mpa之间的压力范围内波动。
12.根据权利要求10所述的燃料系统，其中所述压力调节装置可用于在所述部件的正常运行过程中将所述燃料喷射阀中的流体压力控制在至少19Mpa和35Mpa之间。
13.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述部件中的流体压力在所述发动机停止时可以被排出至大气压力。
14.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述燃料调节装置还包括排放口，其可作用为在所述发动机停止时减小保留在所述部件中的所述气态燃料的压力。
15.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述燃料调节模块还包括气体过滤器，所述气态燃料流过该过滤器，所述过滤器用于将污物从所述气态燃料分离出来，所述接口介于所述气体过滤器和用于所述燃料调节模块的燃料通道的连接处之间。
16.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述燃料调节模块的运行由电控器所控制。
17.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述部件与在所述发动机运行期间可以被加热的发动机部件成一体或接触，因此在所述接口处，所述部件可以具有高至200摄氏度的恒定表面温度。
18.根据权利要求17所述的燃料系统，其中所述热塑性聚氨酯具有包括p-二异氰酸对二苯酯的化学主链。
19.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述压力增加模块是用于泵送液化气体的泵，并且所述燃料系统还包括用于将所述液化气体在它从所述泵被排出后转换成气态相的蒸发器。
20.根据权利要求1所述燃料系统，其中所述燃料调节模块和所述燃料喷射阀之间的所述管道包括设置在缸盖中的孔，所述弹性元件在所述燃料喷射阀和所述缸盖之间的所述接口处提供静态密封。
21.根据权利要求20所述的燃料系统，其中所述燃料调节模块和所述燃料喷射阀之间的所述管道包括设置在缸盖中的孔，所述弹性元件在密封所述孔的开口端的活塞和所述缸盖之间的所述接口处提供静态密封。
22.根据权利要求1所述燃料系统，其中所述燃料调节模块包括拱顶加载型调节器，所述气态燃料流过该调节器，并且所述弹性元件在所述接口处提供动态密封，所述接口处于所述拱顶加载型调节器的活塞和其中设置所述活塞的气缸之间。
23.一种在用于在可能高于17Mpa的压力下向内燃机的燃料室供给气态燃料的燃料系统的各部件或部件的各部分之间的接口处的进行密封方法，其中所述气态燃料通常经历压力上的快速减少，所述方法包括在所述接口处提供流体密封的弹性元件，所述弹性元件基本上是由热塑性聚氨酯构成的。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述热塑性聚氨酯具有从由p-二异氰酸对二苯酯、二异氰酸对二苯酯以及二苯基甲烷二异氰酸酯所构成的组中所选择的化学主链。
25.根据权利要求23所述的方法，其中在所述部件的正常运行期间所述部件中的所述气态燃料的压力在大约17Mpa和高至大约70Mpa的压力范围内波动。
26.根据权利要求23所述的方法，其中在所述部件的正常运行期间所述部件中的所述气态燃料的压力可控制在至少19Mpa和大约35Mpa之间。
27.根据权利要求23所述的方法，其中所述部件中的所述气态燃料的压力在所述发动机停止时可通气于大气压力。
28.根据权利要求23所述的方法，还包括当弹性元件安装在所述接口处时压缩所述弹性元件。
29.根据权利要求23所述的方法，还包括成形所述部件以在需要密封的所述接口处的某一位置容纳并保持所述弹性元件。
30.根据权利要求23所述的方法，其中所述弹性元件是静态密封件。
31.根据权利要求23所述的方法，其中所述弹性元件呈封闭圆环形。
32.根据权利要求23所述的方法，其中所述弹性元件具有圆形剖面。
33.根据权利要求23所述的方法，其中当所述发动机在负载下运行时所述压力的快速减少的频率处于1至10hertz之间。
34.根据权利要求23所述的方法，其中在所述发动机运行期间，所述弹性元件可以暴露于高至200摄氏度的恒定温度。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述弹性元件具有包括p-二异氰酸对二苯酯的化学主链。
36.根据权利要求23所述的方法，其中所述气态燃料是可燃性碳氢衍生物。
37.根据权利要求23所述的方法，其中所述气态燃料是从由天燃气、甲烷、丙烷、乙烷、氢及其混合物所构成的组中选择的。
38.根据权利要求23所述的方法，其中所述部件包括燃料喷射阀以及用于向所述燃料喷射阀传送所述气态燃料的管道，所述管道包括形成在发动机缸盖中的孔并且所述接口处于所述燃料喷射阀和所述缸盖之间。
39.根据权利要求23所述的方法，其中所述部件是由形成在发动机缸盖中的孔所限定的管道，并且所述接口处于所述燃料喷射阀和所述缸盖之间。
40.根据权利要求23所述的方法，其中所述燃料系统包括拱顶加载型调节器，所述气态燃料所流过所述调节器，所述调节器用于控制传送到燃料喷射阀的燃料压力，所述接口处于所述拱顶加载型调节器内、可往复运动的活塞和其中设置所述活塞的气缸之间。
全文摘要
本发明公开一种用于向内燃机供应气态燃料的高压燃料系统，其中在正常运行过程中系统中的气态燃料压力至少是17MPa。所述系统包括若干部件和管道以及至少一个用于在两个部件之间的接口处进行密封的弹性元件。所述弹性元件基本上由热塑性聚氨酯构成。本发明还公开一种在可能高于17MPa的压力下于包括气态流体的部件之间提供密封的方法，其中所述气态燃料通常经历压力上的快速减少。所述方法包括在所述部件之间的接口处提供弹性元件，所述弹性元件基本上是由热塑性聚氨酯构成的。在各部件运行过程中或当高压气体在高压系统停止时从各部件排出时，可能发生气体压力的波动。对本方法来说，特别适合的应用是用于内燃机的高压气态燃料供给系统。
文档编号F02M55/00GK1853041SQ200480026773
公开日2006年10月25日 申请日期2004年9月10日 优先权日2003年9月23日
发明者阿德里安·J·波斯特, 托马斯·C·布鲁克 申请人:韦斯特波特研究公司