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共轨 燃料系统的反流止回 阀

阅读：885发布：2020-09-24

专利汇可以提供共轨燃料系统的反流止回阀专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种共轨燃料系统(10、110)，包括流体地置于多个共轨燃料喷射器(40)中的每一个与高压泵 (20)的出口(22、154)之间的反流止回阀 (60、160)。反流止回阀(60、160)将总体系统流体体积(80)划分为上游公共体积(82)和多个分开的下游体积(83)。上游公共体积(82)大于分开的下游体积(83)的总和。反流止回阀(60、160)能够在具有大流量区域(68、168)的第一配置与具有小流量区域(69、169)的第二配置之间移动。与各个分开燃料喷射器相连的反流止回阀(60、160)能够被封装在套管 (50)中，该套管(50)将燃料喷射器与高压共轨(30、130)流体地连接。，下面是共轨燃料系统的反流止回阀专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种共轨燃料系统(10、110)，包括：
高压泵(20)，其具有与共轨(30、130)流体地连接的出口(22)；
多个共轨燃料喷射器(40)，所述多个共轨燃料喷射器中的每一个都与共轨(30、130)流体地连接；
反流止回阀(60、160)，其流体地置于所述多个共轨燃料喷射器(40)中的每一个与高压泵(20)的出口(22)之间；
共轨燃料系统(10、110)在高压泵(20)的出口(22)与多个燃料喷射器的喷嘴出口(42)之间限定了系统流体体积(80)，反流止回阀(60、160)将系统流体体积(80)划分为上游公共体积(82)和多个分开的下游体积(83)；
上游公共体积(82)大于分开的下游体积(83)的总和；以及
反流止回阀(60、160)能够在具有大流量区域(68、168)的第一配置与具有小流量区域(69、169)的第二配置之间移动。
2.如权利要求1所述的共轨燃料系统(10、110)，其中反流止回阀(60、160)中的每一个都位于多个共轨燃料喷射器(40)中的相关联一个的喷射器主体(41)外部；
其中反流止回阀(60、160)通过弹簧(65、165)被朝向第二配置偏压，但是包括反向于弹簧(65、165)定位的开口液压表面(66、166)；
其中共轨燃料喷射器(40)中的每一个都包括圆锥形高压入口(43)；
多个套管(50、150)，其中的每一个都包括与多个共轨燃料喷射器(40)中的一个的圆锥形高压入口(43)相接触的球形尖端(55、155)；以及
反流止回阀(60、160)中的每一个都置于一个套管(50、150)中。
3.如权利要求2所述的共轨燃料系统(10、110)，其中反流止回阀(60、160)包括与弹簧(65、165)相接触的阀件(61、161)；以及
阀件(61、161)限定了流动通道(62、162)，所述流动通道穿过该阀件并限定了小流量区域(69、169)。
4.如权利要求3所述的共轨燃料系统(10、110)，其中套管(150)中的每一个都是限定了模块化体积(158)的模块化轨的一部分；
系统流体体积(80)包括多个模块化体积(158)；
模块化体积(158)的总和是系统流体体积(80)的主要部分。
5.如权利要求1所述的共轨燃料系统(10、110)，其中高压泵(20)的出口(22)包括与输出轨(26)流体地连接的多个出口(22)，该输出轨具有为系统流体体积(80)的一部分的输出体积(88)。
6.一种操作共轨燃料系统(10、110)的方法，所述共轨燃料系统包括：高压泵(20)，其具有与共轨(30、130)流体地连接的出口(22)，所述共轨与多个共轨燃料喷射器(40)流体地连接；反流止回阀(60、160)，其流体地置于多个共轨燃料喷射器(40)的每一个与高压泵(20)的出口(22)之间；以及所述共轨燃料系统(10、110)在高压泵(20)的出口(22)与多个燃料喷射器的喷嘴出口(42)之间限定了系统流体体积(80)；反流止回阀(60、160)将系统流体体积(80)划分为上游公共体积(82)和多个分开的下游体积(83)；上游公共体积(82)大于各个分开的下游体积(83)的总和；以及反流止回阀(60、160)能够在具有大流量区域(68、168)的第一配置与具有小流量区域(69、169)的第二配置之间移动，该方法包括：
通过关闭喷嘴出口(42)来结束主喷射活动(201)，在共轨燃料喷射器(40)的一个中生成液压锤压力波；
液压锤压力波向公共体积(82)传播；以及
通过将反流止回阀(60、160)从第一配置移动至第二配置，减弱液压锤压力波。
7.如权利要求6所述的方法包括步骤：通过穿过反流止回阀(60、160)的小流量区域(69、169)中的流体连通，通过在喷射活动之间分开的下游体积(83)平衡公共体积中的压力。
8.一种用于共轨燃料系统(10、110)的套管(50、150)，该共轨燃料系统(10、110)包括：高压泵(20)，其具有与共轨(30、130)流体地连接的出口(22)，所述共轨通过分开的套管(50、150)与多个共轨燃料喷射器(40)流体地连接；反流止回阀(60、160)，其流体地置于多个共轨燃料喷射器(40)中的每一个与高压泵(20)的出口(22)之间；以及所述共轨燃料系统(10、110)在高压泵(20)的出口(22)与多个燃料喷射器的喷嘴出口(42)之间限定了系统流体体积(80)；反流止回阀(60、160)将系统流体体积(80)划分为上游公共体积(82)和多个分开的下游体积(83)；上游公共体积(82)大于分开的下游体积(83)的总和；
反流止回阀(60、160)能够在具有大流量区域(68、168)的第一配置与具有小流量区域(69、
169)的第二配置之间移动，所述套管(50、150)包括：
壳体(51、151)，其具有在入口端(53、153)与出口端(54、154)之间延伸的流体通道(52、152)；
出口端(54、154)，其具有球形尖端(55、155)，该球形尖端的尺寸和形状使其能够被共轨燃料喷射器(40)中的一个的圆锥形共轨入口(43)以密封接触进行容纳；以及反流止回阀(60、160)置于流体通道(52、152)中。
9.如权利要求8所述的套管(50)，其中入口端(53)包括球形表面(56)和锥形表面(57)中的一种，其被成形用于由位于喷油轨(31)上的球形表面(56)和锥形表面(57)中的另一个容纳以接触。
10.如权利要求所述18的套管(50)，其中流体通道(152)包括一个长圆柱形的模块化轨，所述模块化轨限定模块化体积(158)，并且位于入口端(153)与反流止回阀(60、160)之间；以及
入口端(153)包括一对分配端口(159)。

说明书全文

共轨燃料系统的反流止回 阀

技术领域

[0001] 本发明总体涉及一种共轨燃料系统，特别地涉及一种抑制削弱对燃料喷射活动的控制造成的压力波动的反流止回阀。

背景技术

[0002] 在喷射活动中，高压燃料从共轨涌向独立的燃料喷射器的喷嘴出口。当该喷射活动被意外地终止时，由于流体动量的突然停止，会产生液压锤压力波。压力波会从燃料喷射器向共轨传播。不仅压力波会在燃料喷射器内引起加速结构疲劳损坏的压力峰值，压力波动也会导致难于控制由同样的喷射器以紧密耦合的后喷射输送的燃料的量和正时。此外，压力波可通过共轨传播并当另一燃料喷射器开始进行喷射活动时到达该燃料喷射器入口，这会导致燃料喷射器会喷射比与其特定的控制信号相关的预期燃料喷射量更多或更少的燃料。

[0003] Ganser等人在奥地利维也纳2007年的CIMAC会议上的70号文件(number 70 of CIMAC Congress 2007，Vienna，Austria)中描述了一种燃料系统，其利用流体地置于高压泵和燃料喷射器之间的波动力学和抑制系统，尝试在共轨燃料系统中对压力脉动进行调节。单个波动力学和抑制系统为一对燃料喷射器提供高压燃料，若干波动力学和抑制系统串联供应于一组的燃料喷射器。虽然Ganser系统可带来共轨燃料系统的改进，而不需要针对压力波的应对策略，但是在Ganser系统中的燃料喷射器入口处仍然存在大量的压力脉动，这会导致燃料喷射量的不稳定，特别是对于紧密耦合的后喷射。Ganser燃料系统的波动力学和抑制系统包括弹簧偏压的止回阀，其将各个喷射器与共轨流体地分隔开。但是，大部分Ganser高压流体体积位于波动力学和抑制止回阀的喷射器一侧。

[0004] 本公开针对上述的一个或多个问题。

发明内容

[0005] 一个方面，一种共轨燃料系统包括具有出口的高压泵，该出口与共轨流体地连接。多个共轨燃料喷射器中的每一个都与共轨流体地连接。反流止回阀流体地置于多个共轨燃料喷射器中的每一个与高压泵的出口之间。共轨燃料系统在高压泵的出口与多个燃料喷射器的喷嘴出口之间限定了系统流体体积。反流止回阀将系统流体体积划分为上游公共体积和多个分开的下游体积。上游公共体积大于分开的下游体积的总和。反流止回阀能够在具有大流量区域的第一配置与具有小流量区域的第二配置之间移动。

[0006] 另一个方面，一种操作共轨燃料系统的方法包括通过关闭喷嘴出口来结束主喷射活动，从而在共轨燃料喷射器中的一个中生成液压锤压力波。液压锤压力波向上游公共体积传播。通过将反流止回阀从第一配置移动至第二配置，减弱液压锤压力波。

[0007] 在另一个方面，一种用于共轨燃料系统的套管包括壳体，其具有在入口端与出口端之间延伸的流体通道。出口端具有球形尖端，该球形尖端的尺寸和形状使得其被一个共轨燃料喷射器的圆锥形共轨入口以密封接触进行容纳。反流止回阀置于套管的流体通道中。附图说明

[0008] 图1为示出了根据本公开的一个实施例的共轨燃料系统的简图；

[0009] 图2为源自图1的燃料喷射器和套管中的一个的放大的侧面剖视图；

[0010] 图3为展示了图1的燃料系统的系统流体体积如何在该燃料系统的不同部件之间分配的饼形图；

[0011] 图4为根据本公开的另一个实施例的共轨燃料系统的示意图；

[0012] 图5为图4的燃料系统的一个模块化轨/套管和燃料喷射器的侧面剖视图；

[0013] 图6为展示了图4的燃料系统的系统流体体积如何在不同部件之间分配的饼形图；

[0014] 图7为展示了用于主喷射外加后喷射的喷射序列的基线共轨燃料系统的压力动力学的曲线图；

[0015] 图8为展示图1的燃料系统的压力动力学的曲线图，用于对比图7的曲线图；以及[0016] 图9为图4的燃料系统的压力动力学的曲线图，用于对比图7的曲线图。

具体实施方式

[0017] 现参照图1，共轨燃料系统10包括高压泵20，高压泵20具有与共轨30流体地连接的出口22。图1所示的燃料系统与具有V形结构的十六缸压燃式发动机相连，由此构成了两组，每组八个共轨燃料喷射器。领域内的技术人员可以理解的是，本发明所披露的概念能够适用于具有任何数量气缸的V形和直列式发动机中。高压泵20包括八个分开的泵送元件，这样，出口22实际上包括与输出轨(歧管)26流体地连接的多个出口24。共轨30包括第一喷油轨34和第二喷油轨35，它们分别通过第一分配通道90和第二分配通道91与输出轨26流体地连接。多个共轨燃料喷射器40中的每个通过分开的套管50与共轨30的第一喷油轨34或第二喷油轨35流体地连接。每个套管50与分开的燃料喷射器40的圆锥形高压入口43密封连接。每个燃料喷射器40包括一个喷嘴出口42，喷嘴出口42被定位用于直接将燃料喷射引导至压燃式发动机(未示出)的分开的缸中。

[0018] 反流止回阀60流体地定位于每个共轨燃料喷射器40的喷嘴出口42与高压泵20的一个或多个出口22之间。反流止回阀60用于将总体系统流体体积80(图3)划分为一个上游公共体积82和多个分开的下游体积83。反流止回阀60可在第一配置和第二配置之间移动，其中第一配置具有与喷射活动关联的大流量区，第二配置具有与在喷射活动之间上游和下游压力的等量化关联的小流量区。总体系统流体体积80包括与输出轨26相关联的输出体积88、与第一分配通道90和第二分配通道91相关联的分配体积87、与第一喷油轨34和第二喷油轨35相关联的共轨体积81、与各分开套管体积50的总和相关联的套管体积86和与各分开反流止回阀60的下游的分开流体体积的总和相关联的分开下游体积83。分开的下游体积83的大部分是当反流止回阀60位于圆锥形高压入口43附近时(如图1所示)，各分开燃料喷射器40内的流体体积。根据本公开，上游公共体积82大于各分开下游体积83的总和。

[0019] 现参照图2，其展示了图1的燃料系统的一个燃料喷射器40及其相关的套管50的放大视图。这样，在图1的燃料系统中，各反流止回阀60置于相关喷射器主体41外部，但是本公开设想的共轨燃料系统中的反流止回阀被包含在燃料喷射器40内。套管50包括壳体51，其具有入口端53与出口端54之间延伸的流体通道52。出口端54具有球形尖端55，用于与分开的燃料喷射器40的圆锥形高压入口43以密封连接的方式接合。领域内的技术人员可以理解的是，本公开还设想了其它套管密封结构，包括(但不局限于)差角凸圆锥和凹圆锥，以及平面和的咬边类型的密封装置。反流止回阀60位于流体通道52中。根据喷油轨34和35的结构，套管50的入口端53可包括球形表面56或锥形表面57，用于与喷油轨34或35相关联的球形表面及锥形表面中的另一个以密封接触的方式相接合。在所示的实施例中，喷油轨34和35包括球形表面，其在各分开的套管50的入口端53与锥形表面56接合。虽然不是必需的，但是各分开的套管50还可包括边缘滤器59。

[0020] 反流止回阀60包括阀件61，该阀件61由弹簧65偏压与底座64接触。阀件61限定了一个流动通道62，其具有一个穿过其中央的小流量区域69。但是，例如在喷射活动过程中，当高压施加在开口液压表面66上时，阀件61从底座64移开，从而露出高流量区域68。这样，当阀件61从底座64移开时，高体积区域包含有经过底座64，并穿过由阀件61所限定的侧面通道，进入中心流动通道62的流体。当阀件61与底座64接触时，例如在喷射活动之间，流体通道52的上游和下游区段通过由阀件61所限定的小流量区域69流体地连接。这样，可认为反流止回阀60是可在阀件61从底座64移开时的具有大流量区域的第一配置和阀件61与底座64接触时的具有小流量区域69的第二配置之间移动的。开口液压表面66被定位于弹簧65相对的位置，如图所示。这样，阀件61通过弹簧65中的预载被朝第二配置偏压。

[0021] 现参照图4，共轨燃料系统110与和图1相关的共轨燃料系统10非常相似，除了第一喷油轨134和第二喷油轨135被划分为多个模块化轨/套管150，它们通过模块化轨连接通道137流体地串联。模块化轨/套管(储油室)150包括壳体151，其具有在入口端153与出口端154之间延伸的流体通道152。与套管50相似，模块化轨/套管150在其出口端154包括球形尖端155，用于被分开的燃料喷射器40的圆锥形高压入口43容纳。模块化轨/套管150与之前讨论的套管50的不同点在于入口端153包括一对分配端口159，其允许相邻的模块化轨/套管通过模块化轨连接通道137流体地串联连接，如图4所示。

[0022] 反流止回阀160可位于流体通道152中。反流止回阀160包括阀件161，该阀件161通过弹簧165偏压与底座164接触。阀件161限定了穿过该阀件的一个流动通道162，所述流动通道包括一个小流量区域169。但是，在喷射活动期间，当阀件161从底座164移开时，大流量区域包括环绕阀件161的外围，并穿过其中心通道的流体。流体通道52的上游区段包括流体158的长圆柱形的体积。相邻的模块化轨/套管150的长圆柱形的流体体积158相互平行排列。与长圆柱形的流体体积158相关联的组合模块体积85相当于与图
1中所示的燃料系统10相关联的共轨体积81。如同与图1相关联的燃料系统，图4中所示的燃料系统110包括与高压泵20的输出轨26相关联的输出体积88、与分配通道90和91相关联的分配体积87、与模块化体积的总和相关联的模块体积85、与连接通道137相关联的连接体积84、代表燃料喷射器内的流体体积与反流止回阀160下游部分的分开下游体积
83。这样，反流止回阀160将系统流体体积80分成上游公共体积82、多个分开的下游体积
83。上游公共体积82包括结合的模块体积85、加上连接通道体积84、加上分配体积87、加上输出体积88。如同之前的实施例，上游公共体积82大于各分开的下游体积83的总和，并构成了总体系统流体体积80的主要部分。

[0023] 工业实用性

[0024] 本公开的反流止回阀60、160具有在任何共轨燃料系统中潜在的应用。本公开的反流止回阀60、160在压燃式发动机(在这种压燃式发动机中共轨压力可达到250MPa或更高)的共轨燃料系统中具有特定的适用性，但是低压系统也可受益于本公开的技术。本公开不仅仅涉及包含在共轨燃料系统中的反流止回阀，还涉及反流止回阀是如何参与系统流体体积80在共轨燃料系统10、110中的分配的。本公开认识到压力过冲和压力波动的减少对反流止回阀60、160相对于燃料系统10、110中的体积的位置非常敏感。本公开教导了应将反流止回阀60、160置于燃料系统的最大体积和与燃料喷射器内部高压体积相关联的最小体积之间。应将反流止回阀60、160置于整个系统流体体积80的主体的下游，当然，要在燃料喷射器40的喷嘴止回阀底座的上游。反流止回阀相对于燃料系统中的体积的正确定位可大大降低喷射器内部以及系统10、110的其它部分的压力过冲，从而改善气缸与气缸之间的燃料压力、量、正时控制，并改善所有燃料喷射的灵活性和控制，特别是对于紧密耦合后喷射。本公开所提供的改善特别适用于每次喷射序列输送大约15000立方毫米的总燃料的燃料系统，包括重燃料油共轨系统以及那些与馏分柴油燃料相关联的系统。

[0025] 现参照图7、8、9，同样地用曲线图示出了燃料系统10(图8)和110(图9)与图7所示的没有反流止回阀的大体相同的燃料系统之间的性能差别。每个曲线图展示了喷射序列200，其包括主喷射活动201和紧密耦合后喷射202。喷射序列200示出与分开的燃料喷射器40内的囊压力相关联。领域内的技术人员可以理解的是囊是燃料喷射器末端附近、喷嘴阀座下面的、所有的喷嘴出口通入的小体积。曲线图7、8、9还展示了喷射器入口的压力205，以及共轨30内的喷油管压力。图7的曲线图意在展示共轨压力207随着先前的压力波而波动，在消散前持续在系统体积中来回跳动(摆动)。图7还意在展示主喷射活动201和后喷射活动202之前和紧随着之后，喷射器入口处的压力大幅变化。这些压力波动显示了它们与紧密耦合后喷射相关联的喷射量的不稳定，不同燃料喷射器之间的喷射量的变化，以及其它燃料供应的变化及领域内已知的相关问题。在另一方面，图8和9的曲线图两者都示出了共轨压力207无论是喷射序列200之前、过程中、之后都大体保持稳定。此外，喷射器入口的压力205展示了与紧密耦合后喷射202相关的预测形状，并在紧密耦合后喷射后迅速衰减。通过对压力波动205的预测形状的识别和补偿，可对紧密耦合后喷射的量和正时进行严密地控制，同时减少对与图7所示的没有反流止回阀的系统相关的改变。图
9的曲线图与图8相似，除了轨压力207代表长圆柱形的体积158中的模块化轨/套管150内的压力。

[0026] 当共轨燃料系统10、110运行时，其中一个燃料喷射器40的喷嘴出口42将会打开以允许燃料喷入相关发动机的一个燃烧室内。例如，喷射可以是如图8和9所示的主喷射活动201的一部分。随着喷射流量的建立，燃料将会作用于反流止回阀的开口液压表面66、166上，并将通过阀件61、161从其具有小流量区域69、169的第二配置移动至具有大流量区域68、168的第一配置。当喷射活动结束时，喷嘴出口42将突然关闭，并且向喷嘴出口42的流动将会突然停止，这会在燃料喷射器40中生成液压锤压力波。当压力波向共轨30传播时，压力波和/或弹簧65、165的预载将会使得反流止回阀60、160从其第一配置向其小流量区域第二配置移动。该移动完成后，小流量区域69、169大体上使上游公共体积与压力波隔离并用于减弱压力波。这在图8和图9中得以展示，即在主喷射活动201完成后的时刻，共轨压力207基本上保持稳定不变。反流止回阀60、160还用于减弱喷射器入口处的压力，如图8和图9的曲线205所示。本公开中所使用的“减弱”是指相比于等同的没有反流止回阀的燃料系统的减弱，如图7所示的曲线图。也就是说，分别由图8和图9的曲线图所示的燃料系统10、110中的压力波动相比于图7的曲线图描述的等同的没有反流止回阀的燃料系统的波动减弱了。

[0027] 应对弹簧65、165上的预载进行选择，从而使得阀件61、161倾向于保持与底座64、164接触，而不会从其中弹出从而使压力波能够逃出，并且该预载应足够低，使得喷嘴出口的喷射压力只略微低于共轨中的压力。这样，弹簧应具有足够的强度，使得反流止回阀60、
160在各喷射活动之间被牢靠地保持在小流量区域的第二配置中，而基本上不会妨碍喷射活动过程中向喷射器的流动。此外，小流量区域69、169的尺寸应该足够大以使得反流止回阀60、160相对侧上的压力能够在各喷射活动之间能够平衡但是还要足够小以使得液压锤压力波的传播终止或变弱，甚至被阻止到达共轨燃料系统10、110的上游公共体积。如果小流量区域69、169过于小或被全部排除，可以预见，会在反流止回阀与燃料喷射器的喷嘴出口42之间截留不确定的压力，这会对后继的喷射活动，特别是图7-9所示类型的紧密耦合后喷射活动202产生很大的不确定性。于是，小流量区域69、169需要足够大，以使得压力不会截留在反流止回阀和燃料喷射器之间，或者由于小流量区域过大使得液压锤压力波不能充分减弱。另一方面，小流量区域69、169应足够大，以使得反流止回阀60、160相对侧上的压力能够在各喷射活动之间迅速平衡。

[0028] 尽管不是很明显，当高压泵具有多个泵送元件时，通过聚集来自公共输出轨26中的各个泵送元件的输出(在将其分配至喷油轨34、134和35、135前)，使得燃料系统10、110中的压力波动同样得到了衰减。“衰减”指的是相对于没有将泵出口与共轨分开的中间输出轨的等同系统得以衰减。这样，分配通道90和91还用于将喷油轨34、134和35、135与一些源自高压泵20的压力波分隔开。这同样在图8和9的曲线图中得到显示，即共轨30内的压力207几乎始终稳定。返回到喷射序列，在短暂的停留时间后，通过再次打开燃料喷射器40的喷嘴出口42，开始紧密耦合后喷射活动。短时间后，喷嘴出口42再次关闭。在这段时间中，反流止回阀从其小流量区域的第二配置移动至大流量区域的第一配置，并在该喷射序列结束时迅速返回第二配置。

[0029] 需要了解的是，上面的描述只是作为示例的目的，而不意在以任何方式限制本公开的范围。这样，领域内的技术人员将会理解的是本公开的其它方面可在附图、说明书及所附的权利要求的教导下获得。

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共轨燃料系统的反流止回阀

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