CN102787957A - 用于双燃料共轨燃料系统的套筒组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于双燃料共轨燃料系统的套筒组件，该套筒组件包括第一套筒管和嵌套在第一套筒管内的第二套筒管。第一压缩组件包括可操作地联接到第一套筒管并与第一燃料轨流体连通以便对第一套筒管入口端施加第一活塞轴向力的第一活塞以及可操作地联接到第一活塞并被构造成对第一套筒管入口端施加第一弹簧轴向力的第一弹簧。第二压缩组件包括可操作地联接到第二套筒管入口端并与第二燃料轨流体连通以便对第二套筒管入口端施加第二活塞轴向力的第二活塞以及可操作地联接到第二活塞并被构造成对第二套筒管入口端施加第二弹簧轴向力的第二弹簧。

Description

用于双燃料共轨燃料系统的套筒组件

技术领域

本发明总体涉及一种双燃料共轨系统，并且更特别地涉及一种用于这种系统的套筒组件。

背景技术

柴油发动机用于各种各样的工业应用中。共轨燃料系统通常用来将燃料输送到发动机，并且在压缩式发动机的领域中是普遍已知的。这种系统使用例如蒸馏柴油燃料或重燃料油的燃料，燃料在压缩状态下放置在发动机的燃烧室内时点燃。典型的共轨燃料系统包括经由套筒管为发动机的燃料喷射器提供供给的一个共同的燃料轨。由于所涉及的高压，一些相关区域需要双壁容纳策略来截留泄漏的燃料。例如，Shamine等人的共同所有的美国专利申请公开文献No.2005/0166899公开了一种用于将共轨流体地连接到燃料喷射器的高压管线连接策略。

使用压燃式发动机的许多工业应用会由于使用作为发动机燃料的例如天然气的气态燃料而在环境和经济上受益。天然气通常是容易得到的，并且更具有经济性。另外，气态燃料的燃烧可减小包括NOx、未燃烧碳氢化合物等不希望的排放物的产生，由此缓解了对于后处理系统的要求。另外，燃烧气态燃料的发动机通常具有较少的维修问题。

虽然气态燃料的使用可以提供以上优点，但气态燃料通常需要比柴油燃料更高的温度来实现自动点燃。因此，一些气态燃料发动机包括火花塞。其他发动机可使用少量的蒸馏柴油燃料作为引燃燃料，该引燃燃料被压燃，继而点燃作为主燃料的更大量气态燃料。使用压缩燃料和气态燃料两者的燃料系统已知为“双燃料”系统。

双燃料系统通常需要进入发动机的燃料室的独立燃料路径。加拿大专利2,635,410例如教导了依赖于单个套筒的双燃料连接器，该连接器包括两个不同的内部通道，以有助于流体连接到燃料喷射器的两个不同的燃料入口。这种类型的双燃料连接器具有缺陷，因为至少该参考文献没有教导用于防止燃料泄漏的有效策略。替代地，同轴套筒组件可用来将两种燃料输送到燃料喷射器，其中第一燃料路径通过内套筒限定，并且第二燃料路径通过形成在内套筒和外套筒之间的环形空间限定。

使用同轴套筒组件的挑战在于防止在两种燃料路径内的泄漏。轴向密封载荷会施加到每个套筒，由此通过邻接的部件密封套筒的端部。由于主燃料和引燃燃料的相对量、压力和特性，每个套筒所需的密封载荷会是不同的。另外，发动机可具有改变燃料的希望操作压力的不同操作模式，因此给定套筒的所需密封载荷会根据发动机的操作模式变化。因此，希望提供一种套筒组件，该套筒组件充分密封套筒，同时解决双燃料发动机中不同燃料压力和操作模式的问题。

发明内容

根据本发明的一些方面，提供一种用于具有第一燃料轨和第二燃料轨的双燃料共轨燃料系统的套筒组件。所述套筒组件包括第一套筒管，其具有第一套筒管入口端和第一套筒管出口端，并限定第一套筒管内壁。第二套筒管嵌套在所述第一套筒管内，所述第二套筒管具有第二套筒管入口端和第二套筒管出口端，并限定第二套筒管内壁和第二套筒管外壁。外导管形成在所述第一套筒管内壁和所述第二套筒管外壁之间，所述外导管与所述第一燃料轨流体连通。内导管通过所述第二套筒管内壁限定并与所述第二燃料轨流体连通。第一压缩组件包括第一活塞，其可操作地联接到所述第一套筒管入口端并与所述第一燃料轨流体连通，以便对所述第一套筒管入口端施加第一活塞轴向力；以及第一弹簧，其可操作地联接到所述第一活塞，并被构造成对所述第一套筒管入口端施加第一弹簧轴向力。第二压缩组件包括第二活塞，其可操作地联接到所述第二套筒管入口端并与所述第二燃料轨流体连通，以便对所述第二套筒管入口端施加第二活塞轴向力；以及第二弹簧，其可操作地联接到所述第二活塞，并被构造成对所述第二套筒管入口端施加第二弹簧轴向力。

在本发明的可以与任何这些方面组合的另一方面，提供了一种与具有第一燃料轨和第二燃料轨的双燃料共轨燃料系统一起使用的设备。该设备包括限定喷射器孔和套筒孔的发动机缸盖，和布置在喷射器孔内并包括第一燃料喷射通道和第二燃料喷射通道的燃料喷射器。第一套筒管布置在套筒孔内并具有第一套筒管入口端和第一套筒管出口端，并限定第一套筒管内壁。第二套筒管嵌套在所述第一套筒管内，所述第二套筒管具有第二套筒管入口端和第二套筒管出口端，并限定第二套筒管内壁和第二套筒管外壁。外导管形成在所述第一套筒管内壁和所述第二套筒管外壁之间，所述外导管具有与所述第一燃料轨流体连通的外导管入口端和与所述燃料喷射器的第一燃料喷射通道流体连通的外导管出口端。内导管通过所述第二套筒管内壁限定，所述内导管包括与所述第二燃料轨流体连通的内导管入口端和与所述燃料喷射器的第二燃料喷射通道流体连通的内导管出口端。第一压缩组件包括第一活塞，其可操作地联接到所述第一套筒管入口端并与所述第一燃料轨流体连通，以便对所述第一套筒管入口端施加第一活塞轴向力；以及第一弹簧，其可操作地联接到所述第一活塞，并被构造成对所述第一套筒管入口端施加第一弹簧轴向力。第二压缩组件包括第二活塞，其可操作地联接到所述第二套筒管入口端并与所述第二燃料轨流体连通，以便对所述第二套筒管入口端施加第二活塞轴向力；以及第二弹簧，其可操作地联接到所述第二活塞，并被构造成对所述第二套筒管入口端施加第二弹簧轴向力。

在本发明的可以与任何这些方面组合的另一方面，壳体可限定与所述第一燃料轨流体连通的第一腔室和与所述第二燃料轨流体连通的第二腔室。

在本发明的可以与任何这些方面组合的另一方面，所述第一活塞可包括布置在所述第一腔室内的第一活塞面，并且所述第二活塞可包括布置在所述第二腔室内的第二活塞面。

在本发明的可以与任何这些方面组合的另一方面，所述壳体还包括从所述第一腔室延伸到所述第二腔室的中心开口，并且所述第二活塞延伸穿过所述中心开口。

在本发明的可以与任何这些方面组合的另一方面，第一密封组件在所述壳体和所述第一活塞之间延伸，并且第二密封组件在所述壳体和所述第二活塞之间延伸。

在本发明的可以与任何这些方面组合的另一方面，所述第二活塞限定在所述第二腔室和所述内导管之间流体连通的内部通道。

在本发明的可以与任何这些方面组合的另一方面，所述第一套筒管入口端包括第一套筒管座表面，并且所述第一活塞包括被构造成密封地接合所述第一套筒管座表面的第一活塞配合表面，由此形成在所述第一活塞和所述第一套筒管入口端之间围绕所述外导管延伸的第一套筒管入口密封件；并且所述第二套筒管入口端包括第二套筒管座表面，并且所述第二活塞包括被构造成密封地接合所述第二套筒管座表面的第二活塞配合表面，由此形成在所述第二活塞和所述第二套筒管入口端之间围绕所述内导管延伸的第二套筒管入口密封件。

在本发明的可以与任何这些方面组合的另一方面，所述第一活塞轴向力直接随着所述第一燃料轨内的第一燃料压力变化，并且其中所述第二活塞轴向力直接随着所述第二燃料轨内的第二燃料压力变化。

附图说明

图1是发动机缸盖的一部分的透视图，所述缸盖具有联接在其上的套筒组件。

图2是联接到发动机缸盖的图1的套筒组件的截面形式的侧视图；

图3是图2的套筒组件的一部分的截面形式的放大侧视图。

具体实施方式

这里公开了与具有双燃料共轨燃料系统一起使用的套筒组件的示例性实施方式。套筒组件包括同轴的内套筒和外套筒，其具有通过内套筒限定的第一燃料路径和通过内外套筒之间的环形空间限定的第二燃料路径。套筒的出口端被容纳在形成在燃料喷射器内的相应座内，而独立作用的压缩组件接合套筒的相应入口端。每个压缩组件都包括一个活塞，所述活塞接触套筒入口端并与双燃料中的相应一种在流体上连通以便对相关的套筒管入口端施加活塞轴向力。每个压缩组件还包括可操作地联接到活塞并被构造成对相关的套筒管入口端施加弹簧轴向力的弹簧。因此，弹簧将相对恒定的初始密封力施加到相关的套筒管，而活塞施加随着相关燃料的压力而变化的附加密封力，从而使得压缩组件在任一操作条件下充分密封相关的套筒管。

虽然参考用在采矿或建筑车辆中的发动机20给出以下详细描述和附图，本发明的教导可以用于任何类型的车辆或用于多种动力产生应用的独立发动机中。参考图1和2，示出了发动机20的具有将两种不同燃料供给到发动机20的双燃料共轨系统22的部分。发动机20包括限定多个燃烧室(未示出)的发动机缸盖24。如图2最佳示出，发动机缸盖24包括喷射器孔26和套筒孔28。燃料喷射器30布置在喷射器孔26内，而套筒组件32布置在套筒孔28内。

双燃料共轨系统22包括第一共轨34和第二共轨36。第一共轨34以希望压力或压力范围提供第一燃料，而第二共轨36以希望压力或压力范围提供第二燃料。第一和第二燃料可以是不同的。虽然本发明的理念可以适用于不同类型的发动机的多种燃料，在这里公开的示例性实施方式中，第一燃料可以是气态燃料，例如天然气，而第二燃料可以是压缩燃料，例如蒸馏柴油燃料。换言之，与双燃料共轨系统22相关的发动机20可以在初始时压燃来自于第二共轨36的较少量蒸馏柴油燃料，同时主要燃烧从第一共轨34供给的较大量液化天然气。这里，出于说明本发明教导的目的，术语“燃料”指的是可以在压燃式发动机内燃烧的任何液体或气态流体。这种燃料可包括但不局限于天然气、柴油等。

套筒组件32设置成将来自于第一和第二共轨34、36的燃料流体连通到燃料喷射器30。如图2和3最佳示出，套筒组件32的远端被插入到发动机缸盖24的套筒孔28中。壳体38联接到发动机缸盖24上，并包围套筒组件32的近端。套筒组件32包括具有第一套筒管入口端42和第一套筒管出口端44的第一或外套筒管40。第一套筒管限定第一套筒管内壁46和第一套筒管外壁48。套筒组件32还包括嵌套在第一套筒管40内的第二或内套筒管50。第二套筒管50包括第二套筒管入口端52和第二套筒管出口端54，并限定第二套筒管内壁56和第二套筒管外壁58。内导管60通过第二套筒管内壁56限定，而外导管62通过第一套筒管内壁46和第二套筒管外壁58之间的环形空间形成。

第一和第二套筒管40、50的出口端44、54被构造成密封地接合形成在燃料喷射器30内的相应的座，由此可以选择性地排入燃烧室。如图2中最佳示出，燃料喷射器30包括在第一通道入口66和第一通道出口(未示出)之间延伸的第一燃料喷射通道64。燃料喷射器30还包括在第二通道入口72和第二通道出口(未示出)之间延伸的第二燃料喷射通道70。第一通道出口和第二通道出口被定位成将燃料排入到燃烧室中。第一通道入口66限定第一燃料喷射座76，而第二通道入口72限定第二燃料喷射座78。第一套筒管出口端44邻接第一燃料喷射座76以便在两者之间形成围绕外导管62延伸的第一套筒管出口密封。第二套筒管出口端54邻接第二燃料喷射座78以便在两者之间形成围绕内导管60延伸的第二套筒管出口密封件。出口端44、54和座76、78可被构造成彼此密封地接合。在示例性实施方式中，出口端44、54可以是圆化或锥形的，并且座76、78也可以是圆化或锥形的，以便在两者之间更加可靠地形成密封接合。

压缩组件可操作地联接到第一和第二套筒管40、50，以进一步确保它们分别密封地接合第一和第二燃料喷射座76、78。如图3最佳示出，壳体38限定在第一孔80和中间壁82之间延伸并与外导管62流体连通的第一腔室79。第一压缩组件84布置在第一腔室79内，并包括第一活塞86，所述第一活塞具有与第一孔80紧密地配合的外壁88。外密封件90(例如O形圈)设置在外壁88和第一孔80之间。第一活塞86可以包括密封地接合第一套筒管入口端42的锥形座92。第一弹簧94在第一活塞86的弹簧座96和壳体38的中间壁82之间延伸，由此产生对第一套筒管入口端42的第一弹簧轴向力。壳体38还限定与第一共轨34流体连通的第一入口98。因此，第一腔室79接收第一燃料压力下的第一燃料，所述第一燃料压力被施加在第一活塞86的截面区域上，由此向第一套筒管入口端42施加第一活塞轴向力。第一弹簧轴向力和第一活塞轴向力确保活塞座92密封地接合第一套筒管入口端42，并且确保第一套筒管出口端44密封地接合第一燃料喷射座76。

第二压缩组件100也布置在壳体38内以便密封第二套筒管50。如图3最佳示出，中间壁82限定中心开口102，并且壳体还限定第二腔室104。第二压缩组件100包括具有入口面108、延伸穿过中心开口102并与其紧密配合的主体部分110、弹簧座112和被构造成密封地接合第二套筒管入口端52的出口端114的第二活塞106。第二活塞106限定在第二腔室104和内导管60之间流体连通的中央通道116。第二压缩组件100还包括在中间壁82和弹簧座112之间延伸以便产生对第二套筒管入口端52的第二弹簧轴向力的第二弹簧118。壳体还限定了将第二共轨36流体联接到第二腔室104的第二入口120。因此，第二腔室104接收第二燃料压力下的第二燃料，该第二燃料压力被施加在入口面108的截面区域上，由此对第二套筒管入口端52施加第二活塞轴向力。第二弹簧轴向力和第二活塞轴向力确保出口端114密封地接合第二套筒管入口端52，并且确保第二套筒管出口端54密封地接合第二燃料喷射座78。密封组件122设置在第二腔室104内并可包括布置在第二活塞106和壳体38之间的面密封件124和布置在第二活塞106和中间壁82之间的径向密封件126。

工业实用性

本发明的套筒组件32可用于在相关发动机的燃烧空间内采用两种燃料的任何发动机。这两种燃料可以是两种不同压力下的相同燃料，或者如所述实施方式中描述的两种不同燃料。虽然本发明可适用于采用适当燃料的火花点燃式发动机，本发明可以在气态燃料发动机中得到特别的应用，该气态燃料发动机使用相对大量的天然气，这些天然气经由来自于第二共轨36的少量蒸馏柴油燃料的压燃而被点燃。

在示例性的实施方式中，采用其中第二套筒管50嵌套在第一套筒管40内的双套筒配置。第一燃料可流过限定在第一和第二套筒管40、50之间的外导管62，并且第二燃料可流过由第二套筒管50限定的内导管60。燃料进入或离开套筒管(在套筒管的入口端和出口端处)的每个接合部必须通过足够的密封接触力密封，以防止或阻止泄漏。此外，用于第一燃料的每个这样的接合部可需要数值不同于用于第二燃料的每个这样的接合部的密封接触力。本发明可在提供将适当密封接触力分配到内套筒管和外套筒管的第一和第二端部处的接合部以防止或阻止燃料泄漏的设计中得到应用。

更具体地，压缩组件84、100可操作地接合第一和第二套筒管40、50，以便在每个接合部处提供轴向密封力。第一压缩组件84可操作地接合第一套筒管40，并且提供大致恒定的第一弹簧轴向力和可变的第一活塞轴向力。第一活塞轴向力直接随着第一共轨34提供的第一燃料的操作压力变化。类似地，第二压缩组件100可操作地接合第二套筒管50，并且提供大致恒定的第二弹簧轴向力和可变的第二活塞轴向力。第二活塞轴向力直接随着第二共轨36提供的第二燃料的操作压力变化。

应理解，通过第一和第二压缩组件84、100提供的密封力可以是不同的。如上所述，通过压缩组件提供的实际密封力至少部分取决于相关燃料的操作压力。因此，如果提供不同操作压力的两种燃料，通过第一和第二压缩组件84、100施加的密封力可以是不同的。

另外，应理解，通过第一和第二压缩组件84、100提供的密封力自动调节，以针对燃料的操作压力提供足够大小的密封力。再者，如上所述，通过压缩组件产生的活塞轴向力直接随着燃料操作压力变化。因此，在燃料压力增加时，活塞轴向力也增加，以提供附加的轴向密封力。相反，在燃料压力减小时，活塞轴向力减小，以减小施加到相关套筒管的轴向密封力的大小。

这里公开的特征可以特别有利于独立发动机或用于运土、建筑或采矿车辆的在其中将两种燃料提供到发动机的燃烧室的发动机。本说明书只是出于说明的目的，并且不认为以任何方式缩小本发明的范围。因此，本领域普通技术人员将理解到可以对于这里公开的实施方式进行多种改型而不偏离本发明的完整和合理的范围。在阅读附图和所附权利要求后将明白其他方面、特征和优点。

Claims (8)

1.一种用于具有第一燃料轨和第二燃料轨的双燃料共轨燃料系统的套筒组件，所述套筒组件包括：

第一套筒管，其具有第一套筒管入口端和第一套筒管出口端，并限定第一套筒管内壁；

第二套筒管，其嵌套在所述第一套筒管内，所述第二套筒管具有第二套筒管入口端和第二套筒管出口端，并限定第二套筒管内壁和第二套筒管外壁；

外导管，其形成在所述第一套筒管内壁和所述第二套筒管外壁之间，所述外导管与所述第一燃料轨流体连通；

内导管，其通过所述第二套筒管内壁限定并与所述第二燃料轨流体连通；

第一压缩组件，其包括：

-第一活塞，其可操作地联接到所述第一套筒管入口端并与所述第一燃料轨流体连通，以便对所述第一套筒管入口端施加第一活塞轴向力；以及

-第一弹簧，其可操作地联接到所述第一活塞，并被构造成对所述第一套筒管入口端施加第一弹簧轴向力；以及

第二压缩组件，其包括：

-第二活塞，其可操作地联接到所述第二套筒管入口端并与所述第二燃料轨流体连通，以便对所述第二套筒管入口端施加第二活塞轴向力；以及

-第二弹簧，其可操作地联接到所述第二活塞，并被构造成对所述第二套筒管入口端施加第二弹簧轴向力。

2.根据权利要求1所述的套筒组件，还包括壳体，所述壳体限定与所述第一燃料轨流体连通的第一腔室和与所述第二燃料轨流体连通的第二腔室。

3.根据权利要求2所述的套筒组件，其中，所述第一活塞包括布置在所述第一腔室内的第一活塞面，并且所述第二活塞包括布置在所述第二腔室内的第二活塞面。

4.根据权利要求2所述的套筒组件，其中，所述壳体还包括从所述第一腔室延伸到所述第二腔室的中心开口，以及其中所述第二活塞延伸穿过所述中心开口。

5.根据权利要求4所述的套筒组件，还包括在所述壳体和所述第一活塞之间延伸的第一密封组件以及在所述壳体和所述第二活塞之间延伸的第二密封组件。

6.根据权利要求2所述的套筒组件，其中，所述第二活塞限定在所述第二腔室和所述内导管之间流体连通的内部通道。

7.根据权利要求1所述的套筒组件，其中：

所述第一套筒管入口端包括第一套筒管座表面，以及所述第一活塞包括被构造成密封地接合所述第一套筒管座表面的第一活塞配合表面，由此形成在所述第一活塞和所述第一套筒管入口端之间围绕所述外导管延伸的第一套筒管入口密封件；以及

所述第二套筒管入口端包括第二套筒管座表面，以及所述第二活塞包括被构造成密封地接合所述第二套筒管座表面的第二活塞配合表面，由此形成在所述第二活塞和所述第二套筒管入口端之间围绕所述内导管延伸的第二套筒管入口密封件。

8.根据权利要求1所述的套筒组件，其中，所述第一活塞轴向力直接随着所述第一燃料轨内的第一燃料压力而变化，以及其中所述第二活塞轴向力直接随着所述第二燃料轨内的第二燃料压力而变化。

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