CN114135431A - 具有一体式燃料过滤器的燃料流量限制器组件以及使用该燃料流量限制器组件的燃料*** - Google Patents

具有一体式燃料过滤器的燃料流量限制器组件以及使用该燃料流量限制器组件的燃料*** Download PDF

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K·C·亚当斯
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Abstract

一种燃料流量限制器组件包括形成中心开孔的限制器本体，并且包括中心开孔内的关闭活塞，所述关闭活塞具有暴露于燃料入口的流体压力的封闭液压表面，并且可基于从限制器组件中的燃料入口到燃料出口的燃料压力下降而从打开位置移动到闭合位置。燃料过滤器驻存在限制器组件中，并且支承在联接到限制器本体的连接器中。燃料过滤器是细长的，并且从连接器突出到从燃料入口到燃料出口的燃料流动路径中。

Description

具有一体式燃料过滤器的燃料流量限制器组件以及使用该燃 料流量限制器组件的燃料***
技术领域
本公开大体上涉及一种加压燃料***中的燃料流量限制器组件，并且更具体地涉及一种具有一体式燃料过滤器的燃料流量限制器组件。
背景技术
加压燃料***是众所周知的，并且广泛用于内燃发动机中。在一个实例中，从单个泵向加压燃料储集器供应加压燃料，并且该加压燃料储集器使加压燃料可用于通过燃料喷射器递送并喷射到发动机中的燃烧气缸中。其它加压燃料喷射***利用所谓的单元泵，在该单元泵中，各个凸轮致动或液压致动的燃料加压泵与每个燃料喷射器相关联。多年来，已经提出了这两种基本构造的各种扩展和备选方案。
近年来，人们普遍地认识到需要更高的燃料喷射压力。高燃料压力可以使得能够快速且精确地喷射少量燃料，并且提供改善的雾化和其它特性以减轻某些不希望的排放。
然而，此类***往往对碎屑高度敏感，因为供应到***中的燃料中存在的或由***本身中的部件产生的小颗粒可能干扰快速移动的燃料喷射器和泵部件的运动或以其它方式导致性能降低。多年来，工程师们一直在试验过滤燃料以去除颗粒的不同策略，包括在加压燃料储集器上游过滤所有燃料的***，以及在加压燃料储集器与单独的燃料喷射器之间过滤燃料的***。在授予Gerstner等人的美国专利申请公开号20150345448A1中阐述了在加压燃料储集器与燃料喷射器之间采用燃料过滤的一种示例性加压燃料***。虽然‘448申请案中阐述的策略可能具有某些优点和应用，但始终存在改进和开发备选策略的空间。
发明内容
一方面，一种燃料流量限制器组件包括限制器本体，所述限制器本体限定在第一轴向本体端与第二轴向本体端之间延伸的纵向轴线，并且包括轴向延伸的中心开孔以及形成在所述第一轴向本体端中并且流体地连接到所述中心开孔的燃料入口。所述限制器组件还包括连接器，所述连接器联接到所述第二轴向本体端，并且包括流体地联接到所述中心开孔的燃料出口。所述限制器组件还包括关闭活塞，所述关闭活塞在所述中心开孔内，并且包括暴露于所述燃料入口的流体压力的封闭液压表面，以及密封表面。所述关闭活塞可沿所述第二轴向本体端的方向在所述中心开孔内从打开位置移动到闭合位置，在所述闭合位置，所述密封表面与所述连接器接触以阻挡从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流。所述限制器组件还包括偏压弹簧和支承在所述连接器中的燃料过滤器，所述偏压弹簧夹在所述关闭活塞与所述连接器之间，并且使所述关闭活塞朝向所述打开位置偏压。所述燃料过滤器在从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流动路径中沿着所述第一轴向本体端的方向从所述连接器突出。
另一方面，一种用于内燃发动机的燃料***包括加压燃料储集器、流体地连接到所述加压燃料储集器的多个燃料喷射器，以及多个流量限制器组件，所述多个流量限制器组件各自流体地定位在所述加压燃料储集器与所述多个燃料喷射器中的至少一个之间。所述多个流量限制器组件中的每一个限定纵向轴线，并且包括燃料入口、燃料出口、中心开孔、偏压弹簧和关闭活塞，所述关闭活塞定位在所述中心开孔中，并且可基于从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料压力下降而抵抗所述偏压弹簧的偏压移动到闭合位置。所述多个流量限制器组件中的每一个在相应的流量限制器组件中还包括燃料过滤器，所述燃料过滤器具有暴露于所述中心开孔中的燃料流的过滤器入口表面和形成延伸到所述燃料出口的过滤燃料通路的过滤器出口表面。
又一方面，一种用于燃料喷射器的燃料进给子***包括构造成与加压燃料储集器联接的泄漏容纳壳体，以及在所述泄漏容纳壳体内的燃料流量限制器组件。所述燃料流量限制器组件包括限定纵向轴线的限制器本体以及联接到所述限制器本体的连接器。所述限制器本体具有形成在其中的燃料入口和流体地连接到所述燃料入口的轴向延伸的中心开孔。所述连接器具有形成在其中并且流体地连接到所述中心开孔的燃料出口。所述燃料流量限制器组件还包括偏压弹簧和关闭活塞，所述关闭活塞包括暴露于所述燃料入口的流体压力的封闭液压表面以及密封表面。所述关闭活塞可抵抗所述偏压弹簧的偏压力在所述中心开孔内从打开位置移动到闭合位置，以阻挡从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流。所述子***还包括燃料过滤器，所述燃料过滤器驻存在所述燃料流量限制器组件中并且支承在所述连接器中，使得所述燃料过滤器沿相对于从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流动路径的上游方向从所述连接器突出。
附图说明
图1是根据一个实施例的内燃发动机***的图解视图；
图2是根据一个实施例的燃料进给子***的局部截面图解视图；
图3是根据一个实施例的燃料流量限制器组件的分解视图；
图4是处于打开构造的燃料流量限制器组件的截面侧视图；以及
图5是处于闭合构造的燃料流量限制器组件的截面侧视图。
具体实施方式
参考图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机***10。内燃发动机***10包括发动机12，所述发动机包括多个燃烧气缸14。燃烧气缸14中的每一个都与活塞(未示出)相关联，所述活塞构造成压缩用于燃烧的燃料和空气的混合物以使曲轴以大体上常规方式旋转。发动机***10可以在移动机器、用于产生电力的固定发电机组、泵、压缩机中或在多种其它应用中实施。发动机***10可构造成依靠液体燃料(例如液体柴油馏出物燃料)操作，并且通常以常规的四循环模式被压缩点火以进行操作，但本公开不限于此。发动机12可包括任何合适布置的任何数量的气缸。
发动机***10还包括具有燃料储罐18、低压泵20、高压泵22和加压燃料储集器24的加压燃料***16。多个燃料喷射器26联接到加压燃料储集器24并且定位成将液体燃料直接喷射到燃烧气缸14中。每个燃料喷射器26包括出口止回阀28和电致动控制阀组件30。燃料***16还包括在储集器24与燃料喷射器26之间延伸的多个燃料进给管线32。在一个实施例中，进给管线32可包括所谓的套筒连接器。压力传感器38可以与储集器24联接，并且构造成以大体上已知的方式监测其中的燃料压力。燃料***16可实施为所谓的公共轨道燃料***，其中提供单个整体加压燃料储集器以在喷射压力下同时向所有燃料喷射器26供给加压燃料。在其它实施例中，可以使用具有蓄积器性质的多个单独的加压燃料储集器，每个加压燃料储集器与一个或多个燃料喷射器相关联。电子控制单元40示为与高压泵24，与压力传感器38以及与燃料喷射器26中的每一个联接以以大体上已知的方式监测和电子地控制这些和其它部件的操作。基于来自压力传感器38的压力信号，电子控制单元40可以控制高压燃料泵24以将燃料压力维持在期望水平。燃料***16还包括多个燃料流量限制器组件34，所述多个燃料流量限制器组件各自流体地定位在加压燃料储集器24与燃料喷射器26中的一个燃料喷射器之间，在所示实施例中，其特征和功能将从以下描述进一步显而易见。
现在还参考图2，更详细地示出了燃料***16的附加特征。每个燃料流量限制器组件34(下文以单数形式提及)可以是构造成限制到一个或多个燃料喷射器26的燃料流并且还通过一体式燃料过滤器82过滤该燃料流的燃料进给子***36的一部分。燃料进给子***36包括泄漏容纳壳体46，其构造与加压燃料储集器24联接。燃料***16可包括多个相似或相同的燃料进给子***和接收多个流量限制器组件的多个泄漏容纳壳体，它们全部与图2中所示的部件相似或相同地构造。待描述的多个密封件可在相应的泄漏容纳壳体内流体地密封流量限制器组件。如图2中可见，加压燃料储集器24限定燃料腔42，并且形成容纳燃料腔42中的加压燃料的内壁43。壳体46联接到储集器24并且形成外壁42，使得泄漏腔48在内壁43与外壁44之间延伸以容纳逸散的、泄漏的或以其它方式排出的燃料，并且例如通过返回管线56将所述燃料输送回燃料储罐18。壳体46可形成第一壳体件47。壳体46的第二壳体件50例如通过用图2中未示出的紧固件夹持而联接到第一壳体件47。进给管线/套筒连接器32示为支承在第二壳体件50中，其中诸如O形环密封件52的密封件流体地密封在第二壳体件50与进给管线/套筒连接器32之间。另一密封件54流体地密封在第一壳体件47与第二壳体件50之间。
现在还参考图3，流量限制器组件34包括限定在第一轴向本体端62与第二轴向本体端64之间延伸的纵向轴线60的限制器本体58。流量限制器组件34还包括连接器70，当流量限制器组件34组装好以供使用时，所述连接器联接到第二轴向本体端64。流量限制器组件34还包括具有封闭液压表面76和密封表面78的关闭活塞74。偏压弹簧80在组装好以供使用时夹在关闭活塞74与连接器70之间。图3中还示出了当组装好以供使用时夹在连接器70与偏压弹簧80之间的间隔件107。凹槽112围绕连接器70周向地延伸。关闭活塞74可包括各种构造，并且在所示实施例中包括流动通道114，所述流动通道构造成允许燃料围绕和经过关闭活塞74流动，以用于将燃料流进给通过燃料过滤器82，并且最终进给到一个或多个燃料喷射器26。
图3中还示出了燃料过滤器82的一部分的详细放大。燃料过滤器82包括具有穿孔圆柱形壁88的细长穿孔过滤器本体83，具有形成在其中的多个孔90。孔90在形成在壁88上的过滤器入口表面92与形成在壁88上并且形成过滤燃料通路96的过滤器出口表面94之间连通。燃料过滤器82可以是其中孔90是激光钻取的单个金属件，但可以使用某些其它过滤器类型和制造方法。圆柱形壁88在组装好以供使用时围绕纵向轴线60周向地延伸。
现在还参考图4，示出了可出现在打开位置的流量限制器组件34。如上文所论述的，限制器本体58包括第一轴向本体端62和第二轴向本体端64。限制器本体58还包括轴向延伸的中心开孔66，以及形成在第一轴向本体端62中并且流体地连接到中心开孔66的燃料入口68。中心开孔66可以或可以不以纵向轴线60为中心，但纵向轴线60通常将穿过中心开孔66。燃料入口68可以形成在从第一轴向本体端62轴向向外延伸的密封突起110中，并且球形成形或以其它方式轮廓化，以便与加压燃料储集器24形成线接触金属对金属密封。连接器70联接到第二轴向本体端64，并且包括流体地连接到中心开孔66的燃料出口72。燃料入口68和燃料出口72可以纵向轴线60为中心。过滤燃料通路96延伸到燃料出口72。关闭活塞74定位在中心开孔66内，使得封闭液压表面76暴露于燃料入口68的流体压力。关闭活塞74可沿着第二轴向本体端64的方向在中心开孔66内从如图4所示的打开位置移动到闭合位置。
还参考图5，示出了可出现在闭合位置的关闭活塞74，在该闭合位置，密封表面78与连接器70接触以阻挡从燃料入口68到燃料出口72的燃料流。偏压弹簧80夹在关闭活塞74与连接器70之间，并且使关闭活塞74朝向打开位置偏压，使得抵抗偏压弹簧80的偏压力而将关闭活塞74移动到闭合位置。燃料过滤器82包括如上所述的细长过滤器本体83，所述过滤器本体具有支承在连接器70中的开放出口端84，以及与开放出口端84相对并且定位在中心开孔66内的无支承的第二端86。在端视图中，将看到开放出口端84形成通向过滤燃料通路96的圆形开口。在第二端86的端视图中，过滤器本体闭合，但孔90对于裸眼可能不可见。在所示实施例中，比较图4和图5可以注意到第二端86在关闭活塞74的打开位置和闭合位置中的每一个处都在关闭活塞74内。穿孔圆柱形壁88在出口端84与第二端86之间延伸。燃料过滤器80各处都可穿有孔90，但本公开不限于此。例如，出口端84可以在燃料出口72内与连接器70过盈配合，并且可以是非穿孔的。
同样在所示实施例中，限制器本体58包括形成在第二轴向本体端64中的沉孔98。连接器70可以形成为定位在沉孔98中的单件接合块，并且具有形成在其中并且围绕燃料出口72周向地延伸的连接器座100，例如圆锥形座。包括如上所述但可能具有多个部分的单件接合块的连接器70包括弹簧开孔102，所述弹簧开孔围绕纵向轴线60与燃料出口72同轴地布置，并且在燃料出口72与中心开孔66之间延伸。
图4和图5中还可见关闭活塞74的另外的示例性细节。关闭活塞74包括具有形成在其上的封闭液压表面76的头部部分104以及围绕纵向轴线60周向地延伸的裙部部分106。偏压弹簧80部分地接收在裙部部分106内，并且部分地接收在弹簧开孔102内。间隔件107可包括环形间隔件，该环形间隔件围绕燃料过滤器82周向地延伸，并且在弹簧开孔102内夹在偏压弹簧80与连接器70之间。密封表面78可包括形成裙部部分106的末端108的环形密封边缘。燃料过滤器84、偏压弹簧80和关闭活塞74可以围绕纵向轴线60同轴地布置。还应当认识到，过滤器入口表面92和过滤器出口表面94中的每一个可以围绕纵向轴线60周向地延伸。如上所述，燃料过滤器84可以在燃料出口72内与连接器/接合块70过盈配合。燃料过滤器82的单端支承使得燃料过滤器82能够沿相对于从燃料入口68到燃料出口72的燃料流动路径的第一轴向本体端62的上游方向从连接器70大体上不受阻挡地突出。燃料过滤器82的细长构造和沿第一轴向本体端62的方向的突出使得燃料能够通过孔90沿大体上径向向内的方向流入过滤燃料通路96中，其中排除了大于孔90的颗粒，并且优化了可用于过滤的燃料过滤器流动区域以限制燃料过滤器82两端的压降。
工业适用性
大体上参考附图，可以通过使燃烧气缸14中的活塞往复运动，并且将从加压燃料储集器24供应到每个燃料喷射器26的加压燃料直接喷射到燃烧气缸14中来操作发动机***10。在正常操作下，每个燃料喷射器26中的出口止回阀28将在喷射事件之间保持闭合，并且使用电子控制单元40命令该止回阀打开以进行燃料喷射，以给控制阀组件30通电。在燃料喷射事件期间，燃料将通过相应的流量限制器组件34中的每一个流到相关联的燃料喷射器26。基于在燃料喷射期间每个流量限制器组件34两端的燃料压力下降，相应的关闭活塞74可以抵抗偏压弹簧80的偏压力而远离打开位置移动。通常，燃料喷射事件将结束，并且偏压弹簧80将推动关闭活塞74朝向完全打开位置返回，而其未到达其关闭部分。燃料过滤器82以本文大体描述的方式过滤通过中心开孔66流到燃料出口72的燃料。
在一些情况下，燃料喷射器可能经历性能下降或损坏，包括阀卡死、电动致动器故障、由碎屑引起的问题，或导致从加压燃料储集器24流入相关联的燃烧气缸14的过量或未缓解的燃料流的其它问题。在此类情况下，关闭活塞74将基于从燃料入口68到燃料出口72的燃料压力下降移动到完全闭合位置，而不是在燃料喷射事件结束时返回到打开或完全打开位置，使得与连接器70接触的密封表面78有效地关闭燃料流并关闭相关联的燃烧气缸。整合流量限制和过滤的功能可以减少诸如燃料***16的燃料***中所需的零件和部件的数目，同时获得或保持与每个燃烧气缸相关联的完全燃料关闭功能。
本说明书仅用于说明目的，并且不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围。因此，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的完整和合理范围和精神的情况下，可对当前公开的实施例进行各种修改。通过查看所附附图和所附权利要求书，其它方面、特征和优点将变得显而易见。如本文所使用，冠词“一(a)”和“一(an)”旨在包括一个或多个项目，并且可与“一个或多个”互换使用。在意图表示仅有一个项目时，使用术语“一个(one)”或类似语言。此外，如本文所使用，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在为开放式术语。此外，短语“基于”意图表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。

Claims (10)

1.一种燃料流量限制器组件，包括：
限制器本体，所述限制器本体限定在第一轴向本体端与第二轴向本体端之间延伸的纵向轴线，并且包括轴向延伸的中心开孔以及形成在所述第一轴向本体端中并且流体地连接到所述中心开孔的燃料入口；
连接器，所述连接器联接到所述第二轴向本体端，并且包括流体地联接到所述中心开孔的燃料出口；
关闭活塞，所述关闭活塞在所述中心开孔内，并且包括暴露于所述燃料入口的流体压力的封闭液压表面以及密封表面，并且所述关闭活塞可沿所述第二轴向本体端的方向在所述中心开孔内从打开位置移动到闭合位置，在所述闭合位置，所述密封表面与所述连接器接触以阻挡从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流；
偏压弹簧，所述偏压弹簧夹在所述关闭活塞与所述连接器之间，并且使所述关闭活塞朝向所述打开位置偏压；以及
燃料过滤器，所述燃料过滤器支承在所述连接器中，并且在从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流动路径中沿所述第一轴向本体端的方向从所述连接器突出。
2.根据权利要求1所述的燃料流量限制器组件，其中：
所述燃料过滤器包括细长过滤器本体，所述细长过滤器本体具有支承在所述连接器中的开放出口端以及与所述开放出口端相对并且定位在所述中心开孔内的无支承的第二端；
所述限制器本体还包括形成在所述第二轴向本体端中的沉孔，并且所述连接器包括定位在所述沉孔中的接合块并且具有围绕所述燃料出口周向地延伸的连接器座；
所述出口端在所述燃料出口内与所述连接器过盈配合；并且
所述燃料过滤器包括在所述出口端与所述第二端之间延伸并且围绕所述纵向轴线周向地延伸的穿孔圆柱形壁。
3.根据权利要求2所述的燃料流量限制器组件，其中：
所述接合块包括弹簧开孔，所述弹簧开孔围绕所述纵向轴线与所述燃料出口同轴地布置，并且在所述燃料出口与所述中心开孔之间延伸；
所述关闭活塞包括头部部分和裙部部分，所述头部部分具有形成在所述头部部分上的封闭液压表面，所述裙部部分围绕所述纵向轴线周向地延伸；
所述偏压弹簧接收在所述裙部部分内和所述弹簧开孔内；并且
所述密封表面包括形成所述裙部部分的末端的环形密封边缘。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料流量限制器组件，还包括间隔件，所述间隔件在所述弹簧开孔内夹在所述偏压弹簧与所述连接器之间。
5.一种用于内燃发动机的燃料***，包括：
加压燃料储集器；
流体地连接到所述加压燃料储集器的多个燃料喷射器；
多个流量限制器组件，所述多个流量限制器组件各自流体地定位在所述加压燃料储集器与所述多个燃料喷射器中的至少一个燃料喷射器之间；
所述多个流量限制器组件中的每一个流量限制器组件限定纵向轴线并且包括燃料入口、燃料出口、中心开孔、偏压弹簧和关闭活塞，所述关闭活塞定位在所述中心开孔中，并且可基于从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料压力下降而抵抗所述偏压弹簧的偏压移动到闭合位置；并且
所述多个流量限制器组件中的每一个流量限制器组件在相应的流量限制器组件中还包括燃料过滤器，所述燃料过滤器具有暴露于所述中心开孔中的燃料流的过滤器入口表面和形成延伸到所述燃料出口的过滤燃料通路的过滤器出口表面。
6.根据权利要求5所述的燃料***，其中：
在相应的流量限制器组件中，所述过滤器入口表面和所述过滤器出口表面各自围绕纵向轴线周向地延伸；
所述燃料过滤器中的每一个燃料过滤器包括穿孔壁，所述穿孔壁具有形成在所述穿孔壁上的过滤器入口表面和过滤器出口表面，并且在支承在所述相应的流量限制器组件中的开放出口端与定位在所述中心开孔中的无支承的第二端之间延伸；
所述流量限制器组件中的每一个流量限制器组件包括限制器本体和接合块，所述接合块联接到所述限制器本体并且具有形成在所述接合块中的燃料出口；
所述燃料过滤器中的每一个燃料过滤器在所述燃料出口内与所述接合块过盈配合；
在所述相应的流量限制器组件中，所述接合块包括弹簧开孔，所述弹簧开孔接收所述偏压弹簧，并且围绕所述纵向轴线与所述燃料出口同轴地布置；并且
所述关闭活塞包括头部部分和裙部部分，所述头部部分具有暴露于所述燃料入口的流体压力的封闭液压表面，所述裙部部分包括在所述关闭活塞的闭合位置处与所述接合块接触的密封表面。
7.根据权利要求5或6所述的燃料***，还包括接收所述多个流量限制器组件的多个泄漏容纳壳体，以及将所述多个流量限制器组件流体地密封在所述多个泄漏容纳壳体内的多个密封件。
8.一种用于燃料喷射器的燃料进给子***，包括：
泄漏容纳壳体，所述泄漏容纳壳体构造成与加压燃料储集器联接；
燃料流量限制器组件，所述燃料流量限制器组件在所述泄漏容纳壳体内，并且包括限定纵向轴线的限制器本体以及联接到所述限制器本体的连接器；
所述限制器本体具有形成在所述限制器本体中的燃料入口和流体地连接到所述燃料入口的轴向延伸的中心开孔；
所述连接器具有形成在所述连接器中并且流体地连接到所述中心开孔的燃料出口；
所述燃料流量限制器组件还包括偏压弹簧和关闭活塞，所述关闭活塞包括暴露于所述燃料入口的流体压力的封闭液压表面以及密封表面，并且可抵抗所述偏压弹簧的偏压力在所述中心开孔内从打开位置移动到闭合位置，以阻挡从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流；以及
燃料过滤器，所述燃料过滤器驻存在所述燃料流量限制器组件中并且支承在所述连接器中，使得所述燃料过滤器沿相对于从所述燃料入口到所述燃料出口的燃料流动路径的上游方向从所述连接器突出。
9.根据权利要求8所述的燃料进给子***，其中所述燃料过滤器包括支承在所述连接器内的细长穿孔本体。
10.根据权利要求9所述的燃料进给子***，其中：
所述燃料过滤器、所述偏压弹簧和所述关闭活塞同轴地布置，并且所述偏压弹簧部分地接收在所述关闭活塞内并且部分地接收在所述连接器内；并且
所述燃料过滤器包括过盈配合在所述燃料出口内的开放出口端，以及在所述打开位置处并且在所述闭合位置处轴向地位于所述关闭活塞内的相对的无支承端。
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