專利名稱：用于可變壓力噴射的多源燃料系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料系統(tǒng)，更具體地涉及一種具有多個(gè)用于提供可變
壓力噴射動(dòng)作(injection event)的加壓燃料源的燃料系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
共軌燃料系統(tǒng)提供了 一種向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室引入燃料的方式。典型的 共軌燃料系統(tǒng)包括噴射器，該噴射器具有在通電時(shí)打開燃料噴嘴的致動(dòng)螺 線管。然后，燃料作為螺線管保持通電的時(shí)間段和在該時(shí)間段內(nèi)供給到燃 料噴嘴的燃料壓力的函數(shù)被噴入燃燒室。
為了使發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排氣排放最優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商可改變供給到燃 料噴嘴的燃料壓力。在2004年9月2日公開的Shinogle的美國專利申請 7>開文件No. 2004/0168673 ( '673 7>開文件)中記載了這樣的一個(gè)示例。 '673公開文件描述了這樣一種燃料系統(tǒng)，該燃料系統(tǒng)具有可流體地連接 到保持燃料供給的第 一共軌和保持致動(dòng)流體供給的第二共軌的燃料噴射 器。'673專利的各個(gè)燃料噴射器配備有可在致動(dòng)流體的作用下移動(dòng)以增 大燃料壓力的增壓器活塞(intensifierpiston)。通過將燃料噴射器流體地 連接到第一共軌，燃料能以第一壓力進(jìn)行噴射。通過將燃料噴射器流體地 連接到第 一和第二共軌，燃料能以高于所述第 一壓力的第二壓力進(jìn)行噴射。
盡管'673公開文件的燃料噴射系統(tǒng)能以不同的壓力向發(fā)動(dòng)機(jī)充分地 供給燃料，但它具有限制。具體地，由于第二壓力是通過增大第一壓力而 實(shí)現(xiàn)的，因而第二壓力依賴于第一壓力。這種依賴可限制'673公開文件 的系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃料噴射率的能力。此外，各個(gè)燃料噴射器內(nèi)的增壓器部件會(huì) 增加燃料噴射器的復(fù)雜度及相關(guān)的整個(gè)系統(tǒng)的成本。本發(fā)明的燃料系統(tǒng)解決了上述一個(gè)或多個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種用于具有至少一個(gè)燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料 系統(tǒng)。該燃料系統(tǒng)包括燃料噴射器、處于第一壓力的第一燃料源、處于第 二壓力的第二燃料源和壓力控制裝置。該壓力控制裝置設(shè)置在所述燃料噴 射器與所述第一和第二源之間。所述壓力控制裝置構(gòu)造成將處于第一壓力 的燃料和處于第二壓力的燃料選擇性地引導(dǎo)至所述燃料噴射器以噴入所迷 至少一個(gè)燃燒室。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室噴射燃料的方法。該 方法包括將燃料加壓至第 一壓力和將燃料加壓至第二壓力。該方法還包括 將處于第一壓力的燃料和處于第二壓力的燃料選擇性地引導(dǎo)至所述燃料噴 射器以噴入所述燃燒室。


圖l是示例性公開的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖2是用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性公開的燃料系統(tǒng)的示意性剖視圖； 圖3是用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)示例性公開的燃料系統(tǒng)的示意性剖 視圖；和
圖4是示出圖2和3的燃料系統(tǒng)的示例性工作的圖示。
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有發(fā)動(dòng)機(jī)10和燃料系統(tǒng)12的示例性實(shí)施例的工作機(jī)械5。 工作機(jī)械5可以是執(zhí)行與工業(yè)如采礦、建筑、農(nóng)作、發(fā)電、運(yùn)輸或本領(lǐng)域 已知的任意其它行業(yè)相關(guān)的某種搮作的固定不動(dòng)的或機(jī)動(dòng)的機(jī)械。例如， 工作機(jī)械5可具體表現(xiàn)為運(yùn)土機(jī)械、發(fā)電機(jī)組、泵或執(zhí)行任意其它適當(dāng)操 作的工作機(jī)械。
為了敘述4^Hf的內(nèi)容，將發(fā)動(dòng)機(jī)10示出和描述為四沖程柴油機(jī)。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，發(fā)動(dòng)機(jī)10可具體表現(xiàn)為任意其它類型的內(nèi) 燃機(jī)，例如汽油機(jī)或氣體燃料動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括發(fā)動(dòng)機(jī)組14, 該發(fā)動(dòng)機(jī)組限定多個(gè)氣缸16、可滑動(dòng)地設(shè)置在各個(gè)氣缸16內(nèi)的活塞18和 與各個(gè)氣缸16相連的氣缸蓋20。
氣缸16、活塞18和氣缸蓋20可形成燃燒室22。在所示實(shí)施例中，發(fā) 動(dòng)機(jī)10包括六個(gè)燃燒室22。但是，可設(shè)想發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括數(shù)量更多或更 少的燃燒室22，并且燃燒室22可設(shè)置成"直列"構(gòu)型、"V"構(gòu)型或任意 其它適當(dāng)?shù)臉?gòu)型。
仍如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)組14內(nèi)的曲 軸24。連桿26可將各個(gè)活塞18連接到曲軸24，從而活塞18在各個(gè)相應(yīng) 氣缸16內(nèi)的滑動(dòng)引起曲軸24的旋轉(zhuǎn)。類似地，曲軸24的旋轉(zhuǎn)可引起活塞 18的滑動(dòng)。
燃料系統(tǒng)12可包括協(xié)作以將加壓燃料噴入各個(gè)燃燒室22的部件。具 體地，燃料系統(tǒng)12可包括構(gòu)造成保持燃料供給的燃料箱28和構(gòu)造成對燃 料加壓并將一股或多股加壓燃料流引導(dǎo)至多個(gè)燃料噴射器32的燃料泵送 設(shè)備30。 一燃料傳輸泵36可在燃料箱28和燃料泵送設(shè)備30之間設(shè)置在 燃料管路40中并構(gòu)造成向燃料泵送設(shè)備30提供低壓進(jìn)給。
燃料泵送設(shè)備30可具體表現(xiàn)為機(jī)械驅(qū)動(dòng)的、電子控制的具有第一泵送 機(jī)構(gòu)30a和第二泵送機(jī)構(gòu)30b的組合式噴射器泵。第一和第二泵送機(jī)構(gòu) 30a、 30b均可通過可旋轉(zhuǎn)凸輪(未示出)可操作地連接到泵驅(qū)動(dòng)軸46。所 述凸輪適于驅(qū)動(dòng)第一和第二泵送機(jī)構(gòu)30a、 30b的活塞元件(未示出)而經(jīng) 壓縮沖程對燃料加壓。與第一和第二泵送機(jī)構(gòu)30a、 30b相關(guān)聯(lián)的柱塞(未 示出)可在可變的正時(shí)關(guān)閉，以改變壓縮沖程的長度并由此改變第一和第 二泵送機(jī)構(gòu)30a、 30b的流量?；蛘?，第一和第二泵送機(jī)構(gòu)30a、 30b可包 括可旋轉(zhuǎn)的斜盤(swashplate)或本領(lǐng)域已知的任意其它裝置，以改變加 壓燃料的流量。
第一和第二泵送機(jī)構(gòu)30a、 30b適于產(chǎn)生分離的加壓燃料流。例如，第 一泵送機(jī)構(gòu)30a可產(chǎn)生通過第一燃料供給管路42導(dǎo)入第一共軌34的第一加壓燃料流。第二泵送機(jī)構(gòu)30b可產(chǎn)生通過第二燃料供給管路43導(dǎo)入第二 共軌37的第二加壓燃料流。在一個(gè)示例中，第一加壓燃料流可具有約 100MPa的壓力，而第二加壓燃料流可具有約200MPa的壓力。在第一燃 料供給管路42中可設(shè)置第一止回閥44以提供從第一泵送機(jī)構(gòu)30a向第一 共軌34的單向燃料流。在第二燃料供給管路43中可設(shè)置第二止回閥45 以提供從第二泵送機(jī)構(gòu)30b向第二共軌37的單向燃料流。
燃料泵送設(shè)備30能可操作地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)10并由曲軸24驅(qū)動(dòng)。例如， 燃料泵送設(shè)備30的泵驅(qū)動(dòng)軸46在圖1中示出為通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)48連接至曲 軸24。但是，可設(shè)想，第一和第二泵送機(jī)構(gòu)30a、 30b中的一者或兩者能 可選地孝皮電驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)或以任意其它適當(dāng)?shù)姆绞?皮驅(qū)動(dòng)。
燃料噴射器32可設(shè)置在氣缸蓋20中并通過多條燃料管路50連接至第 一和第二共軌34、 37。各個(gè)燃料噴射器32可操作以將一定量的加壓燃料 以預(yù)定的正時(shí)、燃料壓力和燃料流量噴入相連的燃燒室22。燃料噴入燃燒 室22的正時(shí)可與活塞18的運(yùn)動(dòng)同步。例如，燃料可在活塞18接近壓縮沖 程中的上死點(diǎn)(TDC)位置時(shí)噴射以準(zhǔn)備進(jìn)行所噴射燃料的壓縮點(diǎn)火燃燒。 或者，燃料可在活塞18朝上死點(diǎn)位置行進(jìn)而開始壓縮沖程時(shí)噴射以用于均 勻充氣壓縮點(diǎn)火操作。燃料還可在活塞18在膨脹沖程期間從上死點(diǎn)位置向 下死點(diǎn)位置移動(dòng)時(shí)噴射以進(jìn)行延遲后噴射，從而產(chǎn)生用于后處理再生的還 原氣氛。
如圖2所示，各個(gè)燃料噴射器32可具體表現(xiàn)為閉式噴嘴組合式燃料噴 射器。具體地，每個(gè)燃料噴射器32可包括容納引導(dǎo)件54、噴嘴部件56、 針閥元件58的噴射器體52、第一電磁致動(dòng)器60和第二電磁致動(dòng)器62。
噴射器體52可以是構(gòu)造成裝配在氣缸蓋20內(nèi)的大致為圓筒形的部件。 噴射器體52可具有用于接納引導(dǎo)件54和噴嘴部件56的中心腔64，和供 噴嘴部件56的尖端68穿出的開口 66。在引導(dǎo)件54和噴嘴部件56之間可 設(shè)置密封件如O形圏(未示出)以限制燃料從燃料噴射器32泄漏。
引導(dǎo)件54也可以是具有構(gòu)造成接納針閥元件58的中心腔70和控制室 72的大致為圓筒形的部件。中心腔70可用作壓力室，用于保持通過燃料供給通路74持續(xù)供給的加壓燃料。在噴射期間，來自燃料管路50的加壓 燃料可流動(dòng)通過燃料供給通路74和中心腔70到達(dá)噴嘴部件56的尖端68。 控制室72可選擇性地排出或被供給以加壓燃料以控制針閥元件58的 運(yùn)動(dòng)。具體地， 一控制通路76可使與控制室72相連的端口 78與第一電磁 致動(dòng)器60流體連接。端口 78可設(shè)置在控制室72的相對于針閥元件58的 軸向運(yùn)動(dòng)設(shè)置在徑向上的側(cè)壁內(nèi)，或者設(shè)置在控制室72的軸向端部內(nèi)。控 制室72可經(jīng)由與燃料供給通路74連通的受限供給通路80被持續(xù)供給以加
在控制室72內(nèi)形成壓降。
噴嘴部件56可同樣具體表現(xiàn)為具有構(gòu)造成接納針閥元件58的中心腔 82的大致為圓筒形的部件。噴嘴部件56還可包括一個(gè)或多個(gè)開孔84以允 許加壓燃料從中心腔82噴入發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室22。
針閥元件58可以是滑動(dòng)地設(shè)置在殼體引導(dǎo)件54和噴嘴部件56內(nèi)的大 致為長圓柱形的部件。針閥元件58可在第一位置和第二位置之間沿軸向移 動(dòng)，在所述第一位置針閥元件58的尖端86阻擋燃料流過開孔84,在所述 第二位置開孔84打開以允許加壓燃料流入燃燒室22。
針閥元件58在正常情況下可朝向第一位置偏置。特別地，每個(gè)燃料噴 射器32可包括i殳置在引導(dǎo)件54的止動(dòng)部90和針閥元件58的支承面92 之間的彈簧88以沿軸向朝開孔阻擋位置偏壓尖端86。在彈簧88和止動(dòng)部 卯之間可設(shè)置第一間隔件94，在彈簧88和支承面92之間可設(shè)置第二間隔 件96，以減小燃料噴射器32內(nèi)的部件磨損。
針閥元件58可具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)液壓表面。特別地，針閥元件58可包括 在受到加壓燃料作用時(shí)趨于朝第一位置或開孔阻擋位置驅(qū)動(dòng)針閥元件58 的液壓表面98，以及趨于抵抗彈簧88的偏壓并沿相反方向朝第二位置或 開孔打開位置驅(qū)動(dòng)針閥元件58的液壓表面100。
第一電磁致動(dòng)器60可相對著針閥元件58的尖端86設(shè)置以控制針閥元 件58的打開運(yùn)動(dòng)。特別地，第一電磁致動(dòng)器60可包括設(shè)置在控制室72 和燃料箱28之間的雙位閥元件。該閥元件可朝阻止流體從控制室72流向燃料箱28的關(guān)閉位置被彈性偏壓(spring-biased)，并且被螺線管朝允許 燃料從控制室72流向燃料箱28的打開位置致動(dòng)。所述閥元件可響應(yīng)于加 在與第一電磁致動(dòng)器60相連的線圏上的電流而在關(guān)閉位置和打開位置之 間運(yùn)動(dòng)?？稍O(shè)想，所述閥元件能可替換地為液壓操作的、機(jī)械操作的、氣 動(dòng)操作的，或以任意其它適當(dāng)?shù)姆绞奖徊僮?。還可設(shè)想，所述岡元件能可 替換地具體表現(xiàn)為可運(yùn)動(dòng)到關(guān)閉位置和打開位置之間的任意位置的比例型 閥元件。
第二電磁致動(dòng)器62可包括設(shè)置在第一電磁致動(dòng)器60和燃料箱28之間 的雙位閥元件以控制針閥元件58的關(guān)閉運(yùn)動(dòng)。該閥元件可朝允許燃料流向 燃料箱28的打開位置被彈性偏壓，并且被螺線管朝阻止流體流向燃料箱 28的關(guān)閉位置致動(dòng)。所述閥元件可響應(yīng)于加在與第二電磁致動(dòng)器62相連 的線圏上的電流而在打開位置和關(guān)閉位置之間運(yùn)動(dòng)?？稍O(shè)想，所述閥元件 能可替換地為液壓操作的、機(jī)械操作的、氣動(dòng)操作的，或以任意其它適當(dāng) 的方式被操作。還可設(shè)想，所述閥元件能可替換地具體表現(xiàn)為三位類型的 閥元件，其中有利于加壓燃料的雙向流動(dòng)。
仍如圖2所示，壓力控制裝置102可與各個(gè)燃料噴射器32相連。具體 地，壓力控制裝置102可包括可操作地連接到閥元件106的致動(dòng)器104。 閥元件106可設(shè)置在第一和第二共軌34、 37與燃料噴射器32之間，并且 可在致動(dòng)器104的作用下移動(dòng)以選擇性地合并第一和第二加壓燃料流。
致動(dòng)器104可具體表現(xiàn)為具有一個(gè)或多個(gè)壓電晶體柱的壓電機(jī)構(gòu)。壓 電晶體是具有隨機(jī)電疇取向(random domain orientation)的結(jié)構(gòu)。這些 隨機(jī)取向是呈現(xiàn)出永久偶極特性的正負(fù)離子的不對稱排列。當(dāng)電場例如通 過施加電流而作用于所述晶體時(shí)，隨著電疇極性對齊，壓電晶體沿電場的 軸線擴(kuò)展?？稍O(shè)想，致動(dòng)器104可以是燃料噴射器32的一部分或是與一個(gè) 或多個(gè)燃料噴射器32相關(guān)聯(lián)的分離的獨(dú)立部件。
致動(dòng)器104可被連接以機(jī)械地控制閥元件106的運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng)電流 施加到致動(dòng)器104的壓電晶體上時(shí)，致動(dòng)器104可擴(kuò)展而使閥元件106移 動(dòng)，以增大流向燃料噴射器32的流體的壓力。相反，當(dāng)電流從致動(dòng)器104的壓電晶體上移除時(shí)，致動(dòng)器104可收縮而使閥元件106移動(dòng)，以減小流 向燃料噴射器32的燃料的壓力?？稍O(shè)想，在必要時(shí)可省去致動(dòng)器104的壓 電晶體，而以其它適當(dāng)?shù)姆绞娇刂崎y元件106的運(yùn)動(dòng)。
閥元件106可具體表現(xiàn)為可由致動(dòng)器104移動(dòng)的比例閥元件或其它適 當(dāng)?shù)难b置，以選擇性地合并來自第一和第二共軌34、 37并被引導(dǎo)至噴嘴部 件56的中心腔82的第一和第二加壓燃料流。具體地，閥元件10可在只有 第一加壓燃料流;陂引導(dǎo)至中心腔82的第一位置和只有第二加壓燃料流,皮 引導(dǎo)至中心腔82的第二位置之間移動(dòng)。閥元件106也可移動(dòng)到第一和第二 位置之間的任意位置，以將第一和第二加壓燃料流的一部分引導(dǎo)至中心腔 82。由閥元件106引導(dǎo)至中心腔82的第一或第二燃料流的量和比率可取決 于加在致動(dòng)器104的壓電晶體上的電流并且可影響供給至中心腔82的燃料 的壓力。這種加壓燃料的合并可對中心腔82實(shí)現(xiàn)可變的燃料壓力，從而導(dǎo) 致燃料流過開孔84的可變的噴射率和進(jìn)入燃燒室22的可變的貫入深度。
圖3示出圖2的燃料系統(tǒng)12的替換實(shí)施例。類似于圖2的燃料系統(tǒng) 12,圖3的燃料系統(tǒng)12包括經(jīng)燃料管路50和致動(dòng)器104接納來自第一和 第二共軌34和37的可合并的加壓燃料流的燃料噴射器32。但是，與圖2 所示的致動(dòng)器104的單個(gè)閥元件106相比，圖3中的致動(dòng)器104包括兩個(gè) 分開的閥元件108和110。
在經(jīng)閥元件106合并第一和第二加壓燃料流時(shí)的噴射動(dòng)作期間(參見 圖2)，來自第二共軌37的較高壓力的燃料可能反向流入第一共軌34。這 種反向流動(dòng)會(huì)降低燃料系統(tǒng)12的效率。為了提高燃料系統(tǒng)12的效率，圖 3的致動(dòng)器104可采用分開的閥元件108和110。
與閥元件106類似，閥元件108可具體表現(xiàn)為可由致動(dòng)器104移動(dòng)的 比例閥元件或其它適當(dāng)?shù)难b置。閥元件108可在阻止來自第二共軌37的加 壓燃料進(jìn)入燃料噴射器32的第一位置和將來自第二共軌37的最大量的燃 料引導(dǎo)至燃料噴射器32的第二位置之間運(yùn)動(dòng)。閥元件108也可移動(dòng)到第一 和第二位置之間的任意位置，以將第二加壓燃料流的一部分引導(dǎo)至燃料噴 射器32。由閥元件108引導(dǎo)至燃料噴射器32的來自第二共軌37的第二加壓燃料流的量可與加在致動(dòng)器104的壓電晶體上的電流相對應(yīng)。
與閥元件108相對，閥元件110可具體表現(xiàn)為雙位的電》茲致動(dòng)的閥元 件。閥元件110可從幾乎沒有來自第一共軌34的加壓燃料被引導(dǎo)至中心腔 82的第一位置移動(dòng)到將來自第一共軌34的最大量的燃料引導(dǎo)至燃料噴射 器32的第二位置。閥元件108和110可獨(dú)立地或同時(shí)地工作，以獨(dú)立地引 導(dǎo)來自第一共軌34和第二共軌37中的任一者或兩者的加壓燃料。來自第 一和第二共軌34、 37的加壓燃料的合并可對中心腔82實(shí)現(xiàn)可變的燃料壓 力，從而導(dǎo)致燃料流過開孔84的可變的噴射率和進(jìn)入燃燒室22的可變的 貫入深度。
圖4示出燃料系統(tǒng)12的示例性工作。圖4將在下面的部分中討論以進(jìn) 一步敘述所公開的系統(tǒng)及其工作。
工業(yè)適用性
本發(fā)明的燃料系統(tǒng)可廣泛用于多種發(fā)動(dòng)機(jī)類型，例如包括柴油機(jī)、汽 油機(jī)和氣體燃料動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。所公開的燃料系統(tǒng)可在采用加壓燃料系統(tǒng)的 任意發(fā)動(dòng)機(jī)中實(shí)施，其中它在提供可變壓力的燃料供給方面是有利的?，F(xiàn) 在對燃料系統(tǒng)12的工作進(jìn)行說明。
針閥元件58可因由燃料壓力產(chǎn)生的力的不平衡而移動(dòng)。例如，當(dāng)針閥 元件58處于第一位置或開孔阻擋位置時(shí)，來自燃料供給通路74的加壓燃 料可流入控制室72以作用在液壓表面98上。同時(shí)，來自燃料進(jìn)給通路74 的加壓燃料可流入中心腔70和82以待噴射。彈簧88的力結(jié)合在液壓表面 98上產(chǎn)生的液壓力可大于在液壓表面IOO上產(chǎn)生的反向力，從而使針閥元 件58保持在第一位置而限制燃料流過開孔84。為了打開開孔84并將加壓 燃料從中心腔82噴入燃燒室22，第一電磁致動(dòng)器60可移動(dòng)其相關(guān)聯(lián)的閥 元件，以選擇性地將加壓燃料從控制室72和液壓表面98排出。作用在液 壓表面98上的壓力的這種減小可允許作用在液壓表面100上的反向力克服 彈簧88的偏壓力，從而使針閥元件58朝開孔打開位置移動(dòng)。
為了關(guān)閉開孔84并終止燃料向燃燒室22的噴射，可使第二電磁致動(dòng)器62通電。特別地，隨著與第二電磁致動(dòng)器62相關(guān)聯(lián)的閥元件被推向流 動(dòng)阻止位置，來自控制室72的流體被阻止向燃料箱28排出。由于加壓流 體經(jīng)受限的供給通路80持續(xù)地供給到控制室72，因而當(dāng)經(jīng)控制通路76的 排出被阻止時(shí)在控制室72中壓力快速上升。控制室72中升高了的壓力結(jié) 合彈簧88的偏壓力可克服作用在液壓表面100上的反向力，以迫使針閥元 件58朝關(guān)閉位置移動(dòng)。可設(shè)想，在必要時(shí)可省去第二電磁致動(dòng)器62，并 均使用第一電磁致動(dòng)器60來起動(dòng)針閥元件58的打開和關(guān)閉運(yùn)動(dòng)。
壓力控制裝置102可影響供給到中心腔70和82并噴入燃燒室22的燃 料的壓力。具體地，響應(yīng)于加在致動(dòng)器104的壓電晶體上的電流，致動(dòng)器 104可影響閥元件106 (見圖2)和108 (見圖3)的運(yùn)動(dòng)，以增加或減少 從第二共軌37流入燃料噴射器32的加壓燃料的量。對于圖2的實(shí)施例， 致動(dòng)器104的運(yùn)動(dòng)也可同時(shí)控制從第一共軌34流入燃料噴射器32的加壓 燃料的量。與之相對，對于圖3的實(shí)施例，閥元件110可被獨(dú)立地控制， 以改變從第一共軌34流入燃料噴射器32的燃料的流量。
這種來自第一和第二共軌34、 37的燃料的流量變化可直接影響中心腔 70和82內(nèi)的燃料壓力。例如，加在致動(dòng)器104上的電流增大會(huì)導(dǎo)致來自 第二共軌37的加壓燃料的流量增大，并在中心腔70和82內(nèi)產(chǎn)生更高的燃 料壓力。相反，加在致動(dòng)器104上的電流減小會(huì)導(dǎo)致來自第二共軌37的加 壓燃料的流量減小，并在中心腔70和82內(nèi)產(chǎn)生更低的燃料壓力。對于圖 2，來自第二共軌37的加壓燃料的流量變化可同時(shí)對應(yīng)于來自第一共軌34 的加壓燃料的流量的反向變化。對于圖3，來自第一共軌34的加壓燃料的 流量可通過電》茲致動(dòng)的閥元件IIO獨(dú)立地控制。
供給到中心腔72和80并噴入燃燒室22的燃料的壓力可在單個(gè)噴射循 環(huán)(例如，在活塞18的四個(gè)沖程期間進(jìn)行的噴射循環(huán))的整個(gè)過程中或甚 至于單個(gè)噴射動(dòng)作期間改變。具體地，如圖4所示，第一曲線112可表示 在單個(gè)噴射循環(huán)內(nèi)閥元件106的比例運(yùn)動(dòng)。第二曲線114可表示在噴射循 環(huán)中進(jìn)行的各種噴射動(dòng)作。第三曲線116可表示在噴射循環(huán)中的一系列噴 射動(dòng)作期間所噴射的燃料的壓力。從第一和第二曲線114、 116中可見，在活塞18到達(dá)上死點(diǎn)(TDC)之前示出為燃料以第一壓力進(jìn)行了兩次預(yù)噴 射(引燃噴射，pilot injection ),在活塞18到達(dá)TDC后不久示出為燃料 以第二壓力進(jìn)行了三次主噴射，并且隨后在活塞18的下行沖程中示出為燃 料以第三壓力進(jìn)行了一次后噴射。
通過比較第一曲線112和第三曲線116可見，閥元件106或108的運(yùn) 動(dòng)可影響單個(gè)噴射動(dòng)作的壓力。具體地，當(dāng)閥元件106或108處于第一位 置時(shí)，噴射動(dòng)作的壓力與來自燃料泵送機(jī)構(gòu)30a的第一燃料流的壓力相同 (例如，約100MPa)。當(dāng)閥元件106或108處于第二位置時(shí)，噴射動(dòng)作 的壓力與來自燃料泵送機(jī)構(gòu)30b的第二燃料流的壓力相同(例如，約200 MPa)。當(dāng)閥元件106或108處于第一位置和第二位置之間的位置時(shí)，噴 射動(dòng)作的壓力為合并后的壓力水平(例如，100至200 MPa之間)。與第 三曲線116相關(guān)的虛線118示出在第一和第二位置之間移動(dòng)的閥元件106 的速度的影響。應(yīng)注意，在圖3中所示的噴射動(dòng)作僅僅是示例性的，可在 相對于活塞18的運(yùn)動(dòng)的任意適當(dāng)?shù)恼龝r(shí)進(jìn)行任意次數(shù)的噴射。還可設(shè)想， 由第二曲線114示出的相對壓力大小可根據(jù)需要而改變。
由于燃料系統(tǒng)12可通過按比例地合并兩種不同的加壓燃料流而改變 所噴射燃料的壓力，因而可用于噴射的不同燃料壓力水平的數(shù)量可以是無 限的。特別地，燃料系統(tǒng)12不限于特定的預(yù)定壓力水平。所噴射燃料的壓 力的這種靈活性可將燃料系統(tǒng)12的使用擴(kuò)展到各種不同的應(yīng)用，以及擴(kuò)展 發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作范圍和效率。此外，這種靈活性可在更寬范圍的工作狀況 下符合排放標(biāo)準(zhǔn)。
此外，由于燃料系統(tǒng)12可通過最少的附加部件改變所噴射燃料的壓 力，所以燃料系統(tǒng)12的復(fù)雜度和成本低。具體地，添加壓力控制裝置102 只會(huì)向燃料系統(tǒng)12增加很小的復(fù)雜度或成本。
本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然清楚，可對本發(fā)明的燃料系統(tǒng)作出各種修改和變 型而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。鑒于本說明書和對本文中所公開的燃料系統(tǒng) 的實(shí)踐，其它實(shí)施方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也是顯而易見的。本說明 書和示例應(yīng)被認(rèn)為僅僅是示例性的，本發(fā)明的真正范圍由所附權(quán)利要求及其等同物來限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的燃料系統(tǒng)(12)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有至少一個(gè)燃燒室(22)，所述燃料系統(tǒng)包括燃料噴射器(32)；處于第一壓力的第一燃料源(30a)；處于第二壓力的第二燃料源(30b)；和設(shè)置在所述燃料噴射器與所述第一和第二源之間的壓力控制裝置(102)，該壓力控制裝置構(gòu)造成將處于所述第一壓力的燃料和處于所述第二壓力的燃料選擇性地引導(dǎo)至所述燃料噴射器以噴入所述至少一個(gè)燃燒室。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力控制裝 置還構(gòu)造成將處于所述第一壓力的燃料與處于所述第二壓力的燃料選擇性地合并；并且將合并后的燃料選擇性地引導(dǎo)至所述燃料噴射器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于， 所述壓力控制裝置包括與所述第一和第二源連通的比例閥元件(106);并且所述比例閥元件可在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置 只有處于所述第一壓力的燃料被引導(dǎo)至所述燃料噴射器，在所述第二位置 只有處于所述第二壓力的燃料4皮引導(dǎo)至所述燃料噴射器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二壓力約為所述第一壓力的兩倍；并且 所述比例閥元件朝所述第 一位置被彈性偏壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于， 所述壓力控制裝置包括與所述第一源連通的第一閥元件(108);和與所述第二源連通的第二閥元件(110);所述第一閥元件是可在將來自所述第二源的加壓燃料引導(dǎo)至所述燃料 噴射器的第一位置和阻止來自所述第二源的加壓燃料進(jìn)入所述燃料噴射器 的第二位置之間運(yùn)動(dòng)的比例閥元件；所述第二閥元件是可從將來自所述第一源的加壓流體引導(dǎo)至所述燃料 噴射器的第一位置運(yùn)動(dòng)到阻止來自所述笫一源的加壓燃料進(jìn)入所述燃料噴 射器的第二位置的雙位閥元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力控制裝 置包括壓電致動(dòng)器(104)。
7. —種向發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的燃燒室(22)噴射燃料的方法，包括 將燃料加壓至第一壓力；將燃料加壓至第二壓力；和將處于所述第 一壓力的燃料和處于所述第二壓力的燃料選擇性地？ 1導(dǎo) 至燃料噴射器(32)以噴入所述燃燒室。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括 將處于所述第一壓力的燃料與處于所述第二壓力的燃料選擇性地合并；和將合并后的燃料選擇性地引導(dǎo)至所述燃料噴射器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括 在預(yù)噴射動(dòng)作期間將燃料以所述第 一壓力噴入所述燃燒室； 在主噴射動(dòng)作期間將燃料以所述第二壓力噴入所述燃燒室；在后噴射動(dòng)作期間將燃料以第三壓力噴入所述燃燒室，其中所述第三 壓力大于所述第一壓力，但小于所述第二壓力。
10. —種工作機(jī)械(5 )，包括構(gòu)造成產(chǎn)生動(dòng)力輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)(10)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有至少一個(gè)燃燒 室(22);和構(gòu)造成將燃料噴入所述至少一個(gè)燃燒室的根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一 項(xiàng)所述的燃料系統(tǒng)(12)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于工作機(jī)械(5)的燃料系統(tǒng)(12)。所述燃料系統(tǒng)具有燃料噴射器(32)、處于第一壓力的第一燃料源(30a)、處于第二壓力的第二燃料源(30b)和壓力控制裝置(102)。所述壓力控制裝置設(shè)置在所述燃料噴射器與所述第一和第二源之間。所述壓力控制裝置構(gòu)造成將處于第一壓力的燃料和處于第二壓力的燃料選擇性地引導(dǎo)至所述燃料噴射器。
文檔編號(hào)F02M63/02GK101305180SQ200680041926
公開日2008年11月12日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者D·H·吉布森, J·孫, M·F·索馬斯 申請人:卡特彼勒公司