專利名稱：用于機車發(fā)動機的共軌燃料系統(tǒng)的制作方法
用于機車發(fā)動機的共軌燃料系統(tǒng)技術領域本發(fā)一般涉及鐵路機車領域，且更一般涉及用于鐵路機車的柴油發(fā)動機 的共軌燃料系統(tǒng)。
背景技術：
燃料噴射系統(tǒng)被廣泛地用在內(nèi)燃機上，包括用于汽車、卡車、船舶和固 定發(fā)動機的火花點火發(fā)動機和壓縮點火(柴油)發(fā)動機。 一個這樣的燃料噴射系統(tǒng)被描述于美國專利6357421中。共軌燃料系統(tǒng)使用燃料蓄能器(軌道), 其被一個或多個高壓燃料泵保持高壓(典型地1600-2000bar)。與發(fā)動機汽 缸相連的燃料噴射器從燃料軌道接收燃料，燃料的傳輸被設置在燃料軌道和 噴嘴之間的電磁閥控制。美國專利5394851描述了通常使用在本受讓人提供的鐵路機車的大排 量、渦輪增壓的、中速柴油發(fā)動機上的燃料噴射系統(tǒng)。這樣的發(fā)動機包括多 個組合動力配件，每個包括汽缸、汽缸頭、凸輪驅(qū)動的進氣門和排氣門和燃 料噴射系統(tǒng)，該燃料噴射系統(tǒng)包括燃料泵、燃料噴射控制電磁線圈和燃料噴 嘴。每個燃料泵被位于各自的發(fā)動機凸輪軸上的燃料凸起驅(qū)動。


圖1是合并有共軌燃料噴射裝置的多汽缸柴油機車發(fā)動機的示意圖 圖2是使用在圖1的發(fā)動機中的凸輪軸的透視圖本發(fā)明的詳細說明本發(fā)明人已認識到與使用高壓共軌燃料系統(tǒng)相聯(lián)系的某些好處，該系統(tǒng) 用于把燃料傳輸?shù)綑C車應用中的多汽缸柴油發(fā)動機。這樣的好處來自于比其 它系統(tǒng)更精確和靈活地控制燃料傳輸?shù)矫總€汽缸的能力。然而，本發(fā)明人還 認識到現(xiàn)有技術的共軌燃料系統(tǒng)的某些限制，其對于機車應用是特別有問題 的。例如，燃料軌道通常被定位靠近其相聯(lián)系的汽缸，以最小化在燃料噴嘴處的燃料壓力波動。對于包括兩排汽缸的發(fā)動機，例如對于機車發(fā)動機是常 見的，兩個單獨的軌道被典型地設置，以獨立地供應燃料到兩排汽缸，如在美國專利5133645中所示的。在不能供應到兩排汽缸的任一個的情況下，這 樣的發(fā)動機的一半汽缸不起作用，其還不被認為是現(xiàn)有技術的卡車應用中的 重要問題。然而，用于機車應用的已知的共軌燃料系統(tǒng)的應用將使機車易進 入故障模式，其可由于發(fā)動機不能提供足夠的動力以保持列車沿傾斜的軌道 運動而使列車不能使用。這樣的故障模式在軌道工業(yè)中是高度不受歡迎的。圖1圖示了改進的燃料噴射裝置1,其有促進了在多排、多汽缸、柴油 機車發(fā)動機應用中的共軌供油技術的好處的開發(fā)。圖1是包括12個汽缸12 的機車發(fā)動機10的示意圖。每個汽缸12可以是動力組件的部分，該組件包 括汽缸、汽缸頭、活塞、進氣門和排氣門和燃料流動控制裝置14。燃料流動 控制裝置14包括燃料噴嘴和控制燃料到燃料噴嘴的傳輸?shù)碾姶砰y。汽缸12 被分成左排16和右排18。術語左排和右排作為發(fā)動機命名慣例通常在發(fā)動 機技術中使用，而不應在此處構成限制。燃料噴射裝置左排共同燃料軌道20被設置在左排汽缸16附近且右排共 同燃料軌道22被設置在右排汽缸18附近。軌道20、 22被有利地如同實際 一樣地定位靠近汽缸12,因此從各軌道20、 22傳輸高壓燃料到流動控制裝 置14的高壓燃料供應管線24被保持如同實際一樣短。低壓燃料供應26包 括包含燃料30供應的燃料箱28,及低壓燃料泵32，該泵將燃料30從油箱 28穿過流量控制閥36傳輸?shù)揭粋€或多個高壓燃料泵34。燃料軌道20、 22 中的壓力通過使用任意已知的閉環(huán)控制裝置(未示出)控制燃料30穿過閥 36的傳輸而被保持在需要的壓力范圍。有利地，流體橫向連接件38被設置，以在左排共軌20和右排共軌22 之間傳輸燃料30。雖然其它裝置可被設想在其它實施例中，圖l的3個高壓 泵34都被設置靠近左共軌20且被連接，以經(jīng)由高壓供應管線40提供燃料 到左共軌20。本領域技術人員可認識到， 一個或多個高壓泵34可被設置在 其它應用中，以傳輸燃料30到右共軌22。例如，在一個V-16柴油發(fā)動機應 用中，兩個高壓燃料泵可被用于提供燃料到左軌道及兩個高壓燃料泵可被用 于提供燃料到右軌道。在圖l的實施例中，高壓燃料經(jīng)由橫向連接件38被 從左共軌20提供到右共軌22。其它實施例可具有超過一個在燃料軌道之間 的流體橫向連接，如希望優(yōu)化燃料噴射裝置1的機械和流體設計時。多個高壓泵34和流體橫向連接件38協(xié)同使得在其中一個高壓泵34出現(xiàn)故障的情 況下，所有的汽缸12的燃料30的傳輸能夠連續(xù)進行。橫向連接件38的位 置被示意性地示出在圖1中，且本領域技術人員可認識到，其在其它實施例 中可被更靠近高壓泵34定位。圖1的燃料噴射裝置1可被設計用于提供連續(xù)的全功率運行，或其中一 個高壓泵34不起作用時的選擇的降低功率水平的運行。例如，每個高壓泵 34的流量可被選擇為全功率運行時發(fā)動機燃料總流量需求的約50%。如此， 如果三個高壓燃料泵34中的一個失靈，剩余的兩個運行的泵34保持提供滿 燃料流量到全功率運行條件下的所有汽缸12的能力。由于橫向連接件38的 功能，通過全部提供燃料到僅左軌20的高壓泵34，該能力存在，如圖所示， 或如一個、兩個或三個高壓泵34提供燃料30到右軌22內(nèi)的其它實施例。圖1的燃料噴射裝置可被安裝做為新發(fā)動機IO上的原裝置，或其可被 后安裝進已存在的發(fā)動機中，其原先使用例如美國專利5394851中所示的燃 料噴射裝置。這樣的現(xiàn)有技術的系統(tǒng)包括安裝在發(fā)動機的每個動力組件單元 的支架(安裝托架)上的凸輪驅(qū)動的機械燃料泵。當改動這樣的12汽缸發(fā) 動機以包括圖1的改進的燃料噴射裝置1時，12個原來的燃料泵被去除且三 個高壓燃料泵34在三個原來的泵的位置被安裝在各自的支架上。穿過沒有 接收高壓泵34的支架的開口可能需要密封。對于高壓泵34被安裝的那排汽 缸12，例如圖1的左排16,凸輪軸的設計可能需要變化。 一些原來的凸輪 部分可被使用在改動的發(fā)動機中。本發(fā)明人已創(chuàng)新性地開發(fā)凸輪軸設計中的 改變的需求，以進一步拓展本燃料噴射裝置1的優(yōu)點，如參考圖2的下面的 段落中的更全面的描述。圖2是可用在圖1的發(fā)動機10的一個實施例中的凸輪軸50、 52的透視 圖。左凸輪軸50與汽缸12的左排16協(xié)同使用，且右凸輪軸52與汽缸12 的右排18協(xié)同使用。每個凸輪軸50、 52包括位于驅(qū)動端58的傳動齒輪54、 56和相對的惰輪端60。扭矩從驅(qū)動齒輪54、 56被傳遞，以提供機械能量到 各自的氣門凸起62,以推動每個動力組件的進氣門和排氣門(未示出)。扭 矩還被從驅(qū)動齒輪54傳遞，以提供機械能量到各自的燃料凸起，以驅(qū)動各 自的高壓燃料泵34。凸輪軸50、 52通過連接多個凸輪段而被裝配，每個凸 輪段被與發(fā)動機10的一個汽缸12/動力組件相聯(lián)系。左凸輪軸50包括凸輪 段50a、 50b、 50c、 50d、 50e和50f。每個凸輪段包括氣門凸起62，用于各自的動力組件的進氣門和排氣門。該凸輪段可選擇地包括燃料凸起64或不 包括燃料凸起64。圖1的凸輪段50a、 50b和50c包括燃料凸起64。凸起64 可被相對于彼此成角度地設置，例如在一個實施例中成40度角，以提供更 恒定的燃料供應壓力到燃料軌道20。有利地，包括燃料凸起64的每個段50a、 50b和50c被定位靠近凸輪軸50的驅(qū)動端58,且沒有不包括燃料凸起的凸 輪段被定位在驅(qū)動齒輪54和包括燃料凸起64的任意段之間。因此，最靠近 凸輪軸50的齒輪驅(qū)動端58的相鄰的段可包括燃料凸起64，且離齒輪驅(qū)動端 58最遠的相鄰的段不包括燃料凸起64。如此，通過不包括燃料凸起64的段 50d、 50e和50f傳遞的扭矩數(shù)值小于通過包括燃料凸起64的凸輪段50a、 50b燃料凸起的段小的負載能力。這可以通過設計它們具有較d、的軸直徑或使用 強度數(shù)值(如拉伸或剪切強度)比包括燃料凸起的凸輪段的材料的對應的強 度數(shù)值低的材料來實現(xiàn)。因此，制造不包括燃料凸起的段的成本可低于制造 包括燃料凸起的段的成本和/或低于包括燃料凸起的現(xiàn)有技術的凸輪軸段的 成本。對于使用圖1的實施例的后安裝應用，原來的右凸輪軸可被留在原位， 且僅僅與泵相連的左凸輪軸的凸輪段需要被替換，以裝配圖2的凸輪軸50。雖然本發(fā)明的各種實施例已被于此示出和描述，顯而易見的是，這樣的 實施例僅做為例子提供。各種變化、改變和置換可被做出而不離開本發(fā)明。 因此，本發(fā)明僅被所附的權利要求書的精神和范圍限定。
權利要求
1.用于多汽缸柴油機車發(fā)動機的燃料噴射裝置，該發(fā)動機包括左排汽缸和右排汽缸，所述燃料噴射裝置包括被設置靠近所述左排汽缸的左排共軌；被設置靠近所述右排汽缸的右排共軌；低壓燃料供應；多個高壓燃料泵，其接收來自所述低壓燃料供應的的低壓燃料，且提供高壓燃料到至少所述左排共軌和右排共軌中的一個；流體橫向連接件，用于在所述左排共軌和右排共軌之間傳遞燃料；每個所述左排汽缸經(jīng)由各自的燃料噴射控制裝置接收來自所述左排共軌的燃料；和每個所述右排汽缸經(jīng)由各自的燃料噴射控制裝置接收來自所述右排共軌的燃料；所述多個高壓泵和所述流體橫向連接件一起使得在一個所述高壓泵出現(xiàn)故障的情況下，所有的汽缸的燃料傳輸能夠連續(xù)進行。
2. 如權利要求1所述的燃料噴射裝置，還包括與每排汽缸相聯(lián)系的凸輪軸，每個凸輪軸包括多個相鄰段，所述相鄰段 從齒輪驅(qū)動端延伸到各自的凸輪軸的相對的惰輪端，每個凸輪軸段可選擇地 包括或不包括燃料凸起；每個高壓泵被設置在各自的一個所述凸輪軸段上的各自的燃料凸起驅(qū)動；沒有不包括燃料凸起的凸輪軸段被設置在各自的凸輪軸的各自的齒輪 驅(qū)動端和包括該各自凸輪軸的燃料凸起的凸輪軸段之間，使得通過不包括燃 料凸起的所述凸輪軸段傳遞的扭矩數(shù)值小于通過包括燃料凸起的所述凸輪 軸段傳遞的扭矩數(shù)值。
3. 如權利要求2所述的燃料噴射裝置，還包括不包括燃料凸起的凸輪 軸段，其包括小于包括燃料凸起的凸輪軸段的軸直徑的軸直徑。
4. 如權利要求2所述的燃料噴射裝置，還包括不包括燃料凸起的凸輪 軸段，其包括強度數(shù)值低于包括燃料凸起的凸輪軸段的材料的對應強度數(shù)值的材料。
5. 如權利要求2所述的燃料噴射裝置，還包括所有的包括燃料凸起的 凸輪軸段，其靠近第一凸輪軸的所述齒輪驅(qū)動端，且第二凸輪軸不包括包括 有燃料凸起的凸輪軸段。
6. 如權利要求1所述的燃料噴射裝置，其被使用在柴油機車發(fā)動機上， 該發(fā)動機包括六個左排汽缸和六個右排汽缸，所述燃料噴射裝置還包括三個高壓泵，其接收來自所述低壓燃料供應的低壓燃料，且提供高壓燃 料到所述左排共軌和所述右排共軌中的至少 一個；和所述三個高壓泵具有一尺寸，使得所述高壓泵的任意兩個能保持發(fā)動機 在第三高壓泵不起作用的情況下處于全功率。
7. 如權利要求6所述的燃料噴射裝置，還包括與左排和右排汽缸的第一個相聯(lián)系的第 一凸輪軸，所述第 一凸輪軸包括 從所述第一凸輪軸的齒輪驅(qū)動端延伸到所述第一凸輪軸的相對的惰輪端的 六個鄰接的段，最靠近所述第一凸輪軸的齒輪驅(qū)動端的三個鄰接的段每個包 括燃料凸起，且離該第一凸輪軸的齒輪驅(qū)動端最遠的所述三個鄰接段不包括 燃料凸起；和與左排和右排汽缸的第二個相聯(lián)系的第二凸輪軸，所述第二凸輪軸包括 從所述第二凸輪軸的齒輪驅(qū)動端延伸到所述第二凸輪軸的相對的惰輪端的 六個鄰接的段，所述第二凸輪軸的所述段不包括燃料凸起。
8. 如權利要求6所述的燃料噴射裝置，還包括不包括燃料凸起的凸輪軸 段，所述凸輪軸段包括小于包括燃料凸起的凸輪軸段的軸直徑的軸直徑。
9. 如權利要求6所述的燃料噴射裝置，還包括不包括燃料凸起的凸輪軸 段，所述凸輪軸段包括強度數(shù)值小于包括燃料凸起的凸輪軸段的材料的對應 強度的材料。
10. 內(nèi)燃才幾，包4舌第一排汽缸； 第二排氣缸；靠近所述第 一排汽缸設置的第 一共軌； 靠近所述第二排汽缸設置的第二共軌； 低壓燃料供應；多個高壓燃料泵，其接收來自所述低壓燃料供應的低壓燃料且提供高壓燃料到所述第 一共軌和第二共軌中的至少 一個；與所述第一排的每個汽缸相聯(lián)系的燃料流動控制裝置，用于控制從所述 第 一共軌到所述第 一排的各自汽缸的燃料的流動；與所述第二排的每個汽缸相聯(lián)系的燃料流動控制裝置，用于控制從所述 第二共軌到所述第二排的各自汽缸的燃料的流動；流體橫向連接件，用于在所述第一共軌和所述第二共軌之間傳送燃料。
11. 如權利要求IO所述的發(fā)動機，還包括所有的傳送燃料到所述第一共 軌的高壓泵和從所述第一共軌傳送燃料到所述第二共軌的所述流體橫向連 接件。
12. 如權利要求IO所述的發(fā)動機，還包括與所述第一排汽缸相聯(lián)系的第 一凸輪軸，包括從驅(qū)動端延伸到惰輪端的 多個鄰接的段；與所述第二排汽缸相聯(lián)系的第二凸輪軸，包括從驅(qū)動端延伸到惰輪端的 多個鄰接的段；第一組的段，其每個段包括用于驅(qū)動各自的高壓泵的燃料凸起，且每個 傳遞第一數(shù)值的扭矩；第二組的段，其不包括用于燃料凸起，且每個段傳遞比第一數(shù)值小的第 二數(shù)值的扭矩。
13. 如權利要求12所述的發(fā)動機，其中所述第二組的段的每個包括小于 所述第一組的段的軸直徑的軸直徑。
14. 如權利要求12所述的發(fā)動機，其中所述第二組的段的每個包括強度 數(shù)值低于所述第一組的段的對應的強度數(shù)值的材料。
15. 改進多排、多汽缸、柴油機車發(fā)動機以使用共軌燃料裝置的方法， 該方法包括靠近所述發(fā)動機的每個排安裝共軌；安裝至少一個高壓燃料泵，用于傳輸高壓燃料到所述共軌的第一個； 在所述共軌之間安裝流體橫向連接件，用于把高壓燃料從所述共軌的第一個傳輸?shù)剿龉曹壍牡诙€；從靠近各自的排的汽缸的共軌傳輸高壓燃料到與所述發(fā)動機每個各自的汽缸相聯(lián)系的燃料噴射控制裝置。
16. 如權利要求15所述的方法，還包括提供多個高壓燃料泵，以傳輸高壓燃料到所述共軌中的至少 一個； 選擇所述多個高壓燃料泵的每個的能力，使得所述發(fā)動機在所述多個高壓燃料泵的一個不起作用時能通過提供燃料到所有汽缸而產(chǎn)生選擇的動力水平。
17. 如權利要求16所述的方法，還包括 靠近一排汽缸安裝所有的所述高壓燃料泵；用替換凸輪軸替換所述發(fā)動機的兩個原來的凸輪軸中的一個，該替換凸 輪軸包括位于驅(qū)動端的鄰接的段，每個段包括燃料凸起用于驅(qū)動各自的一個 所述高壓燃料泵；和不替換所述兩個原來的凸輪軸的第二個。
18. 如權利要求15所述的方法，還包括用替換凸輪軸替換所述發(fā)動機的 原來的凸輪軸，所述替換凸輪軸包括位于驅(qū)動端的第一段，所述段包括燃料 凸起用于驅(qū)動所述高壓燃料泵。
19. 如權利要求17所述的方法，還包括用所述驅(qū)動端的第一段和位于與 所述驅(qū)動端相對的惰輪端的第二段形成所述替換凸輪軸，所述第一段包括第 一軸直徑且所述第二段具有比所述第 一軸直徑小的第二軸直徑。
20. 如權利要求17所述的方法，還包括用所述驅(qū)動端的第一段和位于與 所述驅(qū)動端相對的惰輪端的第二段形成所述替換凸輪軸，所述第一段包括第 一強度數(shù)值的第 一材料且所述第二段具有比所述第 一強度數(shù)值低的第二強 度數(shù)值的第二材料。
全文摘要
用于多排、柴油機車發(fā)動機(10)的共軌燃料噴射裝置(1)。共軌(20，22)被設置靠近發(fā)動機汽缸(12)的每一排(20，22)，以提供高壓燃料(30)到與各自的每個汽缸相聯(lián)系的燃料流動控制裝置(14)。多個高壓燃料泵(34)提供高壓燃料到至少一個共軌。流體橫向連接件(38)被設置，以在兩個共軌之間傳輸高壓燃料，由此在一個高壓燃料泵故障的情況下提供連續(xù)的燃料到所有汽缸。高壓燃料泵被位于靠近凸輪軸(50)的齒輪驅(qū)動端(58)的凸輪軸段(50a，50b，50c)上的燃料凸起(64)驅(qū)動?？拷馆嗇S的惰輪端(60)的凸輪軸段(50d，50e，50f)傳遞的扭矩負荷低于具有燃料凸起的那些段傳遞的扭矩負荷且可由較低強度材料形成或可具有較小軸直徑。
文檔編號F02M55/02GK101223351SQ200680025616
公開日2008年7月16日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權日2005年7月14日
發(fā)明者喬斯·M·卡薩比安卡, 埃里克·R·迪倫, 肖恩·M·加拉格爾 申請人:通用電氣公司