專利名稱：利用包括具有共同構(gòu)件的泵和軌道組件的共軌燃料系統(tǒng)的發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及共軌燃料系統(tǒng)，且更具體地涉及用于某些發(fā)動機的帶有可互換構(gòu)件的泵和軌道組件。
背景技術(shù)：
發(fā)動機制造商不斷尋求降低成本的方式。一種可能的降低成本的方式可以是利用共同的可互換構(gòu)件來產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟。然而，當(dāng)潛在的發(fā)動機應(yīng)用的范圍極寬時，這種策略尤其會是有問題的。例如，Peoria Illinois的卡特彼勒公司制造從小至4. 4升四缸發(fā)動機到106升20缸發(fā)動機和更大型的發(fā)動機的寬范圍壓燃式發(fā)動機。盡管這些發(fā)動機的尺寸、形狀、構(gòu)型和許多構(gòu)件彼此不同，但它們擁有某些共同特征。這些共同特征尤其是使用相 同類型的蒸餾柴油燃料，并且發(fā)動機的共同點在于燃料系統(tǒng)代表發(fā)動機的大部分成本的事實。這些共同方面意味著獲得潛在地為寬范圍的發(fā)動機利用燃料系統(tǒng)中的共同構(gòu)件的方式的機會。本發(fā)明針對上述問題中的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，一種泵和軌道組件包括限定多個套管座(quill seat)的泵。輸出軌道也限定多個套管座。多個套管中的每一個都具有與泵的套管座接觸的一個端部和與輸出軌道的套管座接觸的相對端部。至少一個夾具定位成將套管壓緊在泵與輸出軌道之間。在另一方面，一種燃料系統(tǒng)包括帶有多個套管的泵和軌道組件、定位在泵殼體中的多個泵送元件、以及輸出軌道。第一噴射列(injection bank)包括與第一共軌流體連接的多個燃料噴射器。第二噴射列包括與第二共軌流體連接的多個燃料噴射器。第一和第二共軌中的每一者都與輸出軌道流體連接。在再另一個方面，多個發(fā)動機具有不同數(shù)量的氣缸但具有共同的構(gòu)件。多個第一發(fā)動機的每一個都具有數(shù)量小的氣缸和帶有第一泵和軌道組件的第一燃料系統(tǒng)。多個第二發(fā)動機的每一個都具有數(shù)量大的氣缸和帶有第二泵和軌道組件的第二燃料系統(tǒng)。第一和第二泵和軌道組件的每一者都包括多個套管、定位在泵殼體中的多個泵送元件、以及輸出軌道。用于第一和第二泵和軌道組件中的每一者的多個套管可互換但數(shù)量不同。用于第一和第二泵和軌道組件中的每一者的多個泵送元件可互換但數(shù)量不同。


圖I是某些發(fā)動機的示意圖；圖2是用于圖I中的發(fā)動機之一的燃料系統(tǒng)的示意圖；圖3是圖2的燃料系統(tǒng)的泵和軌道組件的側(cè)視剖面圖；圖4是貫穿圖3的泵和軌道組件的一個泵送元件的局部剖視圖；以及
圖5是在一個泵送元件之上的圖3的泵和軌道組件的一部分的分解圖。
具體實施例方式參照圖I，示出了不同的發(fā)動機示例。所有發(fā)動機都包括采用相似的泵和軌道組件的共軌燃料系統(tǒng)，但每個發(fā)動機的氣缸數(shù)都不同。具體地，該范圍的小端是發(fā)動機10，其中每一個發(fā)動機都包括四個氣缸、共軌12以及帶有兩個泵送元件的燃料和泵組件13。接下來是具有五個氣缸16的發(fā)動機15，該五個氣缸16接收來自共軌17的燃料，共軌17與也包括兩個泵送元件的泵和軌道組件18流體連接。接下來是發(fā)動機20，該發(fā)動機帶有六個氣缸21和接收來自包括三個泵送元件的泵和軌道組件23的加壓燃料的共軌22。接下來的發(fā)動機是采用V8構(gòu)型的發(fā)動機25，該發(fā)動機帶有四個氣缸26和連接至第一共軌29的一列以及連接至第二共軌28的第二組四個氣缸27。第一共軌29和第二共軌28與泵和軌道組件30流體連接，所述泵和軌道組件30除了包括四個泵送元件外類似于前述的泵和軌道組件。接下來是發(fā)動機32，該發(fā)動機包括采用V型構(gòu)型的十個氣缸，其中第一組五個氣缸33與第一 共軌34流體連接且第二組五個氣缸35與第二共軌36流體連接。第一共軌34和第二共軌36接收來自包括五個泵送元件的泵和軌道組件37的加壓燃料。接下來是發(fā)動機40，該發(fā)動機包括采用V型構(gòu)型的十二個氣缸，其中第一組六個氣缸41與第一共軌42流體連接且第二組六個氣缸43與第二共軌44流體連接。第一共軌42和第二共軌44接收來自包括成對地分組并且如圖所示成一直線布置的六個泵送元件的泵和軌道組件45的加壓燃料。接下來是采用V型構(gòu)型的十六氣缸發(fā)動機47，其中第一組八個氣缸中的一半接收來自第一共軌49的燃料且另一半接收來自共軌50的燃料。第二列八個氣缸具有接收來自第三共軌52的第一組四個氣缸和從第四共軌53接收燃料的第二組四個氣缸。第一共軌49、第二共軌50、第三共軌52和第四共軌53全部從泵和軌道組件54接收燃料，所述泵和軌道組件54包括成對地分組并成一直線布置的八個泵送元件。最后，二十氣缸發(fā)動機56包括第一列十個氣缸57，其中的每五個氣缸接收來自相應(yīng)的第一共軌58和第二共軌59的燃料。第二組十個氣缸60包括從相應(yīng)的第三共軌61和第四共軌62接收加壓燃料的兩組五個氣缸。第一共軌58、第二共軌59、第三共軌61和第四共軌62接收來自泵和軌道組件63的加壓燃料，所述泵和軌道組件63包括成對地分組并成一直線布置的十個泵送元件。用于圖I所示范圍的發(fā)動機的泵和軌道組件13、18、23、30、37、45、54和63可構(gòu)造成包括許多可互換的構(gòu)件，從而可為整個范圍的發(fā)動機帶來規(guī)模經(jīng)濟和相關(guān)的成本節(jié)省。下文說明與用于圖I所示的發(fā)動機的泵和軌道組件的可互換構(gòu)件有關(guān)的細(xì)節(jié)?，F(xiàn)參照圖2，燃料系統(tǒng)73將與圖I的十六氣缸發(fā)動機47相關(guān)。具體地，泵和軌道組件54包括泵75以及經(jīng)由相應(yīng)的高壓燃料管91和92與第一噴射列70和第二噴射列71流體連接的輸出軌道76。軌道49和52的入口與輸出軌道76的出口流體連接，而軌道50和53的入口分別與軌道49和52的出口連接。第一噴射列70包括帶有第一共軌49和第二共軌50，第一共軌49和第二共軌50的出口分別與四個燃料噴射器72流體連接。類似地，第二燃料噴射列71包括具有與第二組八個燃料噴射器72流體連接的出口的第三共軌52和第四共軌53。燃料系統(tǒng)73的運行由電子控制器65控制，所述電子控制器65經(jīng)由通信線81向第一噴射列的燃料噴射器72傳送控制信號，并經(jīng)由通信線82向第二噴射列71中的燃料噴射器72傳送控制信號。在該實施例中，電子控制器65通過控制輸出軌道76中的燃料壓力來控制共軌49、50、52和53中的燃料壓力。具體地，在該實施例中，泵75配備有入口節(jié)流閥95，該入口節(jié)流閥95經(jīng)由由電子控制器65產(chǎn)生并經(jīng)由通信線83傳送至入口節(jié)流閥95的控制命令來控制進入泵75中的燃料流量。電子控制器65可經(jīng)由軌道壓力傳感器79接收輸出軌道76中的壓力信息，所述軌道壓力傳感器79安裝在輸出軌道76的一個端部并經(jīng)由通信線80與電子控制器65通信。軌道壓力控制閥72可被附裝在輸出軌道76的相對端部，并且可包括經(jīng)由通信線78從電子控制器65接收控制命令的電致動器。燃料輸送泵67具有與儲罐流體連接的入口和與入口節(jié)流閥95流體連接的出口?，F(xiàn)參照圖3-5，更詳細(xì)地示出了用于圖2的燃料系統(tǒng)的泵和軌道組件54。泵和軌道組件54包括泵殼體100，泵殼體100帶有可操作地聯(lián)接至旋轉(zhuǎn)凸輪軸97的八個相同的可互換泵送元件94，所述凸輪軸97可由發(fā)動機以常規(guī)方式直接驅(qū)動。每個泵送元件的入口都與泵殼體100中的公共通廊流體連接，所述通廊經(jīng)由入口節(jié)流閥95被供給受控量的燃料。每個單獨的泵送元件94的出口都經(jīng)由單獨的套管84與輸出軌道76中的高壓空間103流體連接。每個泵送元件都包括響應(yīng)于凸輪軸97的旋轉(zhuǎn)被驅(qū)動而往復(fù)運動的活塞。套管84被壓緊在泵75的泵送元件94與輸出軌道76之間。具體地，輸出軌道包括多個套管座 108，該套管座108可采取常規(guī)圓錐形座的形式，并且每一個泵送元件94同樣包括出口套管座109，該出口套管座也可具有常規(guī)的截頂圓錐形。每個套管都可具有球形端部，包括與輸出軌道76的套管座108接觸的第一端部85和與一個泵送元件94的相應(yīng)套管座109接觸的第二球形端部86。通過凸輪經(jīng)由適當(dāng)?shù)膴A固策略將單獨的套管壓緊在套管座108和109之間來完成密封套管84的相應(yīng)端部，這在所示實施例中通過螺栓98完成。具體地，每個泵送元件94都包括泵送元件殼體112,該泵送元件殼體包括用于接納套管夾固螺栓98的四個螺紋開口。通過朝容納構(gòu)件101向上拉動相應(yīng)的泵送元件殼體112來完成夾固，如圖4和5中最佳所示。輸出軌道76定位在容納構(gòu)件101的泄漏收集腔106內(nèi)，所述泄漏收集腔106充當(dāng)泄漏容納容器。當(dāng)套管夾固螺栓98被擰緊時，泵送元件殼體112被向上拉引，以將輸出軌道76推靠在泄漏收集腔106的上部內(nèi)表面上。然后，進一步擰緊使套管84如圖4所示被壓緊在套管座108和109之間。泄漏容納容器101自身可經(jīng)由單獨的裝置諸如沿著泵殼體100的長度與每個泵送元件94相關(guān)的一對螺栓114被附裝到泵殼體100上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，圖I所示用于不同發(fā)動機的泵和軌道組件的不同之處主要在于所包括的泵送元件94的數(shù)量和套管89的數(shù)量、輸出軌道76的長度和相應(yīng)泵殼體00的尺寸。在其它方面，軌道壓力控制閥77、軌道壓力傳感器70和入口節(jié)流閥95以及套管84和單獨的泵送元件94跨整個系列的發(fā)動機全部可以互換。工業(yè)實用性本發(fā)明的泵和軌道組件方面可潛在地用于任何應(yīng)用中，但尤其潛在地應(yīng)用在用于壓燃式發(fā)動機的共軌燃料系統(tǒng)中。泵和軌道組件結(jié)構(gòu)還潛在地應(yīng)用于跨大范圍的發(fā)動機系列。具體地，用于不同尺寸的發(fā)動機的不同的泵和軌道組件的泵速率、泵送元件的數(shù)量和相關(guān)的套管的數(shù)量以及殼體的尺寸可以不同。泵和軌道組件可類似地使用可互換的套管、可互換的泵送元件、從不同長度的類似基材形成的輸出軌道，利用可互換的軌道壓力傳感器、軌道壓力控制閥以及甚至入口節(jié)流閥。通過跨許多不同尺寸的發(fā)動機應(yīng)用共同構(gòu)件，可預(yù)期降低產(chǎn)品成本和開發(fā)成本，并通過跨許多應(yīng)用調(diào)配共同的方案并通過在供應(yīng)鏈內(nèi)產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟和品質(zhì)而降低風(fēng)險。
對于許多四、五和六氣缸應(yīng)用而言，本發(fā)明的泵和軌道策略規(guī)定泵具有兩個或三個泵送元件，每個泵送元件都通過高壓管連接至單個高壓軌道。對于更大型的V型發(fā)動機應(yīng)用而言，該方案可能更加復(fù)雜。這些應(yīng)用中的燃料加注水平和氣缸數(shù)量需要更大的泵容量。為了實現(xiàn)這一點，高壓泵構(gòu)型選擇成具有從四個到十個的任何數(shù)量的泵送元件，視發(fā)動機構(gòu)型而定。對于V型構(gòu)型，兩個或四個外側(cè)高壓軌道均定位成一個或兩個都鄰近一組氣缸和它們相關(guān)的燃料噴射器。一個意味著經(jīng)由高壓管將高壓泵輸出連接至外側(cè)軌道。通過利用本發(fā)明的中間軌道(輸出軌道)概念，來自所有泵送元件的輸出首先被收集在中間軌道中，隨后經(jīng)由相連的高壓管流向適當(dāng)?shù)妮敵鲕壍溃缓笤诎l(fā)動機的點火次序序列中由燃料噴射器消耗。中間軌道也用作有效的液壓緩沖器，從而緩沖從高壓泵元件發(fā)出的壓力脈沖。它還減小了外側(cè)噴射器軌道之間Helmholtz共振和其它壓力波交互的趨勢。作為一個特定 示例，如果將圖2中所示的系統(tǒng)與四個泵送元件供應(yīng)共軌49和50且剩余四個泵送元件供應(yīng)共軌52和53的相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)進行比較，則根據(jù)可能的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)型，可以預(yù)期噴射器入口存在的軌道壓力的變化的減小潛在地從約30MPa下降至約20MPa。本發(fā)明的中間輸出軌道76也可用作用于降低堆疊公差的作用的裝置。在相對端部上具有球形座的短的可互換套管84可被用在輸出軌道36和泵送元件組件94中的互補圓錐形座108和109上，以提供所需的高壓密封。通過對泄漏容納容器101采用夾固策略，可捕獲所發(fā)生的任何泄漏并使其返回儲罐，符合海洋船級社(Marine ClassificationSociety)的規(guī)定。錐形接頭設(shè)計上所選擇的球體向泵送元件94和輸出軌道36上的座之間的水平面中的未對準(zhǔn)提供了良好的容差(tolerance)。關(guān)于圓錐形座108和109之間的豎直距離的差異，組件已被對準(zhǔn)使得包括四個螺栓98的套管夾具抵靠在套管84的一個端部上拉動單獨的泵送元件94，套管84的另一個端部抵靠在輸出軌道76中的錐體上，該錐體又推靠在泄漏容納容器101的內(nèi)壁上。這封閉了負(fù)載路徑并且提供了將每個泵送元件94密封于中間輸出軌道76上的所需的預(yù)加載。因此，整個中間軌道/容納容器/泵送元件子組件在每個泵送元件位置由兩個附裝螺栓114附裝在泵殼體100上，從而使得當(dāng)挺桿組件在它們響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)的凸輪軸97移動時，對施加至泵送元件94的活塞的負(fù)載作出反應(yīng)。輸出軌道76的任一個端部可用作用于軌道壓力控制閥77和軌道壓力傳感器79的連接點。在所示實施例中，示出了軌道壓力控制閥77與電子控制器65控制通信。本發(fā)明的該方面旨在容納低泄漏燃料噴射器72，該燃料噴射器可不漏流體使得軌道壓力的降低諸如發(fā)動機從高負(fù)載狀態(tài)降低到低負(fù)載狀態(tài)在未實際上從輸出軌道溢出一些燃料的情況下可能難以實現(xiàn)。因此，軌道壓力控制閥77的電子方面是可選的。另外，軌道壓力控制閥77可包括常規(guī)彈簧偏壓的過壓閥，該過壓閥在輸出軌道中的壓力超過系統(tǒng)的一定預(yù)定最大壓力的不太可能的事件中打開。泵和軌道組件13、18、23、30、37、45、54和63中的每一者都還可包括泵75內(nèi)的燃料與燃料通廊受控制的可互換入口節(jié)流閥95，以控制從泵75的輸出并因此控制輸出軌道76中的壓力。用于給定泵送軌道組件54的每一個泵送元件94都將從泵殼體100內(nèi)的公共燃料入口歧管抽吸燃料。因此，所示實施例具有不論用于給定的泵和軌道組件應(yīng)用的泵送元件的數(shù)量如何都采用單個入口節(jié)流閥95的優(yōu)點。不過，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可以采用替代的泵輸出控制策略，諸如與每個泵送元件相關(guān)的單獨的溢流閥。應(yīng)該理解，以上說明僅出于舉例說明的目的，絕非限制本發(fā)明的范圍。例如，對于V型構(gòu)型發(fā)動機25、32、40、47和56而言，泵送元件的總數(shù)量無需一定等于燃料噴射器的數(shù) 量。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，通過研究附圖、所公開的內(nèi)容以及所附的權(quán)利要求書，能得到本發(fā)明的其它方面。
權(quán)利要求
1.一種泵和軌道組件(13，18，23，30，37，45，54，63)，包括 限定多個套管座(109)的泵(75)； 限定多個套管座(108)的輸出軌道(76)； 多個套管(84 )，所述套管(84 )中的每ー個都具有與所述泵(75 )的套管座(109 )中的一個接觸的一個端部和與所述輸出軌道(76)的套管座(108)中的ー個接觸的相對端部； 定位成將所述多個套管(84)壓緊在所述泵(75)與所述輸出軌道(76)之間的至少ー個夾具(98)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵和軌道組件(13，18，23，30，37，45，54，63)，包括至少部分地限定泄漏收集腔(106)的泄漏容納容器(101);并且 所述輸出軌道(76)定位在所述泄漏收集腔(106)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的泵和軌道組件(13，18，23，30，37，45，54，63)，其中，所述泵(75)包括定位在泵殼體(100)中的多個泵送元件(94);并且 所述至少一個夾具包括分別定位成將所述套管(84)中的一個壓緊在所述泵送元件(94)中的ー個與所述輸出軌道(76)之間的多個套管夾具(98)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的泵和軌道組件(13，18，23，30，37，45，54，63)，包括附裝在所述輸出軌道(76)上的軌道壓力傳感器(79)； 附裝在所述輸出軌道(76 )上的電致動軌道壓カ控制閥(77 );以及 附裝在所述泵殼體(100)上的入口節(jié)流閥(95)。
5.ー種燃料系統(tǒng)(73)，包括 泵和軌道組件(54，63)，其包括多個套管(84)、定位在泵殼體(100)中的多個泵送元件(94)、以及輸出軌道(76)； 第一噴射列(70)，其包括與第一共軌(28，36，44，52，53，61，62)流體連接的多個燃料噴射器(72)； 第二噴射列(71 )，其包括與第二共軌(29，34，42，49，50，58，59)流體連接的多個燃料噴射器(72);并且 所述第一和第二共軌(12，17，22，28，29，34，36，42，44，49，50，52，53，58，59，61，62)中的每ー個都與所述輸出軌道(76)流體連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料系統(tǒng)(73)，包括 電子控制器(65); 軌道壓力控制閥(77)，其附裝在所述泵和軌道組件(30，37，45，54，63)上并與所述電子控制器(65)控制通信； 軌道壓力傳感器(79 )，其附裝在所述輸出軌道(76 )上并與所述電子控制器(65 )通信；以及 入口節(jié)流閥，其附裝在所述泵殼體(100)上并與所述電子控制器(65)控制通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料系統(tǒng)(73)，其中，所述軌道壓カ控制閥(77)附裝在所述輸出軌道(76)的一個端部上； 所述軌道壓カ傳感器(79)附裝在與所述軌道壓カ控制閥(77)相対的所述輸出軌道(76)的端部上；并且其中，泵送元件(94)的總數(shù)量等于所述第一噴射列(70)和所述第二噴射列(71)中的每ー者中的燃料噴射器(72)的總數(shù)量。
8.具有不同數(shù)量的氣缸(11，16，21，26，27，33，35，41，43，48，51，57，60)但具有共同構(gòu)件的多個發(fā)動機，包括 多個第一發(fā)動機，每個所述第一發(fā)動機都具有數(shù)量小的氣缸(11，16，21)和帶有第一泵和軌道組件(13，18，23)的第一燃料系統(tǒng)；多個第二發(fā)動機，每個所述第二發(fā)動機都具有數(shù)量大的氣缸(26，27，33，35，41，43，47，51，57，60)和帶有第二泵和軌道組件(30，37，45，54，63)的第二燃料系統(tǒng)； 所述第一和第二泵和軌道組件(13，18，23，30，37，45，54，63)的每ー個都包括多個套管(84)、定位在泵殼體(100)中的多個泵送元件(94)、以及輸出軌道(76)； 用于所述第一和第二泵和軌道組件(13,18, 23, 30, 37,45, 54,63)中的姆一者的所述多個套管(84)可互換但數(shù)量不同；并且 用于所述第一和第二泵和軌道組件(13)中的每ー者的所述多個泵送元件(94)可互換但數(shù)量不同。
9.ー種運行共軌(12，17，22，28，29，34，36，42，44，49，50，52，53，58，59，61，62)燃料系統(tǒng)的方法，所述方法包括 經(jīng)由與多個泵送元件(94)的単獨的流體連接對中間軌道(76)進行加壓； 緩沖所述泵送元件(94)與多個燃料噴射器(72)之間的壓力波，通過 經(jīng)由高壓燃料管(91，92 )從所述中間軌道(76 )向噴射器軌道(49，50，52，53 )供應(yīng)加壓燃料；以及 經(jīng)由単獨的分支通路從所述噴射器軌道向所述多個燃料噴射器(72 )供應(yīng)加壓燃料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述緩沖步驟包括 經(jīng)由第一和第二高壓燃料管(91，92)從所述中間軌道(76)分別向第一和第二噴射器軌道(49，50，52，53)供應(yīng)加壓燃料；以及 經(jīng)由單獨的分支通路分別從所述第一和第二噴射器軌道(49，50，52，53)向第一和第二多個燃料噴射器(72)供應(yīng)加壓燃料。
全文摘要
泵和軌道組件(54)包括被壓緊在泵(75)上的套管座(108，109)與輸出軌道(76)之間的多個套管(84)。軌道壓力控制閥(77)和軌道壓力傳感器(79)被附裝在輸出軌道(76)的相應(yīng)端部上。入口節(jié)流閥(95)被附裝在泵和軌道組件(54)的殼體(100)上。視應(yīng)用而定，輸出軌道(76)可向包括第一共軌(49，50)中的多個燃料噴射器(72)的第一噴射列(70)以及包括第二共軌(52，53)和多個燃料噴射器(72)的第二燃料噴射列供應(yīng)燃料。具有不同數(shù)量的氣缸(11，16，21，26，27，33，35，41，43，48，51，57，60)的不同發(fā)動機可使用相似的泵和軌道組件，每個所述泵和軌道組件都包括多個套管(84)、定位在泵殼體(100)中的多個泵送元件(94)以及輸出軌道(76)。用于每一個不同的發(fā)動機應(yīng)用的套管(84)可互換但數(shù)量不同。另外，每一個不同的發(fā)動機應(yīng)用的泵送元件(94)也可互換但數(shù)量不同。
文檔編號F02M61/14GK102782301SQ201180012538
公開日2012年11月14日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者S·F·謝弗, Z·李 申請人:卡特彼勒公司