具有泵送和过滤燃料模块的燃料系统以及用于该燃料系统的流壳体的制作方法

1.本发明总体上涉及一种用于内燃机的燃料系统，并且更具体地涉及一种集成了筒式过滤器和电驱动泵的燃料模块。


背景技术：

2.燃料系统可能是现代内燃机系统中最复杂和精密的部分。典型的燃料系统可以采用数十个或甚至数百个通常在高速下操作同时经受高绝对压力和快速压力变化的移动部件。在典型的柴油发动机燃料系统中，希望存储在箱中的燃料的压力显著增加，以便喷射到发动机的燃烧气缸中。在一些系统中，通过与多个燃料喷射器中的每一个相关联或集成到多个燃料喷射器中的每一个的专用单元泵来实现燃料加压。在其他系统中，维持加压的公共燃料储存器，以根据需要输送到燃料系统中的每个燃料喷射器。用于燃料输送和增压的这两种基本策略的各种组合和变化是公知的。
3.在任何燃料系统中，通常还期望限制部件之间的燃料流中的碎屑以防止损坏或性能退化，特别是对于泵和燃料喷射器而言。为此，大多数燃料系统配备有各种过滤装置，用于捕获在燃料供给被补充时引入的或通过燃料系统部件自身的操作而在原位产生的颗粒。在任何情况下，通常使用多个泵和多个过滤器，所述多个泵包括燃料输送泵和至少一个高压泵，所述多个过滤器需要各种管线、配件、壳体、安装硬件和用于支撑和包装部件以进行维护的其他设备。美国专利申请公开号20160333834提出了一种使用多个燃料喷射泵的低压燃料供应系统的示例。


技术实现要素：

4.在一个方面，一种用于发动机的燃料系统，包括：高压燃料回路，其具有高压泵，该高压泵具有用于与发动机上的齿轮系啮合的泵驱动齿轮；以及低压燃料回路，其包括低压泵，该低压泵具有泵电驱动马达并被构造成将燃料供给至高压燃料回路中以增压至喷射压力。低压燃料回路还包括第一筒式过滤器、第二筒式过滤器以及流壳体流壳体(flow housing)。流壳体形成燃料入口、通向高压燃料回路的燃料出口以及多个内部燃料导管。低压泵、第一筒式过滤器和第二筒式过滤器各自与流壳体直接密封地啮合，并且与多个内部燃料导管一起将燃料入口流体连接至燃料出口。
5.在另一方面，一种用于泵送和过滤内燃机的燃料系统中燃料的燃料模块，包括流壳体，该流壳体形成燃料入口和燃料出口，该燃料入口用于容纳燃料模块中待泵送和过滤的燃料。流壳体还形成输出泵端口(outgoing pump port)和输入泵端口(incoming pump port)、流体定位在该燃料入口与该输出泵端口之间的第一筒式接纳部(cartridge receptacle)以及流体定位在该输入泵端口与该燃料出口之间的第二筒式接纳部。燃料模块还包括第一筒式过滤器，其安装在该第一筒式接纳部中并且将燃料入口流体连接至输出泵端口；以及第二筒式过滤器，其安装在该第二筒式接纳部中并且将输入泵端口流体连接
至燃料出口。燃料模块还包括泵，其具有泵电驱动马达并且附接到流壳体上，使得该泵流体连接至输出泵端口和输入泵端口。
6.在又一方面，一种用于内燃机的燃料系统中的泵送和过滤燃料模块的流壳体包括流壳体本体，该流壳体本体包括具有泵
‑
壳体接口的泵侧，该泵
‑
壳体接口被构造成用于泵的无管线安装，并且包括平坦的泵安装表面、被平坦的泵安装表面围绕的输出泵端口和输入泵端口。泵壳体界面还包括形成在该流壳体本体中的多个螺栓孔，用于将该泵螺栓连接至流壳体本体上。流壳体本体还包括过滤器侧，该过滤器侧与泵侧相对，并且具有形成在其中的第一过滤器接纳部和第二过滤器接纳部中的每一个，第一过滤器接纳部被构造成容纳第一筒式过滤器，第二过滤器接纳部被构造成容纳第二筒式过滤器。流壳体本体还形成燃料入口、燃料出口以及多个内部燃料导管，该燃料入口用于容纳在泵送和过滤燃料模块中待泵送和过滤的燃料。多个内部燃料导管形成在燃料入口和燃料出口之间延伸的分离的燃料流动路径，并且在泵
‑
壳体接口、第一过滤器接纳部和第二过滤器接纳部处中断，使得在安装泵、第一筒式过滤器和第二筒式过滤器时，燃料流动路径是连续的。
附图说明
7.图1是根据一个实施例的燃料系统的图解视图；
8.图2是根据一个实施例的燃料模块的图解视图；
9.图3是根据一个实施例的泵的图解视图；
10.图4是根据一个实施例的用于燃料模块的流壳体的一部分的图解视图；
11.图5是根据一个实施例的用于燃料模块的流壳体的图解视图；
12.图6是根据一个实施例的用于燃料模块的流壳体的另一个图解视图；
13.图7是根据一个实施例的燃料模块的一部分的截面侧视图；并且
14.图8是根据一个实施例的燃料模块的一部分的另一个视图。
具体实施方式
15.参见图1，示出了用于内燃机的燃料系统10。燃料系统10包括高压燃料回路12，该高压燃料回路12具有高压泵14，该高压泵14具有用于与内燃机上的齿轮系啮合的泵驱动齿轮16。燃料系统10还包括低压燃料回路32，该低压燃料回路32具有低压泵34，该低压泵34具有泵电驱动马达36并被构造成将燃料供给至高压燃料回路12以用于加压至喷射压力。燃料系统10可以配置在压燃式内燃机系统中，例如以柴油馏分燃料运行的发动机中，然而，本发明并不限于此。
16.在所示实施例中，多个高压供给管线18在高压泵14和加压燃料储存器20之间延伸。多个燃料输送导管22从储存器20延伸以将加压到喷射压力的燃料供应到多个燃料喷射器，其中一个燃料喷射器以24示出。燃料喷射器24可至少部分地定位在内燃机的燃烧气缸中用于直接喷射。在其他实施例中，燃料喷射器可定位成用于端口喷射，用于喷射到发动机进气管道中或处于另一构造中。储存器20可以被构造成所谓的共轨，该共轨在燃料系统10中的所有或部分燃料喷射器的喷射压力下储存燃料。在其他实施例中，燃料系统10可以配置有多个单元泵，每个单元泵与一个或多个燃料喷射器或多个其他燃料系统构造中的任何一个相关联。
17.燃料系统10还包括燃料箱26，其中低压燃料回路32流体地定位在燃料箱26和高压燃料回路12之间。燃料系统10还包括燃料模块38，其用于泵送和过滤燃料，并具有形成燃料入口42和通向高压燃料回路12的燃料出口44的流壳体40。在大多数实施例中，燃料箱26可以配备有燃料预过滤器。模块38还可包括第一筒式过滤器50、第二筒式过滤器52和其他导流、泵送和过滤特征，如本文进一步论述。第一筒式过滤器50可以是包括水分离器的初级过滤器，其中第二过滤器52是次级过滤器。第一筒式过滤器50流体地布置在燃料入口42与低压泵34之间，而第二筒式过滤器52流体地布置在低压泵34与燃料出口44之间，使得模块38在串联过滤器
‑
泵
‑
过滤器服务构造中支撑第一筒式过滤器50、低压泵34和第二筒式过滤器52。
18.包括流壳体40的模块38还可以形成返回入口路径48，用于将从相关联的发动机排出的燃料返回至低压燃料回路32。返回或出口管线30示出为从燃料喷射器24延伸。返回管线30可通过任何合适的管道布置直接延伸到入口通路48或燃料箱26。本领域的技术人员将熟悉通过各种策略将燃料从燃料系统的高压侧排出回到燃料箱或燃料系统的低压侧。另一返回管线28从高压泵14延伸，并可类似地将燃料返回到燃料箱26或以其他方式返回到低压燃料回路32。燃料供应管线46从流壳体40延伸到高压泵14。在某些已知的燃料系统中，低压泵直接安装在高压泵上。根据本发明，应了解，低压泵34和低压燃料回路32的某些其他部件未安装在高压泵14上，且可安装在各种其他位置处，包括安装到框架或壳体、发动机壳体或安装到相关联机器系统中的其他结构。
19.燃料系统10还提供对低压泵34的控制，包括闭环控制，以向高压燃料回路12提供期望的出口压力和/或流量。在一些情况下，低压或燃料输送泵操作可能滞后于用于将燃料供给到高压泵的最佳操作，特别是在启动期间，因为输送泵操作联接到发动机的操作。根据本发明，低压泵34可根据需要加速或减速以向高压燃料回路12提供期望的压力和/或燃料流。
20.为此，燃料系统10还包括控制系统54。控制系统54包括电子控制单元56，该电子控制单元56与燃料系统10中的各种致动器联接并控制连通，并接收来自各种传感器的输入。轨道压力传感器58可以与贮存器20联接，并且电子控制单元56可以接收来自轨道压力传感器58的轨道压力信号并且响应性地调节高压泵14的输出，例如通过改变高压泵14中的入口计量阀或出口计量阀的位置，改变高压泵14中的泵送元件的排量，或一些其他变量。电子控制单元56还与模块38联接，包括与泵的电驱动马达36联接，并且可以改变低压泵34的泵速，以向高压泵14提供期望的输出。控制系统54还可以包括流体地布置在第二筒式过滤器52与燃料出口34之间的压力传感器60。压力传感器60可产生出口压力信号，其中电子控制单元56被构造成基于出口压力信号改变泵速。在一种实现方式中，电子控制单元56包括比例控制器。该比例控制器可以还包括一个比例
‑
积分
‑
微分控制器(proportional
‑
integral
‑
derivative controller)或pid。在一个实例中，泵电驱动马达36可以包括无刷电机。在中等到重型柴油发动机应用中，从低压燃料回路32到高压燃料回路12的相对高的燃料流速等因素可以使pid控制策略成功且有利。电子控制单元56可以包括具有中央处理单元的任何合适的计算机化控制单元，该中央处理单元包括例如微处理器或微控制器。
21.现在还参考图2，示出了模块38的附加特征和细节。流壳体40包括流壳体本体41。在此对流壳体40和流壳体本体41的讨论应理解为是指可互换的这些部件中的任一个。如上
所述，第一筒式过滤器50流体地布置在燃料入口42和低压泵34之间，并因此可理解为布置在低压泵34的上游，以过滤从燃料入口42输入到低压泵34的燃料流。第二筒式过滤器52布置在低压泵34的下游，以过滤从低压泵34输出到燃料出口44的燃料流。流壳体40还配备有用于安装第一筒式过滤器50、第二筒式过滤器52和低压泵34的各种特征。
22.现在还参考图3、4、5、6，流壳体40还形成：输出泵端口76，其将在第一筒式过滤器50中过滤的燃料供给至低压泵34；以及输入泵端口78，其容纳由低压泵34泵送的燃料以供给至第二筒式过滤器52。流壳体40还形成：第一筒式接纳部51，其流体地定位在燃料入口40和输出泵端口76之间；以及第二筒式接纳部53，其流体地定位在输入泵端口78和燃料出口44之间。第一筒式过滤器50安装在第一筒式接纳部51中，并将燃料入口42流体连接至输出泵端口76。第二筒式过滤器52安装在第二筒式接纳部53中，并将输入泵端口78流体连接至燃料出口44。低压泵34附接到流壳体40，使得低压泵34流体连接至输出泵端口76和输入泵端口78，并且低压泵34、第一筒式过滤器50和第二筒式过滤器52各自与流壳体40直接密封地啮合。流壳体40还形成多个内部燃料导管，并且低压泵34、第一筒式过滤器50和第二筒式过滤器52与多个内部燃料导管一起将燃料入口42流体连接至燃料出口44。在此还讨论的多个内部燃料导管形成在燃料入口42和燃料出口44之间延伸的分离的燃料流动路径。流壳体40还包括具有被构造成用于低压泵34的无管线安装的泵
‑
壳体接口72的泵侧70，并且燃料流动路径在泵
‑
壳体接口72、第一过滤器接纳部51和第二过滤器接纳部53处中断，使得在安装低压泵24、第一筒式过滤器50和第二筒式过滤器52时，燃料流动路径是连续的。
23.泵
‑
壳体接口(pump
‑
housing interface)72包括平坦的泵安装表面74，其中输出泵端口76和输入泵端口78每个都被平坦的泵安装表面74包围。泵
‑
壳体接口72还包括形成在流壳体本体41中的多个螺栓孔80，用于将低压泵34螺栓连接至流壳体本体41。如图2所示，多个螺栓82可穿过低压泵34并容纳在螺栓孔80中。在一些实施例中，螺栓孔80可以是内螺纹的。从图3还可以看出，低压泵34包括平坦的泵表面64，以及形成在平坦的泵表面64中的泵入口66和泵出口68。在泵侧70中形成有螺纹螺栓孔80，并且螺栓孔80中的螺栓82的容纳和保持将低压泵34夹紧至泵侧70。还如图4所示，泵壳体接口72还包括：多个密封环88，每个密封环围绕输出泵端口76或输入泵端口78中的一个周向延伸，；以及多个密封件90，每个密封环88内定位有一个密封件90。将低压泵34夹紧到流壳体40会压缩密封件90，以使得低压泵34能够与流壳体40直接密封地啮合，而不需要任何中间管线。
24.流壳体本体41还包括过滤器侧71，该过滤器侧与泵侧70相对并且在其中形成了用于容纳第一筒式过滤器50的第一过滤器接纳部51以及用于容纳第二筒式过滤器52的第二过滤器接纳部53中的每一个。如本文所述，第一过滤器接纳部51和第二过滤器接纳部53中的每一个可具有螺纹，使得相应的筒式过滤器50和52可旋转成与流壳体40啮合或脱离啮合，从而与流壳体40形成必要的密封，以引导燃料通过模块38进行泵送和过滤。
25.流壳体40还可以设置有各种端口，用于连接在操作燃料系统10和控制低压泵34中使用的传感器。流壳体40形成传感器端口，该传感器端口流体连接至流壳体40中的第一过滤器接纳部51、第二过滤器接纳部53中的一个，或者多个内部燃料导管中的一个。燃料系统10和模块38还包括安装在传感器端口中的传感器。在所示实施例中，第一传感器端口47流体地布置在第二筒式过滤器52与燃料出口44之间。流壳体40形成第二传感器端口49，其流体地布置在低压泵34和第二筒式过滤器52之间。燃料系统10和模块38还可以包括安装在第
一传感器端口47中的第一传感器和安装在第二传感器端口49中的第二传感器。在图2的图示中，第一传感器60和第二传感器62被示出为安装在流壳体40中，第一传感器60和第二传感器62可以各自包括流体压力传感器。第一传感器60和第二传感器62中的每一个可以与电子控制单元56通信。如上所述，传感器60可以产生泵出口压力信号。传感器62还可以产生压力信号，并且电子控制单元56可以被构造成基于由第一传感器60和第二传感器62产生的压力信号来确定第二筒式过滤器52上的压降。附加的传感器端口可以由流壳体40形成，并且在图5中以45示出。传感器端口45可以容纳附加的传感器，例如在一些实施例中的温度传感器。
26.图5和6还示出了由流壳体40形成的并且在上面提及的一些内部燃料导管。输入管道92从燃料入口42延伸到过滤器接纳部71。第二导管94从过滤器接纳部71延伸到输出泵端口76。第三导管96从输入泵端口78延伸到过滤器接纳部53。输出燃料导管98从过滤器接纳部53延伸至燃料出口44。如本文所述，另一个燃料入口59由流壳体40形成并且可以容纳从发动机返回到低压回路32的燃料。应当记得，流壳体40中的多个内部燃料导管形成了分离的燃料流动路径。从图5的图示和本描述可以理解，第一筒式过滤器50、第二筒式过滤器52和低压泵34的安装将各种内部燃料导管流体连接以使内部燃料流动路径连续。
27.一些传感器端口和内部燃料管道的位置的图示仅是说明性的。传感器端口47在输入泵端口78和燃料出口44之间流体连通的位置处流体地连接至燃料流动路径，并且如图所示，流体地连接至输出燃料导管98。传感器端口49在输入泵端口78和第一传感器端口47之间流体连通的位置处流体连接至燃料流动路径。传感器端口47、49、45的位置和流体连接可以被修改为在各种其他位置处连接至从燃料入口42延伸到燃料出口44的燃料流动路径。例如，在一些情况下，可能希望确定穿过低压泵34或穿过第一筒式过滤器50的压降，并且为此目的，可以定位传感器端口以便在与所示位置不同的合适的上游位置和下游位置处流体连接至燃料流动路径。对于本领域的技术人员来说，其他替换是显而易见的。
28.现在还参考图7和8，示出了流壳体40的附加细节，并且包括流壳体40的传感器安装接口100。传感器组件104安装到传感器安装接口100，传感器安装接口100包括平坦的传感器安装表面102。传感器组件104可以包括传感器本体106和多个传感器108，每个传感器布置在传感器支柱(sensor leg)102上。流壳体40形成从传感器安装表面102朝向过滤器接纳部51延伸的第一传感器支柱管(first sensor leg tube)112，以及从传感器安装表面102朝向第二过滤器接纳部53延伸的第二传感器支柱管114。如图7所示，密封件116(例如o形环密封件)围绕所示传感器支柱110周向延伸并与流壳体本体41流体密封。同样在所示实施例中，每个传感器108可以包括过滤器标识或id传感器，从而可以确定过滤器类型、制造商或与筒式过滤器50和52相关联的其他信息。传感器组件104可以包括用于与电子控制单元56通信的适当电路，并且因此形成控制系统54的一部分。传感器108可包括磁性传感器、射频传感器或其他传感器，其被构造成在安装筒式过滤器时与磁体、rf标签等相互作用，并通过流壳体40和传感器组件104自身的设计定位成靠近安装在过滤接纳部51和53中的筒式过滤器，用于扫描和/或以其他方式与筒式过滤器相互作用。
29.工业实用性
30.在燃料系统10的操作期间，低压泵34可操作以从燃料箱26泵送和过滤燃料，用于通过燃料供给管线46供给至高压泵14。燃料可通过泵34的操作通过第一筒式过滤器50从燃
料箱26抽吸，然后通过第二筒式过滤器52输送，然后通过燃料出口44流出。如上所述，第一筒式过滤器50可包括水分离器，例如通过重力从燃料中收集水。供给到高压泵14的燃料可以被加压到喷射压力，其中高压泵14被操作以通过基于电子控制单元56的操作进行的适当调节将储存器20中的燃料压力维持在喷射压力。来自储存器20的加压燃料可通过燃料喷射器24和任何其他燃料喷射器喷射到相关联的发动机的燃烧气缸中。如本文所述，未喷射的燃料可经由返回管线30返回至燃料箱26，或潜在地直接返回至燃料模块40。
31.控制系统54被构造成监测模块40的出口压力并以闭环方式改变低压泵34的泵速，以为高压燃料回路12提供合适的燃料流和压力。在某些早期的系统中，低压输送泵操作与高压燃料泵和发动机的操作直接联接在一起。根据本发明，低压泵和高压泵的操作可以分开，并且低压泵34被主动控制以避免向燃料系统的高压侧供给过少的燃料、过多的燃料或以错误的压力供给燃料。这样的能力尤其能够使发动机更快的启动，因为低压燃料泵操作不依赖于发动机启动。此外，期望观察到随着发动机速度变化而减小的压力脉动和总体上更平滑的流速。还预期将各种部件集成到单独的、独立的燃料模块中用于在低压侧泵送和过滤，以减少用于输送必要的燃料的管线的数量并改善包装。
32.本说明书仅用于说明目的，而不应解释为以任何方式缩小本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的完整和合理的范围和精神的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。通过研究附图和所附权利要求，其他方面、特征和优点将变得明显。如本文所用，冠词“一种(a、an)”旨在包括一种或多种项目，并且可与“一种或多种(one or more)”互换使用。在仅想要一个项目的情况下，使用术语“一个(one)”或类似语言。此外，如在此所使用的，术语“具有(has、have、having)”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于(based on)”旨在表示“至少部分地基于(based,at least in part)”，除非另外明确说明。