用于发动机的系统和用于高压燃油泵的系统的制作方法

用于发动机的系统和用于高压燃油泵的系统
1.优先权要求
2.本技术要求享有于2020年7月13日提交的印度专利申请no.202041029634的优先权。
技术领域
3.本文公开的主题的实施方式涉及向高压燃油泵供应润滑油。


背景技术：

4.现有技术讨论
5.车辆，例如轨道车辆，包括动力源，例如往复式内燃柴油机。在一些车辆中，燃油是通过共轨燃油系统提供给柴油机的。一种类型的共轨燃油系统包括低压燃油泵和燃油轨道，低压燃油泵与高压燃油泵流体连通，燃油轨道与高压燃油泵流体连通并进一步与安装在至少一个发动机汽缸中的至少一个喷油器流体连通。高压燃油泵给燃油加压，以使其通过燃油轨道输送到喷油器。燃油通过燃油轨道到达至少一个喷油器，并且最终到达诸如发动机的动力源的至少一个发动机汽缸中，燃油在其中燃烧以给车辆提供动力。润滑油供应给高压燃油泵的组件，以减少机械零件之间的摩擦，从而减少磨损。
6.压力油通过驱动轴内腔的流动可造成所述内腔大面积上压力差的增加。在所述内腔的两端会产生压力差。该压力差可以迫使齿轮轮毂在靠近第二衬套的前端盖上施加压力，从而限制油液向第二衬套和齿轮的推力面的流动。由于流向第二衬套和齿轮的推力面的油量减少，第二衬套和齿轮的推力面的推力载荷增加。高压燃油泵组件均匀润滑的缺乏和推力载荷的增加会加速机械磨损和组件的退化。需要具有不同于现有的系统和方法来满足需求。


技术实现要素：

7.在一个实施方式中，用于发动机的系统可以包括多个通道，该多个通道将润滑油引导至齿轮系统和泵的驱动轴，而不使全部体积的所述润滑油流经所述驱动轴的腔体。
附图说明
8.图1示出了包括高压燃油泵的共轨燃油系统。
9.图2示出了高压燃油泵的第一剖视图。
10.图3示出了高压燃油泵中的通道，以引导润滑油通过高压燃油泵。
11.图4示出了高压燃油泵的一部分的第二剖视图。
12.图5a示出了高压燃油泵中使用的齿轮系统的第一立体图。
13.图5b示出了高压燃油泵中使用的齿轮系统的第二立体图。
14.图6示出了向高压燃油泵的组件供应润滑油的凹槽的示例图。
15.图2至图5b按比例显示，但是如果需要，也可以使用其他相对尺寸。
具体实施方式
16.以下描述涉及向高压燃油泵(hpfp)的组件供应润滑油。
17.在一个实施方式中，高压燃油泵(hpfp)可以包括齿轮系统，该齿轮系统包括齿轮安装轮毂，该齿轮安装轮毂具有齿轮和位于齿轮每一侧的推力面，所述齿轮轮毂接合到花键驱动轴。所述花键驱动轴可以包括中心腔。在齿轮系统和高压燃油泵的铸件(端盖)的界面处可以设置第一衬套和第二衬套。在齿轮轮毂的与第一衬套和驱动轴接触的表面上可以设置用于润滑油的进口，并且在齿轮轮毂的与第二衬套和端盖接触的表面上可以设置用于油液的出口。压力油可以通过进口进入驱动轴的内腔中，并且流向第一衬套、齿轮、齿轮的推力面以及第二衬套。
18.在一个示例中，用于发动机的系统可以包括多个通道，该多个通道将润滑油引导至齿轮系统和泵的驱动轴，而不使全部体积的所述润滑油流经所述驱动轴的腔体。这样，通过将压力油引导至衬套而不流经驱动轴的内部腔室，可以减少推力面和一个或多个衬套上的推力载荷。
19.在任何一种实施方式中，在高压燃油泵的前端盖中围绕齿轮和齿轮轮毂可以形成一组通道。该组通道可以包括位于齿轮靠近驱动轴的第一侧的第一垂直通道、横跨齿轮上方的第二水平通道以及位于齿轮远离驱动轴的第二侧的第三垂直通道。第三垂直通道可以与围绕齿轮轮毂的端盖中的通孔相交。压力油可以通过进口供应给第一垂直通道，并且从第一垂直通道，一部分油可以经由第二水平通道和第三垂直通道流至端盖中的通孔，并且另一部分油可以通过出口流向齿轮、齿轮轴、驱动轴、齿轮的一个推力面以及第一衬套。在第二衬套上可以构造一个或多个孔，以使衬套和第三垂直通道通过孔流体连通。来自第三垂直通道的油可以通过端盖中的通孔供应给齿轮、齿轮轴、齿轮的另一个推力面以及第二衬套。在流过高压燃油泵的组件后，油可以从组件之间的例如齿轮周围的间隙区域排出。
20.通过使油流经形成在高压燃油泵端盖中的通道，可以避免全部体积的压力油进入驱动轴的内腔中，从而减小或消除腔体两端之间的压力差。通过减小压力差，可以减小作用在靠近第二衬套的端盖上的作用力，并且油可以不受阻碍的流向第二衬套和齿轮的推力面。使油均匀、不间断地流到每个衬套和推力面的技术效果是作用在衬套和推力面的推力载荷可以更低或忽略不计，从而降低了机械磨损的可能性。总体而言，通过确保润滑油在每个高压燃油泵组件中的均匀分布，可以减少由于摩擦引起的磨损并且可以改善高压燃油泵的长期运行。
21.根据本发明实施方式的发动机系统可以适于用在移动应用和固定应用。合适的固定应用可以包括固定发电应用。合适的移动应用可以包括车辆，例如可以在铁路、采矿、船舶、航空、货车运输以及相关工业市场中使用的车辆。为了达到说明的目的，本文使用为铁路市场配置的机车。铁路市场可以包括干线运输、客运铁路、转接站、分流站等。
22.高压燃油泵可以合并在燃油输送系统中，如图1所示的车辆，例如机车车辆。在高压燃油泵的运行过程中，可以将润滑油供应给包括齿轮系统的高压燃油泵的组件，如图5a和图5b所示，以及位于齿轮系统和高压燃油泵的铸件的界面处的衬套。图2、图3和图6示出了向这些组件供油的路径。图4示出了齿轮系统周围的衬套。
23.图1包括用于车辆发动机的共轨燃油系统(crfs)100的框图。在所示的实施方式中，车辆系统是轨道车辆106(例如机车)。在替代实施方式中，发动机可以在另一类型的非
公路车辆、公路车辆、固定式发电厂、船舶或其他类型中。液体燃油被获取或存储在燃油箱102中。低压燃油泵104与燃油箱102流体连通。在本实施方式中，低压燃油泵104设置在燃油箱102的内部并且可以浸没在液体燃油液位以下。在替代实施方式中，低压燃油泵可以连接至燃油箱的外部并且通过抽吸装置或抽吸特征来泵送燃油。低压燃油泵104的运行由控制器106(例如ecu或ecm)控制。低压燃油泵104可以是发动机驱动的任何一种(通过凸轮、齿轮、皮带、链条或其他驱动机构)，也可以是独立的电动驱动或液压驱动的。
24.液体燃油由低压燃油泵104从燃油箱102通过管道110泵送到高压燃油泵108。阀112设置在管道110中并且调节通过管道110的燃油流量。例如，阀112是进口计量阀(mv)。进口计量阀112设置在高压燃油泵108的上游，以调节燃油的流量并计量适当量的燃油，该燃油提供给高压燃油泵108并进一步地提供给共轨燃油轨道114以分配给多个喷油器118，该喷油器用于将燃油喷射到发动机汽缸中。控制器106可以控制进口计量阀全关、全开或处于全关和全开之间的位置，以便控制流向高压燃油泵108的燃油流量达到控制器106所指示的规定燃油流量。在车辆/发动机运行期间，进口计量阀112根据运行条件调整以计量燃油，并且在至少一些条件下可以至少部分地打开。
25.高压燃油泵(hpfp)108将燃油压力从较低压力增加到较高压力。高压燃油泵108与共轨燃油轨道114流体连接。在一个示例中，泵108包括四个泵室(和四个对应的止回阀)，并且发动机包括十六个汽缸。
26.可以向高压燃油泵的组件供应压力润滑油以润滑运动组件，用于减少摩擦，从而减少机械磨损。高压燃油泵108可以包括围绕齿轮轮毂的齿轮、啮合在齿轮轮毂中的驱动轴、在齿轮轮毂和高压燃油泵端盖的交界处的一个或多个衬套以及高压燃油泵端盖中的通道，该通道用于向齿轮、齿轮轮毂、一个或多个衬套以及驱动轴提供压力润滑油，所述通道绕着齿轮从齿轮轮毂的第一侧到齿轮轮毂的第二侧连续。所述通道可以包括位于齿轮轮毂的第一侧的第一垂直通道、位于齿轮轮毂的第二侧的第三垂直通道以及连接第一垂直通道和第三垂直通道的第二水平通道。第一垂直通道可以包括沿着第一垂直通道的长度设置的进口，其中，通过进口进入的油沿着第一垂直通道向两个方向行进。进入第一垂直通道的油的第一部分可以通过出口行进至第一衬套、齿轮轮毂的第一侧、齿轮的第一侧、第一推力面以及驱动轴，而进入第一垂直通道的油的第二部分可以通过第二水平通道行进至第三垂直通道。第三垂直通道可切向地与端盖中的轴孔相交，该轴孔将来自第三垂直通道的油供应给齿轮的第二侧、齿轮轮毂的第二侧、第二推力面、端盖以及第二衬套。第二衬套包括至少一个与端盖中的轴孔流体连通的通孔。此种方式，可以将压力油提供给高压燃油泵108的组件，而不使油通过驱动轴的中心腔，从而避免在腔内形成压力差，从而避免由此而在一个或多个衬套和推力面上产生推力载荷。
27.多个喷油器118与共轨燃油轨道114流体连通。多个喷油器118中的每一个将燃油输送至发动机122的多个发动机汽缸120中的一个。燃油在多个发动机汽缸120中燃烧，以通过例如交流发电机和牵引电动机向车辆提供动力。多个喷油器118的运行由控制器106控制。在图1的实施方式中，发动机122包括四个喷油器和四个发动机汽缸。在替代实施方式中，发动机可以包括更多或更少的喷油器和发动机汽缸。
28.由低压燃油泵104从燃油箱102泵送到进口计量阀112的入口的燃油可以在称为较低燃油压力或供给燃油压力的条件下运行。相应地，共轨燃油系统100的位于高压燃油泵
108上游的组件在较低燃油压力或供给燃油压力区域中工作。另一方面，高压燃油泵108可以将燃油从较低燃油压力泵送到较高燃油压力或轨道燃油压力。相应地，共轨燃油系统100的位于高压燃油泵108下游的组件处于共轨燃油系统100的较高燃油压力或轨道燃油压力区域中。通常，在高压共轨燃油系统中，例如根据本公开的系统，轨道燃油压力非常接近或略高于燃油喷入每个发动机汽缸中的最终燃油压力。
29.较低燃油压力区域中的燃油压力由位于管道110中的压力传感器126测量。压力传感器126将压力信号发送给控制器106。较低燃油压力区域中的燃油温度由位于管道110中的温度传感器128测量。温度传感器128将温度信号发送给控制器106。较高燃油压力区域中的燃油压力由位于管道116中的压力传感器130测量。压力传感器130将压力信号发送给控制器106。注意，在一些应用中，除了直接测量之外或与直接测量相反，通常可以间接地确定或导出各种操作参数。
30.除了上述传感器之外，控制器106还从连接于发动机122的多个发动机传感器134接收各种信号，这些信号可用于评估燃油控制运行状况和相关的发动机运行状况。例如，控制器106接收传感器信号，该传感器信号指示发动机缸内空燃比、发动机转速、发动机负载、发动机温度、环境温度、燃烧值、主动燃烧燃油的汽缸数量等。在所示的实施方式中，控制器106是计算设备，例如微型计算机，其包括处理器单元136、非暂时性计算机可读存储介质设备138、输入/输出端口、存储器以及数据总线。包括在控制器106中的计算机可读存储介质138是用计算机可读数据进行编程，该计算机可读数据表示可由处理器执行以用于执行以下描述的控制例程和方法以及未具体列出的其他变型的指令。控制器106根据从各种传感器获取的不同信号接收或导出的不同操作参数可操作地调整共轨燃油系统100中的各种致动器。
31.图2示出了高压燃油泵(hpfp)108的第一剖视图200，其示出了用于向高压燃油泵供应润滑油的通道。该剖面可以沿着高压燃油泵108的x-y平面截取。图3放大示出了高压燃油泵的剖面的一部分201。图3示出了高压燃油泵108中的通道的示例图300，该通道用于引导润滑油通过高压燃油泵108。图3所示的高压燃油泵的剖面可以从偏离高压燃油泵108的驱动轴210的中心轴线处截取。如图4所示的高压燃油泵的另一个剖面(视图400)，可以沿着高压燃油泵108的驱动轴210的中心轴线a-a’截取。
32.高压燃油泵108可以包括齿轮系统，该齿轮系统包括齿轮206，该齿轮206定位在高压燃油泵108的第一侧的第一端盖212和第二端盖之间。第一推力面330和第二推力面232可以分别存在于齿轮206的任一侧上。齿轮206可以围绕齿轮轮毂208装配。齿轮轮毂208可以包括与高压燃油泵108的花键驱动轴210啮合的带齿内圆周。花键驱动轴210可以在齿轮轮毂208中从齿轮轮毂208靠近第一推力面330的一端伸出，并且花键驱动轴210可以不延伸(在齿轮轮毂208中)到齿轮206的第二推力面232。驱动轴210的转动可使齿轮206绕其自身中心轴线旋转。驱动轴210的中心可以是中空的，并且可以包括中空的内腔。齿轮206和齿轮轮毂208的细节在图5a和图5b中进一步详细地示出。
33.第一衬套406可以布置在第一端盖212与齿轮206一侧的齿轮轮毂208的界面处。第二衬套404可以布置在第二端盖214与齿轮206另一侧的齿轮轮毂208的界面处。第二衬套可以位于围绕齿轮轮毂208的通孔422上。在一个示例中，第一衬套406可以是78毫米的衬套，而第二衬套可以是44毫米的衬套。在高压燃油泵的运行期间，润滑油将被均匀地供应到高
压燃油泵的组件中，该组件包括第一衬套406和第二衬套404。
34.润滑油可以通过垂直地和水平地穿过第一端盖212和第二端盖213的多个通道供应给高压燃油泵。多个通道可以相对于驱动轴210的中心轴线a-a’偏心。由于多个通道偏心，它们在示出了从高压燃油泵108的驱动轴210的中心轴线偏心截取的剖面的图3中可见。然而，由于图4示出了沿着高压燃油泵108的驱动轴210的中心轴线a-a’截取的剖面，所以在图4中多个通道不可见。
35.多个通道可以包括在第一端盖212中形成的第一垂直通道218。第一垂直通道218可以源自驱动轴210和第一衬套406的交界处，并且沿着正x轴向远离位于齿轮206第一侧的驱动轴210延伸。第一垂直通道218可以通向第二水平通道220，该第二水平通道220沿着正y轴从齿轮206的第一侧延伸到齿轮206的另一侧。第二水平通道220可以延续到第三垂直通道224，该第三垂直通道224从第二水平通道220沿着负x轴纵向地延伸穿过第一端盖214的第二。第一垂直通道218靠近第二水平通道220的一端324可以是堵塞的，并且第二水平通道220靠近第三垂直通道224的一端可以是堵塞的。
36.进油口216可以通向第一垂直通道218，压力油通过该进油口可以进入第一垂直通道218。所述压力油可以从油槽供应到进油口216。在进入时，油可以分为两部分，第一部分沿着第一垂直通道218的第一段312行进。油的第一部分可以经由设置在第一衬套406和第一垂直通道218交界处的出口342输送到第一衬套406、齿轮206和齿轮轮毂208(如箭头322所示)，并且可以输送到驱动轴(如箭头324)所示。油的第二部分可以沿着第一垂直通道218的第二段314流动并进入第二水平通道220。由于第一垂直通道218的端部324是堵塞的，流经第一垂直通道218的第二段314的全部油量可以进入第二水平通道220，并从其流向第三垂直通道224。由于第二水平通道220的端部322被堵塞，流经第二水平通道220的全部油量可以进入第三垂直通道224。
37.图6示出了围绕齿轮轮毂208的轴孔422的示例图600(没有第二衬套位于轴孔上)。轴孔422可以包括将润滑油从第三垂直通道224引导至齿轮206、齿轮轮毂208以及第二衬套404的凹槽416。凹槽416沿着轴孔422的内周(360
°
)构成。第二衬套404可以包括在衬套的壁上与凹槽416流体连通的一个或多个孔414。由于凹槽416围绕轴孔构成，因此第二衬套壁上的孔414可以沿着轴孔422定位在任何位置。
38.第三垂直通道224可以与凹槽416切向地相交并且不穿过轴孔422的中心。轴孔422上的凹槽416可以是机械加工的，并且第三垂直通道224可以是枪钻出的长通道。凹槽416可以在相交点225处与第三垂直通道224相交以形成流体连接。来自第三垂直通道224的油可以流到凹槽416，并从凹槽416流到轴孔422。
39.来自轴孔422的油可以通过凹槽416(如箭头332所示)流至齿轮206和齿轮轮毂208，并且通过轴孔422经由衬套壁上的孔414进一步流至第二衬套404。如箭头334所示，来自第三垂直通道224的油也可以经由凹槽416流向第二端盖214的边缘。在流过齿轮206、齿轮轮毂208、齿轮的推力面以及驱动轴210中的每一个之后，油可以通过组件之间的间隙和腔回流。
40.这样，通过引导压力油经过形成在驱动轴和齿轮系统周围的专用通道，全部体积的压力油可以不再通过驱动轴的中心腔。通过避免油流过腔体，大的压力区域不会形成，并且可以减少在靠近第二衬套的前端盖上施加的力，从而导致油流向第二衬套和齿轮的推力
面。通过使油流向每个衬套和推力面，可以减小在衬套和推力面上的推力载荷，从而降低机械磨损的可能性。
41.图5a示出了在高压燃油泵中使用的齿轮系统501的第一立体图500，且图5b示出了在高压燃油泵中使用的齿轮系统501的第二立体图550。齿轮系统501可以包括连接于齿轮206中的齿轮轮毂208。
42.齿轮轮毂208可以分为两部分，第一部分506凸出于齿轮206的第一侧，且第二部分508凸出于齿轮206的第二侧。第一部分506和第二部分508可以是连接在齿轮中心开口处的连续结构。第一部分506的直径可以大于第二部分508的直径。附接于齿轮轮毂208的第一部分506的第一推力面330可以在齿轮一侧定位在齿轮轮毂208和齿轮206的交界处。第一推力面330的直径可以大于齿轮轮毂208的第一部分506的直径。附接在齿轮轮毂208的第二部分508的第二推力面332可以在齿轮另一侧定位在齿轮轮毂208和齿轮206的交界处。第二推力面332的直径可以大于齿轮轮毂208的第二部分508的直径。第一推力面330和第二推力面332中的每一个可以在齿轮206的相对侧上与齿轮206共面连接。由于润滑油通过专用通道输送至齿轮206和齿轮轮毂208，因此在齿轮轮毂208上可以不需要孔以将油引导至封闭的驱动轴的内腔中。
43.齿轮轮毂208的第一部分506可以包括具有齿状内壁512的中空的内部结构510，该齿状内壁512可以与驱动轴的花键啮合。齿轮轮毂208的第二部分也可以包括中空的内部结构，该中空的内部结构构造为容纳驱动轴的端部。高压燃油泵的驱动轴可以从齿轮轮毂的第一部分506的开口端插入，并且驱动轴可以延伸至齿轮轮毂的第二部分508的封闭端。驱动轴的花键可以连接到与第一部分506的齿状内壁512的互补的几何结构。在高压燃油泵的运行期间，驱动轴可以旋转，由此驱动齿轮，这有助于将输送到喷油器的燃油加压。
44.以这种方式，图1至图5b的系统提供连接到发动机燃油系统的高压燃油泵(hpfp)，该高压燃油泵包括：控制器，该控制器具有存储在非暂时性存储器中的计算机可读指令，当在发动机停机状态下执行所述指令时，致使控制器执行：压力润滑油从进油口通过第一垂直通道的第一段流至高压燃油泵的齿轮轮毂、齿轮、推力面、衬套以及驱动轴；润滑油从所述进油口经所述第一垂直通道的第二段和第二水平通道流至第三垂直通道；并且油从所述第三垂直通道通过所述高压燃油泵的端盖中的轴孔流至所述齿轮、所述齿轮轮毂、另一个推力面、所述端盖以及另一个衬套，所述轴孔与所述第三垂直通道相交。
45.图2至图5b示出了具有各个组件的相对定位的示例配置。如果示出为彼此直接接触或直接耦合，则至少在一个示例中，这样的构件可以分别称为直接接触或直接耦合。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此相互连接或彼此相邻可以分别称为彼此相互连接或彼此相邻。作为一个示例，彼此共面连接的组件可以称为共面连接。作为另一个示例，在至少一个示例中，彼此间隔设置的构件之间仅具有间隔而没有其他的组件可以称为彼此间隔设置。作为又一个示例，示出为彼此上方/下方、位于彼此相对的侧面或位于彼此的左侧/右侧的构件可以称为彼此相对的。此外，如图所示，在至少一个示例中，最上层的构件或构件的点可以称为组件的“顶部”，并且最下层的构件或构件的点可以称为组件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以相对于附图中的纵轴，并且用于描述附图中的构件彼此相对的定位。这样，在一个示例中，在其他构件上方示出的构件垂直的位于其他元件上方。作为又一个示例，附图中描绘的构件的形状可以称为包括那些形状(例如，诸
如圆形的、直的、平面的、弧形的、呈倒角的、呈角度的等)。进一步地，在至少一个示例中，示出为彼此相交的构件可以称为相交构件或彼此相交。更进一步地，在一个示例中，示出为在另一个构件内部或示出为在另一个构件外部的构件可以如此称呼。
46.如本文所使用的，以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开头的构件或步骤应理解为不排除多个所述构件或步骤，除非明确地指出了这种排除。对本发明的“一种实施方式”或“一个示例”的引用旨在解释为不排除也包括所述特征的替代实施方式的存在。此外，除非明确相反地指出，否则“包含”、“包括”或“具有”特定特性的一个或多个构件的实施方式可以包括不具有该特性的附加元件。术语“包括”和“其中”用作与相应术语“包含”和“在其中”等同的简明语言。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且不旨在对其对象施加数字要求或特定的位置顺序。
47.本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳方式，并且还使得相关领域的普通技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何相结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域普通技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构构件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构构件，则意味着这些其他示例包括在权利要求书的范围内。