多燃料轨道设备的制作方法

本申请涉及用于内燃发动机的多燃料轨道设备。

背景技术：

对于以多于一种直接喷射的燃料运行的内燃发动机，所述燃料需要被输送到一个或多个燃料喷射器。燃料喷射器构造成位于气缸盖的上方或侧面，以在进气门关闭之前或之后将燃料直接引入燃烧室，并且燃料喷射器位于保护发动机缸体的顶部不受外部环境影响并使发动机缸体的顶部与外部环境隔离的气门盖的下方。直接喷射的燃料通常供应到呈圆筒形管道形式的燃料轨道(所谓的装配式或组装式轨道)，所述燃料轨道延伸到气门盖下方以将燃料输送到紧邻直接燃料喷射器的位置。对于每个直接燃料喷射器而言，支接燃料管线直接延伸到燃料轨道和位于气缸盖上方或侧面的喷射器之间。替代地，燃料管线可以包括穿过气缸盖直至燃料喷射器侧面的孔，其中燃料通道围绕燃料喷射器延伸，该燃料通道通常用径向密封件密封。然而，当其中一种燃料是在高压下经历较长的吸入期的气体燃料时，由于例如在发动机关闭事件期间或发动机操作条件改变时气体燃料压力迅速下降，通道密封件可能会受损。当直接喷射多于一种燃料时，每种燃料至少需要一个燃料轨道。气门盖下方的空间限制可能使得在不修改发动机舱的情况下难以将燃料轨道封装在该空间中。该问题的一个解决方案是提供一个或多个内部轨道以输送一种或两种燃料穿过气缸盖至燃料喷射器附近，使得支接件可以在燃料轨道和每个燃料喷射器之间延伸。然而，由于种种原因，并不总是可以使用内部燃料轨道。内部燃料轨道会改变气缸盖的热力学性质，这可能导致可靠性和/或耐久性的问题，并且由于燃料可能被加热，因此尽管其对燃烧有利，但其也可能导致在燃料喷射器喷嘴中及其周围形成的沉积物增多。

采用金属对金属式密封结构的专门适配的联接器可以将燃料管线连接到圆筒形管道式燃料轨道。燃料管线上的端部件包括类圆锥或类球形的形状，其与燃料轨道的外表面中的向内渐缩区段相互接合。向内渐缩区段由配件包围，该配件可以被焊接到燃料轨道或者该配件可以是沿着燃料轨道滑动到位并固定就位的环状配件。螺母与配件以螺纹接合以将端部件固定到适当的位置，从而在端部件和向内渐缩区段之间形成流体密封式连接。燃料管线上的端部件与燃料轨道的壁中的向内渐缩区段之间的压缩力对壁的最小厚度和/或可被密封的最大燃料压力施加限制。专门适配的联接器可能过大，并且燃料管线和具有该专门适配的联接器的圆筒形管道式燃料轨道的组装可能非常复杂、耗费劳力且耗时。

现有技术中缺少向每个燃烧室输送两种或更多种燃料以用于一个或多个燃料喷射器的技术。本设备和方法提供了改进两种或更多种燃料到内燃发动机中的直接燃料喷射器的输送的技术。

技术实现要素：

一种用于内燃发动机的改进的多燃料轨道设备，其将来自第一燃料源和第二燃料源的燃料传送至多个燃料喷射器。每个燃料喷射器均经用于每种燃料的支接件从多燃料轨道设备接收燃料。该多燃料轨道设备具有第一长形构件，该第一长形构件包括第一纵向孔、与第一纵向孔间隔开的第二纵向孔以及第一燃料入口和第二燃料入口，第一燃料入口用于将第一燃料流体地传送到第一纵向孔中，第二燃料入口用于将第二燃料流体地传送到第二纵向孔中。沿第一长形构件存在针对每个燃料喷射器而言的支接结构，支接结构用于将第一纵向孔和第二纵向孔与始自相应的燃料喷射器的相应的支接件流体地连接起来。在示例性实施方式中，第一长形构件是第一长形锻造构件。第一燃料可以是气体燃料，并且第二燃料可以是液体燃料。

在另一个示例性实施方式中，每个支接结构均包括自第一长形构件的外表面延伸的第一凸台和第二凸台。第一凸台具有第一向内渐缩区段和在第一向内渐缩区段与第一纵向孔之间延伸的第一横向孔。第二凸台具有第二向内渐缩区段和在第二向内渐缩区段与第二纵向孔之间延伸的第二横向孔。第一向内渐缩区段和第二向内渐缩区段用于与相应的支接件流体密封式地接合。

第一凸台可以是具有阴螺纹的阴连接器，第二凸台可以是具有阳螺纹的阳连接器。在第一凸台是阴连接器的情况下，其可以包括从第一向内渐缩区段向外延伸的环状凸缘，并且该环状凸缘的内表面可以具有用于与流体连通到第一纵向孔的支接件相互接合的螺纹连接部。在第二凸台是阳连接器的情况下，其可以包括从第一向内渐缩区段向内延伸的环状凸缘，并且该环状凸缘的外表面可以具有用于与流体连通到第二纵向孔的支接件相互接合的螺纹连接部。在第一燃料是气体燃料并且第一凸台与支接件相互接合并固定的情况下，第一向内区段与支接件一起形成气体流体密封。第一凸台和第二凸台中的至少一者可以包括分别位于第一向内渐缩区段和第二向内渐缩区段下游的渗流管线。替代地，渗流管线可以是穿过支接件中的螺母的轴向渗流管线。至少一个支接件可以包括与支接结构以螺纹接合的螺母，其中该螺母自支接结构延伸并穿过内燃发动机的气门盖。

第一纵向孔是用于第一燃料的第一轨道，第二纵向孔是用于第二燃料的第二轨道。第一纵向孔的直径可以大于、小于或等于第二纵向孔的直径。在示例性实施方式中，第一纵向孔和第二纵向孔可以为盲孔，并且第一纵向孔可以自第一长形构件的一个端部延伸，并且第二纵向孔可以自第一长形构件的与所述一个端部相反的端部延伸。

在另一示例性实施方式中，多燃料轨道设备可以进一步包括与第一长形构件类似的第二长形构件，并且第一长形构件和第二长形构件可以分别为第一长形锻造构件和第二长形锻造构件。第二长形锻造构件可以与第一长形锻造构件相同但以不同的方式机械加工而成。至少第一长形构件的第一纵向孔和第二纵向孔还分别包括第一燃料出口和第二燃料出口。可以设置有将第一长形构件的第一燃料出口与第二长形构件的第一燃料入口流体地连接起来的第一导管，以及将第一长形构件的第二燃料出口与第二长形构件的第二燃料入口流体地连接起来的第二导管。第二长形构件的第一燃料出口和第二燃料出口可以使用端封来流体密封式地关闭。第一长形构件的第一燃料出口的纵向轴线和第二长形构件的第一燃料入口的纵向轴线之间的角度可以为至少大致90度，并且第一长形构件的第二燃料出口的纵向轴线和第二长形构件的第二燃料入口的纵向轴线之间的角度可以为至少大致90度。在示例性实施方式中，第一燃料出口靠近至少第一长形构件的一个端部，并且第二燃料出口靠近与所述一个端部相反的端部。

替代地，第一导管可以将第一长形构件的第一燃料出口与第二长形构件的第一燃料入口流体地连接起来；并且第二导管可以将第二长形构件的第二燃料出口与第一长形构件的第二燃料入口流体地连接起来。第二长形构件的第一燃料出口和第一长形构件的第二燃料出口可以使用端封来密封式地关闭。第一长形构件的第一燃料出口的纵向轴线和第二长形构件的第一燃料入口的纵向轴线之间的角度可以为至少大致90度，并且第二长形构件的第二燃料出口的纵向轴线和第一长形构件的第二燃料入口的纵向轴线之间的角度可以为至少大致90度。

附图说明

图1是根据一个实施方式的具有到多个燃料喷射器的支接件的多燃料轨道设备的透视图。

图2是图1示出的支接件以及与多燃料轨道设备的第一纵向孔流体连通的支接结构的截面图。

图3是图1示出的支接件以及与多燃料轨道设备的第二纵向孔流体连通的支接结构的截面图。

具体实施方式

参照图1，示出了多燃料轨道设备10，其包括用作燃料歧管和燃料容器的第一长形锻造构件21和第二长形锻造构件22。每个长形锻造构件将第一燃料和第二燃料从这些燃料的供应源(未示出)分别流体地传送到燃料喷射器31a、31b、31c和32a、32b、32c，这一点将在下文描述。虽然在示出的实施方式中存在两个长形锻造构件，但在其他实施方式中，多燃料轨道设备可以包括单个长形锻造构件，或者通常来说包括多个长形锻造构件。在示例性实施方式中，第一燃料是气体燃料且第二燃料是液体燃料。本文中所使用的气体燃料为在标准温度和压力下为气体状态的任何燃料，在本申请的上下文中，标准温度和压力为20摄氏度(℃)和1个大气压(ATM)。液体燃料在标准温度和压力下为液体状态。长形锻造构件21和22是相似的，为了简化讨论，将参照长形锻造构件21来描述这些构件的特征。长形锻造构件之间的相似特征具有相似的附图标记，其中与构件21相关的附图标记以“1”结尾，与构件22相关的附图标记以“2”结尾。长形锻造构件之间的相似特征可能仅针对构件21示出，但是应当理解，构件22同样具有这些特征。参照图2，长形锻造构件21具有第一纵向孔41，第一纵向孔41与第二纵向孔51间隔开，分别用于流体地传送第一燃料和第二燃料。纵向孔41为轨道设备10的第一燃料轨道(或第一燃料通路)，纵向孔51为轨道设备10的第二燃料轨道(或第二燃料通路)。在示出的实施方式中，第一纵向孔41的第一直径大于第二纵向孔51的第二直径，但这不是必需的，在其他实施方式中，所述直径可以相等或者第一直径可以小于第二直径。所述孔的直径取决于多种因素，包括燃料的密度、流经所述孔的最大所需质量流率以及所述孔中的燃料的压力和温度。在示出的实施方式中，第一纵向孔41和第二纵向孔51是盲孔，但这不是必需的，其中，参照图1，第一纵向孔具有位于锻造构件21的端部341处的燃料入口61和靠近端部351、沿着表面191的燃料出口71，第二纵向孔具有位于端部351处的燃料入口81以及靠近端部341、沿着表面191的燃料出口91。通过将燃料入口61和81设置于锻造构件21的相反两端，改善了用于将源燃料导管紧固到这些燃料入口的工具接入性。

存在使构件21和22的燃料入口和燃料出口彼此互连以及使构件21和22的燃料入口和燃料出口与第一燃料源和第二燃料源互连的多种方式。在示出的实施方式中，导管100使燃料出口72与燃料入口61流体地连接，导管110使燃料出口91与燃料入口82流体地连接。导管100和110亦被称作交越连接件。燃料出口71利用端封120封闭，燃料出口92利用端封130封闭。端封120和130可以为插入燃料出口中的插塞。替代地，在锻造构件21和22的制造期间，燃料出口可以通过锻造相应地形成为被永久封堵，其后可以通过穿过锻造金属钻出相应的孔来使燃料出口开放。当燃料入口62与第一燃料源流体地连接并且燃料入口81与第二燃料源流体地连接时，第一燃料和第二燃料可以经构件21和22分配。

在其他实施方式中，构件21和22的燃料入口和燃料出口可以通过替代的方式彼此互连并与第一燃料源和第二燃料源互连。例如，在其他实施方式中，第一燃料源和第二燃料源可以分别与构件21的燃料入口61、81流体地连接，燃料出口71、91可以与构件22的燃料入口62、82流体地连接，构件22的燃料出口72、92被相应地端封。在另一些实施方式中，第一燃料源可以与燃料入口61、62流体地连接，第二燃料源可以与燃料入口81、82流体地连接，使得燃料出口71、72、91、92被相应地端封。替代地，本文所描述的燃料入口和燃料出口可以分别作为燃料出口和燃料入口操作。

在示例性实施方式中，可以在不必拆卸多燃料轨道设备的任何其他零件的情况下将导管100和110从多燃料轨道设备10上拆卸下来。采用安装凸耳331来将锻造构件21借助于安装臂(未示出)固定在发动机上，优选地固定在发动机的气缸盖上。尽管附图中仅示出了一个安装凸耳331，但是通常可以存在多个安装凸耳。对应的燃料入口和燃料出口的纵向轴线之间的角度优选为大致90度或更大，使得可以在不必拆卸和组装锻造构件21和22的情况下组装和拆卸导管100和110。也就是说，当多燃料轨道设备10被完全组装好时，可以在不必将锻造构件21和/或22从其各自的安装凸耳上拆卸下来的情况下将导管100和110拆卸下来。例如，燃料入口61的纵向轴线103与燃料出口72的纵向轴线105之间的角度为至少大致90°，燃料入口82的纵向轴线107与燃料出口91的纵向轴线109之间的角度为至少大致90度或更大。

在示出的实施方式中，长形锻造构件21包括三个支接结构141a、141b和141c，所述三个支接结构141a、141b和141c与相应的支接件151a、161a；151b、161b和151c、161c流体地连接并分别用于将第一燃料和第二燃料流体地传送至燃料喷射器31a至31c。在其他实施方式中，长形锻造构件通常可以各自包括一个或多个支接结构。每个支接结构均包括始于第一燃料轨道的燃料口和始于第二燃料轨道的燃料口。现在将更详细地描述支接结构141b，应当理解，其他支接结构(141a、141c、142a、142b和142c)具有相似的特征。支接结构141b包括自长形锻造构件21的外表面191延伸的第一凸台171b和第二凸台181b。第一凸台171b形成用于支接件151b的阴连接器，第二凸台181b形成用于支接件161b的阳连接器。如本文中所使用的，凸台为凸起的部分或凸起的体部。

参照图2，凸台171b包括在第一向内渐缩区段201和纵向孔41之间延伸的第一横向孔211。环状凸缘221从向内渐缩区段201向外延伸并且于内表面231上设有螺纹，使得环状凸缘221可以与支接件151b的螺母241相互接合，以将燃料管线261的端部件251固定到向内渐缩区段上，进而在支接件和纵向孔41之间形成液密密封。在示例性实施方式中，第一向内渐缩区段201的表面形状可以是截头圆锥形表面、球形表面、抛物面和双曲面中的一种。凸台171b的纵向轴线203和燃料喷射器31b上的用于第一燃料的燃料入口的纵向轴线205之间的角度优选为至少大致90度，使得可以在不必拆卸多燃料轨道设备10的任何其他零件的情况下从支接结构141b的凸台171b上拆卸燃料管线261。端部件251和螺母241之间的接触区域361可能形成流体密封，使得在燃料经过端部件和向内渐缩区段201之间的密封(主密封)而泄漏的不期望的情况下，燃料将通过形成在接触区域处的密封而被捕获在腔室401中。这种所捕获的燃料可以减少螺母241的夹紧载荷，并可能促进(增加)主密封处的泄漏。渗流管线371通过允许第一燃料逸出而防止主密封和接触区域361之间的燃料压力的积累。在多燃料轨道设备10的组装期间，可以通过检测逸出渗流管线371的第一燃料而确定是否有燃料经过主密封泄漏。当第一燃料为气体燃料时，可以在渗流管线371的出口处施加液体以留意气泡的形成。当第一燃料为液体时，在出口处滴落的液体可以被用作主密封处泄漏的指示。螺母241可以延伸穿过气门盖(未示出)，使得不需要移除气门盖即可松开螺母。管道(未示出)可以从渗流管线371的出口延伸至气门盖的外侧，以将燃料从渗流管线传送至气门盖外侧，进而减少来自渗流管线的燃料在气门盖下方的累积。

参照图3，凸台181b包括在第二向内渐缩区段271和纵向孔51之间延伸的第二横向孔281。环状凸缘222从向内渐缩区段271向内延伸并且于外表面291上设有螺纹，使得环状凸缘222可以与支接件161b的螺母301相互接合，以将燃料管线321的端部件311固定到向内渐缩区段上，进而在支接件和纵向孔51之间形成液密密封。在示例性实施方式中，第二向内渐缩区段271的表面形状可以是截头圆锥形表面、球形表面、抛物面和双曲面中的一种。凸台181b的纵向轴线207和燃料喷射器31b上的用于第二燃料的燃料入口的纵向轴线209之间的角度优选为至少大致90度，使得可以在不必拆卸多燃料轨道设备10的任何其他零件的情况下将燃料管线321从支接结构141b的凸台181b上拆卸下来。端部件311和螺母301之间的接触区域381可能形成流体密封，使得在燃料经过端部件和向内渐缩区段271之间的密封(主密封)泄漏的不期望的情况下，燃料将通过形成在接触区域处的密封而被捕获在腔室411中。这种所捕获的燃料可以减少螺母301的夹紧载荷，并可能促进(增加)主密封处的泄漏。轴向渗流管线391通过允许第二燃料逸出而防止主密封和接触区域381之间的燃料压力的积累。在多燃料轨道设备10的组装期间，可以通过检测逸出渗流管线391的第二燃料而确定是否有燃料经过主密封泄漏。当第二燃料为气体燃料时，可以在渗流管线391的出口处施加液体以留意气泡的形成。当第二燃料为液体时，在出口处滴落的流体可以被用作主密封处泄漏的指示。在替代实施方式中，可以穿过凸台181b交叉钻出渗流管线以允许燃料从腔室411逸出。螺母301可以延伸穿过气门盖(未示出)，使得不需要移除气门盖即可松开螺母。管道(未示出)可以从渗流管线391的出口延伸至气门盖的外侧(在螺母未延伸穿过该气门盖的情况下)，以将燃料从渗流管线传送至气门盖外侧，进而减少来自渗流管线的燃料在气门盖下方的累积。

横向孔211和281的直径可以根据其各自的纵向孔41和51以及其各自的燃料压力来定大小，以减少经燃料喷射器喷射燃料而导致的压力脉动。在这一方面，横向孔作为减少燃料喷射器中喷射阀附近的压力波动向纵向孔的传播的限流孔进行操作。

通过使凸台171b为阴连接器并使凸台181b为阳连接器，这些凸台可以定位成相比于其同为阳连接器或同为阴连接器的情况彼此更加靠近，同时仍提供用于将支接件紧固于其上的工具所需的间隙。此外，当第一长形构件和第二长形构件由坯料金属锻造或机械加工而成时，与采用滑动式配件的装配式轨道相比，凸台可以定位成彼此更加靠近。当凸台彼此更加靠近时，多燃料轨道设备10的包装外层得到改进，使得将设备置于气门盖之下具有更大的自由度。在示例性实施方式中，每个支接件均在一端具有阳连接件且在另一端具有阴连接件，这防止第一燃料轨道和第二燃料轨道与燃料喷射器上的其各自的燃料入口错误连接。

与依靠圆筒形管道的壁厚和用于形成密封结构的配件(其焊接或紧固到圆筒形管道)的装配式和组装式燃料轨道不同，凸台171b、181b在锻造过程期间被集成到锻造构件21和22中，并且可以向凸台添加足够的材料，使得可以形成液密密封结构，该结构可以密封住适于高压直接喷射的气体燃料和液体燃料的压力。例如，在这些实施方式中，当气体燃料压力保持在液体燃料压力的预定裕度内时，例如在采用液体燃料作为燃料和液压流体的双燃料喷射器中，第一纵向孔41(参见图2)中的气体燃料压力可以处于750bar(甚至更高)的数量级，并且第二纵向孔51中的液体燃料压力可以为与此相当但略高的压力。当气体燃料压力未保持在液体燃料压力的预定裕度内时，可以利用液体燃料的不可压缩性来增加液体燃料压力，使得液体燃料压力远高于气体燃料的压力，其中气体燃料是可压缩的流体并且具有耗费更多能量来压缩的特征。圆筒形管道式燃料轨道依赖于壁厚以形成结构良好且液密的密封，特别是对于比液体燃料更难密封并且通常需要更高密封压力的气体燃料而言更是如此，并且因此装配式燃料轨道组件本来比采用锻造构件21的锻造轨道组件更重，因为锻造构件21中用于密封结构的材料集中在支接结构141[a-c]处而不是在整个锻造构件中。锻造构件中的两个纵向孔(每种燃料一个)和具有用于支接件的凸台的支接结构的组合使得包装外层与包括两个圆筒形燃料轨道和用于支接件的相关配件的装配式燃料轨道组件相比显著减小。在一些应用中，若不对发动机进行大量的重新设计，则没有空间将装配式燃料轨道组件集成在气门盖下方。较小的包装导致较小的燃料馈送路径，其限制了不期望的压力波相互作用。拆分的轨道可以允许纵向孔的更精确的枪钻。锻造允许每个燃料喷射器的一对凸台放置成彼此更加靠近。可以锻造出一部分从而允许进行各种二次加工操作。与装配式轨道组件相比，多燃料轨道设备10减少了泄漏路径，因为其减少并优选地消除了焊接件并减少了所需的密封件的数量。

尽管已经示出并描述了本发明的特定元件、实施方式和应用，但应当理解，本发明不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本公开内容的范围的情况下做出修改，特别是根据前述教导。例如，构件21和22可以由金属坯料机械加工而成而非锻造而成。在一些应用中，孔41和51可以例如通过钻孔或枪钻而在金属坯料中形成，并且支接结构可以是沿孔滑动到位并固定就位的配件。