CN101849097A - 燃料蒸气分离器 - Google Patents

Abstract

一种用于船用发动机的燃料输送系统的燃料蒸气分离器，可回收燃料蒸气并防止当发动机倾斜时燃料溢出。

Description

燃料蒸气分离器

技术领域

本发明涉及用于船用发动机燃料输送系统以回收燃料蒸气并防止发动机倾斜时燃料溢出的燃料蒸气分离器。

背景技术

小型舷外船用发动机通常是可拆卸的并被安装在船的艄板上。典型地，这些发动机包括一个集成的燃料系统，它通过吸力从船的燃料罐或燃料箱抽取液体燃料。燃料穿过蒸气分离器单元，以冷凝或收回将通过进气系统被发动机燃烧的蒸气。蒸气分离器内的燃料在高压下被输送到燃料喷射系统。典型地，稍大的舷内或舷内/舷外船用发动机也包括一个集成的燃料系统，该集成的燃料系统通过吸力抽取燃料，并穿过蒸气分离器单元，以收集蒸气并由发动机燃烧该被收集的蒸气，从而防止燃料蒸气在船的封闭区聚集。

船舶工业早就认识到，船上的燃料蒸气是个问题，特别是在封闭舱内。为防止燃料溢出，长期以来，船舶安全规程要求在燃料箱和发动机之间经过的燃料应在真空下抽吸掉，而不是在压力下被提供，后者被普遍实施于汽车工业。因此，燃料在负压下从燃料箱抽出，以防止当燃料管破裂时燃料溢出到船内。但是在低压下，尤其当与邻近发动机的高温以及船舶通过波浪时的振动条件相结合时，燃料易于汽化。除了收集蒸气以防散发或防止邻近发动机的蒸气的不受控燃烧的可能，如果蒸气是在燃料中被供给到发动机的，那么可能会发生一种通常所说的气阻的状态。

蒸气分离器被设计来对付上述蒸气问题。一些蒸气分离器允许来自燃料喷射器燃料导轨的受热燃料返回，并允许燃料导轨中存在的任何蒸气在燃料被再导入高压泵并提供给喷射系统的燃料导轨之前，被冷凝为液体。在一些舷外发动机中，蒸气可由蒸气分离器排放到大气。但在被封闭在舱内的发动机中，燃料蒸气通过真空管连接而被提供给发动机燃料吸入系统，并在发动机内以受控的方式燃烧。

在多数具有浮子阀(float actuated valve)的船舶应用中，蒸气分离器包括一个蒸气通气阀(vapor vent valve)，只要分离器内的燃料水平升高过一个预定水平，浮子阀就自动闭合该通气管。这个浮子阀阻止液态流体通过被设计来向发动机仅提供燃料蒸气的真空管而进入发动机的进气口。此外，该浮动机构还被设计为当发动机被倾斜时(特别是对于可拆卸舷外发动机)闭合通气管，使得液体燃料不会排出蒸气通气口。

现有技术的燃料蒸气通气阀布置通常是一个由液体燃料支撑的浮标，该浮标刚好在被连接至一个针阀(needle valve)的蒸气管之下，当液体燃料提升该浮标时，针阀闭合。一个典型的现有技术针型通气阀系统200(needle ventvalve system)绘于图1。这些针阀200包括一般支承于枢销204之上的浮标202，浮标枢的旋转轴取向为相对发动机安装支架的枢轴平行，以便只要发动机旋转到一个倾斜状态时(比如螺旋桨离开水的舷内或舷外发动机)，该浮标将通过针阀208闭合通气通道206。当发动机倾斜时闭合该通道防止了当发动机被关闭或倾斜时液体燃料流过蒸气分离器，或防止了当发动机运行时，液体燃料流过蒸气通气阀的蒸气部分到达发动机的进气口。

许多舷外船用发动机经常配置为可在使用后被手动从船上移除并贮存。发动机被移除后，当将该发动机放置在拖车上、车辆载货区，或者也许放置在轻运货车的货斗上时，使用者通常侧放该发动机，以保护螺旋桨和舵杆摇臂。当该船用发动机侧放时，该通气阀机构的枢轴不再与发动机成一直线，并且许多情况下该浮子阀不会正确地闭合针阀或者该针阀以后会在运输期间移位，这可能使得液体燃料通过蒸气分离器上的蒸气出口而泄漏到发动机、发动机舱，或者发动机贮存的区域。所以，需要一种改进的燃料蒸气分离器，在该燃料蒸气分离器中，通气口控制装置可顺应在非常规方向上的发动机倾翻。还需要拥有一种蒸气分离器，即使存在液体燃料，该蒸气分离器也不会允许固体燃料在发动机工作期间因颤动或振动(例如阀门或浮子会被移动的波浪状态)而通过蒸气出口排出，从而使得液体燃料溅入蒸气出口。在蒸气出口被连接至进气口的系统中，任何液体燃料溅入蒸气出口将导致液体燃料进入发动机的进气口，从而形成一种具有过量燃料的状态，这通常导致发动机熄火。因此，需要防止由颤动引发的瞬时排出，并考虑控制何时蒸气通过蒸气分离器排出。

蒸气分离器并不用于汽车应用中，因为在船舶应用中产生过量蒸气的因素一般不存在。而且，汽车一般较少关心在汽车封闭区域的燃料蒸气聚集。一些汽车排气系统将一种“滚动”通气阀(″roll-over″vent valve)整合到燃料箱之内，但是这些只是排气系统中的次要零件，仅仅保护通向蒸气收集罐(vapor collection canister)的打开的通气管。如果该“滚动”通气阀损坏或移除，那么汽车发动机将继续不受影响地、不被打断地工作。比较起来，在蒸气通气阀是发动机的主要部分的船舶系统中，任何故障或失效可能会完全损坏该发动机。

发明内容

鉴于上文，本发明包含用于船用发动机的燃料供给系统。该燃料供给系统包括一个蒸气分离器，该蒸气分离器具有封闭的内室，以收集大量液体燃料和燃料蒸气。一个抽吸泵在负泵压下将液体燃料从远端燃料箱转移到该内室。一个高压泵在正压下将液体燃料从该内室转移到发动机的燃料喷射系统。该高压燃料泵位于发动机靠近进气口或喷射器处，因为一般来说，在海洋船只上，规程禁止受压燃料管长于18英寸。该蒸气分离器包括一个与内室连通以使困在内室之中的燃料蒸气逸出的通气阀装置。该通气阀装置包括被一个逸出通道穿过的一个封闭的顶端。一个针阀被布置在一个弹簧上，并被该弹簧偏置以便操作地密封一通气通道。一磁性线圈可被连接至继电器和热敏电阻电路，该热敏电阻电路检测何时存在液体燃料。当该热敏电阻检测到不存在液体燃料时，它可切换继电器，该继电器为打开针阀的磁性线圈提供电源。该磁性线圈可进一步由一个控制模块控制，例如发动机控制模块，该模块控制着继电器以断开和接通该磁性线圈。

该系统设计为即便发动机电源关闭时，也能防止燃料逸出。例如，当电源关闭时，比如当发动机不运行时，弹簧将针阀偏置到阻止蒸气和液体燃料逸出的闭合位置。当检测到存在液体燃料、并且电源被提供时，比如当发动机运行或汽车的点火器被打开时，该系统将针阀保持闭合，因为电力未提供给线圈。当没有燃料存在、并且电源打开时，电力可被供到线圈，使得针阀打开。为阻止针阀因振动或燃料与热敏电阻的接触的其他临时消除而打开，热敏电阻电路可被编程为具有在通过接通磁性线圈以打开针阀而排出蒸气之前的定时延迟，诸如1/2秒至一秒或更多，从而防止燃料由于振动或波浪，通过蒸气通气口而意外排出。而且，通过被偏置到闭合位置，比如当发动机被关闭时，防止了当舷外发动机被运输时燃料逸出，以及当发动机被关闭时蒸气逸出。

根据本发明的燃料供给系统通过为船用发动机的蒸气分离器提供单向的通气阀装置，——它还允许控制燃料蒸气从蒸气分离器排出的时机，克服了现有技术的不足和缺点。

从下面的详细说明、权利要求和附图，本发明的进一步适用范围将变得显而易见。但是应当理解，该详细说明和具体例子——尽管表明本发明的优选实施例——仅仅以举例说明的方式而给出，因为在本发明精神和范围之内的各种变化和修改对本领域技术人员而言将是显而易见的。

附图说明

结合下面的详细说明、所附权利要求和附图，本发明将得以更好地理解，其中：

图1是现有技术通气口控制装置的剖面图；

图2是典型的舷外船用发动机的侧视图；

图3是用于舷外船用发动机的燃料输送系统的示意图；

图4是根据本发明的船用蒸气分离器的剖面图，其中针阀处于打开位置；以及

图5是处于闭合位置的船用蒸气分离器的剖面图。

具体实施方式

一种用于发动机12的蒸气分离器28总体示于各图。尽管图1举例说明了固定在船的艄板14上的舷外船用发动机12，但是发动机12可以是任何船用发动机。小型舷外船用发动机12，比如示于图2的，通常被安装在支架16上，以便发动机12为运输和/或维护起见，可从船上被快速移除。支架16包括一个翻转零件，该零件允许通过螺旋桨18向上摆出水而使发动机前端转向船，以便在浅水状态下启动和操纵。作为例子，发动机12可在使用和非使用状态之间——同时也为了平稳控制——围绕轴A枢转。尽管发动机12作为舷外发动机而示于图2，但是本发明的蒸气分离器28可很容易地应用于舷内/舷外发动机或被永久性地固定在船舱内的舷内发动机。

通过一个在图3总体示于22的发动机载燃料系统(engine mounted fuelsystem)，船用发动机12从燃料箱20抽取液体燃料。尽管燃料箱20作为较小的燃料箱而示于图2，但应很容易认识到，包括任何尺寸配置或形状在内的任何类型的燃料箱都可用于本发明。除了燃料箱20和供给管24，船用发动机上的燃料系统22大致完全与发动机12集成，使得各部件尽可能地靠近发动机，以满足规程，比如高压燃料管不得长于18英寸。对于示于图2的该示例性舷外发动机12，当发动机12从船上移除时，燃料系统22可随着发动机12而被移除，但燃料箱20和燃料管24可留在船上，或者被个别地移除。但是在一些情况下，燃料箱20也可随着发动机12而被移除。

如图3所示，低压燃料输送泵26或提升泵典型地通过供给管24从燃料箱20抽取燃料。燃料被输送到在图3和4中总体被标为28的蒸气分离器。蒸气分离器28收集并排出蒸气，这些蒸气是因为进入的低燃料压力、燃料的正常汽化、由靠近发热的发动机所致的汽化以及在一些情况下从返回自发动机的热的受激燃料(hot agitated fuel)的汽化而释放的。高压泵30可如图4所示被连接至蒸气分离器28，并在压力下将燃料泵送至发动机汽缸，比如通过燃料喷射系统32。在一些其他的实施例中，高压泵30可不被直接连接至蒸气分离器。未使用的燃料可通过回流管34返回到蒸气分离器28。但在一些实施例中，燃料不返回到蒸气分离器，并且该系统不包括回流管。蒸气分离器28进一步包括一个通气装置36，对于包括舷外发动机在内的多数船用发动机，该通气装置具有一个真空配件38，以便连接至发动机进气系统。该真空装置在通气管40内产生负压，使得燃料蒸气可通过发动机的进气口而得以循环。

图4绘出了一个示例性的蒸气分离器28，但本领域技术人员将很容易认识到，该蒸气分离器28的尺寸、形状和构造可根据间隔、位置以及发动机要求而变化。示于图4的该示例性的蒸气分离器28包括一个整体的高压燃料泵30。该高压燃料泵30包括一个燃料进口42和一个与燃料喷射系统32连通的燃料出口44。电源通过导线46供应给高压泵30。尽管图4未示出，提升泵26或低压燃料泵也可被整体地包括在蒸气分离器28上。在一些实施例中，在高压泵30的顶部，提供一个阀门76，比如施克拉德阀(Schrader valve)，以便对出口压力进行压力测试。

蒸气分离器28还包括一个中空的大致圆柱形的外壳48，它形成一个中空的内室50并与高压泵30流体连通。一个具有蒸气出口68的壁组件52被耦合至圆柱形外壳48，并且在示出的实施例中，它包括一个O型环54，该环相对外壳48将壁52的周边密封，以建立一个液密和气密密封。当然，可采用多种多样的其他构造来装配或建立用于保持燃料并固定一个通气阀装置36的该中空内室50。

如图4所示，外壳48也可耦合至一个具有燃料进口78的壁组件。当然，该壁组件56可与外壳48整体成形。但是，如图4所示，O型环密封件58也可密封外壳48和壁组件56之间的接合处，以防止液体或蒸气泄漏。蒸气分离器28还可包括一个用于固定至发动机12的安装凸缘60。该安装凸缘60可制造为具有任何尺寸、形状或构造，但是在图4中，示为具有开口62，该开口包括一个被安置于该开口62之内的橡胶垫圈64，用于隔离振动。

蒸气分离器28包括通气阀装置36。该通气阀装置36包括一个诸如弹簧98的偏置元件，以将针阀96移离蒸气逸出通道84上的阀座85。该通气阀36可进一步被成形为具有一个包住针阀96和偏置元件98的壳体。当针[[97]]96在图5中示为处于闭合位置时，偏置元件98典型地将针阀96抵靠阀座85而偏置。针阀96可由磁性材料成形而成，使得围绕着针阀96的线圈94可将针阀96从如图5所示的偏置的闭合位置移动到如图4所示的打开位置。在打开位置下，燃料蒸气可通过蒸气逸出通道84逸出，并离开蒸气出口68。通气阀36进一步包括一个燃料水平检测器110，该检测器可与一个控制模块(图未示)通信，以便控制线圈94。在一些实施例中，该燃料水平检测器110被连接至一个继电器(图未示)，该继电器可根据需要接通和断开线圈94。燃料水平检测器110典型地为一个简单的热敏电阻电路系统，并可包括激活线圈94之前的一个定时延迟，以防止液体流体的意外排出。这样，蒸气通气装置36就不需要安装于偏置元件98上的浮子组件了。而且，与现有技术中偏置元件将浮子偏置在一个打开位置或仅在存在液体燃料时向闭合位置偏置(因为在没有燃料时，它无法支撑浮子)不同，在本发明中，即便没有燃料，偏置元件也将阀门偏置在闭合位置。

诸如施克拉德阀的阀门76可被安置在燃料进口管道的末端，以便排流和释压。低压泵26的燃料进口78穿过壁组件56延伸，并与内室50连通——典型地穿过壁组件56的中空部分74。在一些实施例中，可将一个可选的冷却管80安置在内室50之内，以循环冷却液并作为热交换器而冷却容纳于内室50之中的燃料，从而将汽化最小化。

考虑到易于装配蒸气分离器28，通气阀装置36可包括一个包住所有部分的壳体(图未示)。通过插入在蒸气分离器28的壁组件52上的一个腔内，该外壳顾及了装配的方便性。

即使不存在燃料，偏置元件98也将针阀96保持在如图5所示的闭合位置，特别是将针阀96的针尖95抵靠阀座85。由于偏置元件98通常将针阀偏置在闭合位置，当发动机12不工作，以及当电力未流到线圈94时，针阀抵靠着阀座85而被保持在闭合位置。当发动机12工作并且电力供应到燃料水平检测器110时，只要燃料水平高于燃料水平检测器110，针阀96就将保持处于如图5所示的闭合位置。但是，当燃料水平低于燃料水平检测器110时，针阀可被线圈94移动到如图4所示的打开位置。燃料水平检测电路110可包括一个定时延迟，以阻止当燃料临时不与燃料水平检测器110接触时(例如由于振动或波浪作用或船的运动)，线圈94打开针阀96。例如，在具有大波浪的水文条件下，船可明显地来回摇摆，即使燃料水平接近通气阀装置36的顶部，蒸气分离器28中的燃料水平也可能会间歇地不与燃料水平检测器110接触。由于这一间歇接触，如果定时延迟不运作，并且每当燃料水平检测器110检测到一个低的燃料水平，线圈94就打开针阀96，那么，液体燃料有时会逸出蒸气出口68并进入发动机进气系统，从而可能导致发动机熄火。这在诸如波浪条件等的水文条件下特别令人烦恼，所以典型地，燃料水平检测器110将包括一个定时延迟，该定时延迟保证燃料水平确实低于燃料水平检测器110，从而确保当针阀96打开时，只有蒸气通过通道68逸出。

上述讨论公开并描述了本发明的一个示例性的实施例。从该讨论，以及从附图和权利要求，本领域技术人员将很容易地认识到，可对其作各种变化、修改和变型，而不背离由权利要求确定的本发明的实质精神和合理范围。

Claims (17)

1.一种用于船用发动机的蒸气分离器，所述蒸气分离器包括：

一偏置元件；

一阀门出口，其包括一阀座；

在所述偏置元件和所述阀门出口之间的一针阀，所述偏置元件被配置为将所述针阀抵靠所述阀座而偏置；

一可产生磁场的线圈，以将所述针阀相对所述阀座移动；以及

与所述线圈电耦合的一燃料水平检测电路，所述燃料水平检测电路配置为在检测到低燃料状态后激活所述线圈。

2.根据权利要求1所述的蒸气分离器，其特征在于，所述蒸气分离器进一步包括一个定时电路，以在检测到低燃料水平状态后，延后对所述线圈的激活。

3.根据权利要求1所述的蒸气分离器，其特征在于，所述蒸气分离器进一步包括一个控制电路，以控制对所述线圈的供电。

4.一种用于船用发动机的蒸气分离器，所述蒸气分离器包括：

一偏置元件；

一阀门出口，其包括一阀座；

在所述偏置元件和所述阀门出口之间的一针阀，所述偏置元件被配置为将所述针阀抵靠所述阀座而偏置；

一可产生磁场的线圈，以将所述针阀相对所述阀座移动；

一控制电路，以控制对所述线圈的供电；以及

与所述控制电路通信的一热敏电阻，当所述热敏电阻检测到液体燃料时，所述控制电路阻止供电给所述线圈。

5.根据权利要求1所述的蒸气分离器，其特征在于，当所述船用发动机关闭时，所述针阀被偏置到闭合位置。

6.根据权利要求1所述的蒸气分离器，其特征在于，所述船用发动机包括一个电源系统，所述电源系统具有电池和交流发电机中的至少一个，且所述蒸气分离器进一步包括一控制电路，当所述电源系统不向所述控制电路供电时，所述偏置元件将所述针阀偏置到闭合位置。

7.一种用于船用发动机的蒸气分离器，所述蒸气分离器包括：

一偏置元件；

一阀门出口，其包括一阀座；

在所述偏置元件和所述阀门出口之间的一针阀，所述偏置元件被配置为将所述针阀抵靠所述阀座而偏置；

一可产生磁场的线圈，以将所述针阀相对所述阀座移动；且

所述船用发动机包括一个电源系统，所述电源系统具有电池和交流发电机中的至少一个，所述蒸气分离器进一步包括一具有用于检测液体燃料的热敏电阻的控制电路，当所述电源系统向所述控制电路供电、并且所述热敏电阻检测到液体燃料时，所述控制电路阻止供电给所述线圈，且所述针阀保持在偏置的闭合位置。

8.一种用于船用发动机的蒸气分离器，所述蒸气分离器包括：

一偏置元件；

一阀门出口，其包括一阀座；

在所述偏置元件和所述阀门出口之间的一针阀，所述偏置元件被配置为将所述针阀抵靠所述阀座而偏置；

一可产生磁场的线圈，以将所述针阀相对所述阀座移动；且

所述船用发动机包括一个电源系统，所述电源系统具有电池和交流发电机中的至少一个，所述蒸气分离器进一步包括一具有用于检测液体燃料的热敏电阻的控制电路，当所述电源系统向所述控制电路供电、并且所述热敏电阻未检测到液体燃料时，所述控制电路允许电力从所述电源系统流向所述线圈，且所述线圈将所述针阀移动到打开位置。

9.根据权利要求8所述的蒸气分离器，其特征在于，所述控制电路被配置为只要所述热敏电阻未检测到液体燃料，就将所述针阀保持在打开位置。

10.根据权利要求8所述的蒸气分离器，其特征在于，所述控制电路包括一定时延迟，所述定时延迟阻止当所述热敏电阻未检测到液体时，向所述线圈供电，直到一个指定的时期过去之后。

11.根据权利要求1所述的蒸气分离器，其特征在于，所述蒸气分离器进一步包括一个控制所述线圈的控制电路，且所述控制电路还提供发动机管理控制功能。

12.一种用于船用发动机的燃料供给系统，所述燃料供给系统包括：

一蒸气分离器，其具有一个用来收集大量液体燃料和燃料蒸气的、实质封闭的内室；

与所述蒸气分离器的所述内室连通的一通气阀装置，所述通气阀装置包括一偏置元件，一包括阀座的阀门出口，在所述偏置元件和所述阀门出口之间的一针阀，所述偏置元件被配置为将所述针阀抵靠所述阀座而偏置，以及一可产生磁场以将所述针阀相对所述阀座移动的线圈；以及

一燃料水平检测器和一控制电路，且当所述燃料水平检测器在所述蒸气分离器内检测到液体燃料时，所述控制电路中断对所述线圈的供电。

13.根据权利要求12所述的燃料供给系统，其特征在于，当所述燃料水平检测器在所述蒸气分离器内检测到没有液体燃料时，所述控制电路允许电力通向所述线圈，所述通电的线圈将所述针阀移动到打开位置。

14.一种用于具有电源系统的船用发动机的蒸气分离器，所述蒸气分离器包括：

一偏置元件；

一阀门出口，其包括一阀座；

在所述偏置元件和所述阀门出口之间的一针阀，所述偏置元件被配置为将所述针阀抵靠所述阀座而偏置在闭合位置；

一可产生磁场的线圈，以将所述针阀相对所述阀座移动到打开位置；

所述蒸气分离器具有至少三个工作状态，包括所述电源系统不供电且所述针阀处于闭合位置的无电工作状态、所述电源系统供电且所述针阀处于闭合位置的通电且燃料被检测到状态、所述电源系统供电且所述针阀处于打开位置的通电且燃料未被检测到状态；以及

一控制电路，其包括一定时延迟电路，以在燃料水平检测器检测到所述蒸气分离器中没有燃料之后的一个预设时期中，阻止所述针阀移动到打开位置，且当所述电源系统供电时，所述控制电路从燃料水平检测器接收有关在所述蒸气分离器中存在燃料的输入信号，并只在所述燃料水平检测器未检测到燃料时，才将所述针阀移动到所述打开位置。

15.根据权利要求1所述的蒸气分离器，其特征在于，当所述船用发动机关闭时，所述针阀被偏置到闭合位置。

16.根据权利要求1所述的蒸气分离器，其特征在于，所述船用发动机包括一个电源系统，所述电源系统具有电池和交流发电机中的至少一个，且所述蒸气分离器进一步包括一控制电路，当所述电源系统不向所述控制电路供电时，所述偏置元件将所述针阀偏置到闭合位置。

17.根据权利要求1所述的蒸气分离器，其特征在于，所述蒸气分离器进一步包括一个控制所述线圈的控制电路，且所述控制电路还提供发动机管理控制功能。

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