用于將低閃點(diǎn)燃料噴入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的燃料閥的制作方法
【專利摘要】一種燃料閥(50)，用于將低閃點(diǎn)液體燃料噴入大型二沖程渦輪增壓自燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。所述燃料閥(50)設(shè)有：細(xì)長燃料閥殼體(52)；燃料進(jìn)口(53)；致動液口(78)；具有關(guān)閉位和開啟位的軸向可移動閥針(61)；燃料室(58)；容納于第一孔道(81)中的泵活塞(80)和泵室(82)；容納于第二孔道(84)中的致動活塞(83)和致動室(85)；所述泵活塞(80)連接至所述致動活塞(83)，所述泵室(82)具有經(jīng)單向閥(74)連接至所述燃料進(jìn)口(53)的入口和連接至所述燃料室(58)的出口，所述單向閥(74)在所述細(xì)長燃料閥殼體(52)中阻止從所述泵室(82)向所述燃料進(jìn)入口(53)流動。
【專利說明】
用于將低閃點(diǎn)燃料噴入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的燃料閥
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于將低閃點(diǎn)燃料噴入大型低速單向流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的燃料閥。
【背景技術(shù)】
[0002]十字頭式的大型低速渦輪增壓二沖程自燃式內(nèi)燃機(jī)通常用于大型船舶的推進(jìn)系統(tǒng)或作為發(fā)電廠的原動機(jī)。這些發(fā)動機(jī)常常是用重燃油運(yùn)行。
[0003]近來，需要能夠操作替代型燃料諸如煤氣、甲醇、煤漿、石油焦等的大型渦輪增壓二沖程自燃式內(nèi)燃機(jī)。低閃點(diǎn)燃料是需求漸增的一組燃料。
[0004]許多低閃點(diǎn)燃料，例如甲醇、LPG、DME或生物燃料是相對潔凈燃料，與例如使用重燃油作為燃料相比，當(dāng)這些燃料用作大型低速單向流渦輪增壓二沖程自燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料時(shí)，其使得含硫組分、NOx和C02在廢氣中的水平大大降低。
[0005]然而，與在大型低速單向流渦輪增壓二沖程自燃式內(nèi)燃機(jī)中使用低閃點(diǎn)燃料相關(guān)聯(lián)的問題是存在的。這些問題之一為低閃點(diǎn)，如果低閃點(diǎn)燃料泄漏至該發(fā)動機(jī)的一個(gè)其他系統(tǒng)中并與另一流體相混，則低閃點(diǎn)引起巨大問題，比如以潤滑油系統(tǒng)為例。低閃點(diǎn)燃料天性易燃，且其蒸汽極易形成爆炸性混合物。因而，一旦低閃點(diǎn)燃料能夠進(jìn)入該發(fā)動機(jī)的其他系統(tǒng)，為安全起見則必須停止該發(fā)動機(jī)的操作并凈化或更換這一系統(tǒng)中的全部液體，對該發(fā)動機(jī)的操作者來說代價(jià)高且處理繁瑣。
[0006]已知燃料閥的構(gòu)造，由于閥針和底座的設(shè)計(jì)常常具有來自閥針軸和引導(dǎo)該軸的孔道的泄露。因此，向該軸和該孔道之間的間隙施以一定量的加壓密封液‘密封油’，用于密封目的和潤滑目的。為了保持泄漏最小化，間隙以非常窄的容差被保持盡可能小，但是此小間隙需要軸和孔之間的潤滑。
[0007]在密封油和燃料已經(jīng)相混從而在系統(tǒng)中引起異常的情況下，這兩種流體的分離困難，在潤滑油系統(tǒng)中檢測燃料將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)關(guān)閉，并且常常難以查找根本原因。
[0008]另一安全相關(guān)的問題是船級社的要求，當(dāng)發(fā)動機(jī)不在低閃點(diǎn)燃料下運(yùn)行時(shí)，例如當(dāng)發(fā)動機(jī)不運(yùn)行或當(dāng)其是雙燃料發(fā)動機(jī)在另一燃料類型下運(yùn)行時(shí)，低閃點(diǎn)燃料不允許遺留在燃料閥和通向燃料閥的管道系統(tǒng)中。因而，必須為清洗燃料閥和通向燃料閥的管道預(yù)作安排。
[0009]這些低閃點(diǎn)燃料的另一挑戰(zhàn)是他們的潤滑性能較差，這在不使用潤滑液的情況下阻礙了運(yùn)動部件間細(xì)小間隙的使用。
[0010]大型低速單向流渦輪增壓二沖程自燃式內(nèi)燃機(jī)通常用于大型遠(yuǎn)洋貨船的推進(jìn)并且因此可靠性尤為重要。這些發(fā)動機(jī)的低閃點(diǎn)燃料運(yùn)行還只是較為近期的研究，低閃點(diǎn)燃料下的運(yùn)行可靠性還沒有達(dá)到常規(guī)燃料水平。因此，多數(shù)大型低速渦輪增壓二沖程自燃式內(nèi)燃機(jī)為雙燃料發(fā)動機(jī)，具有用于低閃點(diǎn)燃料運(yùn)行的燃料系統(tǒng)以及用于燃油運(yùn)行的燃料系統(tǒng)，以使這些發(fā)動機(jī)能夠在只有燃油下以全功率運(yùn)行的方式操作。
[0011]由于這些發(fā)動機(jī)燃料室的直徑大，故每一缸提供三個(gè)燃料噴射閥，繞中心排氣閥以接近120°的角度分立。因而，在雙燃料系統(tǒng)情況下，每一缸將存在三個(gè)低閃點(diǎn)燃料閥和三個(gè)燃油閥，因此，缸的頂蓋空間擁擠不堪。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]鑒于此背景，本申請的目的是提供用于將低閃點(diǎn)液體燃料噴入大型渦輪增壓自燃式二沖程內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的燃料閥以克服上述問題或至少減少上述問題。
[0013]根據(jù)一個(gè)方面，這一目的通過提供將低閃點(diǎn)液體燃料噴入大型低速運(yùn)行二沖程渦輪增壓自燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的燃料閥實(shí)現(xiàn)，所述燃料閥包括:
[0014]帶后端和前端的細(xì)長燃料閥殼體，
[0015]帶封閉頂端和多個(gè)嘴孔的噴嘴，所述噴嘴布置在所述燃料閥殼體的前端，
[0016]燃料進(jìn)口，其在所述燃料閥殼體之中用于連接至加壓低閃點(diǎn)液體燃料源，
[0017]致動液口，其在所述細(xì)長燃料閥殼體之中用于連接至加壓致動液源，
[0018]軸向可移動閥針，其可滑動地容納于所述閥殼體中的縱向針孔道中，所述閥針具有關(guān)閉位和開啟位，
[0019]所述閥針處于所述關(guān)閉位時(shí)靠在閥座上，以及所述閥針處于所述開啟位時(shí)從所述閥座提起并且所述閥針向所述關(guān)閉位偏壓，
[0020]燃料室，其圍繞所述閥針并向所述閥座敞開，并且所述閥座(69)設(shè)置在所述燃料室(58)和所述噴嘴(54)之間，
[0021]栗活塞，其容納于所述閥殼體中的第一孔道中，并且栗室在所述栗活塞一側(cè)位于所述第一孔道中，
[0022]密封液進(jìn)口，用于連接至加壓密封液源，從所述密封液進(jìn)口延伸至所述第一孔道用以在所述第一孔道中密封所述栗活塞的導(dǎo)管，
[0023]致動活塞，其容納于所述閥殼體中的第二孔道中，并且致動室在所述致動活塞一側(cè)位于所述第二孔道中，
[0024]所述栗活塞連接至所述致動活塞以與其動作一致，
[0025]所述致動室射流式連接至所述致動液口，
[0026]所述栗室具有經(jīng)單向閥連接至所述燃料進(jìn)口的入口和連接至所述燃料室的出口，所述單向閥在所述細(xì)長燃料閥殼體中阻止從所述栗室流向所述燃料進(jìn)口。
[0027]通過提供具有一體式燃料栗和一體式吸入閥的燃料閥，得到能夠操作低閃點(diǎn)燃料并克服上述問題或至少減少一些上述問題的燃料閥。還有，由于要連接的外部組件較少，故該燃料閥的安裝變得更加緊湊和簡單。一體式設(shè)計(jì)提供了緊湊的燃料閥。
[0028]在第一方面的第一可能的實(shí)施方案中，燃料閥還包括選擇性允許從所述栗室流向所述燃料進(jìn)口的裝置，用于清洗所述燃料閥。由此，使燃料閥的清洗成為簡單的操作。
[0029]在第一方面的第二可能實(shí)施方案中，所述選擇性允許從所述栗室流向所述燃料進(jìn)口的裝置包括使單向閥的止回功能選擇性失效的裝置。由此，避免了附加清洗閥的提供且該構(gòu)造的復(fù)雜性降低。
[0030]在第一方面的第三可能性實(shí)施方案中，所述單向閥包括能夠在開啟位和關(guān)閉位之間運(yùn)動的閥構(gòu)件，所述閥構(gòu)件彈性或流動性地向所述關(guān)閉位偏壓，所述閥構(gòu)件被配置為在所述燃料進(jìn)口中的壓力高于所述栗室中的壓力之時(shí)向所述開啟位推進(jìn)并在所述栗室中的壓力高于所述燃料進(jìn)口中的壓力之時(shí)向所述關(guān)閉位推進(jìn)。
[0031]在第一方面的第四可能性實(shí)施方案中，同樣在所述栗室中存在給定壓力之時(shí)，所述閥構(gòu)件被配置為通過控制信號向其開啟位運(yùn)動。
[0032]在第一方面的第五可能性實(shí)施方案中，所述可運(yùn)動的閥構(gòu)件設(shè)有面向控制室的壓力表面，所述控制室與所述單向閥相關(guān)聯(lián)，所述控制室射流式(f Iuidi ca11y)連接至控制口，所述控制口在所述細(xì)長燃料閥殼體中用于連接至控制液源。
[0033]在第一方面的第六可能性實(shí)施方案中，所述單向閥包括設(shè)有閥孔道的閥殼體，并且在所述閥孔道中容納閥構(gòu)件，所述閥孔道的一端形成所述閥構(gòu)件的閥盤的底座，并且所述閥盤在所述可運(yùn)動閥構(gòu)件處于關(guān)閉位時(shí)靠在所述閥座上而所述閥盤在所述閥構(gòu)件處于開啟位時(shí)從所述閥座提起。
[0034]在第一方面的第七可能性實(shí)施方案中，所述控制室布置在所述閥孔道中并且其中所述可運(yùn)動的閥構(gòu)件在所述控制室的一側(cè)包括柱塞部。
[0035]在第一方面的第八可能性實(shí)施方案中，所述閥殼體包括圓柱形部分且其中在所述細(xì)長閥殼體中的配對縱向孔道中容納所述閥殼體。
[0036]在第一方面的第九可能性實(shí)施方案中，所述燃料閥包括專用控制閥，其射流式連接在所述栗室和所述燃料進(jìn)口之間用于選擇性允許從所述栗室流向所述燃料進(jìn)口以清洗所述燃料閥。
[0037]在第一方面的第十可能性實(shí)施方案中，所述控制閥響應(yīng)于控制信號而打開和關(guān)閉。
[0038]在燃料閥的第一方面的第十一可能性實(shí)施方案中，所述閥針被配置為在所述燃料室中的壓力超過預(yù)定閾值時(shí)逆對所述偏壓從所述關(guān)閉位向所述開啟位運(yùn)動。
[0039]在第一方面的第十二可能性實(shí)施方案中，所述燃料閥還包括冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口以及冷卻液流路用于冷卻燃料噴射閥，特別是最靠近前端的燃料閥部分。
[0040]在第一方面的第十三可能性實(shí)施方案中，所述細(xì)長閥殼體包括連接至后部分的前部分，所述軸向可移動閥針布置在所述前部分中，在所述后部分中形成所述第一孔道，所述第二孔道以及所述匹配孔道。
[0041]上文的目標(biāo)還根據(jù)通過提供大型低速運(yùn)行二沖程渦輪增壓自燃式內(nèi)燃機(jī)的第二方面實(shí)現(xiàn)，所述大型低速運(yùn)行二沖程渦輪增壓自燃式內(nèi)燃機(jī)具有根據(jù)第一方面及其任一種實(shí)施方案的燃料閥。
[0042]在第二方面的第一可能性實(shí)施方案中，所述發(fā)動機(jī)還包括具有受控壓力Pf的加壓燃料源、具有受控壓力Ps的加壓密封液源以及具有受控壓力Pc的加壓冷卻液源，其中Pc高于Pf O
[0043]在發(fā)動機(jī)的第二方面的第二可能性實(shí)施方案中，通向所述燃料進(jìn)口的導(dǎo)管包括雙壁管道，具有輸送所述低閃點(diǎn)燃料的內(nèi)腔和開孔通風(fēng)并連接至傳感器用于檢測烴的外腔。
[0044]根據(jù)本發(fā)明燃料閥和發(fā)動機(jī)的其他目標(biāo)、特征、優(yōu)點(diǎn)和性能從詳細(xì)描述中將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0045]在本發(fā)明的下文詳述部分中，將參考附圖中所示的示例性實(shí)施方式更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中:
[0046]圖1為根據(jù)示例性實(shí)施方式的大型二沖程柴油機(jī)的正視圖，
[0047]圖2為圖1的大型二沖程發(fā)動機(jī)的側(cè)視圖，
[0048]圖3為根據(jù)圖1的大型二沖程發(fā)動機(jī)的示意圖，以及
[0049]圖4為圖1發(fā)動機(jī)的低閃點(diǎn)液體燃料系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式的對于一個(gè)燃料閥的示意圖，
[0050]圖5為汽缸圖1發(fā)動機(jī)的低閃點(diǎn)液體燃料系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式的汽缸上部的示意圖的截面圖，
[0051]圖6為用于根據(jù)圖1-3的發(fā)動機(jī)的示例性實(shí)施方式的低閃點(diǎn)燃料閥的立式圖，
[0052]圖7為圖6中所示的低閃點(diǎn)燃料噴射閥的截面圖，
[0053]圖7A示出圖7的放大詳圖，
[0054]圖7B示出圖7的另一放大詳圖，
[0055]圖8為圖6中所示的低閃點(diǎn)燃料噴射閥的不同截面圖，
[0056]圖9為圖6中所不的低閃點(diǎn)燃料噴射閥的另一不同截面圖，
[0057]圖9A為圖9的放大詳圖，圖10為圖6中所不的低閃點(diǎn)燃料噴射閥的另一不同截面圖，
[0058]圖11為圖6中所不的低閃點(diǎn)燃料噴射閥的另一不同截面圖。
具體實(shí)施方案
[0059]在以下的詳細(xì)描述中，將參考示例性實(shí)施方式中的大型二沖程低速渦輪增壓內(nèi)燃(柴油)機(jī)描述自燃式內(nèi)燃機(jī)。圖1、2和3示出具有機(jī)軸42和十字頭43的大型低速渦輪增壓二沖程柴油機(jī)。圖3示出具有其進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)的大型低速渦輪增壓二沖程柴油機(jī)示意圖。在這一示例性實(shí)施方式中，該發(fā)動機(jī)具有聯(lián)機(jī)的四個(gè)汽缸I。大型低速渦輪增壓二沖程柴油發(fā)動機(jī)通常具有4和14之間數(shù)量的聯(lián)機(jī)的汽缸，由發(fā)動機(jī)機(jī)架13承載。該發(fā)動機(jī)例如可用作遠(yuǎn)洋船舶的主發(fā)動機(jī)或用作固定式發(fā)動機(jī)用于操作發(fā)電站的發(fā)電機(jī)。該發(fā)動機(jī)的總體輸出例如可以為1,000-110 ,OOOkW的范圍。
[0060]這一示例性實(shí)施方式中的發(fā)動機(jī)為二沖程單流型柴油(自燃式)發(fā)動機(jī)，具有在汽缸I頂部的中央排氣閥4和在汽缸I下部區(qū)域的掃氣口 19。掃氣從掃氣容納裝置2行進(jìn)至各個(gè)汽缸I的掃氣口 19。汽缸I中的活塞41壓縮掃氣，燃料噴射閥噴射燃料(以下還會詳細(xì)描述)至汽缸蓋(以下還會詳細(xì)描述)中，隨后燃燒并產(chǎn)生廢氣。當(dāng)排氣閥4打開時(shí)，廢氣流經(jīng)與汽缸I關(guān)聯(lián)的排氣管道進(jìn)入廢氣容納裝置3并向前經(jīng)過第一排氣導(dǎo)管18到達(dá)渦輪增壓器5的渦輪6，廢氣從該渦輪處經(jīng)節(jié)熱器28通過第二排氣導(dǎo)管流走至出口 29并進(jìn)入大氣。渦輪6經(jīng)軸驅(qū)動經(jīng)由空氣入口 10供給了新鮮空氣的壓縮機(jī)9。壓縮機(jī)9遞送加壓掃氣至通向掃氣容納裝置2的掃氣導(dǎo)管11。
[0061 ]導(dǎo)管11中的掃氣經(jīng)過用于冷氣掃氣的中間冷卻器12。在示例性實(shí)施方式中，掃氣離開壓縮機(jī)時(shí)接近200°C并被中間冷卻器冷卻至36和80°C之間。
[0062]冷卻的掃氣經(jīng)過輔助風(fēng)機(jī)16，輔助風(fēng)機(jī)16由電機(jī)17驅(qū)動，并在渦輪5的壓縮機(jī)9不能為掃氣容納裝置2遞送足夠的壓力，S卩，在發(fā)動機(jī)低或部分載荷狀態(tài)下時(shí)，對掃氣流加壓。在較高的發(fā)動機(jī)負(fù)載下，渦輪增壓器壓縮機(jī)9遞送充分壓縮的掃氣，于是經(jīng)單向閥15繞過輔助風(fēng)機(jī)16。
[0063]圖4為如下連接的低閃點(diǎn)液體燃料閥50的示意圖，其連接至低閃點(diǎn)液體燃料源60、連接至冷卻液(油)源59、連接至密封液源57、經(jīng)控制閥96連接至致動液(油)源97、連接至清洗控制閥98以及致動液控制閥96。導(dǎo)管62自加壓低閃點(diǎn)液體燃料源62通向低閃點(diǎn)液體燃料閥50的殼體進(jìn)口。導(dǎo)管62為雙壁導(dǎo)管，例如由同心管或在固體塊狀材料如汽缸蓋48內(nèi)的管形成。低閃點(diǎn)液體燃料在內(nèi)腔/內(nèi)管中輸送，且外腔開孔通風(fēng)并設(shè)有用于檢測揮發(fā)性烴組分的傳感器63(嗅探器)。傳感器63連接至電子控制單元，當(dāng)傳感器63檢測到烴組分時(shí)，電子控制單元發(fā)出警報(bào)。窗口閥61設(shè)在導(dǎo)管62之中用于使燃料閥50與低閃點(diǎn)液體燃料源60斷開連接以能夠清除燃料閥50中的低閃點(diǎn)燃料。窗口閥61優(yōu)選被電子控制單元以電子方式操作和控制。電子控制閥96控制噴射動作并且控制閥98通過阻止單向閥的關(guān)閉來控制清洗。
[0064]圖5示出根據(jù)示例性實(shí)施方式的多個(gè)汽缸I之一的頂部。汽缸I的頂蓋48設(shè)有數(shù)個(gè)(通常2或3)燃料閥50用于從燃料閥50的噴嘴噴射低閃點(diǎn)液體燃料至汽缸I的活塞41上方的燃燒室中。在這一示例性實(shí)施方式中，發(fā)動機(jī)每一汽缸具有三個(gè)低閃點(diǎn)液體燃料閥50，但應(yīng)當(dāng)理解，單個(gè)或兩個(gè)低閃點(diǎn)燃料閥50可以夠用，取決于燃燒室的大小。排氣閥4置于頂蓋中央，且低閃點(diǎn)液體燃料閥50更靠近汽缸壁。
[0065]在實(shí)施方式(未示出)中，兩個(gè)或三個(gè)燃油閥可設(shè)在頂蓋48中用于發(fā)動機(jī)在燃油下的操作。燃油閥以已知的方式連接至高壓燃油源。
[0066]使用冷卻液比如能夠使用系統(tǒng)油(潤滑油)的冷卻油來冷卻最靠近噴嘴且最靠近燃燒室的燃料閥50的前向部分。對此，燃料閥50本體設(shè)有冷卻液進(jìn)口和冷卻液排出口以及通過燃料閥50本體的前向部分位于進(jìn)口和排出口之間的流路(未示出)。冷卻液進(jìn)口經(jīng)導(dǎo)管連接至加壓冷卻液(如系統(tǒng)油)源59，以及冷卻液出口經(jīng)導(dǎo)管連接至冷卻液蓄存器。
[0067]燃料閥50的本體還設(shè)有致動液口用于控制燃料閥的開啟和關(guān)閉。控制口經(jīng)導(dǎo)管連接至加壓致動液源97。電子控制的控制閥96，優(yōu)選比例閥，放置在加壓致動液源97和致動液口之間的導(dǎo)管中用于控制燃料閥50的開啟和關(guān)閉，S卩，用于控制噴射動作。
[0068]發(fā)動機(jī)設(shè)有電子控制單元來控制發(fā)動機(jī)的操作。信號線使電子控制單元連接至電子控制閥96和98以及連接至窗口閥61。
[0069]電子控制單元被配置用以為低閃點(diǎn)液體燃料閥50的噴射動作正確計(jì)時(shí)并用燃料閥50控制低閃點(diǎn)液體燃料的用量(每一噴射動作所噴出的體積)。在一實(shí)施方式中電子控制單元被配置為用來控制噴射曲線形狀(速率形態(tài))，這是由于燃料閥能夠適應(yīng)這種曲線。
[0070]電子控制單元開啟和關(guān)閉窗口閥61從而確保供料導(dǎo)管62在燃料噴射動作開始之前填充了加壓低閃點(diǎn)液體燃料。
[0071 ]當(dāng)燃料閥50需要清除低閃點(diǎn)燃料時(shí)，電子控制單元關(guān)閉窗口閥61。
[0072]圖6為燃料閥50的透視圖，該燃料閥具有細(xì)長閥殼體52、安裝于細(xì)長閥殼體52前端的噴嘴54、以及用于控制清洗的控制口 36和密封液進(jìn)口 70。噴嘴54設(shè)有多個(gè)在噴嘴54之上徑向和軸向分布的噴嘴孔56。
[0073 ]圖7、8、9、10和11示出用于向自燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室噴射低閃點(diǎn)燃料的燃料閥50。燃料閥50具有帶最后端的細(xì)長閥殼體52和在其前端的噴嘴54。噴嘴54為附連至閥殼體52前端的單獨(dú)的本體。閥殼體52的最后端設(shè)有多個(gè)端口，包括控制口 36、致動液口 78以及漏氣檢測口(未示出)。當(dāng)燃料閥50安裝于汽缸蓋48中時(shí)，最后端被擴(kuò)大以形成從汽缸蓋48伸出的端頭。在本實(shí)施方式中，燃料閥50繞中央排氣閥4放置，即較為靠近圓柱形汽缸襯套的壁。在實(shí)施方式中，細(xì)長閥殼體52和燃料噴射閥50的其他組件，以及噴嘴由鋼如工具鋼和不銹鋼等制得。
[0074]中空噴嘴54設(shè)有連接至噴嘴54中空內(nèi)部的噴嘴孔56且噴嘴孔56在噴嘴54之上徑向地分布。噴嘴軸向地靠近頂端且在本實(shí)施方式中噴嘴孔56徑向分布在接近50°的較為窄的范圍之上。噴嘴孔56的徑向取向使得噴嘴孔56指向遠(yuǎn)離汽缸襯套壁的方向。此外，噴嘴孔56的指向使得他們大致在與的燃燒室中掃氣的旋繞方向相同的方向上，燃燒室中掃氣的旋繞方向由掃氣口的構(gòu)造所致(這種旋繞是行程流式大型二沖程渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的已知特征)。
[0075]噴嘴頂端54在本實(shí)施方式中為關(guān)閉的。噴嘴54連接至閥殼體52的前端且噴嘴54的中空內(nèi)部朝殼體52中的孔道敞口。閥座69布置在連接至噴嘴的軸向孔道和燃料室58之間的過渡處。
[0076]軸向可移動閥針61以狹窄的縫隙可滑動地容納在細(xì)長閥殼體52的縱向孔道中，并且軸向可移動閥針61和縱向孔道之間的潤滑極為重要。至此，加壓密封液經(jīng)導(dǎo)管(通道)47遞送至縱向孔道和閥針間的縫隙。該通道將閥針61和軸向孔道之間的縫隙與密封液進(jìn)口 70相連接，而該密封液進(jìn)口反過來能夠連接至加壓后壓力為Ps的加壓密封液源57。密封液避免了低閃點(diǎn)燃料向閥針61和軸向孔道之間的縫隙的泄露。此外，密封液，優(yōu)選為油，提供了閥針61和軸向孔道之間的潤滑。在實(shí)施方式中，在噴射動作期間密封液源57的壓力為至少近乎與栗室82中的最大壓力一樣高。
[0077]閥針61具有關(guān)閉位和開啟位。閥針61設(shè)有與閥座69匹配成形的錐形截面。在關(guān)閉位時(shí)，閥針的錐形截面靠在閥座69上。在打開位時(shí)，該錐形截面從閥座69提起，且通過預(yù)張緊螺旋彈簧38，閥針61彈性向關(guān)閉位偏壓。預(yù)張緊螺旋彈簧38對閥針61施力并使閥針61朝其錐形截面靠在底座69之上的關(guān)閉位偏壓。
[0078]螺旋彈簧38為螺旋線彈簧，其容納于細(xì)長燃料閥殼體52中的彈簧室88中，冷卻油流經(jīng)彈簧室88。螺旋彈簧38的一端與彈簧室88的一端配合且螺旋彈簧38的另一端與閥針61上的凸緣或加寬部相配合，從而彈性地朝向閥座69驅(qū)使閥針。
[0079 ]細(xì)長閥殼體52設(shè)有燃料進(jìn)口 53用于連接至加壓低閃點(diǎn)液體燃料源60，例如經(jīng)由低閃點(diǎn)液體燃料供給導(dǎo)管62所連接。燃料進(jìn)口 53經(jīng)導(dǎo)管51和單向閥7連接至閥殼體52中的栗室82。單向閥74 (吸入閥)設(shè)在閥殼體52內(nèi)。單向閥74確保液體低閃點(diǎn)燃料能夠流經(jīng)導(dǎo)管51到達(dá)栗室82，而不沿相反方向流動。
[0080] 栗活塞80可滑動且密封地容納于細(xì)長燃料閥殼體52中的第一孔道81中且栗室82在第一孔道81中位于栗活塞80的一側(cè)。致動活塞83可滑動且密封地容納于閥殼體52中的第二孔道84中且致動室85在第二孔道中位于致動活塞83的一側(cè)。栗活塞80連接至致動活塞83以與其動作一致，即，栗活塞80和致動活塞83能夠在其各自的孔道81、84中一致地滑動。在本實(shí)施方式中栗活塞80和致動活塞83以單個(gè)本體實(shí)施，然而，需要注意的是，栗活塞80和致動活塞83能夠?yàn)榉珠_的相互連接的本體。
[0081 ] 在圖7B所示的實(shí)施方式中，栗活塞80上部的直徑D2比栗活塞80下部的直徑Dl略為增大。容納栗活塞80的孔道81上部具有相應(yīng)增大的直徑D2，同時(shí)孔道81的下部具有直徑Dl。于是，產(chǎn)生了環(huán)形室99且栗活塞80的上部形成密封液增壓器活塞，其當(dāng)栗活塞80向下運(yùn)動時(shí)(如圖7和7B中的上下)使環(huán)形室99的容積減小。環(huán)形室99經(jīng)單向閥91連接至密封液(油)源。當(dāng)栗活塞80向上運(yùn)動時(shí)環(huán)形室99經(jīng)單向閥91填充密封液，而單向閥21阻止密封液返流并由此密封液被壓入栗活塞80和孔道81間的縫隙中。由此，迫使密封液從環(huán)形室99進(jìn)入栗活塞80和孔道81之間的縫隙，從而防止低閃點(diǎn)燃料進(jìn)入栗活塞80和孔道81之間的縫隙。通過選取栗活塞80下部的縫隙略微大于栗活塞80上部的縫隙，能夠確保大多數(shù)密封液經(jīng)該縫隙流向栗室82。過多的密封液將與栗室中的燃料相混并被燃燒掉。
[0082]致動室85射流式連接至致動液口 78。電子控制閥96控制加壓致動液流向致動液口78或從致動液口 78流出并從而控制其流向致動室85或從致動室85流出。
[0083]在噴射動作的開始，電子控制單元命令電子控制閥96以允許致動液進(jìn)入致動室85。致動室85的加壓致動液對致動活塞83施力，從而產(chǎn)生驅(qū)使栗活塞81進(jìn)入栗室82的力。因此，栗室82中低閃點(diǎn)液體燃料的壓力上升。在實(shí)施方式中，致動活塞83的直徑大于栗活塞80的直徑并由此栗室82內(nèi)的壓力將相應(yīng)地高于致動室85內(nèi)的壓力，并且致動活塞83和栗活塞80的組合起到增壓器的作用。
[0084]一個(gè)或多個(gè)通道(導(dǎo)管)57將栗室82射流式連接至燃料室58并因此連接至位于燃料室底部的閥座69。閥座69面向圍繞閥針61的燃料室58。閥針61被配置為遠(yuǎn)離噴嘴54運(yùn)動以獲得提起，并朝噴嘴54運(yùn)動以減小提起。在其開啟位，閥針61從底座69提起從而允許低閃點(diǎn)液體燃料從栗室82流向燃料室58，經(jīng)過閥座69并流經(jīng)軸向孔道到達(dá)噴嘴54的中空內(nèi)部。低閃點(diǎn)液體經(jīng)噴嘴孔56離開噴嘴。
[0085]當(dāng)栗室82內(nèi)低閃點(diǎn)液體燃料的壓力超過螺旋彈簧38的力時(shí)，閥針61得以提起。因而，閥針61被配置為當(dāng)栗室82內(nèi)燃料的壓力超過預(yù)定閾值時(shí)，逆對彈簧38的偏壓而開啟。燃料內(nèi)的壓力由栗活塞80施于栗室82內(nèi)低閃點(diǎn)液體燃料上的力所致。
[0086]閥針61被配置為偏壓以朝噴嘴54運(yùn)動，并且錐形截面朝閥座69運(yùn)動。這發(fā)生在低閃點(diǎn)液體燃料內(nèi)的壓力降低之時(shí)，此時(shí)栗活塞80不再對栗室82內(nèi)的燃料施力且螺旋彈簧38對閥針61的閉合力變得大于低閃點(diǎn)液體燃料對閥針61的開啟力。
[0087]當(dāng)電子控制單元終止噴射動作時(shí)，它命令電子控制閥96將致動室85連接至貯槽。栗室82連接至加壓低閃點(diǎn)液體源60并且經(jīng)單向閥74流入的低閃點(diǎn)液體燃料的供給壓力將驅(qū)使致動活塞83進(jìn)入致動室85直到它到達(dá)圖7中所示的位置為止并且栗室82被低閃點(diǎn)液體燃料完全填充使得燃料閥50為下一次噴射動作就緒。圖8示出栗室80的主要部位耗盡了低閃點(diǎn)液體情況下噴射動作接近終止時(shí)栗活塞82的位置以及致動位置83。
[0088]電子控制單元ECU通過激活定時(shí)和栗活塞82的沖程長度(速率形態(tài))控制低閃點(diǎn)燃料的噴射動作。低閃點(diǎn)液體燃料在一次噴射動作中的噴射量由栗活塞80的沖程長度確定。因此，根據(jù)來自電子控制單元的信號，致動室85中致動液的壓力上升。
[0089]噴射動作終止時(shí)，電子控制閥96去除來自致動室85的壓力并且栗室82中加壓低閃點(diǎn)液體燃料的力致使致動活塞83在第二孔道85中向回推進(jìn)直到它碰到第二孔道85末端為止且栗室82完全被低閃點(diǎn)液體燃料填充，于是燃料閥50為下一次噴射動作準(zhǔn)備就緒。
[0090]在一實(shí)施方式(未示出)中，燃料閥50包括由存在兩種不同直徑的柱塞形成的增壓器，并且柱塞的大直徑部面向具有連接至控制閥96的端口的腔室以及柱塞的較大直徑部面向具有連接至導(dǎo)管(通道)51和47的端口的腔室以使燃料噴射動作期間密封壓力增加，從而確保密封液壓力準(zhǔn)時(shí)在最需要提供高密封壓力的時(shí)間是高的。[0091 ]燃料閥50設(shè)有用于連接至加壓密封液源的密封液(油)進(jìn)口 70并設(shè)有導(dǎo)管51，導(dǎo)管51自密封液進(jìn)口 70延伸至第一孔道81用于在第一孔道81中密封栗活塞80。在一實(shí)施方式中，密封液源57的壓力為至少與噴射動作期間栗室80內(nèi)的最大壓力近乎齊高。
[0092]在一實(shí)施方式中，燃料閥50設(shè)有選擇性允許從栗室82流向燃料進(jìn)口53的裝置，從栗室82燃料進(jìn)口的流動用于清洗燃料閥50。該選擇性允許從栗室82流向燃料進(jìn)口 53的裝置包括選擇性使單向閥74(吸入閥)的止回功能失效的裝置。
[0093]如圖7A所示，單向閥74設(shè)有能夠在開啟位和關(guān)閉位之間運(yùn)動的閥構(gòu)件77。閥構(gòu)件77通過預(yù)張緊的螺旋彈簧39向關(guān)閉位偏壓。閥構(gòu)件77被配置為在燃料進(jìn)口 53內(nèi)的壓力高于栗室82內(nèi)的壓力時(shí)向開啟位驅(qū)行并且閥構(gòu)件77被配置為在栗室82內(nèi)的壓力高于燃料進(jìn)口53內(nèi)的壓力時(shí)通過螺旋彈簧39的力向關(guān)閉位驅(qū)行。閥構(gòu)件77在其一個(gè)縱向端部處設(shè)有閥頭89，同時(shí)在其相對的縱向端部處螺旋彈簧39配合閥構(gòu)件77。閥構(gòu)件77可滑動地且密封地容納在單向閥殼體75的孔道76中。閥孔道的一端形成閥構(gòu)件77的閥盤89的底座79，并且閥盤89在可運(yùn)動閥構(gòu)件的關(guān)閉位時(shí)靠在閥座79上，以及閥盤89在閥構(gòu)件77的開啟位時(shí)從閥座79提起。
[0094]閥構(gòu)件77被配置為通過控制信號向其開啟位運(yùn)動，而與栗室82內(nèi)的壓力無關(guān)。對此，可運(yùn)動的閥構(gòu)件77設(shè)有面向單向閥74中的控制室73的壓力面。
[0095]控制室73布置在閥孔道76中并且可運(yùn)動閥構(gòu)件77在控制室73的一側(cè)包括柱塞段。單向閥殼體75包括圓柱形部分并且單向閥殼體75容納于細(xì)長閥殼體52的匹配縱向孔道中。
[0096]控制室73經(jīng)通道(未示出)射流式連接至細(xì)長燃料閥殼體52的控制口36以連接控制液源?？刂瓶?36經(jīng)導(dǎo)管從致動液源97接收控制液，該導(dǎo)管包括受電子控制的控制閥98，優(yōu)選為開/關(guān)型控制閥。控制閥98連接至電子控制單元并且電子控制單元命令控制閥98在清洗燃料閥50的時(shí)刻向其開啟位運(yùn)動。控制口 36經(jīng)通道或?qū)Ч?4連接至單向閥74的控制室73 ο當(dāng)電子控制單元命令控制閥98向其開啟位運(yùn)動時(shí)，加壓控制/致動液(油)將到達(dá)控制室73并迫使閥構(gòu)件77逆對螺旋線彈簧39的力而移向開啟位，并且閥構(gòu)件77還在液體從栗室82流向低閃點(diǎn)燃料口 53，S卩，逆對單向閥74正常堵塞的方向時(shí)，處于開啟位中。這使得燃料閥50被清除低閃點(diǎn)燃料。
[0097]閥針69被配置為在燃料室82中的壓力超過預(yù)定閾值時(shí)逆對偏壓地從關(guān)閉位向開啟位運(yùn)動。預(yù)定閾值設(shè)定在適當(dāng)?shù)膰娚鋲毫μ?，該適當(dāng)?shù)膰娚鋲毫Φ陀谀軌蛟诶跏?2中產(chǎn)生的最大壓力。
[0098]在一實(shí)施方式中，細(xì)長閥殼體52設(shè)有冷卻液進(jìn)口45和冷卻液出口32以及冷卻液流路44，用于冷卻來自燃燒室的熱以及燃料噴射閥50特別是燃料閥50最靠近前端例如最靠近噴嘴的部分。在一實(shí)施方式中冷卻液為來自發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)潤滑油。在一實(shí)施方式中，冷卻液流路包括容納螺旋彈簧38的彈簧室88。在一實(shí)施方式中冷卻液流路連接至導(dǎo)管37，導(dǎo)管37與閥孔道76連接用于向閥構(gòu)件77和閥孔道76之間的縫隙提供密封液。為此，低閃點(diǎn)燃料源60的壓力Pf略為低于冷卻液源59的壓力PC。
[0099]在一實(shí)施方式中，細(xì)長閥殼體52包括連接至后部分35的前部分33。軸向可移動閥針61設(shè)置在前部分33中，第一孔道81、第二孔道84和匹配縱向孔道在后部分35中形成。
[0100]在一實(shí)施方式中，燃料閥50設(shè)有導(dǎo)管47，導(dǎo)管47自密封液進(jìn)口70延伸至縱向針孔道64用于在縱向針孔道64中密封閥針。[0101 ]在一實(shí)施方式中，燃料閥50設(shè)有專用控制閥，該專用控制閥射流式連接在栗室82和燃料進(jìn)口 53之間用以選擇性允許從栗室82流向燃料進(jìn)口 53以清洗燃料閥50.這一控制閥優(yōu)選響應(yīng)于控制信號而打開和關(guān)閉。在這一實(shí)施方式中，需要提供選擇性使單向閥74的止回功能失效的裝置。
[0102]在這一實(shí)施方式中，燃料閥50設(shè)有密封液增壓器(未示出)，該增壓器具有連接至致動液口的致動室。優(yōu)選地，燃料閥50設(shè)有增壓室，該增壓室經(jīng)單向閥(未示出)連接至密封液進(jìn)口 70并與第一孔道81和栗活塞80之間的縫隙連通。密封液增壓器被配置為在栗活塞(80)的栗沖程(pump stoke)期間使密封液增壓并保持密封液增壓后的壓力在高于在栗室82中的壓力下變化并在燃料噴射動作期間的任意時(shí)刻都如此。優(yōu)選地，密封液增壓器被配置為使密封液增壓至高于栗室82內(nèi)燃料的最大壓力。
[0103]在一實(shí)施方式中，密封液源具有受控壓力Psl，液體燃料源具有受控壓力Pf，并且Psl高于Pf。在這一實(shí)施方式中，在栗沖程期間受控壓力Psl可低于栗室82內(nèi)的最大壓力。這一情況下，Psl、縫隙大小以及栗沖程期間栗室82內(nèi)的最大壓力為依據(jù)彼此而選取以使低閃點(diǎn)液體燃料進(jìn)入該縫隙并沿栗活塞80的一部分長度而不是全部長度替換密封液并且其中在另一栗沖程發(fā)生之前密封液替換縫隙中基本上全部的低閃點(diǎn)燃料，使得在密封油系統(tǒng)本身內(nèi)不存在任何一點(diǎn)點(diǎn)的低閃點(diǎn)燃料。
[0104]如權(quán)利要求中所用的術(shù)語“包括”并不排除其他元件或步驟。如權(quán)利要求中所用的術(shù)語“一個(gè)”并不排除多個(gè)的情況。電子控制單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所述的一些裝置的功會K。
[0105]權(quán)利要求中所用的參考標(biāo)記不應(yīng)解釋為對范圍的限制。
[0106]雖然出于說明目的詳細(xì)描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，這些詳細(xì)說明僅用于說明目的，并且在不背離本發(fā)明范圍的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在其中進(jìn)行各種變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料閥(50)，用于將低閃點(diǎn)液體燃料噴入大型低速運(yùn)行二沖程渦輪增壓自燃式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中，所述燃料閥(50)包括: 具有后端和前端的細(xì)長燃料閥殼體(52); 具有封閉頂端和多個(gè)嘴孔(56)的噴嘴(54)，所述噴嘴(54)布置在所述細(xì)長燃料閥殼體(52)的所述前端； 燃料進(jìn)口(53)，其在所述細(xì)長燃料閥殼體(52)之中用于連接至加壓低閃點(diǎn)液體燃料源(60); 致動液口(78)，其在所述細(xì)長燃料閥殼體(52)之中用于連接至加壓致動液源(60); 軸向可移動閥針(61 )，其可滑動地容納于所述細(xì)長燃料閥殼體(52)的縱向針孔道(64)中，所述閥針(61)具有關(guān)閉位和開啟位，所述閥針(61)處于所述關(guān)閉位時(shí)靠在閥座(69)上，以及所述閥針(61)處于所述開啟位時(shí)從所述閥座(69)提起并且所述閥針(61)向所述關(guān)閉位偏壓； 燃料室(58)，其圍繞所述閥針(61)并向所述閥座(69)敞開，并且所述閥座(69)設(shè)置在所述燃料室(58)和所述噴嘴(54)之間； 栗活塞(80)，其容納于所述閥殼體(52)中的第一孔道(81)中，并且栗室(82)在所述第一孔道(81)中位于所述栗活塞(80) —側(cè)； 致動活塞(83)，其容納于所述閥殼體(52)中的第二孔道(84)中，并且致動室(85)在所述第二孔道(84)中位于所述致動活塞(83)—側(cè)，所述栗活塞(80)連接至所述致動活塞(83)以與其動作一致，所述致動室(85)射流式連接至所述致動液口(78)，所述栗室(82)具有經(jīng)單向閥(74)連接至所述燃料進(jìn)口(53)的入口和連接至所述燃料室(58)的出口，所述單向閥(74)在所述細(xì)長燃料閥殼體(52)中阻止從所述栗室(82)向所述燃料進(jìn)口( 53)流動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料閥，還包括選擇性允許從所述栗室(82)流向所述燃料進(jìn)口(53)的裝置，所述從所述栗室(82)流向所述燃料進(jìn)口(53)是用于清洗所述燃料閥(50)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料閥，其中所述選擇性允許從所述栗室(82)流向所述燃料進(jìn)口(53)的裝置包括使所述單向閥(74)的止回功能選擇性失效的裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的燃料閥，其中所述單向閥(74)包括能夠在開啟位和關(guān)閉位之間運(yùn)動的閥構(gòu)件(77)，所述閥構(gòu)件(77)向所述關(guān)閉位偏壓，所述閥構(gòu)件(77)被配置為在所述燃料進(jìn)口(53)中的壓力高于所述栗室(82)中的壓力之時(shí)向所述開啟位推進(jìn)并在所述栗室(82)中的壓力高于所述燃料進(jìn)口(53)中的壓力之時(shí)向所述關(guān)閉位推進(jìn)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料閥門，其中同樣在所述栗室(82)中存在給定壓力之時(shí)，所述閥構(gòu)件(77)被配置為通過控制信號向其開啟位運(yùn)動。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料閥門，其中所述可運(yùn)動的閥構(gòu)件(77)設(shè)有面向控制室(73)的壓力表面，所述控制室(73)與所述單向閥(74)相關(guān)聯(lián)，所述控制室(73)射流式連接至控制口( 36)，所述控制口( 36)在所述細(xì)長燃料閥殼體(52)中用于連接至控制液源(97、98)。7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的燃料閥，其中所述單向閥(74)包括設(shè)有閥孔道(76)的閥殼體(75)，并且在所述閥孔道(76)中容納所述可運(yùn)動的閥構(gòu)件(77)，所述閥孔道的一端形成所述閥構(gòu)件(77)的閥盤(89)的底座(79)，并且所述閥盤(89)在所述可運(yùn)動閥構(gòu)件的關(guān)閉位時(shí)靠在所述閥座(79)上而所述閥盤(89)在所述閥構(gòu)件(77)的開啟位時(shí)從所述閥座(79)提 起。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料閥，其中所述控制室(73)布置在所述閥孔道(76)中并且其中所述可運(yùn)動的閥構(gòu)件(77)在所述控制室的一側(cè)包括柱塞部。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的燃料閥，其中，所述閥殼體(75)包括圓柱形部分以及其中在所述細(xì)長閥殼體(52)中的匹配縱向孔道中容納所述閥殼體(75)。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料閥(50)，包括專用控制閥，其射流式連接在所述栗室(82)和所述燃料進(jìn)口(53)之間用于選擇性允許從所述栗室(82)流向所述燃料進(jìn)口(53)以清洗所述燃料閥(50)。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料閥(50)，其中所述控制閥響應(yīng)于控制信號而打開和關(guān)閉。12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的燃料閥(50)，其中所述閥針(69)被配置為在所述燃料室(82)中的壓力超過預(yù)定閾值時(shí)逆對所述偏壓從所述關(guān)閉位向所述開啟位運(yùn)動。13.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的燃料閥(50)，還包括冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口以及冷卻液流路(44)用于冷卻燃料噴射閥(50)，特別是最靠近所述前端的燃料閥(50)部分。14.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的燃料閥(50)，其中所述細(xì)長閥殼體(52)包括連接至后部分(35)的前部分(33)，所述軸向可移動閥針(61)布置在所述前部分(33)中，在所述后部分(35)中形成所述第一孔道(81)，所述第二孔道(84)以及所述匹配縱向孔道。15.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的燃料閥(50)，還包括導(dǎo)管(47)，其從所述細(xì)長燃料閥殼體(52)中的密封液進(jìn)口(70)延伸至所述縱向針孔道(64)用于在所述縱向針孔道(64)中密封所述閥針(61)。16.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的燃料閥(50)，還包括用于連接至加壓的密封液源(57)的密封液進(jìn)口(70)，從所述密封液進(jìn)口(70)延伸至所述第一孔道(81)的用于在所述第一孔道中密封所述栗活塞(80)的導(dǎo)管(30)。17.—種大型低速運(yùn)行二沖程渦輪增壓自燃式內(nèi)燃機(jī)(I)，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的燃料閥(50)。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料閥(50)，還包括具有受控壓力Pf的加壓燃料源、具有受控壓力Ps的加壓密封液源以及具有受控壓力Pc的加壓冷卻液源，其中Pc高于Pf。19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的燃料閥(50)，其中通向所述燃料進(jìn)口(53)的導(dǎo)管(62)包括雙壁管道，具有輸送所述低閃點(diǎn)燃料的內(nèi)腔和開孔通風(fēng)并連接至傳感器(63)用于檢測揮發(fā)性烴的外腔。
【文檔編號】F02M53/04GK105986944SQ201610146137
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】P·哈根
【申請人】曼柴油機(jī)歐洲股份公司曼柴油機(jī)德國分公司