專利名稱：用于大型渦輪增壓二沖程柴油發動機的燃料閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于大型渦輪增壓ニ沖程柴油發動機的燃料閥，特別涉及用于具有十字頭的大型渦輪增壓流入式ニ沖程柴油發動機的電子控制的燃料閥。
背景技術：
典型地，具有十字頭的大型渦輪增壓ニ沖程柴油發動機用作例如集裝箱貨船的大型遠洋船舶中或發電廠中的原動機。典型地，這些發動機配備有布置在各汽缸蓋中的兩個或三個燃料閥。燃料閥配備有彈簧偏置的可軸向移動的閥針，所述閥針充當可移動的閥構件。當燃料(典型地，重燃料油)的壓カ超過預設壓カ(典型地，350Bar)時，可軸向移動的閥 針從其閥座被升起，且允許燃料通過在燃料閥前方的噴嘴流入燃燒室中。傳統的噴嘴具有縱軸線，該縱軸線布置成大致與發動機的汽缸中的活塞的運動方向成10至15度的角度，且噴嘴配備有中心孔以及多個噴嘴孔，多個噴嘴孔引導燃料離開汽缸壁并進入燃燒室。典型地，在由增壓空氣流入而提供噴射時在燃燒室中的空氣中存在漩渦。多數噴嘴孔_在噴射具有漩渦流的燃料，盡管ー些孔可以_在逆漩渦流噴射燃料。ー種已知的這類燃料閥為MAN Diesel的滑動燃料閥，該燃料閥具有使殘余燃料的針閥壓力室體積(sac volume)最小化的設計。該已知的燃料閥具有兩個位置在使用中隨著所有的噴嘴孔打開或閉合。可軸向移動的閥針的位置由位于上述可軸向移動的閥針上方的閥殼體中的壓カ室控制。壓カ室通過節流連接部永久地連接至高壓流體源，且通過可閉合的節流連接部連接至排出道(drain)。這種結構導致閥打開期間的大量的排出損失，且導致燃料閥的閉合和打開速度相對較慢。用于控制針閥的高壓流體為燃料油。對降低排放和改進比燃料消耗率(SFC)的持續需求需要進ー步開發燃料噴射系統。改進的精度以及更快的打開和閉合運動為關鍵因素。在用于具有十字頭的大型ニ沖程單向流(uniflow)式柴油發動機的傳統燃料閥中，通過布置在燃料閥殼體中的壓カ室來控制燃料閥的閥針的打開和閉合，其中，燃料閥殼體位于閥針與噴嘴相対的端部。閥針可滑動地且密封地容納在燃料閥殼體中的孔中，其中燃料閥殼體具有壓カ室，所述壓カ室形成所述孔的端部。壓カ室中的壓カ由連接至高壓流體入ロ的節流連接部和連接至箱ロ的另ー節流連接部控制。連接至箱ロ的連接部可以由電子控制的電磁閥打開和閉合，該電磁閥典型為電磁線圈控制的球閥。連接至箱的節流連接部受到的限制比連接至燃料ロ的節流連接部受到的限制更少，且由此當電磁閥打開所述連接至箱ロ的連接部時，壓カ室中的壓カ下降。當電磁閥閉合時，壓カ室中的壓カ升高，直至其達到燃料入口中的壓力。由壓カ室與燃料入口之間的壓力差和二者之間的連接部中的限制尺寸來確定壓力室中的壓カ上升的速度。當電磁閥打開時，壓カ室中的壓カ下降，直至達到平衡，該平衡是由連接至箱ロ的連接部中的限制尺寸與連接至燃料ロ的連接部中的限制尺寸之間的比值確定的。由這兩個限制尺寸之間的該平衡來確定壓力室中的壓カ下降的速度。因此，由所述限制來確定閥針打開和閉合的速度，且閥針的打開和閉合運動都固有地慢于所期望的速度。在燃料噴射事件期間，電磁閥是打開的。當電磁閥打開時，經過受限制的連接部的流動代表大滲漏流動，且與該滲漏流動相關的能量損失是相當大的，這是因為燃料入口處的壓カ非常高，通常為300bar或更高。當前對更低的排放和改進的比燃料消耗率(SFC)的需求需要燃料閥更快地反應，并且需要降低通過滲漏油而損失的能量
發明內容
在此背景下，本發明的目的在于，提供ー種燃料閥，該燃料閥可以至少部分地滿足上述要求，且至少部分地克服上述缺點。本發明限定了ー種用于將燃料噴射到大型ニ沖程柴油發動機的燃燒室中的燃料閥，其具有與閥座配合的、弾性偏置且可軸向移動的閥針；連接至閉合室的電子控制導向閥，其用于將該閥針驅動至其閥座，以用于選擇性地、例如非此即彼地將閉合室連接至箱ロ或燃料入口。通過提供用于將燃料噴射到具有十字頭的大型ニ沖程柴油發動機的燃燒室內的電子控制燃料閥來實現上述目的，該燃料閥包括燃料閥殼體；細長的噴嘴；用于連接至高壓燃料源的燃料入口 ；用于將高壓燃料入口連接至噴嘴的管道；與閥座配合的、弾性偏置且可軸向移動的閥針，其被設置為控制燃料從燃料入口至噴嘴的流動，由此，該軸向可移動的閥針的升高允許從燃料入口至噴嘴的流動；閥殼體中的閉合室，當對閉合室加壓時，其以第一有效表面面積作用在閥針上且朝向閥座驅動閥針；閥殼體中的打開室，所述打開室與第一管道流體連接，以由所述源(P)對所述打開室(70)中的壓カ進行增壓，所述打開室以第二有效表面面積作用在閥針上且驅動閥針離開閥座；控制管道，其將閉合室直接連接至電子控制導向閥的閥ロ，該電子控制導向閥配備有連接至箱ロ的閥ロ以及連接至燃料入ロ的閥ロ，該電子控制閥被設置為選擇性地將控制管道連接至箱ロ或連接至燃料入ロ，用于電子控制閥桿的升高。使用用于控制壓カ室中的壓カ(所述壓カ朝向閥座，SP :閉合室，驅動閥針)的電子控制導向閥，通過選擇性地將控制管道連接至箱ロ或連接至燃料入ロ，可以顯著降低滲漏油流動。閥針的打開和閉合可以是電子控制的，且閥針可以被更快地打開和更快地閉合，這產生了更好的燃料噴射控制。這些措施產生了更低的比燃料消耗且降低了排放。優選地，電子控制閥為滑閥(spool valve)。在ー實施方式中，滑閥配備有第一壓カ室，該第一壓カ室作用在片軸上且將片軸驅動至一位置，該該位置處，控制管道連接至燃料入ロ。滑閥也可配備有第二壓カ室，該第二壓カ室作用在片軸(spool)上且將片軸驅動至一位置，該該位置處，控制管道連接至箱ロ。在另ー實施方式中，壓カ室配備有連接至燃料入口的節流連接部以及連接至箱ロ的另ー節流連接部，連接至箱ロ的節流連接部受到的限制比連接至燃料入口的節流連接部受到的限制更少，且其中燃料閥(I)還包括電子控制的電磁閥，用于打開和閉合連接至箱ロ的節流連接部。優選地，電磁閥為電磁線圈控制的球閥。該結構允許使用成品(off-the shelf)類型的電磁閥來控制片軸的位置。在ー實施方式中，連接至箱ロ的、受到限制的連接部被定位于閥殼體的內部。在ー實施方式中，連接至箱ロ的、受到限制的連接部被定位為延伸通過滑閥的片軸。
在ー實施方式中，噴嘴為具有軸向孔和閉合前部的噴嘴，且閥針與配汽軸一致地(in unison with)運動,該配汽軸與閥針一致地運動且可軸向移位地容納在噴嘴中的中心孔中，用于打開和閉合噴嘴孔。通過詳細的說明，根據本發明的燃料閥的其他目的、特征、優點和特性將變得顯而易見。
在接下來的本發明的詳細說明部分中，將參考附圖中示出的示例性實施方式更加詳細地解釋本發明，其中圖I為燃料閥的示例性實施方式的縱剖面，以及圖2為燃料閥的另一個示例性實施方式的縱剖面。
具體實施例方式在圖I中出的根據ー不例性實施方式的燃料閥I具有外部殼體10,該外部殼體在其末端具有燃料入口 16以及燃料出口或箱ロ 18。入口 16連接至高壓燃料源P，例如來自燃油泵或來自普通燃油分配管的燃料油、重燃料油。出口 18連接至到回油管路以及箱T。燃料閥I可通過已知的方式安裝在具有十字頭的大型ニ沖程渦輪增壓單向流式柴油發動機的汽缸蓋中，且與燃料泵(未示出)連接。燃料入口 16與管道17流動連接。管道17延伸至閥針20的閥座，該閥針在閥殼體10的軸向孔中可軸向移位。閥針20通過閉合彈簧23向其閥座22偏置。當燃料閥I安裝在汽缸蓋上吋，閥殼體10的最前面的部分夾持住從閥殼體10凸出且伸入到發動機汽缸的燃燒室中(未示出)的噴嘴30。圖I示出了安置(rest)在閥座22上的閥針20。在該位置上，燃料從燃料油入口16至噴嘴30的流體流動被阻塞。閥座22上方的室25連接至管道17，以接收被增壓的燃料。閥針20有最前部的配汽軸40，該配汽軸比閥針20的末端部分細，且該配汽軸40凸出伸入到噴嘴30內的中心孔33中。因此，當閥針20在殼體10中的孔中軸向移位時，配汽軸40在噴嘴30的中心孔內軸向移位。噴嘴30還配備有多個噴嘴孔35，燃料通過這多個噴嘴孔從中心孔33被噴射到燃燒室中。因此，在燃料噴射事件期間，從噴嘴孔35射出燃料。在一示例性實施方式中，配汽軸40與閥針20被制成為整塊材料。配汽軸40是中空的，且配汽軸40的中空內部連接至閥座22的下游空間。因此，當閥針20從其閥座被升起時，流動路徑從燃料油入口 16 —直延伸至配汽軸40的中空內部。
管道19連接至出口 18,且管道19收集回流的油流(return oil flow),這將在下文中更加詳細地進行解釋。配汽軸40的最前面的部分是圓柱形的，且精確地嵌入中心孔33中。閥的上部(附圖中的上部)為大致圓柱形的擴徑(enlarged diameter)部分43,且該部分43可滑動地容納在閥殼體10中的軸向孔45中，使得該部分43可以作為閥殼體10中的活塞。形成在閥殼體10的上部(附圖中的上部)中的封閉室46被設置于驅動部分43之上。用于將閥針20驅動至其閥座22上的彈簧23被容納在封閉室46中，且作用于驅動部分43的頂部。封閉室46中的壓力作用在閥針20上，以使閥針20在閉合方向上具有有效表面面積Al。打開室70用于在打開方向上驅動閥針20，其位于部分43之下，且通過孔72連接至管道17。因此，當燃料入口 16連接至增壓燃料源(例如燃料泵)時，打開室70始終被增壓。打開室70中的壓力作用在閥針20上，以使閥針20在打開方向上具有有效表面面積 A2。孔52形成在閥殼體中。在圖I中，該孔軸向地定向。然而，該孔52也可具有其他定向，例如徑向或切向的定向，或者位于這兩種定向中間的定向也是可能的。片軸或滑件53可滑動地容納在軸向孔52中，且通過片軸53的位置來確定流向和流自朝向軸向孔52打開的三個端ロ的流動。通過管道57，其中一個端ロ連接至管道17，管道17通過燃料入口 16連接至增壓燃料源。另ー個端ロ通過管道58連接至管道19，且第三個端ロ通過控制管道59連接至閉合室46。片軸53的縮徑部分55在片軸53的下部位置上(附圖中的下部)將控制管道59與管道57連接，且在片軸53的上部位置上(附圖中的上部)(圖I中所示)將控制管道59與管道58連接。在片軸53的上部位置上，閉合室46連接至出口或箱ロ 18 (排出道)，且在片軸53的下部位置上，閉合室46連接至增壓(高壓)燃料源。片軸53的上部部分(圖I中的上部)形成為活塞部分73，該活塞部分73的直徑大于片軸53的其余部分的直徑(在其他實施方式中，片軸53的上部部分73的直徑等于或小于片軸53的其余部分的直徑)。上方的(圖I中的上方)壓カ室75在向下的方向上(圖I中向下)作用在片軸53上，以將片軸53驅動至一位置，在該位置，閉合室46連接至增壓(高壓)燃料源P。下方的(圖I中的下方)另ー壓力室77在向上的方向上(圖I中向上)作用在片軸53上，以將片軸53驅動至一位置，在該位置，閉合室46連接至出口 18 (排出道)。壓カ室77通過管道17永久連接至增壓燃料源P。受到限制的連接部82，例如以具有孔ロ 84的管道的形式，充當節流閥，將壓力室75連接至管道19，且因此將壓カ室75連接至箱ロ 18 (排出道)。可由連接至電磁閥88的球閥85來打開和閉合該受到限制的連接部，其中該彈簧偏置的是彈簧偏置的。球閥85的彈簧將該球閥驅動至其閥座。激活電磁閥88將使球從其閥座逆著彈簧89的作用而升高。受到限制的連接部，例如以具有孔ロ 86的管道83的形式，充當節流閥，將壓力室75連接至管道17，且因此將壓カ室75連接至燃料入口 16。
由燃油壓カ和孔ロ 84與86之間的平衡來控制片軸53的位置。當激活電磁閥88時，球閥85的閥座被打開，且壓力室75通過孔ロ 84連接至出ロ18 (排出道)。因為孔ロ 86的流動面積小于孔ロ 84的流動面積，壓カ室75中的燃料油壓力降低。壓カ室75中壓カ的下降將使片軸53在壓カ室77的壓カ的影響下向上移動，且封閉室46將通過控制管道59被連接至管道19和出口 18。因此，封閉室46中的壓カ將下降，且作用在有效壓カ面積A2上的打開室70中的燃料油壓カ將使閥針20向上運動(升起)，且燃料油將流過閥座22，且由此流至噴嘴孔35，以噴射到燃燒室中。當電磁閥88未被激活時，球閥85將通過彈簧89的作用返回到其閥座，且借助于燃料油流動通過孔ロ 86，壓カ室75中的壓カ將升高，且片軸53將開始向下移動，這是因為作用在片軸53上的壓カ室75的有效壓カ面積大于作用在片軸53上的壓カ室77的有效壓力面積。當片軸53已經移動了特定距離時，控制管道59將被連接至管道57，而該管道57又被連接至管道17，且由此連接至增壓燃料源P。因此，由于有效壓カ面積Al大于有效壓カ面積A2，封閉室46中的壓カ將升高，使閥針20向下移動，直至將閥針20安置在其閥座 22上，且阻止燃料油經由閥座22流至噴嘴孔35。活塞部分73之下的環形室93通過管道95連接至管道19，且因此連接至箱ロ。因此，沒有力作用在活塞部分53的環形區域上。當系統上不存在燃料油壓カ時，彈簧23將保持閥針20與閥座22的嚙合。通過提供導向閥來控制閥針的位置，在閥針升起的時間內的滲漏燃油量顯著降低。片軸53充當3/2向閥，因此，可使用球閥或座閥來代替片軸53。因此，在一實施方式中，由球閥代替片軸53，且在另ー實施方式中，由座閥代替片軸53。在ー實施方式中，電磁閥88連接至電子控制元件50，例如發動機的電子控制元件。因此，由電子控制元件50來確定是否激活電磁閥88，由此，由電子控制元件50來控制燃油噴射事件的開始和結束。根據另ー實施方式，片軸53被直接連接至電子驅動器且然后根據驅動器的運動而受控。圖2示出了本發明的ー實施方式，除了閥針20未配備有配汽軸之外，該實施方式基本與圖I所示的實施方式相同。噴嘴30和閥針的結構比圖I所示的實施方式更簡単。然而，噴嘴30中的針閥壓力室體積大于圖I所示的實施方式。上文中所描述的實施方式也可以期望的配置結合。本公開的教導具有多個優點。不同的實施方式或實現方案可產生ー個或多個下述優點。應注意，這些優點并非窮舉，且還具有未在此處描述的其他優點。本公開的教導的ー個優點在于，其提供了一種用于大型ニ沖程柴油發動機的、允許對燃料噴射事件進行精確控制的燃料閥。本發明的燃料閥的另ー優點在于，其降低了滲漏油損失。本發明的燃料閥的又ー優點在于，針閥能夠更快速地響應控制信號。盡管以說明為目的詳細地描述了本申請的教導，應理解，這樣的細節僅用于該目的，且本領域一般技術人員可在不脫離本申請的教導范圍的情況下對其進行變型。權利要求中使用的術語“包括”不排除其他元件或步驟。權利要求中使用的術語“ー個”或“一”不排除多個。單個信號處理器或其他元件可實現權利要求中所列舉的多個裝置的功能。
權利要求
1.一種用于將燃料噴射到具有十字頭的大型二沖程柴油發動機的燃燒室內的電子控制的燃料閥(I)，所述燃料閥包括 燃料閥殼體(10)； 噴嘴(30)； 用于連接至高壓燃料源(P)的燃料入口(16)； 由于將所述高壓燃料入口(16)連接至所述噴嘴(30)的第一管道(17)； 彈性偏置的、且可軸向移動的閥針(20)，其與閥座(22)相配合，且被設置為用于控制燃料從燃料入口(16)至噴嘴(30)的流動，由此，所述軸向可移動的閥針(20)的升高允許從所述燃料入口(16)至所述噴嘴(30)的流動； 閥殼體(10)中的閉合室(46)，其以第一有效表面面積(Al)作用在閥針(20)上且在增壓時朝向閥座(22)驅動所述閥針(20)； 閥殼體(10)中的打開室(70)，所述打開室與所述第一管道流體連接，以由所述源(P)增壓，所述打開室(70)中的壓力以第二有效表面面積(A2)作用在閥針(20)上且驅動所述閥針(20)離開閥座(22)； 將所述閉合室(46 )直接連接至電子控制導向閥的閥口的控制管道(59 ); 所述電子控制導向閥配備有連接至所述箱口( 18)的閥口以及連接至所述燃料入口(16)的閥口 ； 所述電子控制的閥被設置為選擇性地將控制管道(59)連接至所述箱口(18)或連接至所述燃料入口(16)，以用于電子控制閥桿(20)的升高。
2.根據權利要求I所述的燃料閥(I)，其中，所述電子控制的閥為滑閥。
3.根據權利要求I所述的燃料閥(1)，其中，所述電子控制的閥為球閥或座閥。
4.根據權利要求2所述的燃料閥(1)，其中，所述滑閥配備有第一壓力室(75)，所述第一壓力室作用在片軸(53)上，且將所述片軸(53)驅動至一位置，在所述位置，所述控制管道(59 )連接至所述燃料入口( 16 )。
5.根據權利要求4所述的燃料閥(1)，其中，所述滑閥配備有第二壓力室(77)，所述第二壓力室作用在片軸(53)上，且將所述片軸(53)驅動至一位置，在所述位置，所述控制管道(59 )連接至所述箱口( 18 )。
6.根據權利要求5所述的燃料閥(1)，其中，所述第一壓力室(75)配備有連接至燃料入口( 16 )的第一節流連接部(83 )以及連接至箱口( 18 )的第二節流連接部(82 )，其中，連接至所述箱口( 18)的所述第二節流連接部(82)受到的限制少于連接至燃料入口( 16)的第一節流連接部(83)受到的限制，且其中，所述燃料閥(I)還包括用于打開和閉合所述連接至箱口(18)的節流連接部的電子控制的電磁閥。
7.根據權利要求6所述的燃料閥(1)，其中，所述電磁閥為電磁線圈控制的球閥(85)。
8.根據權利要求6所述的燃料閥(1)，其中，連接至箱口(18)的、受到限制的連接部(82)被定位在閥殼體內。
9.根據權利要求2所述的燃料閥(1)，其中，所述滑閥的片軸(53)被連接至電子驅動器，所述電子驅動器控制所述片軸(53)的位置。
10.根據權利要求I所述的燃料閥(1)，其中，所述噴嘴為帶有軸向孔和封閉的前部的噴嘴(30 )，所述閥針與配汽軸(40 ) 一致地運動，所述配汽軸與閥針(20 ) —致地運動且可軸向移位地容納在噴嘴(30)中的中心孔(33)中，以用于打開和閉合 所述噴嘴孔(35)。
全文摘要
一種用于將燃料噴射到大型渦輪增壓二沖程柴油發動機的燃燒室內的燃料閥(1)，其具有與閥座(22)配合的、彈性偏置且可軸向移動的閥針(20)；軸向和徑向分布在噴嘴(30)之上的多個噴嘴孔(35)；連接至閉合室的電子控制的閥，該電子控制的閥用于將閥針(20)驅動至其閥座，用于非此即彼地將閉合室連接至箱口(18)或連接至燃料入口(16)。
文檔編號F02M47/02GK102852686SQ201210218518
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月27日 優先權日2011年6月27日
發明者約翰斯·弗拉爾波, 麥可爾·薩姆斯伯格 申請人:曼柴油機歐洲股份公司曼柴油機德國分公司