CN100335773C - 柴油机的供燃油装置 - Google Patents

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Abstract

一种柴油机的供燃油装置，其中每个气缸分别配有喷油阀(3)，喷油阀分别设有一通往喷油孔(17)并与一根可借助压力源供入燃油的压力管(9)连接的流动通道(18)，为使内燃机可以简单的方式获得良好的部分负荷特性，喷油阀的至少一个被流动通道穿过的封闭体(35)可借助一控制活塞(46)压在相应的阀座(38)上，其中，由控制活塞施加在封闭体上的力，大于燃油在正常打开压力时施加在封闭体上的力，而小于由最大允许燃油压力施加在封闭体上的力；控制活塞(46、70)可借助一种液压的压力介质加载，其中，这种加载可借助一个可由一控制器(60)根据负荷控制的阀(59)接通和切断；控制活塞(46、70)用柴油作为压力介质加载。

Description

柴油机的供燃油装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机尤其二冲程大型柴油机的供燃油装置，它包括为气缸配置的喷油阀，优选地每个气缸有多个喷油阀，其中，这些喷油阀各至少有一个通往喷油孔并可连接一根可借助压力源供入燃油的压力管的流动通道，流动通道至少穿过一个可在弹簧作用下压在阀座上并在达到预定燃油压力时可被燃油从有关的阀座抬起的封闭体。
背景技术
由申请人的EP0744007B1已知此类装置。在此已知装置中，不可能单个钝化喷油阀。因此，即使在部分负荷运行时全部喷油阀都是活化的。在较小的负荷时，这导致比较低的喷油压力，并因而导致燃油雾化不良和不完全燃烧。其结果不仅是不稳定运行，而且造成不希望的残油积存，从而可能导致严重磨损。业已证明，已知类型的装置还不够可靠。
发明内容
因此，以此为出发点，本发明的目的是采用简单和经济的措施，改善前言提及类型的装置，使得可按选择至少钝化部分存在的喷油阀。
为此，本发明提供一种柴油机的供燃油装置，它包括为气缸配置的喷油阀，其中，这些喷油阀分别设有一通往喷油孔并可与一根可借助压力源供入燃油的压力管连接的流动通道，流动通道至少穿过一个可在弹簧作用下压在阀座上并在达到预定燃油压力时可被燃油从相应的阀座抬起的封闭体，其特征为：至少一部分喷油阀的至少一个被流动通道穿过的封闭体可借助一配属的控制活塞压在相应的阀座上，其中，为了将喷油阀保持在持续的封闭位置，由控制活塞施加在封闭体上的力，大于在部分负荷工作时由燃油压力施加在封闭体上的力，而小于由最大允许燃油压力施加在封闭体上的力；控制活塞可借助一种液压的压力介质加载，其中，这种加载可借助一个可由一控制器根据负荷控制的阀接通和切断；控制活塞可用柴油作为压力介质加载。
在这里，以有利的方式，可通过控制活塞加上压力保持封闭体贴靠在相关的阀座上，并因而关闭在流动通道内的流动，从而停止喷油。因此以有利的方式在部分负荷时可以钝化部分喷油阀，使在其余喷油阀处达到比较高的喷油压力并因而使燃油获得良好雾化，这导致完全燃烧和防止不希望的积存。因此采取按本发明的措施可以完全避免已知装置中前言已描述的缺点。通过由控制活塞施加在有关封闭体上的力小于由最大允许燃油压力施加在封闭体上的力，还同时保证，避免在燃油系统中由于不允许的压力增高造成构件的机械破坏，这对于运行安全起有利的作用。如果控制活塞没有加入压力介质，则按本发明的喷油阀如一个传统的喷油阀那样工作。由此保证，即使为控制活塞配设的加载装置失效，也不存在任何爆炸危险。因此按本发明的措施保证高度可靠性和安全性。另一个优点在于，按本发明的装置还可利用来改变封闭体的打开压力。因此，按本发明的这些措施还导致高度的多用途性。
例如，控制活塞可有利地借助液压的压力介质加载，在这里，这种加载恰当地可借助一个可由一控制器根据负荷控制的阀接通或切断。这些措施提供了一种非常简单的结构方式和有高的工作可靠性。与此同时，按有利的方式造成很短的静止时间。在大型柴油机中，作为液压的压力介质恰当地可使用柴油。由此保证，在加压液体漏泄的情况下导致的与燃油的混合是无害的。
另一项有利的措施可在于，为至少一组控制活塞配设一公共的与压力源连接、设有一个优选地可调的安全阀的供油回路，从供油回路出发有一些支线引向有关的控制活塞，支线中各设一可借助控制器控制的阀。这些措施使得一个配属于全部控制活塞的压力介质准备装置有特别简单和经济的结构设计，此压力介质准备装置与压力源和用于限制压力的安全阀协调工作，所以还形成一种特别节省空间位置的装置。
有利地，为封闭体配设的弹簧支承在控制活塞上。在这里，通过控制活塞加上压力改变了弹簧力，因此以简单的方式借助按本发明的措施不仅可以将封闭体完全保持在其封闭位置上。而且，确切地说，还可以以简单的方式改变弹簧预紧力并因而改变封闭体的打开压力。在这里恰当地涉及的是与喷口相邻的那个出口侧封闭体。
为设在喷油阀进口区内的第一个封闭体配设的控制活塞，可有利地被一个从固定支承的凸肩伸出并被流动通道穿过的导销穿过，导销具有轴向移动自由度地插入封闭体中。这些措施为封闭体和配属的控制活塞提供了可靠的轴向导引。由此，同时还形成了一种非常紧凑的封闭体—控制活塞组件，它可以用来取代已知装置的封闭体，从而有可能方便地改造已知的装置。
另一项有利的措施可在于，导销设一在控制活塞卸荷时打开的径向循环孔，此循环孔与回流管连通。在内燃机停车但保持处于待命状态时，此循环孔可保证燃油系统通风和燃油循环，这尤其在为避免热冲击和/或管道堵塞而使用加温的燃料，尤其重油时是有优点的。
有利地，控制器可设计为，在部分负荷时，为每个气缸所设的喷油阀的控制活塞，可按一预定的节奏交替地加入压力。由此做到，在部分负荷运行时，为每个气缸配设的喷油阀可交替地活化或钝化。通过这种在活化与钝化之间交替地变换，防止各喷油阀较剧烈地冷却并因而防止在重新投入运行时的冲击作用。这同样适用于解决喷口的积炭问题。因此上述这些措施导致提高运行可靠性。
附图说明
主要措施的其他有利的设计和恰当的进一步发展可由下面借助附图对实施例的说明中进一步看出。
附图表示：
图1有配属的供燃油系统的内燃机示意图；
图2通过按本发明的喷油阀第一种实施例的纵剖面；
图3按图2的喷油阀的控制阀组件放大图；
图4为所有的喷油阀控制阀组件配设的压力介质供应装置和控制器的示意图；
图5通过图2所示喷油阀连接法兰的水平剖面；
图6通过按本发明的喷油阀第二种实施例的纵剖面；以及
图7对图4所示装置的改型。
具体实施方式
图1示意表示内燃机1，其中可涉及一种例如应用于作为船用动力装置的二冲程大型柴油机，它包括多个气缸2，图1只表示了其中之一。每个气缸2设两个喷油嘴3，为它们总是配设一台公共的喷油泵4。为所有气缸2的喷油泵4配设一公共的供油回路，此供油回路有一条前驱支线5a和一条回流支线5b并设有油箱6、准备泵7和调压阀8。在图示的举例中，供油回路5设在调压阀8之前的前驱支线5a中规定压力为8bar，在设在调压阀8之后的回流支线5b中的压力为4bar。燃油泵4吸入侧与上述供油回路的前驱支线5a连接，它的回流侧与此供油回路的回流支线5b连接。喷油阀3进口侧通过压力管9与所属燃油泵4的燃油出口连接，以及回流侧通过回流管10与供油回路5的回流支线5b连接。
喷油阀3可固定在各相关气缸2的气缸头上。由图2可最清楚地看出，喷油阀3为此在上端设一法兰11。法兰11一侧设螺纹轴颈12，用于连接相关的压力管9。在与之相对的一侧，法兰11设有一螺纹凸缘13，在此螺纹凸缘上可借助锁紧螺母14固定一外部喷管15，它带有一个向下伸出的喷头16，喷头上设有喷油孔17，喷油孔通过一个其总体用18表示的流动通道与可连接在螺纹轴颈12上的压力管9在流动上连接起来。
沿流动方向从螺纹轴颈12到喷头16彼此相继的零件，制有用于构成流动通道18的适用的孔。
因此，流动通道18穿过包括螺纹轴颈12在内的法兰11，接着穿过设在套管15内部其总体用19表示的控制阀组件，穿过中间段20，然后穿过设在喷头16前面整体用21表示的封闭装置，接着通入喷头16的中心孔，喷油孔17从此中心孔出发。
在图2表示的举例中，中间段20设有上部固定的和下部可运动的弹簧盘22、23，用于一个为封闭装置21配设的设计为螺旋弹簧的阀门弹簧24。封闭装置21包括一个支承在为此设有支承凸缘的可运动弹簧盘23上的封闭体25，封闭体在一个安装在套管15内的阀座部分26的中心孔内导引，喷头16与阀座部分26相连。封闭体25有一个与其导引面相比缩小的前部销子27，它制有锥形密封面，密封面可被置于与阀座部分26所属的阀座面28贴靠。销子27带一个在前部的沿轴向制有槽的突起，突起穿过阀座部分26贴靠在喷头16上的区域，并伸入喷头16的中心孔内。阀座部分26一端支承在喷头16上，另一端支承在与中间段20连接的延长段29上，延长段设有一个具有轴向移动自由度地插入封闭体25中属于流动通道18的轴向盲孔30内的插销，并被上面已提及的弹簧盘延伸段部分围绕。
封闭体25可被置于与阀座面28接触的销子27，由于其直径较小被一环形腔31围绕，环形腔通过斜孔32与中心盲孔30连通。一旦在环形腔31内进入有足够压力的燃油，便使封闭体25克服阀门弹簧24的作用抬高，从而使其密封面从相关的阀座面28抬起，以及释放从环形腔31到喷油孔17的流路，所以进行喷油。
控制阀组件19有与上述封闭装置21类似的结构。由图3可以最清楚地看出，控制阀组件19同样包括一封闭体35，它在配属的阀座部分36的中心孔内导引并有一前部销子37，销子37有一环形的圆锥密封面，它可被置于与围绕着阀座部分36下部出口孔的配属的阀座面38贴靠。如图2所示，阀座部分36以其下端支承在中间段20上，并以后部套管40的上端贴靠在支承39上，如图2还表示的那样，支承39装入法兰11有关的槽内。支承39设有向下伸出的导销41，它具有轴向移动自由度地插入封闭体35属于流动通道18的中心盲孔42内，设计为压力弹簧的弹簧45下端支承在此封闭体上。盲孔42通过斜孔43与围绕销子37的环形腔44连通。因此，在这里，通过在环形腔44内处于压力下的燃油，克服配属于封闭体35的弹簧45的作用，同样可以将封闭体35抬起。
弹簧45一端支承在封闭体35上，另一端支承在配属于封闭体35的控制活塞46上，控制活塞被支承39的销子41穿过并被阀座部分36的套管40围绕，所以形成一种准确的导引装置。弹簧45比阀门弹簧24弱，所以在燃油压力较低时阀座部分36就已经从有关的阀座面38抬起，并因而燃油可进入封闭组件21的区域内。
在图3所示的封闭位置下，封闭体35以其密封面支承在阀座部分36相关的阀座面38上，以及控制活塞46以后部活塞面支承在支承39的一个处于相对位置围绕着销子41的凸肩面上。在这里，封闭体35和控制活塞46彼此隔开距离，所以在互相对置的端面区形成间隙47。支承39的销子41在此间隙47区域内设有一个从支承39属于流动通道18的中心孔出发直径较小的径向孔48。径向孔48通入间隙47，而间隙47通入阀座部分36套管40围绕的孔49中由封闭体35与控制活塞46圆周侧的槽构成的配属于弹簧45的环形腔区域内。孔49通过横向孔50与外套管15的内腔51连通，内腔51通过图2中表示的孔系52与配属的回流管10连通。因此，径向孔48与配属的回流管连通。在控制活塞46抬起时，亦即当其处于图3所示的位置时，循环孔48允许燃油循环。这就可以使燃油系统通风以及防止停车(Stand-by-Betrieb)时不希望的冷却。
借助于控制活塞46，配属的封闭体35可克服处于环形腔44内的燃油的作用，压靠在阀座面38上，并因而保持在封闭位置。以此方式可以钝化所涉及的喷油阀3。
为此，控制活塞46在其背对配属的封闭体35的后部活塞面区域内可加入压力介质。在这里形成一个以此活塞面、支承39处于相对位置的凸肩面以及支承39的销子41和阀座部分36的套管40为界的工作腔。作为压力介质，恰当地采用液压的压力介质，与气动的压力介质相比它的可压缩性较小。对于柴油发动机而言，作为压力介质恰当地可以使用柴油，所以从上述工作腔可能流出的漏泄液，可无问题地被循环的燃油所接收。
压力介质通过图4所示的准备装置制备。它包括一个含前驱支线54a和回流支线54b的供油回路，为此供油回路配设油箱55以及准备泵56和可调的压力阀57。一些其数量与每个气缸2的喷油阀3数量一致的支线58从上述供油回路出发，在这里是两条支线58，它们分别引向每个气缸2的每一个喷油阀3的压力介质进口。为此，如图4中虚线所示，支线58还分岔出数量与气缸数一致的分支线。在支线58内，在分岔点上游，各设一可控制的截止阀59。在这里它可涉及一种电磁的滑阀。截止阀59可借助一个包含计算机的控制器60控制，如通过信号线61示意表示的那样。
可借助泵56产生的压力的大小，应使借此压力加载的控制活塞46能在配属的封闭体35上施加一个大于在正常喷油工作时由弹簧45施加在封闭体35上的力，亦即大于在正常的打开压力时由燃油施加在封闭体35上的力。施加在封闭体35上的力的上限通过压力阀57规定。压力阀调整为，不会由于过高的燃油压力导致构件的机械破坏，这意味着，在最弱的构件可能机械破坏前，封闭体35已从有关的阀座38抬起，并因而使燃油系统在阀座38上游卸荷。
在下压封闭体35的控制活塞46加载时，循环孔48被控制活塞46覆盖，所以不进行燃油循环。由此保证，在正在工作的喷油阀处达到所要求的高的喷油压力。
通过喷油阀3的控制活塞46恰当地加上压力，可按选择令此喷油阀钝化。因此，当作用在发动机1上的负荷较低时，每个气缸2的两个喷油阀3中总是有一个可以钝化，由此导致，即使在燃油需要量较少时仍能使燃油准确定量，保证有高的喷油压力并因而保证燃油良好雾化，由此带来的结果是保证了完全燃烧。因此，通过控制装置60的计算机恰当地控制阀59，在低于规定的部分负荷时每个气缸2总是只活化一个喷油阀3，同时将其余的喷油阀3钝化。相应地，控制器60的计算机设一用于负荷信号的恰当的进口62。为了即使在上述类型的部分负荷运行时全部喷油阀3仍能获得尽可能均匀的热负荷并避免喷油孔17积炭，每个气缸2的喷油阀3按大体两分钟的节奏交替地活化或钝化。为此，相应地配备储存在控制器60计算机内的程序。
操纵控制活塞46所需的压力介质的供入，如图4所示，通过喷油阀3的法兰11进行。为此，由图5可见，法兰11设径向孔63，支线58可与此径向孔连接。在图示的举例中，设两个成对布置的径向孔，其中总有一个可以被塞住。径向孔63的这种双重布局使管路的布线更加容易。径向孔63通入在法兰11为支承39所设的凹槽区域内的环形槽64中。如图2和3所示，槽64与一个在支承一侧通向配属于控制活塞46的工作腔的孔系统65连通。法兰11还设一配属于回流管10的连接孔66，它与上面已提及的在支承一侧的用于燃油回流的孔系统52连通。
在上述实施例中，为每个喷油阀3的上部封闭体35配设一控制活塞46。但也可以设想，除此之外附加地或作为其替换形式，为下部封闭体25配设一适用的控制活塞，用于根据选择克服燃油压力的作用下压封闭体25，如图6所示。按图6的组件其基本结构与图2所示例子的结构是一致的。因此下面主要只说明其差异，其中，对于彼此对应的部分采用与上面相同的符号。
在按图6的实施形式中，为设在喷头16前面的封闭装置21的封闭体25配设一控制活塞70。在这里，为上部封闭体35配设的封闭弹簧贴靠在支承39的一个恰当的凸肩上，支承39有一个被上述凸肩围绕并插入封闭体35内的延伸段，后者可设一循环孔。
为下部封闭体25配设的控制活塞70，在这里构成配属于封闭体25的阀门弹簧24上部支承，阀门弹簧24在这里恰当地设计为有陡的弹簧特性线的盘形弹簧。为上部封闭体35配设的阀座部分36在这里设一被凸肩71围绕的同心的延伸段72，它的下端贴靠在设有一个插入封闭体35孔内的导销的延长段29上，延长段29本身以一个上部法兰贴靠在配属于封闭体25的阀座部分26上。
控制活塞70包括一个法兰73，它作用在阀门弹簧24的上端并可支承在上部阀座部分36处于相对位置的凸肩71上，在法兰73上连接一个在后部的插入上部阀座部分36圆周侧槽内的套管74，并从法兰73起向下伸出一个被上部阀座部分36的延伸段72穿过的套管75，在套管75上安装并导引阀门弹簧24，套管75下端作为导引管段插入可运动的下部弹簧盘23中，弹簧盘23以一延伸段贴靠在封闭体25上。在这种情况下控制活塞70的法兰73实际上构成了为阀门弹簧24配设的上部弹簧盘，在这里与图2所示的实施形式不同，它同样可沿轴向运动。
为了操纵控制活塞70，可在其法兰73的后侧区内向控制活塞加入压力介质。为此，上部阀座部分36设一从阀座部分36贴靠在支承39上的后部端面起直至为法兰73配设的凸肩71贯穿的并与设在支承39内的孔系统65连通的供油孔76。通过此供油孔，法兰73起控制活塞70活塞面的作用与凸肩71处于相对位置的表面可用压力介质加载。在适当加载的情况下，形成了一个以法兰73的上述活塞面、凸肩71、套管74和套管75为界的工作腔。
规定用于为控制活塞70加入压力介质的准备装置，在简单的情况下，亦即只涉及按时间钝化下部封闭装置21时，可与图4所示的设计一致。但按一种优选的实施方案，压力介质准备装置可设计为，除了有可能钝化下部封闭装置21外，下部封闭体24打开压力的可改变的可调性，也就是说在封闭体25从其阀座抬起时的压力的可调性，在正常运行时也是可调的。图7表示了一种适用于此压力介质准备装置的实施例。
图7所示装置的基本结构与按图4的装置的结构是一致的。因此下面只说明不同之处，其中，对于互相对应的部分采用相同的符号。
图7表示了一种实施形式，其中为每个气缸2配设三个喷油阀3，它们可通过操纵可由控制器60控制的设在供油管路内的截止阀59活化或钝化。在这方面与按图4的装置存在一致性。除此以外，在按图7的装置中，在供油回路54a、b的范围内(为喷油阀配设的支线58从供油回路54a、b出发)还设一控制机构77，借助它在供油回路54a、b中可调整为期望的压力。可设计为可调式节流机构的控制机构77，恰当地设在供油回路54a、b的回流支线内。
控制机构77同样可通过控制器60控制，如通过信号线78示意表示的那样。在这里，控制器60的计算机设计为，在正常喷油工作时，也就是说在全部三个喷油阀3都工作的阶段中，可按这样的方式控制截止阀59，即将支线58打开，以及按这样的方式控制控制机构77，即，使供油回路54a、b中存在期望的压力，这一压力低于为保持封闭体25处于持续的封闭位置所需要的压力。由此达到，只有在由燃油压力在封闭体25上造成的力，超过由加在控制活塞70上的压力介质施加在封闭体25上的力时，封闭体25才从有关的阀座抬起。
当然，也可以设想，按图7的压力介质准备装置与按图2的装置相结合，以便能调整上部封闭体35的打开压力。

Claims (16)

1.柴油机的供燃油装置，它包括为气缸(2)配置的喷油阀(3)，其中，这些喷油阀(3)分别设有一通往喷油孔(17)并与一根可借助压力源供入燃油的压力管(9)连接的流动通道(18)，流动通道至少穿过一个可在弹簧(24、45)作用下压在阀座(28、38)上并在达到预定燃油压力时可被燃油从相应的阀座(28、38)抬起的封闭体(25、35)，其特征为：至少一部分喷油阀(3)的至少一个被流动通道(18)穿过的封闭体(25、35)可借助一配属的控制活塞(46、70)压在相应的阀座(28、38)上，其中，为了将喷油阀(3)保持在持续的封闭位置，由控制活塞(46、70)施加在封闭体(25、35)上的力，大于在部分负荷工作时由燃油压力施加在封闭体(25、35)上的力，而小于由最大允许燃油压力施加在封闭体(25、35)上的力；控制活塞(46、70)可借助一种液压的压力介质加载，其中，这种加载可借助一个可由一控制器(60)根据负荷控制的阀(59)接通和切断；控制活塞(46、70)用柴油作为压力介质加载。
2.按照权利要求1所述的供燃油装置，其特征为：为至少一组控制活塞(46、70)配设一公共的与压力源(56)连接、设有一个可调的安全阀(57)的供油回路(54)，一些支线(58)从供油回路(54)出发引向相应的控制活塞(46、70)，支线中各设一个阀(59)，阀(59)可借助具有一个用于取决于负荷的信号的进口(62)的控制器(60)控制。
3.按照权利要求1或2所述的供燃油装置，其特征为：用于控制所述阀(59)的控制器(60)含有可编程计算机。
4.按照权利要求1或2所述的供燃油装置，其特征为：为所述控制活塞(70)配设的压力介质准备装置这样设置，即，使相应的封闭体(25)的打开压力可改变地可调。
5.按照权利要求4所述的供燃油装置，其特征为：在喷油阀有多个前后排列的、被流动通道(18)穿过的封闭体(25、35)时，出口侧封闭体(25)的打开压力可改变地可调。
6.按照权利要求2所述的供燃油装置，其特征为：在供油回路(54)内设一可借助控制器(60)调整的控制机构(77)。
7.按照权利要求1所述的供燃油装置，其特征为：为封闭体(25、35)配设的设计为压力弹簧的弹簧(24、45)支承在配属于封闭体(25、35)的控制活塞(46、70)上。
8.按照权利要求1所述的供燃油装置，其特征为：为设在喷油阀(3)进口区内的第一个封闭体(35)配设的控制活塞(46)被一个从固定支承(39)的凸肩伸出的导销(41)穿过，它具有轴向移动自由度地插入封闭体(35)中。
9.按照权利要求8所述的供燃油装置，其特征为：控制活塞(46)被含有配属于封闭体(35)的阀座(38)的阀座部分(36)的套管(40)围绕。
10.按照权利要求8所述的供燃油装置，其特征为：导销(41)设一在控制活塞(46)卸荷时打开的径向循环孔(48)；以及，阀座部分(36)围绕控制活塞(46)的套管(40)借此连通的内腔与一个回流管(10)连通。
11.按照权利要求1所述的供燃油装置，其特征为：配属于控制活塞(46、70)的控制器(60)这样设置，即，对于每个气缸(2)有多个喷油阀(3)的柴油机，在部分负荷时，总是只能为每个气缸(2)所设的一部分喷油阀(3)的控制活塞(46)卸荷，而其余喷油阀(3)的控制活塞(46)用压力加载。
12.按照权利要求11所述的供燃油装置，其特征为：配属于控制活塞(46、70)的控制器(60)这样设置，即，在部分负荷时，为每个气缸(2)所设的喷油阀(3)的控制活塞(46)按预定的节奏交替地压力加载和卸荷。
13.按照权利要求12所述的供燃油装置，其特征为：为每个气缸(2)所设的控制活塞(46、70)按最多两分钟的节奏交替地压力加载和卸荷。
14.按照权利要求1所述的供燃油装置，其特征为：为了提高喷油压力，由控制活塞(70)施加在封闭体(25)上的力小于为将封闭体(25)保持在持续的封闭位置的力。
15.按照权利要求1所述的供燃油装置，其特征为：所述柴油机为二冲程大型柴油机。
16.按照权利要求1所述的供燃油装置，其特征为：每个气缸有多个喷油阀(3)。
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