CN100564840C - 包括一种电子流量控制阀的内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内燃机，它包括：一高压进料管道和多个与该高压进料管道流体连接的燃料喷射器，每个燃料喷射器可操作地将燃料喷进内燃机中。该内燃机还包括置于高压进料管道和每一个燃料喷射器之间的一电子控制截流器。每一个截流器包括一启动器，该启动器可操作地将一阀芯朝着一关闭位置移动，在该位置阻塞了截流器将流向相关的燃料喷射器的一燃料流。

Description

包括一种电子流量控制阀的内燃机

技术领域

本发明通常涉及内燃机，尤其涉及一种内燃机，该内燃机包括能选择性地阻止燃料流入发动机的至少一个燃料喷射器的一电子控制截流器。

背景技术

内燃机在实际上可能的任何环境下被用做动力源。摩托车、客车、飞机、火车机车和船舶可能都使用内燃机来推动所携带的各种装置和/或为它们提供动力。发电机和电站也可能使用各种内燃机来发电。内燃机的尺寸可以从为手提工具提供动力而设计的小发动机到接近一个家那样大尺寸的发动机。在上一个世纪中，内燃机被广泛应用于较大的货船和驳船，以替代19世纪的燃煤蒸汽机。这些和类似的内燃机会很大以提供足够的动力以驱动大型船舶、使之转向和减速。

一旦一个相对巨大的内燃机启动，除非绝对需要(例如为了维修或为了避免灾难性的发动机故障)，是不希望将它停车的。在船舶上应用时，停车的原因至少是双重的。首先，启动大型内燃机的劳动强度可以是非常大的。其次，巨大的船舶具有巨大的动量，并且会需要强大的反向或侧向推力以在一个合理的时间内减速或转向，例如在进入港口时。对于反向推进器的能力或产生侧向推力的要求是苛刻的，以避免碰撞。

然而，保持发动机的持续运行会是苛刻的，发动机运行时的问题是不能忽略的。例如在检测到一个或多个发动机气缸有故障的情况下，试图继续运行发动机会损坏受影响的一个或多个气缸和相关元件，或更糟地则导致灾难性的发动机故障。在后一种情况下，继续运行发动机显然是不可能了，并且进行前面所述的停车也不会有益处了。

虽然工程师和操作工通常会对发动机进行全方位的检查和保养，但大型内燃机会受到重大的打击。比如，大型船舶发动机通常在保养和停车之间会持续运行许多小时。与这类发动机的运行要求配合的是普遍使用较重、较粘的燃料。

可以理解：能使一艘超大型油轮行驶数千英里的燃料数量是十分巨大的。为了减少运行费用，船舶的操作人员发现能不仅使用馏出的柴油机燃料，而且使用其它便宜的石油燃料残渣来运行发动机是有利的。因此，许多船用发动机具有在诸如柴油等精制燃料和未精制的、重组分燃料(在本行业中指石油燃料残渣)。发动机在交通拥挤的区域或例如在港口时会主要燃用柴油，而主要在公海上航行时燃用残渣燃料。这两种燃料的相对价格和地方法规也会影响决定使用何种燃料。

具有了使用多种燃料的灵活性，上述船用发动机通常配备有至少两个分开的燃料箱以及用来按需要分配从两个燃料箱中来的燃料流的不同的阀门和管道。这种系统还经常使用一个共用轨或类似的燃料输送系统。典型的共轨设计包括受压轨(pressurized rail)或供应管道，与它们流体连接的有多个燃料喷射器。每个喷射器通常启动用来将经测量的燃料喷雾通过一个或多个燃料喷射控制阀输送到相应的发动机气缸。

这种系统通常还配备有各种装置用于限制过度喷雾或过量的燃料流进入发动机气缸，这种过度喷雾或过量的燃料会破坏发动机的运行并且潜在地会造成发动机损坏。这种机构在本领域内是公知的，叫机械限流器。机械限流器通常包括一个或多个液压移动元件，用于通常在对发动机的一个或多个气缸喷注燃料之后限制或堵塞燃料流机械限量器的较小的液压传感器通常至少部分地根据流经的燃料的粘度来设置尺寸和/或设计。因此，一个设计适用于例如柴油等较轻、粘度较小的石油馏分的机械限流器，在燃烧粘度较大的残渣燃料的系统中使用时，会运行情况不好或根本失效。事实上，残渣燃料的粘度如此之大，在达到适合通过加压管道运输并通过燃料喷射器注入的流动性之前必须加热。

发明内容

本发明旨在解决上述的一个或多个问题或缺点。

在一个方面，本发明提供了一种内燃机，该内燃机包括：一高压进料管道和多个与该高压进料管道流体连接的燃料喷射器。每个燃料喷射器可操作地将燃料喷射进内燃机的一个气缸中。该内燃机还包括置于高压进料管道和多个燃料喷射器中的每一个的一燃料喷射控制阀之间的电子控制截流器。每一个截流器包括一启动器，该启动器可操作地将一阀芯朝着一关闭位置移动，在该位置截流器阻塞了流向相关的燃料喷射器的一燃料流。

在另一方面，本发明提供了一种操作内燃机的方法。该方法包括以下步骤：将来自一高压进料管道的燃料通过各自的燃料喷射器的燃料喷射控制阀喷射进入多个内燃机气缸；以及，在检测到故障后，通过选择性地启动一电子控制截流器阻塞流至该截流器的燃料流，从而使至少一个内燃机气缸不能工作。

附图说明

图1是根据本发明的发动机的结构图；

图2是根据本发明的电子控制截流器的示意图。

具体实施方式

参见图1，此处示出了根据本发明的一个发动机10。该发动机10包括一发动机外壳12和可用于将燃料注入发动机的多个燃料喷射器30。每一个燃料喷射器30通过诸供应通道42同一高压进料管道14流体连接，并且较佳地为具有至少一个被包容的燃料注入控制阀类型的喷射器。较佳地，高压进料管道14，较佳地一共用轨，与一个或多个高压泵18流体连接，泵18按顺序与低压排放管20和燃料供应源60连接。预期发动机10主要在较大的船舶推进系统中使用，例如通过一驱动轴为一个或多个推进器提供动力。然而，应该了解发动机10并不限于这一应用，并且还可以在陆地交通工具中(例如卡车或火车机车)中使用，或用于例如为发电机提供动力。

较佳地，燃料供应源60包括一第一燃料箱62和一第二燃料箱64。较佳地，燃料箱62和64分别装有不同类型的燃料，包括例如在燃料箱62和64中一个中有诸如柴油等石油馏出的燃料和在62和64之另一个中有石油燃料残渣。

较佳地，在将高压泵18和燃料供应源60连接起来的燃料供应管道67中设置一控制阀66，该控制阀66可以选择性地通过供应管道67与燃料箱62和64中一个或它两流体连接。控制阀66可以包括例如具有一内部通道69的一可移动的阀芯68。该阀芯68的位置可以调节以选择行地只和燃料箱62和64之中一个通过供应管道67连接，或者，阀芯68可以放置成通道69与燃料箱62和64通过供应管道67同时连接。较佳地，使用后一种形式以便于燃料类型相对平稳地替换，允许暂时以两种燃料的混合物供应高压进料管道14，而不是突然从一种燃料切换到另一种燃料。

较佳地，在发动机10中包括一电子控制模块16，并由它控制联系发动机的不同元件。较佳地，该控制模块16通过通讯线17与每个燃料喷射器30的诸燃料喷射控制阀32联系，用以在发动机运行时启动控制阀。同样，控制模块16通过一第二通讯线19与高压进料管道14中的电子控制截流器40联系，以及通过一第三通讯线21与高压泵18联系。在一个优选实施例中，可以操作控制模块16以用传统方法监控多个发动机运行参数，包括：发动机转速、进料管道14的压力、高压泵转速、所要求的喷射器输出的量和时间、废气成分和温度等等。可以在燃料供应源60，尤其是控制阀66，和控制模块16之间设置一第四通讯线23，从而使燃料液位、阀门位置、燃料温度等也得到监控。

较佳地，控制模块16还与可独立于燃料喷射器开口30内的燃料喷射控制阀32操作的多个电子控制流量停止阀40有控制地联系。再参见图2，示意性地显示了一个适用于发动机10的截流器40。较佳地，将每个截流器40设置于诸燃料喷射器30中的一个和高压进料管道14之间的各个燃料供应管道42中。可以操作截流器40来堵塞经过诸管道42之一的燃料流，从而堵塞通过那条管道进入发动机10(通常是进入发动机气缸)的燃料流。

在一个优选实施例中每个截流器40包括一具有一内部通道46的阀芯41。较佳地，每个阀芯41偏置于一打开位置，从而燃料可以自由地流过管道42到达各个燃料喷射器30。较佳地，每个截流器40连接有一启动器44，并根据来自控制模块16的命令可操作启动器以将各个阀芯41移向关闭位置。较佳地，偏置装置，例如一偏置弹簧49，毗邻阀芯41放置以将阀芯向打开位置偏置，如图2所示。

那些熟悉本领域的技术人员会理解：所述的电子控制截流器40只是作为举例，并且可以对此处公开的实施例进行明显的修改而不背离本发明的范围。例如，其实阀芯41不必被偏置在打开位置。可以将阀芯41偏置在一关闭位置而不是偏置在打开位置，并且可以用一可释放机构或液压锁使阀芯41打开，然后根据来自控制模块16或操作人员的信号释放。同样，每个截流器40的启动可以通过多种不同方法触发。比如，可以使用气动或电动控制阀芯41，或者用一个由伺服电动机控制的(pilot operated)或无伺服电动机控制的液压启动器来启动阀芯41。在该优选实施例中，电子控制截流器只有一个可操作的电子启动器与通常通过一偏置器(例如一弹簧)偏置在一打开位置的一阀芯连接。其次，在该优选实施例中，通过向电子启动器充电使截流器启动。本发明还旨在提供这样的截流器，该截流器通常通过一偏置器(例如一弹簧)置于关闭位置，但通过向一电子启动器充电可移到一打开位置。这样，如同在本专利中所使用的那样，术语“启动”按照其普通含义考虑为：该术语的含义为将某物从一个位置移到另一个位置，这可以直接或间接地通过一独立的电子启动器的充电或放电实现。

较佳地，设有多个机械限流器50，并且它们最好按顺序排列，每个与诸电子控制截流器40中的一个配对，设在各自进料管道14的上游或下游。在一个优选实施例中，可以操作机械限流器50来限制或阻塞(最佳地是阻塞)通过供应管道42到各个燃料喷射器30的燃料。对于机械限流器50，已知有大量适用的设计，典型的包括可操作用于阻止燃料流的液压移动件，如同本领域公知的那样。

通常内燃机10的操作是从高压泵18给燃料加压并向进料管道14输送燃料开始的。加压后的燃料可以通过供应管道42输送到每个燃料喷射器30，并根据需要被喷进内燃机气缸，喷射的时间通常由控制模块16来电子控制。通常，内燃机由从储油箱62和64中一个来的柴油或其它石油馏出的燃料来启动。较佳地，燃料的替换较为渐进地进行，通过将阀芯68移到一中间位置从而燃料可以同时从储油箱62和64中流到供应管道67。在经过了所需的一段混合时间后，阀芯68可朝着一位置移动，在该位置仅有储油箱62和64中的一个与供应管道67相连接并只有一种燃料被用来驱动内燃机10。当燃料中的一种是残渣燃料时，较佳地使用加热系统(未示出)加热残渣燃料并将其粘度降低到可以将燃料输送到燃料喷射器30并可喷射出的程度。

在一个优选实施例中，电子控制模块包括一种其上记录有一控制规则系统(control algorithm)的计算机可读介质。较佳地，该控制规则系统包括监控内燃机转速和喷射器30的运行用的措施。控制规则系统可以监控和/或控制其它各种内燃机运行参数。在一个优选实施例中，较佳地，在计算机可读介质上记录有一第二控制规则系统，它包括用于在检测到有故障时选择性地启动一个或多个截流器40以阻塞流入相关气缸的措施。

内燃机10可以包括各种可操作用于检测与一个或多个内燃机气缸相关的故障的传感器。这些传感器包括诸如用于检测一个或多个气缸的燃烧特性的燃烧噪声传感器，或用于检测在整个燃料系统的不同点上的燃料压力的意外变化的压力传感器。单个燃料喷射器的不同电子特性也可由传感器检测。许多液压启动燃料喷射器(例如在内燃机10中使用的优选喷射器)包括许多小的、相对复杂的内部移动零件。较佳地，在内燃机(如内燃机10)中使用的较粘的石油残渣燃料会偶尔堵塞内部喷射器部件和管道。在此情况下，与该喷射器相关联的气缸就不能连续运行了。一个或多个内燃机10的气缸失去作用通常会在使用残渣燃料运行内燃机时发生，虽然本发明决不如此限制。

较佳地，电子控制模块16被构造成可接收来自一个或多个内燃机传感器的信号。较佳地，记录在计算机可读介质上的第二控制规则系统包括根据检测到的故障对一个或多个截流器40的电子启动器充电(或断电)，从而启动截流器移到关闭位置用的措施。在一个优选实施例中，即使进入一个或多个喷射器30的燃料流被截流器40阻塞，第一控制规则系统会继续在所有的燃料喷射器30发出燃料喷射信号。

希望截流器40既可用手动也可自动启动。与使用控制规则系统为截流器40充电的一个实施例相反，当例如发现故障时在听到关闭对应气缸的燃料流的警报后，船舶上的操作人员或工程师会手动使一个或多个截流器40的电动启动器充电(或断电)。

较佳地，电子控制模块16还被构造成能记录与各种内燃机运行参数相关的数据，特别是与故障情况的发展相关的参数，以及在故障发生时的内燃机操作窗口。因此，操作人员就有可能得到各种会导致故障的内燃机情况，决定哪一个气缸被关闭，并决定诸如该气缸及对应的燃料喷射器是否和何时重新启动。在一个优选实施例中，通过将与特定的气缸相关联的截流器关闭，重新开始向特定的气缸喷射燃料(较佳的是采取手动)。一旦启动器断电，阀芯41在偏置弹簧49的作用下可以回到打开位置。提供了另一个实施例，其中每个截流器40都设有一锁紧装置。在这种设计中，截流器40充电后阀芯41将被锁紧在其关闭位置，从而如果无意中使启动器49断电，阀芯41不会回到其打开位置。锁紧装置可以手动或自动脱开。

因此，本发明提供了一种用于选择性地停止一个或多个内燃机气缸的燃烧以使与之相联系的燃料喷射器、活塞和阀门继续运行的措施，从而使内燃机被损坏和/或发生故障的危险最小。另外，在检测到故障时不需要将整个内燃机关闭或继续运行不合技术要求的气缸，以使内燃机继续运行。

此说明书仅仅是用于说明的目的，并且不应以任何形式被解释为缩小本发明的范围。这样，那些本领域的技术人员将理解：可以对本文揭示的实施例进行各种修改而不背离本说明书的精神实质和范围。虽然在本说明书的上下文中描述了一种大型柴油内燃机船舶，但其他小型的内燃机可以从此处受益。例如，具有高压进料管道或公用轨的较小的柴油或汽油内燃机也可适用电子控制截流器，如此处描述的那样。在研究了附图和所附的权利要求以后，其它的方面、特征和优点也将变得明显。

Claims (8)

1、一种内燃机包括：

一高压进料管道；

多个与所述高压进料管道流体连接的燃料喷射器，每个燃料喷射器可操作地将燃料喷进所述内燃机中；

一置于所述高压进料管道和每个所述燃料喷射器的一燃料喷射控制阀之间的电子控制截流器，每个所述截流器包括一启动器，该启动器可操作地将一阀芯朝着一关闭位置移动，在该位置所述截流器阻塞了流向相关的燃料喷射器的一燃料流；

一存有具有第一粘度的第一类型燃料的第一油箱；以及

一存有具有大于所述第一粘度的第二粘度的第二类型燃料的第二油箱；

所述第一和第二油箱与所述高压进料管道可选择地连接。

2、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，

每一个所述电子控制截流器位于相关的喷射器体的外面；

每一个电子控制截流器的阀芯可以在一第一位置与一第二位置之间移动，在所述第一位置使来自所述高压进料管道的燃料可以流过所述阀芯，在所述第二位置使所述阀芯阻塞来自所述高压进料管道的燃料；

所述阀芯连接于使阀芯被偏置于所述第一位置的一偏置装置。

3、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，它包括：

与每一个所述电子控制截流器有控制地联系的一电子控制模块；

所述电子控制模块包括一计算机可读介质，该介质上面记录具有：一第一控制规则系统，所述第一控制规则系统包括用于监控内燃机转速和控制所述多个燃料喷射器中的每一个的运行的措施；以及，第二控制规则系统，所述第二控制规则系统独立于所述第一控制规则系统运行并包括用于在检测到有故障时选择性地启动各个电子控制截流器的措施。

4、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，它还包括：可以操作用来限制或阻塞进入至少一个所述燃料喷射器的燃料的多个机械限流器，每一个所述机械限流器与所述电子控制截流器顺序地放置在一起。

5、如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，它包括：

所述多个燃料喷射器中的每一个上面设有至少一个喷射控制阀；和

所述多个电子控制截流器中的每一个独立于各个所述喷射控制阀操作，从而选择性地阻塞进入相关的喷射器的燃料。

6、一种操作内燃机的方法，包括以下步骤：

将来自一高压进料管道的一燃料通过各个燃料喷射器的燃料喷射控制阀喷进多个内燃机气缸中；和

在检测到故障后，通过选择性地启动一电子控制截流器以阻塞流至该截流器的燃料流，以使至少一个内燃机气缸不能工作，

其中，关闭的步骤包括向在通向至少一个气缸的一燃料供应管道中的电子控制截流器充电，从而将一阀芯从一打开位置移动到一关闭位置；和

对故障的检测包括检测至少一个内燃机气缸的不合技术要求的运作。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，至少一个气缸是一不工作的气缸；并且，该方法还包括以下步骤：

当该不工作的气缸被阻塞无法得到燃料时，保持内燃机的至少一个其它气缸的运行；和

在至少部分排除了故障后，通过关闭对应的电子控制截流器重新启动不工作的气缸。

8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，电子控制模块包括用于检测故障的措施；以及，关闭至少一个气缸的步骤包括在检测到故障时用电子控制模块自动启动相关的电子控制截流器。

Images