CN102220924B

CN102220924B - 大型二冲程柴油机的燃油阀

Info

Publication number: CN102220924B
Application number: CN2011100562772A
Authority: CN
Inventors: 约翰斯·弗拉尔波
Original assignee: MAN Diesel Filial af MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions Filial af MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: JP5269928B2; DK2378109T3; CN102220924A; PL2378109T3; KR20110115526A; RU2011105685A; EP2378109A1; RU2486364C2; EP2378109B1; JP2011226465A; KR101251395B1; DK201000309A

Abstract

本发明公开了一种用于将燃油喷射入大型二冲程柴油机的燃烧室中的燃油阀(1)，包括：燃油阀外壳(10)，细长的喷嘴(30)，弹性偏置的阀针(20)，其与阀底座(22)配合并配置为控制到所述喷嘴(30)的燃油流，多个喷嘴孔(35)，其分布在所述喷嘴(30)上，具有与所述喷嘴(30)的轴向孔(33)的中心线(34)基本重合的所述喷嘴孔(35)的中心线(36)，中空的切断轴(40)，其与所述阀针(20)一起移动，并且轴向可移开地容纳于所述喷嘴(30)的中心孔(33)中，所述切断轴(40)设置有相应于所述多个喷嘴孔(35)的多个开口(45)。本公开的燃油阀提供了最优的喷嘴孔结构与非常小的针阀压力室体积以及减小的喷嘴长度。

Description

大型二冲程柴油机的燃油阀

技术领域

本公开涉及一种用于大型二冲程柴油机的燃油阀。

背景技术

大型二冲程柴油机典型地用作比如集装箱船的大型远洋轮船或发电厂的原动机。

这些发动机典型地设置有布置于每个汽缸盖的两个或三个燃油阀。燃油阀设置有作为可移动阀构件的弹簧偏置阀针。当燃油(典型为重燃料油)的压力超过预设压力(典型为350巴)时，主轴从其底座提升并允许燃油经燃油阀前端的喷嘴流入燃烧室。

常规的喷嘴具有与发动机的汽缸中的活塞移动方向大约呈10至15度的角度的纵向轴，并且喷嘴设置有中心孔以及将燃油从汽缸壁导出并导入燃烧室的多个喷嘴孔。典型地，在喷射时燃烧室中的空气中有涡流，虽然一些孔可被引导为将燃油喷射成流，但大多数喷嘴孔被引导为随着涡流的流向喷射燃油。

例如在喷嘴内的纵向延伸的中心孔中的可以漏入燃烧室的剩余燃油体积(所谓的针阀压力室体积(sac volume))应该尽可能地小，因为该燃油在对于燃油的适合燃烧而言温度过低时可以进入燃烧室。因此，该排出可以引起排放的增加(如烟产生的增加)，更高的NOx和VOC的排放，尤其是燃油效率的恶化。

这些排放和燃油消耗问题的答案是曼柴油机(MAN Diesel)公司的滑动燃油阀，其具有最小化剩余燃油的针阀压力室体积的设计。

该已知的燃油阀喷嘴设置有孔，燃油喷雾从孔离开喷嘴，孔全部在接近喷嘴的自由末端的相同纵向位置。相对于燃油喷射器的纵轴获得喷嘴孔在径向和切向上的空间分布。由于空间限制，一些喷嘴孔基本定向于径向，同时其他喷嘴孔主要定向于切向。中心纵向孔(其具有与喷嘴孔相对应的孔洞)内的切断套防止来自喷嘴中心孔内的燃油在已经进行实际喷射步骤之后泄漏。

然而，流动条件，特别是那些主要为切向而非径向定向的喷嘴孔的流动条件，不是最优的。

发明内容

在此背景下，本申请的目的是提供一种燃油阀，其避免或至少减少上述缺陷。

该目的通过提供一种用于将燃油喷射入大型二冲程柴油机的燃烧室的燃油阀而实现，燃油阀包括：燃油阀外壳；细长的喷嘴，其具有轴向孔和封闭的前部；弹性偏置的阀针，其与阀底座配合并配置为控制燃油到喷嘴的流；多个喷嘴孔，其分布在喷嘴上，具有与喷嘴的轴向孔中心线基本重合的喷嘴孔中心线；中空切断轴，其与阀针一起移动，并且轴向可移开地容纳在喷嘴的中心孔中，从而打开和关闭喷嘴孔，所述切断轴设置有相应于多个喷嘴孔的多个开口，从而在中空切断轴的一个位置将喷嘴孔连接至中空切断轴的内部并且在中空切断轴的另一个位置将喷嘴孔从中空切断轴的内部分离，并且切断轴被阻止相对于喷嘴和燃油阀外壳旋转。

通过提供与打开和关闭阀针相一致地打开和关闭喷嘴孔的切断轴，针阀压力室体积减小至几乎为零，同时喷嘴配置和方向提供了最优且稳定的燃油喷射。

当阀针从其底座提升时，所述切断轴中的开口可以与喷嘴孔重叠。

当阀针放置在其底座上时，所述切断轴中的开口可以不与喷嘴孔重叠。

根据一个实施例，当阀针从其底座提升时，切断轴中空的内部与燃油阀的入口端连接。

优选地，阀针和切断轴形成为单一的部件。

在一个实施例中，喷嘴孔沿着喷嘴的长度分布并且在喷嘴的纵向延伸方向看上去没有喷嘴孔的重叠。

在另一个实施例中，喷嘴孔沿着喷嘴的长度分布并且在喷嘴的纵向延伸方向看上去有成对喷嘴孔的一定的重叠。

本发明的另一个目的是提供一种十字头型大型二冲程柴油机的燃油阀的应用，所述燃油阀用于将燃油喷射入大型二冲程柴油机的燃烧室中，所述燃油阀包括：燃油阀外壳，在其最后端具有用于将燃油阀安装在大型二冲程柴油机的汽缸盖上的头部；细长的喷嘴，其具有轴向孔和封闭的前部；弹性偏置的阀针，其与阀底座配合并配置为控制到喷嘴的燃油流；多个喷嘴孔，其分布在喷嘴上，具有与喷嘴的轴向孔中心线基本重合的喷嘴孔中心线；中空切断轴，其与阀针一起移动，并且轴向可移开地容纳在喷嘴的中心孔中，从而打开和关闭喷嘴孔，所述切断轴设置有相应于多个开口，对应于喷嘴孔的多个开口，从而在中空切断轴的一个位置将喷嘴孔连接至中空切断轴的内部并且在中空切断轴的另一个位置将喷嘴孔从中空切断轴的内部分离，其中，切断轴(40)被阻止相对于喷嘴(30)和燃油阀外壳(10)旋转。

根据详细的说明，依照本公开的燃油阀的进一步目的、特征、优点和特性将变得更加明显。

附图说明

在本说明书的下述具体部分中，参考附图中所示的示例性实施例对本发明进行更具体的说明，其中：

图1是燃油阀的示例性实施例的纵截面图，

图2是图1中例示的燃油阀最前部分的更大比例的纵截面图，阀针示出在封闭位置，

图3是图1中示出的燃油阀的喷嘴的更大比例的纵截面图，

图4是图3中示出的喷嘴的立体图(elevated view)，

图5是图1中示出的燃油阀的阀针和切断轴的更大比例的轴向部分，

图6是图5中示出的阀针和切断轴的立体图，

图7是图1中示出的用于燃油阀的喷嘴的替代实施例的立体图，

图8是图7中示出的喷嘴的更大比例的轴向部分，

图9是结合图7和图8中示出的喷嘴使用的阀针的替代实施例的立体图。

具体实施方式

图1中例示的燃油阀1具有细长的外部外壳10，外壳10在其最后端具有头部14，燃油阀1可以通过头部14以已知的方式安装在大型二冲程柴油机的汽缸盖上并与燃油泵连接(未示出)。头部14包括与导管17流连接的燃料油入口16。导管通过止回(non-return)阀12延伸至在阀外壳10上的孔中可轴向移开的阀针20。通过关闭弹簧18将阀针20偏置至其底座22。阀外壳10的最前部分握持喷嘴30，当燃油阀1安装在汽缸盖上时喷嘴30穿过阀外壳10伸出并且进入发动机汽缸的燃烧室(未示出)。

图2-6更详细地示出了阀针20和喷嘴30。关闭弹簧18推动阀针20至其底座22。图2示出了停留在阀底座22上的阀针20。在该位置，阻止了从燃料油入口16至喷嘴30的燃油流体流。

阀针20携带比阀针20最后部分更细的最前面的切断轴40并且切断轴40伸出到喷嘴30内的中心孔33中。

喷嘴30设置有中心孔33和多个喷嘴孔35，通过多个喷嘴孔35将燃油喷射入燃烧室。因此，在燃油喷射过程中，燃油的喷射来自每个喷嘴孔35。

喷嘴孔35分布在喷嘴30上，使得它们沿着喷嘴的纵向范围且相互之间具有一定间隔地分布。因此，即使考虑喷嘴孔35的尺寸，在纵向范围上也没有喷嘴孔35的重叠。另外，喷嘴孔35针对不同方向在径向上扩展并在切向上定向，从而用来自于喷嘴孔35的燃油喷射覆盖燃油室的全部部分。

在一个实施例中，喷嘴孔35被钻入喷嘴中。每个喷嘴孔35的中心线36基本与中心孔33的中心线34重合，也就是喷嘴孔35的中心线36不是切向定向，而是全部朝中心孔33的中心线34定向。喷嘴孔35的中心线36不必须与中心孔33的中心线34精确重合，但是喷嘴孔35的延伸相对于中心孔33的中心线34应该不是实质正切的。

如图3所示，喷嘴孔35的中心线36可以与中心孔33的中心线34呈非垂直的角度。

在一个示例性实施例中，切断轴40与阀针20以整件材料制造。切断轴40是中空的并且切断轴40中空的内部连接阀底座22下游的空间。因此，当阀针20从其底座被提升时，流路径17从燃料油入口16一直延伸至切断轴40的中空内部。

切断轴40的最前部分是圆柱形并且精确地配合至中心孔33中。该切断轴40的最前部分设置有相应于喷嘴孔35的多个开口45。阀针20的角度位置连带切断轴40的角度位置由防止阀针20相对于阀外壳10旋转的销48固定。这确保了当阀针20从其底座22提升时切断轴40中的开口45会与喷嘴孔35重叠。

在操作中，当提供给燃油阀1的燃油压力超过预定的阈值时，阀针20从其底座提升。此时，燃油可以流入中空的切断轴40并且通过目前与喷嘴孔35重叠的开口45以及通过喷嘴孔35进入燃烧室。当燃油阀1的燃油供应在燃油喷射过程结束时停止，减小的燃油压力不再将阀针20保持与其阀底座22分离并且关闭弹簧18朝其阀底座22轴向推动阀针20。由于切断轴40与阀针20一起移动，切断轴40也朝燃油阀1的前端轴向地移动。在阀针20停留在其底座22上的位置，切断轴中的开口45不再与喷嘴孔35重叠。因此，喷嘴中(实际上在中空的切断轴40中)的燃油受到限制并且不能泄漏到燃烧室中。

因此，与喷嘴孔35的最优几何形状结合，针阀压力室体积(在燃油喷射过程已经结束后可以从喷嘴滴落的燃油体积)几乎为零。

图7至图9例示了本发明的另一个实施例，除了喷嘴孔35的布置稍有不同之外，其与上面描述的实施例基本相同。

喷嘴孔35成对地布置，两个喷嘴孔35沿着喷嘴30的纵向延伸布置在基本相同的纵向位置处。如上面描述的实施例中，喷嘴孔35以与上面描述相同的方式并且出于与上面描述相同的原因径向分布。本实施例的优点是其允许喷嘴30具有减小的纵向延伸，因此减小了燃烧循环过程中的热输入。

本公开的教导具有许多优点。不同的实施例或实施方式可以产生一个或多个下列优点。应当注意这并不是详尽的列表，且也会存在这里没有描述的其它优点。本公开教导的一个优点是其提供了用于大型二冲程柴油机的燃油阀，其结合了最优的喷嘴孔结构与非常小的针阀压力室体积。本公开的另一个优点是其提供的燃油阀结合了最优的喷嘴孔结构与非常小的针阀压力室体积以及减小的喷嘴长度。

尽管本申请的教导为了说明的目的已进行了详细的描述，应该理解这种细节仅用于该目的，并且本领域技术人员可以在不脱离本申请教导范围的情况下在其中做出变形。

权利要求中使用的术语“包括(comprising)”并不排除其他部件或步骤，权利要求中使用的术语“一(a)”或“一(an)”并不排除多个。单处理器或其它单元可以实现权利要求中列举的若干种手段的功能。

Claims

1.一种用于将燃油喷射入大型二冲程柴油机的燃烧室中的燃油阀（1），所述燃油阀包括：

燃油阀外壳（10），在其最后端具有用于将所述燃油阀（1）安装在大型二冲程柴油机的汽缸盖中的头部（14），

细长的喷嘴（30），其具有轴向孔和封闭的前部，

弹性偏置的阀针（20），其与阀底座（22）配合并配置为控制到所述喷嘴（30）的燃油流，

多个喷嘴孔（35），其分布在所述喷嘴（30）的长度上，且具有与所述喷嘴（30）的轴向孔（33）的轴向中心线（34）重合的所述喷嘴孔（35）的中心线（36），

中空的切断轴（40），其与所述阀针（20）一起移动，并且轴向可移开地容纳于所述喷嘴（30）的中心孔（33）中的提升位置与封闭位置之间，从而打开和关闭所述喷嘴孔（35），

所述切断轴（40）设置有相应于所述多个喷嘴孔（35）的多个开口（45），从而在所述中空的切断轴的所述提升位置将所有所述喷嘴孔（35）连接至所述中空的切断轴（40）的内部并且在所述中空的切断轴的所述封闭位置将所有所述喷嘴孔（35）从所述中空的切断轴（40）的内部分离，其中，所述切断轴（40）被阻止相对于所述喷嘴（30）和燃油阀外壳（10）旋转。

2.根据权利要求1所述的燃油阀（1），其中，当所述阀针（20）从其底座（22）提升时，所述切断轴（40）中的所述开口（45）与所述喷嘴孔（35）重叠。

3.根据权利要求1所述的燃油阀（1），其中，当所述阀针（20）停留在其底座（22）上时，所述切断轴（40）中的所述开口（45）不与所述喷嘴孔（35）重叠。

4.根据权利要求1所述的燃油阀（1），其中，当所述阀针（20）从其底座（22）提升时，所述切断轴（40）中空的内部与所述燃油阀（1）的入口端（16）连接。

5.根据权利要求1所述的燃油阀（1），其中，所述阀针（20）和所述切断轴（40）形成为单一的部件。

6.根据权利要求1所述的燃油阀（1），其中，所述喷嘴孔（35）沿着所述喷嘴的长度分布且以下述方式分开，即，在所述喷嘴（30）的纵向延伸方向上看去没有所述喷嘴孔（35）的重叠。

7.根据权利要求1所述的燃油阀（1），其中，所述喷嘴孔（35）沿着所述喷嘴（30）的长度分布，在所述喷嘴（30）的纵向延伸方向上看去有成对的所述喷嘴孔（35）基本重叠。