CN102734025A - 流体喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流体喷射装置。一种供大型内燃机的共轨系统用的高压流体喷射装置(2)，该高压流体喷射装置包括第一连接元件(7)，并且至少还包括第二连接元件(3)，所述第一连接元件用于将由共轨系统提供的高压流体供给至流体喷射器(4)，并且所述第二连接元件用于将低压流体供给至所述流体喷射器。所述流体喷射装置包括可连接至所述流体喷射器(4)的收集器元件(5)，由此，所述收集器元件容纳所述第二连接元件(3)和第三连接元件(13)，并且所述流体喷射器(4)与所述收集器元件(5)操作接合以提供用于低压流体的流体通道(6，16，26，36)。
Description
技术领域
本发明涉及流体喷射装置。本发明还涉及一种用于大型内燃机的共轨系统中的流体喷射装置的高压流体连接装置。
本发明还涉及一种用于内燃机的气缸装置、用于操作内燃机的方法以及一种内燃机。
背景技术
本领域的技术人员已知不同类型的往复式活塞燃烧发动机的很多变型，例如，多种交通工具(例如，船舶、汽车、飞机)中使用的两冲程或四冲程筒形活塞式发动机，或例如用于船舶或用于产生电力的静止单元的大型柴油发动机。
在本说明书中，术语“大型内燃机”是指例如用作船舶或产生热和/或电的发电厂中的主推进发动机或辅助发动机的发动机。在已知的装置中，用于将来自共轨系统的高压燃料供给到喷射器的管与燃料喷射装置直接相连。此外，还必须设置用于将控制流体或冷却流体或润滑剂供给至燃料喷射装置的多个管。
共轨燃料喷射器通常可能需要若干个不同的独立管连接，以用于供给和返回处于相对低的压力(通常是处于0至10巴的压力)下的介质。对于用发动机润滑剂来冷却的喷射器来说，可能需要一个用于供给润滑剂的润滑剂连接、一个用于返回的润滑剂连接、一个用于返回控制燃料的连接以及可能还有一个用于润滑剂和燃料的混合泄漏的连接。如果为了进行维护而必须拆卸燃料喷射装置，则必须分别拆卸这些连接。由于存在连接至喷射器的多个管连接，所以喷射器的更换变得更费力。
在四冲程介质速度发动机领域中已知的是，可将低压连接布置在气缸盖中。低压连接被定位在不同的高度并由O形环分开。这种技术方案需要机加工气缸盖中用于每个所需要的连接的孔。因此，为了冷却流体的供给和返回以及为了泄漏的流体，需要机加工三个孔。因此，可能相当大程度地增加了气缸盖的制造成本。
本发明的目的是提供一种新的连接装置，这种新的连接装置可解决现有技术中的上述问题。本发明的另一目的是提供一种具有不复杂结构的可靠连接装置。本发明的进一步的目的是提供一种使得能够处理和控制任何处理流体的任何泄漏的装置。
发明内容
本发明的目的可通过权利要求1的特征来实现。本发明的有利的实施方式是从属权利要求的主题。
因此，一种供大型内燃机的共轨系统用的高压流体喷射装置包括第一连接元件，并且至少还包括第二连接元件，所述第一连接元件用于将由共轨系统提供的高压流体供给至流体喷射器，并且所述第二连接元件用于将低压流体供给至所述流体喷射器。所述流体喷射装置包括可连接至所述流体喷射器的收集器元件，由此，所述收集器元件容纳所述第二连接元件，并且所述流体喷射器与所述收集器元件操作接合以提供用于低压流体的流体通道。所述流体喷射装置可尤其被构造成燃料喷射装置。所述流体喷射器可尤其被构造成燃料喷射器。
在一个实施方式中，所述收集器元件至少容纳用于其它低压流体的第三连接元件。所述收集器元件还可容纳第四连接元件。甚至还可以将不止四个连接元件连接至所述收集器元件。如果所述收集器元件容纳第二和第三连接元件并且可能地还容纳其它连接元件，则流体喷射器的更换可与上文提到的具有单个连接元件的情况一样简单。有利地，所述收集器元件被构造为衬套。这样的衬套易于制造，并且尤其可能使用密封元件(尤其是周向密封元件)来密封流体喷射器的流体容纳通道以使其与外界环境隔离。以相同的方式，可在流体喷射器的两个流体容纳通道之间设置周向密封元件，这两个流体容纳通道容纳不应被混合的不同流体。
在一个实施方式中，所述衬套是筒状的，并且具有筒状的孔。在另一实施方式中，所述衬套具有至少局部锥形构型的中心孔。在具有局部锥形构型的情况下，还应包括阶梯形设计，该阶梯形设计包括具有若干不同直径的筒状部分。在尤其优选的实施方式中，最小的直径被定位成最靠近喷射喷嘴。具体地，所述中心孔的表面可以具有锥形的形状。所述锥形的形状是有利的，这是因为具有对应的锥形形状的流体喷射器可以以精准的方式配合到中心孔内。
在一个实施方式中，高压流体具有600至2000巴的压力范围。高压流体尤其可以是燃料，例如，柴油燃料。
在一实施方式中，低压流体具有至多10巴的压力。低压流体尤其可以是润滑剂或冷却流体或控制流体中的一种。
对于控制流体，压力范围是从大约1巴至10巴，并且包括10巴。对于润滑剂，压力范围是从大约6巴至10巴的量计压力，并且包括10巴。对于包括泄漏流体的低压流体，压力范围是从大约1巴至10巴的量计压力，并且包括10巴。
通过简单地将所述流体喷射器从所述收集器的孔抽出，所述流体喷射器可从根据前述实施方式中任一项所述的收集器元件移除。因此，可以以非常简单的方式在单个步骤中使所述流体喷射器断开连接，该方式只额外需要移除高压管和用于保持喷射器的螺栓。
在一个实施方式中，内燃机包括气缸，在该气中布置有能沿纵向气缸轴线在上止点位置和下止点位置之间来回移动的活塞。在所述气缸中，由气缸盖、所述气缸的气缸壁以及所述活塞的活塞表面限定出燃烧室，并且所述内燃机还包括根据前述实施方式中任一项所述的高压流体喷射装置。所述内燃机可以是十字头发动机(尤其是十字头大型柴油发动机)或筒形活塞式发动机或两冲程或四冲程内燃机或能以柴油或汽油模式操作的双燃料发动机中的至少一种。
本发明还涉及一种更换根据前述实施方式中任一项所述的流体喷射装置的流体喷射器的方法。
根据本发明，低压管的连接被容纳在围绕喷射器布置的单独的衬套中。喷射器的更换是快速并且简单的，这是因为喷射器必须被移除和移回到衬套中。当移除喷射器时，不需要移除低压管。因为供给和排出连接被布置在围绕喷射器的衬套中，所以没有增加气缸盖机加工复杂性。不同的介质由喷射器中的O形环分离。
附图说明
下文中，将参照示意性的附图来描述本发明。
图1示出了通过内燃机的气缸的截面。
图2以剖视图示出了根据本发明的燃料喷射装置的实施方式。
图3示出了根据本发明的燃料喷射器的截面。
图4示出了用于将收集器元件附接至燃料喷射器和气缸盖的另选方案。
图5a、图5b和图5c示出了本发明的其它实施方式。
具体实施方式
图1以示意性的图释示出了根据本发明的气缸装置100的第一实施方式，该气缸装置具有根据本发明的用于内燃机(在本实施例中，是纵向扫气十字头式大型柴油发动机)的燃料喷射装置。根据图1的气缸装置100包括气缸101，在该气缸中布置有可沿纵向气缸轴线103在上止点位置和下止点位置之间来回运动的活塞103，其中，在气缸101中，由气缸盖102、气缸101的气缸壁105和活塞103的活塞表面106限定出燃烧室104。在气缸盖102的换气孔110中，只设置了一个充气循环阀109(此处是出口阀)，而换气孔110经由气体供给管道111连接至就其本身而言已知的未示出的涡轮增压组件。充气循环阀109包括阀盘112，在操作状态下，该阀盘与换气孔110的阀座113协作，使得在充气循环阀109的关闭位置，燃烧室104相对于气体供给管道111是密封的，其中，在充气循环阀109的打开位置，燃烧气体可从燃烧室104排出至涡轮增压组件。
在图2中，附图标记1表示内燃机的支撑燃料喷射装置2的气缸盖，高压燃料借助于所述燃料喷射装置以本身已知的方式喷射到发动机的气缸中。由共轨系统(未示出)提供的高压燃料通过第一连接元件7输送至燃料喷射装置2。
可以想到用于输送或排放润滑剂或冷却流体的第二、第三、第四和第五连接元件3、13、23、33中的至少一者。每个连接元件均被连接至共同的收集器元件5。该收集器元件可以被具体构造为衬套。收集器元件中设置有用于容纳燃料喷射器4的中心孔。收集器元件和/或燃料喷射器包含流体通道6、16、26、36，这些流体通道用以将适当的流体分配至燃料喷射器中适当的使用位置。
图3示出了贯穿燃料喷射器4的截面。燃料喷射器容纳喷射喷嘴41，在组装的状态下，喷射喷嘴稍微突出到燃烧室中，如图2所示。喷射喷嘴41布置有至少一个燃料供给通道42，用以将高压燃料供给到燃烧室104中，如图1所示。喷射喷嘴41以其最简单的形式形成燃料喷射器的壳体40的一部分。然而，有利的是，将喷射喷嘴41构造为独立的部件，这是由于当发动机处于运转状态时，喷射喷嘴41的材料将经受燃烧室104中占主导的高温。喷射喷嘴的燃料供给通道42被连接到至少部分地延伸到喷射喷嘴元件41中的高压燃料供给贮存器43。
喷射喷嘴元件41被接纳在喷射喷嘴保持衬套55中，而该喷射喷嘴保持衬套被附接至燃料喷射器主体56。
燃料供给通道42可接收来自也被布置在燃料喷射器主体56中的燃料贮存器44的燃料，并且也可接收来自燃料供给管道45的燃料。燃料贮存器44容纳可动阀元件46。阀元件46因此可打开和关闭燃料贮存器44和高压燃料供给贮存器43之间的连接通道57。阀元件布置有末端49，该末端可接触壳本中的座50以便关闭连接通道57。在其关闭状态，末端49止靠在座50上，以中断燃料进入高压燃料贮存器43的任何传送。关闭状态在图3中被示出。
阀元件46布置有端部表面47和中间表面48，其中端部表面经受控制的燃料压力，并且中间表面经受燃料贮存器58中存在的燃料压力。此外，在燃料贮存器58中布置有弹簧59。弹簧作用在中间表面48上，以保持通道57被阀元件46关闭。弹簧被卷绕在作为阀元件46的一部分的引导元件59周围。引导元件59终止于端部表面47。引导元件由衬套元件63引导。衬套元件63、端部表面47和支撑衬套元件63的燃料喷射器主体形成控制空间64。控制空间64借助于节流通道65连接到燃料供给管道45。节流通道65的横截面至多是燃料供给管道45的横截面的一半。此外，控制空间64被连接至通向控制燃料通道60的控制通道66。该控制燃料通道60容纳燃料。控制燃料通道具有径向通道61，由电磁阀80操作的位移元件81延伸到前述径向通道61中。径向通道连接至周向通道62，该周向通道形成燃料喷射器主体56的外表面上的凹槽。图2的流体通道36通向周向通道62。
如果燃料贮存器58中的燃料压力与燃料贮存器44中的燃料压力和控制空间64中的燃料压力都相同，则末端49将保持安置在座50上。当电磁阀被激活时，燃料喷射的开始由电磁阀控制。位移元件81被向上拉，并且控制室64中的压力将导致阀元件46打开。燃料贮存器58借助于通道51连接至燃料贮存器44。燃料压力作用在阀元件46的环形表面52上，并且在喷射期间液压力作用在座50上以克服由弹簧40施加的向下的力而向上推动阀元件。因此，弹簧被压缩，并且阀元件可从座50抬升以将燃料供给到高压燃料贮存器43。当控制空间64中的燃料压力增加到这样的程度时，阀元件46关闭，该燃料压力增加的程度使得作用于端部表面47上的力和弹簧力的合力变得大于作用在环形空间52上的力，从而驱动阀元件46返回至其关闭状态。
每当高压燃料通过供给管道而被泵送时，就重复这个循环，并将燃料喷射到燃烧室104中。
此外，还设想了用于渗漏流体的通道70。通道70具有径向通道71，由电磁阀80操作的位移元件80延伸穿过径向通道71。径向通道71连接至周向通道72，该周向通道形成燃料喷射器主体56的外表面上的凹槽。图2的流体通道26通向该周向通道72。
此外，还设想了用于供给润滑剂和/或冷却流体的通道75。通道75包括径向通道76和轴向通道77。径向通道76连接至周向通道78，该周向通道形成流体喷射器主体56的外表面上的凹槽。图2的流体通道6通向该周向通道78。润滑剂和/或冷却流体可经由排出通道85排出。通道85具有径向通道86和轴向通道87。径向通道86连接至周向通道88，该周向通道形成燃料喷射器主体56的外表面上的凹槽。图2的流体通道16通向该周向通道88。
示出了收集器元件5以及通向图2中示出的相应的连接元件3、12、23、33的流体通道6、16、26、36。收集器元件5可借助于螺钉连接件90固室至气缸盖。然而，这只是一种变型例，还可能的是，不将收集器元件固定至气缸盖。
收集器元件可尤其被构造成衬套，该衬套可被固定至气缸盖(例如，螺栓连接至气缸盖)或者该衬套可自由旋转，并且角度位置仅由连接元件3、12、23、33固定。连接元件可尤其被构造为连接管。
燃料喷射器自身可被螺栓连接到收集器元件，或可直接固定到气缸盖。在这种情况下，收集器元件可自由旋转，或可以分开地固定至气缸盖。这样的变型例示出在图4中。再次，功能与前述实施方式相同的那些部件具有相同的附图标记，并且可参照图2或图3的描述。收集器元件5借助于螺钉连接件91附接至气缸盖102。燃料喷射器4借助于螺钉连接件92附接至收集器元件5。
图5a、图5b和图5c示出了本发明的另一实施方式，该实施方式包括不同类型的燃料喷射器，该燃料喷射器可用于与图1至图4所示相同的收集器元件。功能与图1至图4相同的那些部件具有相同的附图标记，并且将不再解释它们的功能。阀元件46布置有延伸至高压燃料储存器43中的燃料引导元件54。该燃料引导元件包含中央通道95，该中央通道提供高压燃料贮存器43和中间燃料贮存器96之间的连接。此外，燃烧引导元件54可与阀元件46一起移动，以打开和关闭燃料供给通道42。
因此，根据本发明，低压管的连接被用于围绕燃料喷射器布置的单独的衬套。即使在将喷射器移除的情况下，前述衬套也可保持在气缸盖上。在具有这种衬套设计的情况下，可以快速并且容易地更换燃料喷射器，这是因为当例如为了维修或替换燃料喷射器而从气缸盖移除燃料喷射器时，不需要移除低压连接元件。因此，由于供给和排出连接件均被一体形成到围绕燃料喷射器的单独的衬套中，所以不会增加气缸盖机加工复杂性。不同的流体由设置在燃料喷射器的表面上的相邻通道之间以及还位于最上面的流体通道之上和位于最下面的流体通道之下的密封元件(优选地，O形环)分开。另选地，密封元件可以被布置在衬套中。
鉴于前述，不应将本发明解释为以任何方式受到根据附图所示的实施方式的限制。在本发明的构思以及所附权利要求的范围内，本发明可以以很多不同的实施方式来实施。
Claims (15)
1.一种供大型内燃机的共轨系统用的高压流体喷射装置(2)，该高压流体喷射装置包括第一连接元件(7)，并且至少还包括第二连接元件(3)，所述第一连接元件用于将由共轨系统提供的高压流体供给至流体喷射器(4)，并且所述第二连接元件用于将低压流体供给至所述流体喷射器，所述高压流体喷射装置的特征在于，所述流体喷射装置包括能够连接至所述流体喷射器(4)的收集器元件(5)，由此，所述收集器元件容纳所述第二连接元件(3)，并且所述流体喷射器(4)与所述收集器元件(5)操作接合以提供用于所述低压流体的流体通道(6，16，26，36)。
2.根据权利要求1所述的高压流体喷射装置，其中，所述收集器元件(5)至少容纳用于其它低压流体的第三连接元件(13，23，33)。
3.根据权利要求1或2所述的高压流体喷射装置，其中，所述收集器元件(5)被构造为衬套。
4.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体喷射装置，其中，所述衬套具有至少局部锥形构型的中心孔。
5.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体喷射装置，其中，所述高压流体的压力在600巴至2000巴的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体喷射装置，其中，所述低压流体的压力至多是10巴。
7.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体喷射装置，其中，所述高压流体是燃料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体喷射装置，其中，所述低压流体是润滑剂或冷却流体中的一种。
9.根据前述权利要求中任一项所述的高压流体喷射装置，其中，所述流体喷射器能够从所述收集器元件移除。
10.一种内燃机(100)，该内燃机包括气缸(101)，在该气缸中布置有能沿纵向气缸轴线(105)在上止点位置和下止点位置之间来回移动的活塞(103)，其中，在所述气缸(101)中，由气缸盖(102)、所述气缸(101)的气缸壁(105)以及所述活塞(103)的活塞表面(106)限定出燃烧室(104)，并且所述内燃机还包括根据前述权利要求中任一项所述的高压流体喷射装置(2)。
11.根据权利要求10所述的内燃机，其中，所述内燃机是十字头发动机，尤其是十字头大型柴油发动机。
12.根据权利要求10所述的内燃机，其中，所述内燃机是筒形活塞式发动机。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的内燃机，其中，所述内燃机是两冲程或四冲程内燃机。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的内燃机，其中，所述内燃机是能以柴油或汽油模式操作的双燃料发动机。
15.一种更换根据权利要求1至9中任一项所述的流体喷射装置的流体喷射器的方法。
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