CN102770657A - 具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其目的在于在阀门自身中，以人为方法使燃料喷射变得可能，以此来调节燃料喷射时机，根据燃料的压力对应于低压及高压，并进行分级地燃料排出，从而提高在发动机汽缸内的燃烧性能的燃料喷射阀，其特征在于，包括：燃料阀体（110），其内部形成供燃料流注入的流路（1701）；喷嘴（140），形成有使燃料流喷射的低压喷孔（160）及高压喷孔（161）；针阀（130），安装于所述喷嘴内部，根据相互压力差，依次分级开放低压喷孔和高压喷孔；升压器主轴及阀针弹簧，升压器主轴分多段形成，对所述针阀施压，使低负载的燃料流升压为高压，阀针弹簧向该升压器主轴提供弹力；梭阀（150），把对应于向针阀供应的燃料流主压力的相对压供应给所述升压器主轴，提高燃料流的压力；升降衬阀（180），当位于上部的电磁阀（201）上升时，通过与下部喷嘴座的隙缝，使燃料流通过燃料排出口排出；电磁阀（201），调节借助于电磁阀弹簧（131）向升降衬阀上部施加的压力，控制燃料喷射时间点。

Description

具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀
技术领域
本发明涉及一种具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，尤其涉及在大型船用发动机和重型发动机中，根据燃料泵排出的燃料的压力，变化向汽缸喷射燃料的燃料喷射阀的喷孔个数，能动地应对低压及高压，减少喷射后的喷射流路中存留的残余燃料量，能够获得更好燃烧性能和更高燃耗油比的柴油机用燃料喷射阀。
背景技术
一般而言，以往的柴油发动机具有一个，进入的燃料压力如果大于开阀压力(Opening pressure)则打开、小于开阀压力(Opening pressure)则关闭的针阀和弹簧。因此，当在燃料泵中形成的高压燃料进入燃料阀时，在燃料阀内形成高于开阀压力的压力后，通过燃料油的压力克服弹簧按压针阀的力，抬起针阀，通过位于喷嘴末端的多个喷孔，使燃料向汽缸内喷射。
如上所述的以往方法是由，所有喷孔按照既定的一个开阀压力而开放的一种机制构成，因此，在开阀压力形成后，即使有更高的压力进入燃料阀，也只是通过既定个数的喷孔持续喷射。
因此，在发动机保持低速或低负载运转的时不喷射，在高于开阀压力的压力下，与压力的大小无关，会通过所有喷孔喷射，所以，随压力不同的喷射形态不够均匀，无法随压力而能动地调节喷射量。
此外，由于加工的多个喷孔同时打开、关闭，所以喷射结束后，残留在关闭的针阀和喷嘴之间的残余燃料通过喷孔流入汽缸内，而引起黑烟问题及耗油比问题。
在图8中，显示了以往燃料阀的代表性形态的Wartsila-Sulzer方式、MAN-B&W方式和重型发动机。
首先，就Wartsila-Sulzer方式而言，在超过开阀压力但未形成更高压时，燃料不是通过加工在喷嘴上的多个喷孔(箭头部分)向汽缸内喷雾，而是采取燃料流入汽缸的形态。而且，即使在燃料喷射全部结束后，由于关闭的针阀与喷孔之间的空间(SAC volume)大，残留在该空间中的残余燃料会流入汽缸，而引起上述所提到的问题。
此外，就MAN-B&W方式而言，虽然为减小针阀与喷孔之间的空间(SAC volume)而采用了滑动方式的针阀，但对于超过开阀压力的压力，存在无法能动地应对的局限。即，针阀与喷孔之间的空间(SAC volume)是被固定的形态。
就重型发动机方式而言，为完善上述提到的Man方式和Wartsila方式，减小SAC Volumn，使阀针最大限度靠近燃烧室一侧，制作喷射孔，但在阀针的开闭过程中，存在喷嘴部分的耐久性下降的问题。
即，如图8所示，在构成上，为实现在既定压力下开放而提高了弹簧压力，在燃料阀以外的装置(不在燃料阀本身提高压力，在燃料阀入口前，追加使用泵来提高压力)中，人为地提高了燃料压力来调整开阀压力。
此外，如图8所示的以往技术而言，燃料阀本身无法决定喷射时机(Timing)，而是借助于之前流入的燃料压力，根据既定压力而喷射。即，燃料流的喷射时间点与最高压力是在燃料流之前的时间点，通过燃料泵或其他介质来调整。
发明内容
（要解决的技术问题）
为解决如上问题，本发明的目的在于提供一种柴油发动机用二段燃料喷射阀，可以以进入燃料阀的大于开阀压力的压力进行喷射，以大于进入燃料阀的压力和内部弹簧开阀压力分级地打开喷嘴的喷孔，以便能在阀门自身内调整开阀压力的喷射时间点，从而在低速运转或低负载下，也可以以高压进行喷射，从而实现更好的气化；在高速运转或高负载下，同时开放低压/高压的针阀，从而从多个喷孔快速地喷射大量的燃料，改善发动机的燃烧性能。
本发明的另一目的在于提供一种柴油发动机用二段燃料喷射阀，喷孔根据压力分级地、依次地开放，使喷射后关闭的针阀与喷孔之间的空间(SAC volume)最小化，防止燃料浪费，减少有害气体(Smoke,NOx)。
（解决问题的手段）
为达成如上所述目的，解决以往的缺陷，根据本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，在柴油机中向汽缸喷射燃料，其特征在于，包括：燃料阀体，其内部形成供既定压力的燃料流通过燃料油注入孔注入的流路；
喷嘴，形成使通过燃料阀体的流路供应的燃料流进行喷射的低压喷孔及高压喷孔；
针阀，安装于所述喷嘴内部，根据相互压力差进行依次分级开放低压喷孔和高压喷孔；
升压器主轴及阀针弹簧，所述升压器主轴分多段形成，对所述针阀施压，使低负载的燃料油升压为高压，所述阀针弹簧向升压器主轴提供弹力；
梭阀，把对应于向针阀供应的燃料流注入压力的相对压供应给所述升压器主轴，提高燃料流的压力；
升降衬阀，当位于上部的电磁阀上升时，通过与下部喷嘴座的隙缝，使燃料流通过燃料排出口排出；
电磁阀，借助于电磁阀弹簧，调节施加于升降衬阀上部的压力，来控制燃料喷射时间点。
此外，本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，所述升降衬阀位于围在阀体及喷嘴外周的喷嘴座的上部，具备与插入下部中央部一侧的燃料通道衬套中形成的流路连通的流路。
此外，本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，所述针阀在内部形成有孔，以便随着燃料流的供应而使其具有相互压力差。
此外，本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，所述梭阀在燃料通过燃料注入孔到达升压器主轴之前，在燃料注入孔的燃料压力及燃料大气压力与升压器主轴上施加压力，当燃料排出口压力下降时，能够克服这些压力差，进行切断及减小流量的构成。
此外，本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，所述针阀相对于大气压力，利用升压器主轴及阀针弹簧，提高开阀压力，此时，具有大于开阀压力的力的电磁阀弹簧支撑升降衬阀，通过电磁阀调节开放时机并进行喷射。
此外，本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，所述针阀借助于帮助提升压力的升压器主轴的相对压，通过其内部形成的孔，使燃料待机至喷嘴下端部，使其在低压下不进行开放，而是形成压力，借助于电磁阀调整喷射时机，使初始第一次喷射时间点在低负载下也可以通过位于下部的低压喷孔以高压进行喷射，在压力上升时间点，针阀会向上端移动，而使高压喷孔开放。
此外，本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，在所述以多段形成的升压器主轴中，最下部的升压器主轴安装于燃料阀体的下端部，借助插入于在升压器主轴下部形成的孔的阀针弹簧，对针阀进行施压；
在中间形成的升压器主轴安装于燃料阀体的中段部，通过在上部形成的升压器主轴进行施压；
在上端形成的升压器主轴被在外围上形成的圆形凸出部为上下部，借助安装于下部的阀针弹簧及安装于上部的阀针弹簧，具有向上部或向下部的弹力。
综上所述，本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，具有以下优点：燃料喷射装置通过内部装置提高喷射压力，使其比注入的压力大。即使在低负载下，也以高压进行喷射，根据压力通过电磁阀推迟或提前喷射时机进行喷射；
此外，借助于由低压及高压构成的二段喷孔，燃料分级地被开放，从而根据压力的差异，减小燃料的排出截面积，优化喷雾形状，在最高压下，一次性快速地喷射大量燃料，使其无论在低压还是高压下，都具有良好的燃烧性能；
此外，喷嘴内流路整体上变窄，喷孔根据压力而分级地依次开放，因此其喷射后关闭的针阀与喷孔之间的空间(SAC volume)实现最小化，使喷射结束后残留于流路并流向燃料汽缸的残余燃料减少，减少有害气体(Smoke,Nox)，改善耗油比。因此，本发明作为具有优点的有用的发明，其在产业上的利用率备受期待。
附图说明
图1显示根据本发明的实施例的剖面示意图，
图2显示根据本发明的燃料开放前的燃料压在电磁阀启动前实施例的剖面示意图，
图3显示根据本发明的作为燃料开放时机的燃料压在电磁阀启动后排出燃料流的实施例的剖面示意图，
图4显示根据本发明的燃料因电磁阀启动而借助于第一次压力进行喷射的形象的示意图，
图5显示根据本发明的在形成高压的高速、高负载时，第一次和第二次燃料同时喷射的形象的示意图，
图6显示原有燃料阀在低负载时的压力变化曲线图，
图7作为本发明的特征，在低负载时也可以以高压在第一次喷射后进行第二次喷射的曲线图，
图8显示原有燃料喷射阀的概要图。
（附图标记说明）
100:喷嘴座(Nozzle holder)
110:燃料阀体(Fuel valve block)
130):针阀(Needle valve)
131:电磁阀弹簧(Solenoid v/v spring)
132、133、134、135:阀针弹簧(Neddle spring)
140:喷嘴(Nozzle)
141、142、143:升压器主轴(Pressure booster spindle)
150:梭阀(Shuttle valve)
160:低压喷孔(Low pressure nozzle hole)
161:高压喷孔(High pressure nozzle hole)
170:燃料主通路管(Fuel oil inlet)
171:燃料排出口(Fuel drainage)
180:升降衬阀(Lifting bush valve)
181:燃料通道衬套(Fuel passage bush)
200:调节器电缆(Governor cable)
201:电磁阀(Solenoid valve)
1301:孔
1501、1701、1801:流路
1411:凸出部
具体实施方式
下面参照附图，详细说明本发明实施例的构成及其作用。此外，对于本发明的说明，当判断认为众所周知的功能或对构成的具体说明可能会混淆本发明要旨时，省略其详细说明。
图1是根据本发明的燃料喷射阀的剖面示意图，图2是根据本发明的在低负载压力下，不喷射时的电磁阀启动前，向升压器供应压力的实施例，图3是电磁阀启动，排出升压器中待机的相对压的剖面示意图，图4是显示第一次燃料喷射实施例的剖面示意图，图5是显示根据本发明的在高速、高负载压力下启动的第二次燃料喷射实施例的剖面示意图，图6是低负载时普通的喷射曲线图，图7是根据本发明的在低负载时以高压在第一次喷射后进行第二次喷射的曲线图。
以下，在本发明中，所谓低压是指应开始燃料喷射的开阀压力，所谓高压是指通过弹簧设定的压力，在燃料阀内形成了超过该开阀压力的压力时，可以使喷孔进行二次开放。即，低压及高压是指当把开阀压力称为低压时的相对的压力。
首先，参照图1，对在柴油机中向汽缸喷射燃料的，根据本发明的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀的优选实施例的构成进行说明。
本发明的构成是借助于升压器主轴，使进入燃料阀内的燃料的压力形成相对压，在低负载下也可以以高压喷射，使燃料喷射喷孔根据压力分级地开放，为实现这种构成，其特征在于，包括：
燃料阀体(Fuel valve block)110，其内部形成有流路1701，供既定压力的燃料油通过与从外部燃料泵(未图示)移送燃料的高压管(未图示)连接的燃料流注入孔170注入；
喷嘴(Nozzle)140，与燃料阀体(Fuel valve block)下端部结合，加工有在低速、低负载压力下使燃料向汽缸(未图示)喷射的低压喷孔(Low pressurenozzle hole)160及在高速、高负载压力下，使燃料向汽缸喷射的高压喷孔(High pressure nozzle hole)161；
喷嘴座(Nozzle holder)100，包围所述燃料阀体及喷嘴外周；
针阀(Needle valve)130，安装于所述喷嘴的内部，在内部形成有随着燃料流的供应而具有相互压力差的孔1301，根据燃料的压力，使所述低压喷孔和高压喷孔依次分级开放；
升压器主轴141,142,143及阀针弹簧132,133,134,135，升压器主轴141,142,143分多段形成，在上部对针阀施压，使低负载的燃料流升压为高压，阀针弹簧132,133,134,135向具有既定间隔的间隙的升压器主轴提供弹力；
梭阀150，安装于燃料注入孔入口，把对应于供应的燃料流主压力的相对压通过连接的流路1501供应给升压器主轴，以便提高燃料流的压力；
升降衬阀180，位于所述喷嘴座的上部，在下部形成的中空部，供插入于喷嘴座中空部的燃料通道衬套181的一部分插入并与燃料通道衬套181中形成的流路1801连通，使燃料流通过位于上部的电磁阀201上升时形成的与下部喷嘴座的隙缝流入，通过燃料排出口排出；
电磁阀201，借助于电磁阀弹簧131调节施加于升降衬阀上部的压力，控制基于发动机控制的燃料喷射时间点。
孔1301安装于所述喷嘴的内部，其根据
燃料流供应而具有相互压力差的理由是，针阀130具有相对压（按压的力）与各阀针弹簧按压的压力，如果想开启针阀130，从流路1701进入的燃料压在孔1301的内部面积与针阀端处发生出大的压力即可开启。
即，将此称为相互压力差。
在从上部对所述针阀施压的以多段形成的升压器主轴141,、142、143中，最下部的升压器主轴143安装于燃料阀体110的下端部，借助插入于在升压器主轴142下部形成的孔的阀针弹簧134，对针阀130施压。
此外，在中间形成的升压器主轴142安装于燃料阀体110的中段部，被在上部形成的升压器主轴141施压。
此外，在上端形成的升压器主轴141被在外周上形成的圆形凸出部1411分为上下部，借助安装于下部的阀针弹簧133及安装于上部的阀针弹簧132，向上部或下部具有弹力。
此外，如果通过所述梭阀供应的燃料流通过流路1501持续地供应，则对最下部的升压器主轴143上部施压，使升压器主轴143向下部移动，进一步对针阀130施压，对相对于通过流路1701供应的燃料流的主压力提供了相对压的阀针弹簧135提供追加性的相对压，提高了针阀开放之前的燃料流压力。
即，通过配备梭阀150，在燃料通过燃料注入孔170到达升压器主轴141、142、143之前，通过梭阀150，对燃料注入孔170的燃料压力及燃料大气压力与升压器主轴施加压力，当燃料排出口171压力下降时，能够克服这些压力差，切断及减小流量。
下面对本发明中使用的梭阀的运行进一步详细说明。
梭阀的运行基本上为：下端象止回阀一样自然打开，上端的主轴因面积差而不完全打开，从燃料注入孔170流入的燃料压利用中央孔和接触面的孔进行供应。因此，当经过梭阀的压力较高时，在因内部梭阀的弹簧的力而打开之前，在中央孔和接触孔处，第1次降低压力，当是梭阀的弹簧的力以上压力时，主轴打开。此时，受到逆压的下端的主轴虽然结构是不打开的止回阀，但利用以中央孔细微减小压力的孔板作用，使整体脉动减小。
此外，在所述针阀130中，相对于大气压力，利用升压器主轴141,142,143、阀针弹簧132、133、134、135提高开阀压力，此时，具有大于开阀压力的力的电磁阀弹簧131支撑升降衬阀180，通过电磁阀201调节开放时机并进行喷射。
此外，在安装于所述喷嘴140内部的针阀130处，供应的燃料通过针阀130内部的燃料孔，待机至喷嘴140下端部，在低压下不开放，而是形成压力，这是由于帮助压力上升的升压器主轴141,、142、143的相对压，该相对压能够把供应的燃料流调节至需要的高压。
此外，即使初始喷射时间点在低负载下，也在高压下喷射，借助于电磁阀2010调整此时发生的喷射定时。
第一次喷射时间点由，在低压喷孔160处，以相对较小的孔进行喷射，同时，在压力上升的时间点，针阀130移动到上端，同时高压喷孔161开放的结构构成。
未说明的200是调节器电缆(Governor cable)。
下面说明如上构成的本发明的运行。
通过燃料注入孔170，燃料压待机至针阀130，同时，燃料通过梭阀150对升压器主轴141、143施加影响，以待机压的作用，使针阀130待机达到从注入孔进入的燃料压以上。(参照图2)
此时的特征在于：在达到了需要压时，启动电磁阀201，作用于升压器主轴141,142,143的相对压通过随着升降衬阀180的上升而出现的隙缝流路，通过排出口171排出，与此同时，低压喷孔160与针阀130联动移动，第1次开放，当到达发动机高负载的高压力时，通过加工有高压喷嘴喷孔161的喷嘴开放并进行喷射。(参照图3至图5)
另外，在图8中，燃料流之所以不向梭阀一侧供应，是因为如果升降衬阀180打开，则燃料排出口171附近低于待机压(一般为5ar)，梭阀一侧15的大气压力为100Bar至1000Bar左右。
如图1、图2所示，燃料喷射开始前，在燃料阀内部的流路内，虽然充满从燃料泵(未图示)通过高压管连接至燃料注入孔170并进入燃料阀的燃料，但该燃料流压力无法战胜阀针弹簧131、132、133、134、135的弹性及升压器主轴141,142,143，所以，针阀不上升，无法向高压或低压喷孔外的汽缸(未图示)排出，而是在升压的同时待机。
但是，如果到了燃料喷射时间点，如图3至图8所示，如果根据电磁阀201的设置的开阀压力和喷射时机，升降衬阀18通过电磁阀弹簧131施压而上升，通过梭阀连续供应的燃料油，因为给其提供相对压的最下端升压器主轴143的施加压力被解除，根据注入压力的燃料流（压力）变得比阀针弹簧135的弹性力大，因此供应的燃料流使针阀上升并通过针阀孔1301从低压喷孔160开始喷射燃料，同时在高压喷孔161也因燃料流的压力，而进行喷射。
此外，在燃料喷射结束的时间点，燃料阀内的压力会下降，如果依次或同时低于了克服阀针弹簧131、132、133、134、135弹性的压力，那么，针阀130则会被阀针弹簧131、132、133、134、135推向下方并关闭低压及高压喷孔160,161以此来结束燃料喷射的一个周期。
图6显示了原有燃料喷射压力的图表，图7显示了作为本发明特征的在初期低负载下也可以以高压进行喷射，分二段进行高压喷射的附图。附图中X轴(横向)为曲柄角，Y轴(纵向)为燃料喷出压力。
本发明并非限定于上述特定的优选实施例，在不脱离权利要求书请求的本发明要旨的情况下，所属技术领域的技术人员可进行多种变形实施，这种变更也在权利要求书记载的范围内。

Claims (7)

1.一种具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，在柴油机中向汽缸喷射燃料，其特征在于包括：
燃料阀体（110），其内部形成供既定压力的燃料流通过燃料流注入孔（170）注入的流路（1701）；
喷嘴（140），形成使通过燃料阀体流路（1701）供应的燃料流喷射的低压喷孔（160）及高压喷孔（161）；
针阀（130），安装于所述喷嘴内部，根据相互压力差，依次分级开放低压喷孔和高压喷孔；
升压器主轴（141、142、143）及阀针弹簧（132、133、134、135），所述升压器主轴分多段形成，对所述针阀施压，使低负载的燃料油升压为高压，所述阀针弹簧向升压器主轴（141、142、143）提供弹力；
梭阀（150），把对应于向针阀供应的燃料流注入压力的相对压供应给所述升压器主轴，提高燃料油的压力；
升降衬阀（180），当位于上部的电磁阀（201）上升时，通过与下部喷嘴座的隙缝，使燃料流通过燃料排出口排出；
电磁阀（201），借助于电磁阀弹簧（131）调节施加于升降衬阀上部的压力，来控制燃料喷射时间点。
2.根据权利要求1所述的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，
所述升降衬阀（180）位于围在阀体及喷嘴外围的喷嘴座的上部，具备与插入于下部中央部一侧的燃料通道衬套（181）中形成的流路连通的流路（1801）。
3.根据权利要求1所述的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，
所述针阀（Needle valve，130）在内部形成有孔（1301），以便随着燃料流的供应而使其具有相互压力差。
4.根据权利要求1所述的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，
所述梭阀（150）在燃料通过燃料注入孔（170）到达升压器主轴（141、142、143）之前，在燃料注入孔（170）的燃料压力及燃料大气压力与升压器主轴上施加压力，当燃料排出口（171）压力下降时，能够克服这些压力差异，进行切断及减小流量。
5.根据权利要求1所述的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，
在所述针阀（130）中，相对于大气压力，利用升压器主轴（141、142、143）及阀针弹簧（132、133、134、135）提高开阀压力，此时，具有比开阀压力大的力的电磁阀弹簧（131）支撑升降衬阀（180），通过电磁阀（201）调节开放时机进行喷射。
6.根据权利要求1所述的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，
所述针阀（130）借助于帮助提升压力的升压器主轴的相对压，通过其内部形成的孔（1301），使燃料待机至喷嘴（140）下端部，使其在低压下不进行开放，而是形成压力，借助于电磁阀（2010）调整喷射时机，即使初始第一次喷射时间点在低负载下，也可以通过位于下部的低压喷孔（160）以高压进行喷射，在压力上升时间点，针阀（130）会向上端移动，而使高压喷孔（161）开放。
7.根据权利要求1所述的具有电磁阀和梭阀的柴油发动机用二段燃料喷射阀，其特征在于，
在所述以多段形成的升压器主轴（141、142、143）中，最下部的升压器主轴（143）安装于燃料阀体（110）的下端部，借助插入于在升压器主轴（142）下部形成的孔的阀针弹簧（134），对针阀进行施压，
在中间形成的升压器主轴（142）安装于燃料阀体（110）的中段部，通过在上部形成的升压器主轴（141）进行施压，
在上端形成的升压器主轴（141）被在外围上形成的圆形凸出部（1411）为上下部，借助安装于下部的阀针弹簧（133）及安装于上部的阀针弹簧（132），具有向上部或向下部的弹力。
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