CN103069150A - 喷嘴系统和用于操作喷嘴系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷嘴系统（10），所述喷嘴系统（10）可包括：针（12）；针引导部件（14），其构造成在所述喷嘴系统（10）的燃料喷射状态和关闭状态之间引导所述针（12）；以及喷嘴罩（30），其构造成基本包围所述针引导部件，除了所述针引导部件（14）的在所述喷嘴系统（10）的喷嘴保持器侧的表面，所述喷嘴罩（30）包括盲孔（22），所述盲孔（22）经由开口与所述喷嘴系统（10）的高压燃料路径流体连接并经由多个喷嘴喷孔（24）与所述喷嘴罩（30）的外部流体连接，其中在安装状态下，所述喷嘴罩（30）和所述针引导部件（14）在第一密封区（29）和第二密封区（31）彼此接触，并且在所述罩（30）与所述针引导部件（14）之间形成间隙并且所述间隙由所述第一密封区（29）和所述第二密封区（31）限定，并且所述喷嘴系统（10）包括压力释放路径（76，176，276），其在所述喷嘴保持器侧将所述间隙与所述喷嘴保持器（18）的外部相互连接。

Description

喷嘴系统和用于操作喷嘴系统的方法

技术领域

本发明总体上涉及一种喷射器，且更具体地涉及一种构造成适于供替代燃料使用的喷射器的喷嘴系统和一种用于操作喷嘴系统的方法。

背景技术

替代化石燃料的替代燃料一直是感兴趣的主题，特别是关于例如柴油燃料、轻燃料油（LFO）和重燃料油（HFO）的替代。替代燃料包括第一代生物燃料（例如，棕榈油、菜籽油、基于动物脂肪的油）和第二代生物燃料（例如，由非食物品种、即废生物质制成的油）。

第二代生物燃料的示例包括从例如木料或农业废料诸如小麦或玉米的茎干、草、木料、木屑、葡萄和甘蔗的热解获得的“热解油”。一般而言，热解油主要通过“快速热解”技术生产，所述技术包括生物质在流化冒泡沙床反应器中的快速热解，其中固体载热媒介循环并因此良好地控制固体的停留时间以及获得高加热速率（高达1000°C/秒）。

诸如热解油的替代燃料的化学组分和物理性质会与柴油材料、LFO和HFO明显不同，特别是关于水和氧的高含量、在从例如2至3的范围内的酸性pH值、以及相当低的热值。此外，替代燃料会具有不良润滑特性并通常包括例如1-5μm的范围内的小尺寸粒子。此外，使用温度对替代燃料而言通常比对于例如HFO而言低。热解油的使用温度通常为60°C，以便一方面提供与HFO相似的粘度且另一方面避免变成糊状。

由于替代燃料的物理性质和化学组分会导致相当大的损伤，当在例如大型内燃发动机中使用替代燃料代替柴油燃料或轻燃料油时必须谨慎。特别地，酸性pH值会导致腐蚀，当燃料流经喷射系统时，小粒子的磨耗作用进一步增加了所述腐蚀，例如在喷嘴的喷油孔中就是这种情况。

总之，替代燃料的使用需要使大型内燃发动机适合于替代燃料的特定特征。

在内燃发动机中使用替代燃料特别是影响向燃烧室供给替代燃料。供给路径通常包括喷射泵系统和喷嘴系统。

用于向喷嘴系统供给燃料的喷射泵系统基本上是已知的。传统系统及共轨系统的喷射泵在高压力下提供燃料并以适当正时启动喷嘴系统的喷射过程。通常，喷嘴系统在喷射泵系统处附装到喷嘴保持器。例如GB2260374A中公开了用于传统燃料喷射泵系统的示例，例如WO2008/027123A1中公开了用于共轨燃料喷射系统的示例。

一般而言，出于例如绝热目的，可以在喷嘴末端处在喷嘴系统中使用陶瓷材料，参看例如EP1256715A2、EP0961024B1和JP58-143161。

如本领域中可已知的用于HFO操作的喷嘴10A的示例在图12中示出。喷嘴10A包括针12A和一件式喷嘴本体14A。喷嘴本体14A经由套筒螺母16A安装在喷嘴保持器18A上。高压腔室20A在针12A与喷嘴本体14A之间形成在喷嘴10A的中心。燃料供给通道（未示出）例如向高压腔室20A提供HFO。在操作期间，针12A移动以开启从高压腔室20A到盲孔22A且然后经喷嘴喷孔24A进入燃烧室（未示出）的燃料路径。冷却剂供给管道26A为喷嘴本体14A的末端内的圆形冷却剂路径28A提供冷却剂。

如本领域中可已知的喷嘴10B的另一个示例在图13中示出。喷嘴10B包括针12B、针引导部件14B和硬化钢罩30B。双螺纹螺母32B提供螺纹以与喷嘴保持器18B及硬化钢罩30B相互作用。高压腔室20B定位成接近喷嘴10B的喷射端并经由燃料供给导管34B与燃料供给源（未示出）连接。针引导部件14B与硬化钢罩30B之间的间隙36B用于使冷却剂在喷嘴10B的喷射端内循环。冷却剂从冷却剂储罐（未示出）经由冷却剂供给管道供给。

本发明至少部分地针对于改善或克服相关现有技术的一个或多个方面且特别是提供一种用于供替代燃料使用的喷嘴系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种喷嘴系统可包括：针；针引导部件，其构造成在喷嘴系统的燃料喷射状态和关闭状态之间引导针；以及喷嘴罩，其构造成基本包围针引导部件，除了针引导部件的在喷嘴系统的喷嘴保持器侧的表面。喷嘴罩可包括盲孔，该盲孔与喷嘴系统的高压燃料路径流体连接并经由多个喷嘴喷孔与喷嘴罩的外部流体连接。在安装状态下，喷嘴罩和针引导部件可在第一密封区和第二密封区彼此接触并在罩与针引导部件之间形成间隙且该间隙可从第一密封区延伸到第二密封区，并且该喷嘴系统还可包括在喷嘴保持器侧将所述间隙与喷嘴系统的外侧相互连接的压力释放路径。

在另一方面，公开了一种用于操作安装在喷嘴保持器上的喷嘴系统的方法，其中喷嘴系统可包括：针；针引导部件，其构造成在喷嘴系统的燃料喷射状态和关闭状态之间引导针；喷嘴罩，其构造成基本包围针引导部件，除了针引导部件的在喷嘴系统的喷嘴保持器侧的表面，该喷嘴罩包括盲孔，该盲孔与喷嘴系统的高压燃料路径流体连接并经由多个喷嘴喷孔与喷嘴罩的外侧流体连接，其中在安装状态下，喷嘴罩和针引导部件在第一密封区和第二密封区彼此接触，并且间隙形成在罩与针引导部件之间并从第一密封区延伸到第二密封区；以及压力释放路径，其将所述间隙与喷嘴保持器内的回流燃料路径相互连接。该方法可包括以下步骤：通过在喷嘴系统的燃料喷射状态和关闭状态之间操作针而向盲孔供给将要经喷嘴喷孔喷射的加压燃料；以及沿压力释放路径将从盲孔经第一密封区泄漏到间隙中的燃料引导到喷嘴保持器，由此避免或至少减少或延迟间隙内的任何压力积聚。

本发明的一个或多个实施例的细节在附图和以下说明中陈述。本发明的其他方面、特征、目的和优点将从以下说明和附图并从权利要求变得显而易见。

附图说明

图1示出了内燃发动机系统的示意性框图；

图2示出了喷嘴系统的剖视图；

图3示出了图2的喷嘴系统的针引导部件的顶视图；

图4示出了图3的针引导部件的剖视图；

图5示出了图3的针引导部件的侧视图；

图6示出了图2的喷嘴系统的罩的侧视图；

图7示出了图6的罩的剖视图；

图8示出了具有压力释放路径的另一个喷嘴系统的剖视图；

图9示出了具有压力释放路径的另一个喷嘴系统的剖视图；

图10示出了冷却后的喷嘴系统的剖视图；

图11示出了另一个喷嘴系统的剖视图；

图12示出了冷却后的现有技术喷嘴系统的剖视图；

图13示出了另一个冷却后的现有技术喷嘴系统的剖视图。

具体实施方式

以下是对本发明的示例性实施例的详细描述。文中所述和附图所示的示例性实施例旨在教导本发明的原理，从而使本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中并针对许多不同应用实施并使用本发明。因此，示例性实施例并非旨在成为且不应该被认为是对专利保护范围的限制性说明。相反，专利保护范围应该通过所附权利要求来限定。

本发明可部分基于以下发现：替代燃料的腐蚀和磨耗作用可特别是影响接受快速流动的燃料的表面，例如，喷嘴系统的喷嘴喷孔且具体而言从盲孔壁到喷嘴喷孔壁的过渡区域。特别是在传统内燃系统中，由于腐蚀和磨损而引起的流动参数的任何修改可影响燃烧过程，这是因为喷射泵系统的操作参数通常仅在制造工艺结束时设定一次。

公开了一种构造成用于喷嘴系统中的陶瓷喷嘴罩，其可在喷射器侧提供喷嘴喷孔并在喷嘴保持器侧提供安装套环。陶瓷罩中的喷油孔在供例如诸如热解油的替代燃料使用时可提供抵抗物理磨耗和化学腐蚀所需的抵抗力。此外，陶瓷喷嘴罩的特定构造和其安装的方式可允许为喷嘴系统使用传统喷嘴保持器，由此简化例如喷嘴泵系统适合于供替代燃料使用。此外，使用陶瓷喷嘴罩可允许在需要的情况下更换陶瓷喷嘴罩而不更换喷嘴系统的其他部件。

此外，公开了一种喷嘴系统，其采用具有布置成靠近喷嘴系统的喷嘴保持器侧的高压腔室的两件式喷射器本体的构造。高压腔室可经由相对于纵向轴线具有约20°或更大的角度的高压孔连接。该喷嘴系统还可包括通过构造成使针相对于阀座适当地集中的两个针引导区引导的针。

此外，公开了一种喷嘴系统，其在罩与针引导部件之间部分地提供压力释放路径。该压力释放路径可避免喷嘴罩在喷嘴罩与针引导部件之间的密封在使用该喷嘴系统的内燃发动机的运转期间不能完全实现或部分地减少的情况下制动。

所公开的具有压力释放路径的喷嘴系统和本文公开的具有陶瓷喷嘴罩的喷嘴系统可与高压腔室的任何类型的布置结构联用，包括例如接近喷嘴保持器侧、接近喷射侧或喷嘴系统的中央区域中的布置结构。

图1示出了具有喷嘴系统的内燃发动机系统的非限制性示例。该内燃发动机系统可包括具有用于传统泵-管路-喷嘴喷射的凸轮喷射泵的发动机或具有共轨喷射的发动机，所述共轨喷嘴可更灵活地操作，例如以调节喷射压力、轨道压力、喷射正时、喷射的数量和类型（例如，前喷射和后喷射）。

该内燃发动机系统可包括用于诸如热解油的替代燃料的储罐1和内燃发动机5。内燃发动机5可构造成例如使用热解油与诸如矿物油、合成油、天然油和/或润滑剂的添加剂的混合物运转。因此，该内燃发动机系统可任选地包括用于所述添加剂的储罐2、3中的一个或多个。该内燃发动机系统还可包括均质器4。均质器4的入口4A可经由对应的管路1A、2A和3A分别与储罐1、2和3连接。

内燃发动机5可包括经由一个或多个管路4C与均质器4的出口4B连接的至少一个燃料喷射泵5A、至少一个喷嘴系统5B和至少一个燃烧室5C。喷嘴系统5B可由燃料喷射泵5A供给加压替代燃料并可构造成将例如热解油、矿物油、合成油、天然油、和/或润滑剂的混合物喷射到燃烧室5C中。

内燃发动机5的燃料喷射泵5A、喷嘴系统5B、和燃烧室5C的数量并未特别限制。例如，固定或移动动力系统可包括具有一个或多个相关的燃料喷射泵和相应的喷嘴系统的直列构造4、6、7、8或9个燃烧室，而内燃发动机的V形构造可包括例如具有一个或多个燃料喷射泵和相应的喷嘴系统的12或16个燃烧室。

图2示出了适合于将诸如热解油的替代燃料喷射到燃烧室中的喷嘴系统10的一个示例性实施例的剖视图。喷嘴系统10可包括针12、针引导部件14（在图3至5中分开示出）、和陶瓷罩30（在图6和7中分开示出）。

针引导部件14和陶瓷罩30可形成两件式喷射器本体。陶瓷罩30可在喷嘴系统10的喷嘴保持器侧和针引导部件14的相关端面包围除针引导部件14的套环40外的针引导部件14。在喷嘴系统10的喷射侧，陶瓷罩30可提供部分地围绕/封闭盲孔部分22的盲孔并在该盲孔的壁中包括喷嘴喷孔24。

盲孔的壁可关于喷嘴系统10的纵向轴线23旋转对称，例如，该壁可以是铃形、半球形或封闭的圆筒。或者，该壁可以不是旋转对称的，例如在一侧开口的立方体形式。

针12可定位在针引导部件14的孔19中（参看图3和4）。针12还可沿孔19移动，即，针12可由针引导部件14在喷嘴系统10的燃料喷射（开启）状态和密封（封闭）状态之间引导。密封状态在图2中示出。

支架16可例如经由螺纹连接（未示出）与喷嘴保持器18相互作用。支架16可构造成将陶瓷罩30拉向喷嘴保持器18。例如，支架16是单面螺母，诸如图12所示的传统喷嘴10A的套筒螺母16A。在图2的实施例中，支架16可作用在陶瓷罩30的套环38的支架接触面27上。

如果支架16移向喷嘴保持器18，则陶瓷罩30可首先在位于喷嘴系统10的喷射侧的第一密封区29且然后在位于喷嘴系统10的喷嘴保持器侧的第二密封区31与针引导部件14接触。针引导部件14的套环40可在陶瓷罩30的套环38与喷嘴保持器18之间延伸。经由套环38朝喷嘴保持器18在套环40上施力可允许通过与针引导部件14和喷嘴保持器18的相对表面紧密接触来形成密封。

如在图3的针引导部件14的顶视图中所示，针引导部件14中可设置有两个盲孔49以保持确保针引导部件14与针保持器18之间的适当相对位置的螺栓。

针保持器18可构造成与适合于将燃料喷射到燃烧室中的喷嘴系统10相互作用。具体而言，喷嘴保持器18或泵控制系统（未示出）可包括构造成打开和/或关闭形成在喷嘴系统10的喷射侧的阀的元件。该阀例如可包括针引导部件14的阀座44和针12的末端部分。

为了操作该阀，喷嘴保持器18可经由支柱42在针12上提供力，该力抵消所供给的加压燃料在针12上产生的力。在传统泵-管路-喷嘴喷射系统中，例如，弹簧（未示出）可提供经由支柱42作用在针12上的力，以通过将针12迫压到阀座44上来关闭阀，由此密封阀座44的开口。相比之下，在共轨喷射泵系统中，该力由加压液压系统（未示出）施加。

孔19可成形为在针12与针引导部件14之间形成高压燃料腔室20。高压腔室20可定位成接近喷嘴系统10的喷嘴保持器，例如在喷嘴系统10的前三分之一内。高压腔室20可经由例如一个、两个或更多高压供给孔46（例如，在图3的针引导部件14的顶视图中示出了两个高压供给孔）与喷嘴保持器18的对应的高压供给管道48连接。高压供给管道48可与加压流体、例如通常由喷射泵系统提供的替代燃料和/或添加剂的来源连接。

针引导部件14可定制尺寸成使得其在高压燃料被供给到高压供给孔46、高压腔室20和孔19中时不会变形。

连同提供与图12的喷嘴10A相似或相同的外部几何形状的要求一起，该两件式喷射器本体的构造可引起高压供给孔46相对于喷嘴系统10的纵向轴线23以陡峭角度延伸。例如，高压供给孔46可相对于纵向轴线23以大于20°、例如25°、30°、35°或40°的角度延伸。

两件式喷射器本体还可引起高压腔室20的位置接近喷嘴系统10的喷嘴保持器侧。例如，高压腔室20可紧挨着喷嘴保持器18在一半处定位在喷嘴保持器内，例如，针引导部件14的长度的约三分之一或四分之一处。

图4的针引导部件14的剖视图示出了在针引导部件14的长度的约20%处的高压腔室20的位置。在图4中，针引导部件14沿图3所示、也就是通过高压供给孔46和排液区域70中的一者的线IV-IV被剖切。如以下介绍的，排液区域70可连同陶瓷罩30与针引导部件14之间的间隙以及泄漏通路72和74（在图5中示出）一起构成压力释放路径76（在图2中示出）。

上述对喷嘴系统10的外部几何形状的要求还可在喷嘴系统10的喷嘴保持器侧引起短的第一针引导部分80。在喷嘴系统10的喷嘴保持器侧，针12且特别是针套环50可在喷嘴保持器18的方向上提供用于高压腔室20中的加压燃料的密封。

由于第一针引导部分80和因此套环50的长度在两件式喷射器本体的构造中可能受到制约，因此经密封件朝喷嘴保持器18的泄漏与较长的针引导部分相比可能略微增加。特别是对于诸如热解油的替代燃料，增加的泄漏可能具有可确保燃料的稳定泄漏流并由此可避免燃料在外排水管路（未示出）中的固化的优势，特别是对于内燃发动机未运转并例如已冷却的情况而言。

位于针12的喷射侧的第二针引导部分82可设置成辅助将针12集中在阀座44上。这种情况下，针12可在第一针引导部分80和第二针引导部分82处并另外在针座44处在密封阀状态下与针引导部件14接触。

孔19和针12还可构造成提供从高压腔室20到阀座44的高压燃料路径。该高压燃料路径因此可通过第二针引导部分82，其例如可由两个、三个或更多例如与孔19的壁接触并在其间具有燃料通槽84的平面或脊部形成。

在喷射侧，针引导部件14的阀座44的开口可由针12的末端密封，由此控制替代燃料的喷射。

在阀座44的开口的外侧、也就是外侧孔19上，盲孔部分22可由陶瓷罩30封闭（盲孔的开口除外）。

陶瓷罩30在图6和7中详细示出。图6示出了具有套环38的陶瓷罩30的侧视图，而图7示出了沿图6所示的线VII-VII的剖视图。

盲孔部分22可经由喷油孔24与陶瓷罩30的外侧、也就是在安装状态下与燃烧室（气缸盖）的内侧流体连接。在图2中，气缸盖的壁由虚线56和58表示。

在喷嘴系统10中，高压密封件可在第一密封区29中形成在针引导部件14与陶瓷罩30之间。因此，在喷嘴系统10的燃料喷射状态下，加压燃料可仅经喷油孔24离开盲孔部分22并且燃料可经喷油孔24高速喷射。因此，替代燃料的高腐蚀和磨耗特征可由快速流动的替代燃料和其所携带的小尺寸粒子的高机械磨耗补充。

由诸如氧化锆或氧化铝的工程陶瓷制成的陶瓷罩30可构造成抵抗化学腐蚀和机械磨耗侵蚀。

此外，如果喷油孔24由于磨损变得使得喷嘴系统10的操作不再满足其要求，则两件式喷射器本体的构造可允许仅更换陶瓷罩30同时保持针12和针引导部件14不变。

在安装状态下，可穿过气缸盖的壁到达喷嘴系统10。陶瓷罩30的气缸盖接触面60可与气缸盖的壁或插入气缸盖的壁的孔中的套管（例如，不锈钢套筒）接触。因此，仅陶瓷罩30的包括喷油孔24的端面62可暴露于燃烧室的内部并可直接承受由燃烧室中的燃烧过程产生的热量和压力。

因此，除上述抵抗磨耗和腐蚀性磨损的抵抗力外，为陶瓷罩30使用工程陶瓷可提供喷嘴系统10与燃烧室中产生的热量的隔热。

在一些构造中，陶瓷罩的使用可避免适合于冷却喷嘴系统10的冷却系统的必要性。这对于与以150°C供给的HFO相比以约60°C的较低温度供给的替代燃料而言尤其如此。

再参照图6和7，陶瓷罩30可以是具有例如约0.7mm至0.8mm的直径的喷油孔24的单独部件。喷油孔24的特定形状对于喷射过程而言是必要的。这对于需要针对特定喷油孔构造对泵参数进行初始调节的传统泵-管路-喷嘴喷射系统而言尤其如此。在操作期间，由于泵参数的调节通常不可能进行，由于磨耗和腐蚀性磨损而引起的喷油孔24的形状的变化可直接影响燃烧室中的燃料分布并且影响诸如效率和烟灰形成的燃烧过程。尽管其在喷射过程中有较大灵活性，共轨喷射系统也可能对由于喷油孔24的形状的磨耗和腐蚀性磨损引起的几何形状变化敏感。

与陶瓷涂层相反，陶瓷罩30可作为单独的部件安装并且可基本封闭除一个面（用于与喷嘴保持器接触）和套环40外的整个针引导部件14。一般而言，陶瓷罩30不与针引导部件14接触，除了在安装状态下在第一密封区29和第二密封区31可能存在接触。在可分别包括泄漏通路72和74的第一引导套环71和第二引导套环73处可存在一定松动接触。陶瓷罩30的表面例如可被研磨以避免任何力从这些套环71和73处的针引导部件14传输。

为了在第一密封区29提供高压密封并且还确保针引导部件14密封安装于喷嘴保持器18，陶瓷罩30可在拉应力下安装在第一密封区29与第二密封区31之间。为了在未安装状态下提供拉力，陶瓷罩30的第一部件接触面90和第二部件接触面92（其适合于与针引导部件14接触）之间的长度比针引导部件14的第一罩接触面94和第二罩接触面96（其适合于与陶瓷罩30接触）之间的长度短一预定量。

该预定量可选择成使得当陶瓷罩30被拉向喷嘴保持器18并与针引导部件14的第二罩接触面96接触时，陶瓷罩30内的拉力可优选仍在弹性行为的范围内但可在罩30与针引导部件14以及针引导部件14与喷嘴保持器18之间提供充分的密封。

但是，虽然喷嘴保持器18与针引导元件14之间的过渡处可承受由支架16施加的较大的力，但陶瓷罩30可能仅可承受预定的拉应力。该预定拉应力可低于临界拉应力，由此确保喷嘴系统10的安全操作。

例如，长度差可为0.05mm或更小或0.03mm或更小，取决于陶瓷材料的类型和/或陶瓷罩30的壁厚。为了提供这种特定长度差，除高精度制造外，可从一组预制的罩和针引导部件选择特定的一对罩和针引导部件，由此允许制造期间的较低精度。

归纳图2、6和7所示的罩30的示例性构造，罩30可在罩30的喷嘴保持器侧包括套环38，该套环38可在相对侧具有第二部件接触面92和支架接触面27。面92和27可主要相对于纵向轴线23沿径向延伸。或者，一个或两个面92和27可构造成相对于纵向以预定角度稍微倾斜。此外，罩30可在罩30的喷射侧包括罩30的内表面上的第一部件接触面90并且第一部件接触面90可具有开口并基本相对于纵向轴线23垂直地、也就是沿径向延伸。此外，罩30可在罩30的喷射侧形成内腔室的盲孔部分22。盲孔部分22可例如经由第一部件接触面90中的开口与罩30的内部流体连接并经由多个喷嘴喷孔24与罩30的外部流体连接。

作为由喷嘴罩30形成的内腔室的一部分的盲孔部分22可与内腔室的剩余部分（容积）流体连接。盲孔部分22与剩余部分之间的流体连接可沿纵向轴线23通过例如第一密封区29的中心。

此外，罩30可包括罩30的径向范围改变的区域。其中，内侧的倾斜面98可相对于纵向轴线23以小于50°、例如40°、35°、30°、25°、20°或15°的角度延伸，以提供该区域内的几何形状的平滑变化。在该中央区域内，罩30还可在罩30的外表面上包括主要相对于纵向轴线23垂直地延伸（或与其具有预定倾角）的气缸盖接触面60。

倾斜面98可在安装状态下提供特定应力分布，也就是在安装于气缸盖之前并且一旦气缸盖接触面60与例如气缸盖接触时。

在图2的实施例中，罩30可以是圆柱形的，并且第一部件接触面90、支架接触面27、第二部件接触面92和气缸盖接触面60中的至少一者可以是环形的。

为了进一步使陶瓷罩30抵抗拉应力，可在直径变化处提供平滑过渡。例如，在陶瓷喷嘴接近气缸盖接触面60的中央部分中的直径变化处，倾斜面98可在陶瓷罩30内提供平稳的传力并由此使应力曲线变平滑。

在喷嘴系统10中，第一部件接触面90可构造成当沿罩30的喷嘴保持器侧的方向在支架接触面27上施力时与针引导部件14的第一罩接触面94形成高压密封。在喷嘴系统10的未安装状态下，罩30的第一部件接触面90和第二部件面92之间的距离可小于针引导部件14的对应面94、96之间的距离，由此在喷嘴系统10的安装状态下在罩30内提供拉应力。

如上所述，排液区域70可连同泄漏通路72和74（在图5中示出）一起提供压力释放路径76（在图2中示出）。在例如泵-管路-喷嘴喷射的操作期间，喷嘴系统10内可出现在例如约1500巴至1700巴的范围内的最大压力。如果在操作期间可在第一密封区29中维持适当的高压密封，则仅仅形成陶瓷罩30的盲孔部分22的盲孔的小内表面承受这些压力。

但是，在通过第一密封区29的高压燃料的泄漏的情况下，加压燃料的这些压力可作用在陶瓷罩30的大内表面上。例如，沿纵向轴线23承受最大压力的有关表面可主要对应于陶瓷罩30的直径（不带套环38）。如果不采取对策，则得到的较大的力就可能损毁陶瓷罩30。

因此，喷嘴系统10可提供压力释放路径76，以沿未加压路径释放任何泄漏的燃料。具体而言，任何通过第一密封区29的燃料泄漏都可沿喷嘴保持器18的方向通过针引导元件14与陶瓷罩30之间的间隙。在套环38的区域内，排液区域70可将燃料引向针12的套环50，此处压力释放路径76可与通过第一针引导部分80的泄漏路径结合。因此，压力释放路径76可允许燃料的受控去除。

在图8中，示出了压力释放路径176位于可替代地或另外采用压力释放路径76的喷嘴系统110中。具体而言，压力释放路径176可关于排液区域70与压力释放路径76相区分。代替将排液区域70引向针引导部分80内的针套环50，压力释放路径176可包括针引导部件114内的轴向压力释放孔176A以及针引导部件114与喷嘴保持器18的接触区177中的径向压力释放通槽176B，其可朝针12径向向内延伸。

在图8中，轴向压力释放孔176A可大致在对应于罩30在喷嘴保持器侧的内径的径向距离处沿平行于纵向轴线23的轴向延伸穿过套环140。径向压力释放通槽176B可例如形成为针引导部件114与针保持器18接触的面上的凹槽。

在图9中，示出了用于可替代地或另外采用一个或两个压力释放路径76和176的喷嘴系统210的压力释放路径276。具体而言，压力释放路径276可关于排液区域70和压力释放孔176A与那些路径相区分。代替设置排液区域70或孔176A，压力释放路径276可包括表面压力释放通槽276A，其可沿针引导部件214的套环240的表面在图9的剖视图的平面内延伸。

本文公开的压力释放路径的概念也可采用利用非陶瓷喷嘴罩的两件式喷射器本体。

尽管上述陶瓷喷嘴罩概念可将喷嘴系统与燃烧室的高温充分隔离，但两件式喷射器本体的构造也可允许另外采用冷却系统来提供冷却并防止对喷嘴系统的任何损坏。这种冷却可防止例如损坏阀座44或减弱图2中的针引导部件14和罩30之间的第一密封区29中的高压密封。

此外，冷却系统可紧挨着阀座44吸收经第一密封区29的泄漏，并因此可另外包括高压释放路径的功能，以避免陶瓷罩30由于过压而毁坏。这种情况下，可以不需要如上文结合图2、8和9所述的压力释放路径。

在图10中，喷嘴系统310的剖视图示出了具有示例性冷却剂系统的喷嘴系统310的示例。该冷却剂系统可基于使冷却剂沿供给路径、冷却剂环流环、例如间隙336、和与供给路径相似的返回路径（在图10的剖视图中未示出）循环。

供给通路可包括例如喷嘴保持器318内的冷却剂供给332、针引导部件314内的冷却剂孔334、和冷却剂供给通槽335，例如针引导部件314的表面上的凹槽。冷却剂环流环可在喷嘴系统310的喷射侧在陶瓷罩330与针引导部件314之间延伸。

在图11中，示出了喷嘴系统410的又一个实施例。为了增强针412在针引导部件414内的引导，陶瓷罩430的总长度可缩短并使针引导部件414的套环440分别更长。因此，当喷嘴系统410与传统喷嘴保持器18联用时，可能需要修改的支架416（与支架16相比）。

由于套环440的增加的纵向范围（与套环40相比），针引导部分480可也具有较长的纵向范围并由此提高其引导针412的能力。因此，可能需要或不需要第二针引导部分482。而且，高压腔室420的位置可更接近喷嘴系统410的中间并且可减小高压供给孔446与纵向轴线23之间的角度。

压力释放路径476在图11中示例性地示出，但也可与图8和9中所示的压力释放路径相似地构成。因此，压力释放路径的概念并不局限于例如图2所示的构造，其中陶瓷罩30主要包围针引导部件14，而且也可适用于提供陶瓷罩与针引导部件之间的间隙的两件式喷射器本体的其它构造。

喷嘴系统的更多实施例可具有针引导部件的套环，该套环制成更长并由此允许位置较低的高压腔室。

由于位置较低的高压腔室，较长的针引导部分可具有增强的引导针的能力。因此，可以不设置第二针引导部分。

用于喷嘴系统的针可具有针延伸部以减小罩的盲孔部分的剩余容积。欧洲专利申请EP11154313.8中公开了针的示例。

在一些实施例中，第一罩接触面的构造一般可允许增加罩与针引导部件之间的密封。以下介绍的这种构造可适用于任何罩构造且特别是本文公开的构造。

具体而言，第一罩接触面可包括例如减小在安装状态下与罩接触的表面积的一对凹槽，由此提高密封压力。例如，凹槽可构造成呈圆形并相对于彼此同心。可设置一个、两个或更多凹槽。作为示例，沟槽可具有0.4mm的宽度和0.2mm的深度。在一些实施例中，接触面积可减小到例如60%。

对于本文公开的各种喷嘴系统，用于供替代燃料使用的材料可具有增加的耐腐蚀性。对于针引导部件和针，材料可关于慢速流动的燃料（与喷油孔相比机械磨耗减少）并关于例如替代燃料的酸性（也就是低pH值）的化学暴露有充分的抵抗性。

用于针引导部件和针的示例性材料包括回火工具钢和特别是奥氏体钢，例如钴-铬钢。此外，全部或所选择的针或针引导部件的表面的部分可涂覆有类金刚石碳（DLC）。

用于罩的示例性材料包括耐受例如酸性替代燃料的腐蚀和磨耗的工程陶瓷，诸如氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷或其他陶瓷材料（或这些材料中的两种或更多的结合）。

氧化物陶瓷的示例包括氧化铝、氧化镁、钛酸铝、二氧化钛和二氧化锆（包括例如部分稳定（PSZ）、全稳定（FSZ）、和四方氧化锆多晶体（TSZ））。

非氧化物陶瓷的示例包括碳化物和氮化物。示例性碳化物包括碳化硅（SiC）（例如，再结晶SiC、氮化物结合SiC、无压烧结SiC、硅渗透SiC、热压SiC、热等静压SiC、液相烧结SiC）、碳化硼、和碳化钨。示例性氮化物包括氮化硅（SN）（例如，烧结SN、反应结合SN、热压SN）、硅含氧氮化物、氮化铝、氮化硼、和氮化钛。

在一些实施例中，罩也可由上文用于针和/或针引导部件所述的材料制成。

在一些实施例中，在用于所公开的实施例的图中被示为沿径向延伸的各个面中的一个或多个，具体而言面27和92，可包括相对于径向以例如5°、10°、15°、20°、25°、30°的角度延伸的部分（其例如垂直于图2所示的纵向23）。

用于本文公开的喷嘴系统的示例性尺寸可包括约100mm的罩和针引导元件的长度、约40mm的罩的外径、约5mm的陶瓷罩的壁厚。上文对处于未安装状态下的罩和针引导部件的长度差例如为罩长度的1/10.000，也就是陶瓷罩以数十微米拉伸。

尽管附图示出了未包围针引导元件的套环的罩构造，但陶瓷罩一般可成形为至少部分地在套环、例如图4中的套环40上延伸，具体而言超出第二罩接触面96延伸到套环40的径向外侧面上。例如，罩可仅不覆盖针引导元件定向到喷嘴保持器的面。

一般而言，可能有利的是为罩提供在针引导部件接触面之间尽可能大的距离，以增加罩上可分布拉应力的有效长度。

一般而言，针引导部件的相应接触面与陶瓷罩之间的相对距离差可提供罩的预定预拉伸和因此预定的密封力。根据例如材料的类型例如陶瓷和罩的厚度，该相对差可为了最佳密封而不同。本文公开的长度的相对差也可考虑到例如喷嘴系统10安装于气缸盖可经由气缸盖接触面60在例如陶瓷罩30上产生另外的应力，这也可能影响陶瓷罩30内的应力曲线。

尽管附图主要示出了喷嘴系统以及因此针引导元件和罩的外部形状的旋转对称构造，但一般而言也可设置诸如正方形或椭圆形状的其他形状。

工业适用性

所公开的喷嘴系统可允许维持诸如图10所示的传统喷嘴系统10A的传统喷嘴系统的外部形状。因此，所公开的喷嘴系统可由此简化适合于供诸如热解油的替代燃料使用的喷射系统的修改。此外，所公开的喷嘴系统可满足已知喷嘴系统的边界条件，由此简化使用本文公开的喷嘴系统替换传统喷嘴系统。

本文中，术语“大型内燃发动机”可指的是可被用作诸如用于生产热和/或电力的动力设备的固定动力提供系统以及诸如巡洋舰班轮、货船、集装箱船和油轮的船舶/船只中的主发动机或辅助发动机的内燃发动机。

此外，如文中所用的术语“内燃发动机”并未具体受限并且包括任何发动机，其中使用氧化剂发生燃料的燃烧以产生高温和高压气体，所述高温和高压气体被直接施加至发动机的可动构件，诸如活塞或涡轮叶片，并使其移过一定距离，由此产生机械能。因此，如文中所用，术语“内燃发动机”包括活塞式发动机和涡轮机，其例如可以利用诸如热解油的替代燃料运行。

适合于适应替代燃料的此类发动机的示例包括在500至1000rpm的范围内运转的中速内燃发动机柴油发动机，比如由德国CaterpillarMotoren GmbH&Co.KG,Kiel制造的M20、M25、M32、M43系列的直列和V型发动机。

在一些实施例中，喷嘴系统可包括：针；针引导部件，其包括构造用于在喷嘴系统的燃料喷射状态和关闭状态之间引导针的孔；和喷嘴罩，例如陶瓷喷嘴罩，其基本包围除针引导部件在喷嘴系统的喷嘴保持器侧的一面外的针引导部件。喷嘴罩可包括盲孔，该盲孔经由开口与喷嘴系统的高压燃料路径流体连接并在喷嘴系统的喷射侧经由多个喷嘴喷孔与喷嘴罩的外部流体连通。针引导部件的孔可构造成在针引导部件紧挨着喷嘴保持器侧的上部三分之一内提供高压腔室，并且高压供给孔可构造成将高压腔室与针引导部件在喷嘴保持器侧的一面连接并以大于20°的角度相对于喷嘴系统的纵向轴线倾斜。

喷嘴系统的替代或另外的实施方案还可包括例如以下特征中的一个或多个。

在喷嘴系统中，供给孔可在位于针引导部件从喷嘴保持器侧测量的长度的35%、30%、25%、20%或15%的位置连接到高压腔室。

在喷嘴系统中，高压供给孔可以大于24°、30°、35°或40°的角度相对于喷嘴系统的纵向轴线倾斜。

在喷嘴系统中，高压供给周围的针引导部件和该孔的材料厚度可构造成在操作期间在所供给的加压燃料的压力下基本不变形。

在喷嘴系统中，该孔可在高压腔室与针的套环之间包括第一针引导部分。第一针引导部分的长度可为针引导部件沿纵向轴线的范围的30%、20%、15%、10%或5%。

在喷嘴系统中，该孔可包括与针相互作用的接近喷射侧的第二针引导部分。第二针引导部分可包括针和孔彼此接触的区域和在操作期间提供用于加压燃料的通路的区域。第二针引导部分可构造成协助将针集中在针引导部件的阀座上。

在喷嘴系统中，多个高压供给孔可构造成在操作期间向高压腔室供给一种或多种流体。

在喷嘴系统中，针引导部件可构造成形成在喷射侧具有开口的阀座，并且针可构造用于密封阀座的开口。

在喷嘴系统中，接触面可构造成当沿陶瓷喷嘴罩的喷嘴保持器侧的方向在支架接触面上施力时与针引导部件的表面形成高压密封。

在喷嘴系统的未安装状态下，所述接触面与陶瓷喷嘴罩的所述面之间的距离可小于针引导部件的对应面之间的距离，由此在喷嘴系统的安装状态下在陶瓷喷嘴罩内提供拉应力。

针引导部件可包括构造成在喷嘴系统的燃料喷射状态和关闭状态之间引导针的孔，并且针引导部件的孔可构造成在紧挨着喷嘴保持器侧的针引导部件的上部三分之一内提供高压腔室并提供高压供给孔，该高压供给孔将高压腔室与针引导部件在喷嘴保持器侧的一面连接并以大于20°的角度相对于喷嘴系统的纵向轴线倾斜。

在喷嘴系统的安装状态下，喷嘴罩和针引导部件可在第一密封区和第二密封区彼此接触并在罩与针引导部件之间形成间隙且该间隙由第一密封区和第二密封区限定，并且该喷嘴系统可包括在喷嘴保持器侧将所述间隙与喷嘴系统（10）的外侧连接的压力释放路径。

喷嘴系统还可包括冷却系统，该冷却系统在喷嘴系统的喷射侧包括陶瓷喷嘴罩与针引导部件之间的间隙，该间隙由高压密封区从喷嘴系统的燃料供给路径密封并经由针引导部件内的冷却剂供给管道与冷却剂供给源流体连接。

尽管文中已描述本发明的优选实施例，但可加入改进和改型而不脱离以下权利要求的范围。

Claims (9)

1.一种喷嘴系统（10），包括：

针（12），

针引导部件（14），其构造成在所述喷嘴系统（10）的燃料喷射状态和关闭状态之间引导所述针（12），

喷嘴罩（30），其构造成基本包围所述针引导部件（14），除了所述针引导部件（14）的在所述喷嘴系统（10）的喷嘴保持器侧的喷嘴保持器侧表面，所述喷嘴罩（30）包括盲孔（22），所述盲孔（22）与所述喷嘴系统（10）的高压燃料路径流体连接并经由多个喷嘴喷孔（24）与所述喷嘴罩（30）的外部流体连接，其中，在安装状态下，所述喷嘴罩（30）和所述针引导部件（14）在第一密封区（29）和第二密封区（31）彼此接触，并且在所述罩（30）与所述针引导部件（14）之间形成间隙，并且该间隙从所述第一密封区（29）延伸到所述第二密封区（31），以及

压力释放路径（76，176，276），所述压力释放路径在所述喷嘴保持器侧将所述间隙与所述喷嘴系统（10）的外部相互连接。

2.根据权利要求1所述的喷嘴系统（10），其中，所述针（12）在喷嘴保持器侧包括套环（50），并且所述针引导部件（14）包括所述孔（19）以及排液区域（70），所述针（12）定位在所述孔（19）中，所述排液区域（70）在所述针（12）的所述套环（50）的区域内将所述间隙与所述孔（19）相互连接。

3.根据权利要求1或2所述的喷嘴系统（10），其中，所述针引导部件（14）包括套环（40）、所述套环（40）内的压力释放孔（176A）、以及形成在所述针引导部件（114）的在喷嘴保持器侧的表面上的通槽（176B），所述压力释放孔（176A）将所述间隙与所述通槽（176B）相互连接并径向向内延伸。

4.根据权利要求3所述的喷嘴系统（10），其中，所述通槽（76B）是所述针引导部件（114）的在所述喷嘴保持器侧的表面上的凹槽。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的喷嘴系统（10），其中，所述针引导部件（14）包括形成在所述针引导部件（114）的套环（38）的表面上并从所述间隙延伸到所述针引导部件（114）的在所述喷嘴保持器侧的表面的中央区域的通槽（276A）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的喷嘴系统（10），其中，所述压力释放路径（76，176，276）构造成提供用于在操作期间经所述第一密封区（29）燃料泄漏的低压通路。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴系统（10），其中，所述喷嘴罩（30）由诸如氧化锆或氧化铝的工程陶瓷制成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的喷嘴系统（10），所述喷嘴系统构造成使得所述喷嘴罩（30）和所述针引导部件（14）在安装状态下基本上仅在所述第一密封区（29）和所述第二密封区（31）彼此接触。

9.一种用于操作安装在喷嘴保持器（18）上的喷嘴系统（10）的方法，所述喷嘴系统（10）包括：针（12）；针引导部件（14），其构造成在所述喷嘴系统（10）的燃料喷射状态和关闭状态之间引导所述针（12）；喷嘴罩（30），其构造成基本包围所述针引导部件（14），除了所述针引导部件（14）的在所述喷嘴系统（10）的喷嘴保持器侧的喷嘴保持器侧表面，所述喷嘴罩（30）包括盲孔（22），所述盲孔（22）与所述喷嘴系统（10）的高压燃料路径流体连接并经由多个喷嘴喷孔（24）与所述喷嘴罩（30）的外部流体连接，其中，在安装状态下，所述喷嘴罩（30）和所述针引导部件（14）在第一密封区（29）和第二密封区（31）彼此接触，并且在所述罩（30）与所述针引导部件（14）之间形成间隙，并且该间隙从所述第一密封区（29）延伸到所述第二密封区（31）；以及压力释放路径（76，176，276），所述压力释放路径将所述间隙与所述喷嘴保持器（18）内的回流燃料路径相互连接，所述方法包括以下步骤：

通过在所述喷嘴系统（10）的燃料喷射状态和关闭状态之间操作所述针（12）而向所述盲孔（22）供给将要经所述喷嘴喷孔（24）喷射的加压燃料，以及

沿所述压力释放路径（76，176，276）将经所述第一密封区（29）从所述盲孔（22）泄漏到所述间隙中的燃料引导到所述喷嘴保持器（18），由此避免或至少减少或延迟所述间隙内的任何压力积聚。

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