CN103161634A - 用于大型涡轮增压二冲程柴油发动机的燃料泵 - Google Patents

Abstract

一种用于大型涡轮增压二冲程柴油发动机的燃料泵（10），该大型涡轮增压二冲程柴油发动机用不具有良好的润滑性能的代用燃料进行操作或者用甚至有磨蚀性的燃料进行操作。该燃料泵（10）设置有辅助柱塞（30）、辅助膛孔和辅助泵腔室（32），以便将润滑/密封油泵送至主柱塞（14）和主膛孔（15）之间的间隙中以及辅助柱塞（30）和辅助膛孔之间的间隙中，从而防止燃料进入那些间隙并且确保恰当的润滑。润滑/密封油导管（42）形成在主柱塞（14）中并将辅助泵腔室（32）连接至在主柱塞（14）和主膛孔之间的间隙。

Description

用于大型涡轮增压二冲程柴油发动机的燃料泵

技术领域

本发明涉及一种用于大型涡轮增压二冲程柴油发动机的燃料泵，更具体地，涉及一种用于用不具有良好的润滑性能的代用燃料操作或者用有磨蚀性的燃料操作的大型涡轮增压二冲程柴油发动机的燃料泵。

背景技术

具有十字头的大型涡轮增压二冲程柴油发动机通常在例如集装箱运货船的大型远洋船舶中或在发电厂中用作原动机。

不断上涨的油价导致尝试用例如DME（二甲醚）、石油焦和煤泥之类的替代燃料类型来操作大型二冲程柴油发动机。这种燃料具有可用的燃烧性能，但它们与例如燃料油或重质燃料油等传统燃料的最大不同在于，它们在实用中缺乏润滑性能。缺乏润滑性能对于将高压燃料输送至发动机气缸顶部中的燃料阀的高压燃料泵中形成一些挑战。

传统燃料泵具有凸轮或接收于膛孔中的液压驱动的往复式柱塞，在该柱塞和膛孔之间具有限定间隙。在柱塞的圆周表面和在膛孔的内表面之间的润滑由被泵压力推到该限定间隙之中的燃料油提供。在该间隙中的燃料油提供足够的润滑。然而，在使用多种代用燃料时却不是这样的情况，并且，如果不改型，传统的燃料泵会由于在使用不具有良好润滑性能或甚至为有磨蚀性的代用燃料操作时卡死等而失效。

JP1030676公开一种使用二甲醚的柴油发动机，其中，安装连通管用于将燃料喷射泵的柱塞下腔室与凸轮腔室连通。使从柱塞和柱塞套之间的间隙中泄漏并且蒸发的DME（二甲醚）燃料气体通过该连通管流动到凸轮腔室之中，则能够减少该DME燃料气体通过喷射泵的挺杆部分向凸轮腔室的流动。在凸轮腔室中流动的DME从进气管通过凸轮轴、发动机曲柄箱和窜漏气体导管送至发动机的燃烧室，以作为燃料被使用。在凸轮腔室中的润滑油的油位由于流入到该凸轮腔室中的气体而增高，使得能够充分地获得对柱塞下部零件的润滑。

发明内容

在该背景下，本申请的目的是提供一种克服或至少减少上文指出的问题和缺点的发动机。

该目的通过提供一种用于具有十字头的大型多缸二冲程涡轮增压柴油发动机的燃料泵而实现，所述燃料泵包括：壳体，所述壳体限定主膛孔；主柱塞，所述主柱塞以第一限定间隙可滑动地接收于所述主膛孔中，所述主柱塞被构造为在所述主膛孔中往复运动；通过所述膛孔和所述主柱塞限定的泵腔室；与所述泵腔室流体连接的至少一个燃料端口；辅助柱塞，所述辅助柱塞以第二限定间隙可滑动地接收于辅助膛孔中；通过所述辅助膛孔和所述辅助柱塞限定的辅助泵腔室；与所述辅助泵腔室流体连接的润滑油进口；布置于所述主柱塞中的润滑油导管，所述润滑油导管连接至所述辅助泵腔室并通到所述第一限定间隙中。

通过将润滑油导管一体结合到主柱塞中，能够提供向第一限定间隙的紧凑且有效的润滑/密封油供给装置，使得主活塞被很好地润滑并且使得能够避免燃料进入到主间隙中。

在一个实施方式中，所述辅助柱塞为所述主柱塞的减小直径的延伸部，并且所述辅助膛孔为所述主膛孔的减小直径的延伸部。因此，这两个柱塞占据很小的空间并且容易在一个过程中由一块材料制造。

在一个实施方式中，所述辅助柱塞与所述主柱塞一致地移动。因此，使燃料泵简单且可靠，并且润滑油供给通过燃料喷射事件自动地正时。

在一个实施方式中，所述润滑油导管的一个末端直接连接至所述辅助泵腔室。

在一个实施方式中，所述辅助膛孔形成于所述主柱塞中，并且，所述辅助柱塞与所述壳体固定在一起并伸出通过所述泵腔室并伸入到所述辅助膛孔中。因此，使燃料泵简单且可靠，并且润滑油供给通过燃料喷射事件自动地正时。

在一个实施方式中，润滑油供给通道将辅助泵腔室连接至润滑油进入导管，并且该润滑油供给通道形成于辅助柱塞中和泵壳体中。

在一个实施方式中，所述辅助柱塞的直径、所述第一限定间隙和所述第二限定间隙的尺寸构造为使得润滑/密封油在泵行程期间被从所述第一限定间隙和从所述第二限定间隙推压到所述泵腔室中。因此，避免燃料进入到第一或第二限定间隙中并确保润滑/密封油存在于第一和第二限定间隙中以便润滑主柱塞和辅助柱塞。

上文的目的还通过提供一种慢速运行的大型二冲程涡轮增压直流柴油发动机而实现，该柴油发动机包括多个气缸、十字头、润滑油供给系统、与所述气缸关联的燃料喷射阀、低压燃料供给系统、燃料泵，所述燃料泵具有：壳体，所述壳体限定主膛孔；主柱塞，所述主柱塞以第一限定间隙可滑动地接收于所述主膛孔中，所述主柱塞被构造为在所述主膛孔中往复运动；通过所述膛孔和所述主柱塞限定的泵腔室；与所述泵腔室流体连接的至少一个燃料进口，所述燃料进口连接至所述低压燃料供给系统；燃料出口，所述燃料出口连接至一个或更多个燃料阀；辅助柱塞，所述辅助柱塞以第二限定间隙可滑动地接收于辅助膛孔中；通过所述辅助膛孔和所述辅助柱塞限定的辅助泵腔室；与所述辅助泵腔室流体连接的润滑油进口，所述润滑油进口连接至所述润滑油供给系统；布置于所述主柱塞中的润滑油导管，所述润滑油导管连接至所述辅助泵腔室并通到所述第一限定间隙中。

从具体实施方式部分，根据本公开的燃料泵和大型二冲程柴油发动机的其他目标、特征、优点和性能将变得清楚。

附图说明

在本说明书的以下详细说明部分中将参照附图示出的示例性实施方式更详细地说明该燃料泵，附图中：

图1为通过根据示例性实施方式的燃料泵的截面图；以及

图2为通过根据另一示例性实施方式的燃料泵的截面图。

具体实施方式

在下文的详细说明中，将通过示例性实施方式描述该用于大型二冲程发动机的燃料泵10。图1和2示出根据示例性实施方式的燃料泵以及慢速运行的大型低速涡轮增压二冲程柴油发动机的燃料系统的其他一些部分。

该燃料系统包括一个或更多个燃料罐。能够为特定的燃料设置专用燃料罐。这种燃料罐能够为用于重质燃料油的加热燃料罐，或者为具有搅拌装置和煤与水混合单元的煤泥罐，或者为具有搅拌装置和石油焦与水混合单元的石油焦罐。

大型二冲程柴油发动机的燃料系统包括多个用于将高压燃料输送至位于发动机气缸顶部处的燃料阀的燃料泵。通常，为每个气缸提供单独的燃料泵。通过低压泵向燃料泵10提供例如重质燃料油、煤泥或石油焦之类的燃料。在图1和2中，燃料罐、供给系统和低压泵由带标号12的源符号表示。

带有泵筒体的主柱塞14可滑动地接收于圆筒壳体或泵筒16中的主膛孔15中，其中在主柱塞14和主膛孔15之间具有第一限定间隙。主柱塞14通过由发动机驱动的凸轮轴在输送方向上移动，并通过柱塞弹簧归位，或者，该主柱塞14通过液压在输送方向上移动并通过柱塞弹簧或燃料压力归位。凸轮压力或液压在图1中用箭头17指示。液压通过比例阀（未示出）控制。该比例阀通过电子控制单元控制。比例阀的电子-液压控制允许燃料喷射速率整形和可变喷射正时。

在发动机中使用的泵的凸轮驱动的形式是可逆的。在相反的旋转方向上，通过相对于凸轮改变滚子的位置而预定喷射正时。该凸轮驱动的泵为VIT（可变喷射正时）泵。

主柱塞的与主压力腔室19相对的纵向端部设置有将漏油引导至漏油收集通道的伞状件13，并且主柱塞的该端部与促动柱塞17的第一端部毗邻。凸轮或液压17作用于促动柱塞16的另一端部。

当该燃料泵被凸轮驱动时，主柱塞14的行程长度是固定的，主柱塞14在凸轮轴的每一转中通过完整行程并进行进气行程和压缩行程。然而，在凸轮驱动形式的燃料泵10中，有效行程——即，与泵行程关联的位移——能够通过偏斜切断边缘（未示出）与主柱塞的可调旋转位置的结合而以熟知的方式改变。

泵腔室19被限定于泵壳体11中并位于主柱塞14的顶部和主膛孔15的一个端部的内壁之间。

泵腔室19经由导管21连接至燃料进口23和燃料出口25。

燃料进口23经由燃料供给导管27连接至燃料供给系统12。出口25连接至发动机气缸（未示出）的燃料阀（未示出）。在燃料供给导管27中的止回阀28防止燃料流回到燃料供给系统12之中。

在进气行程期间，主柱塞14经由燃料进口23将燃料吸入到泵腔室19之中。

在泵行程期间，压力在泵腔室19中建立，并且，当超过阈值时，燃料阀打开且燃料从泵腔室19输送至出口25。

辅助柱塞30从主柱塞14上延伸。该辅助柱塞30在该实施方式中与主柱塞14同心并且与主柱塞14成一体，但是应当理解到，该辅助柱塞30和主柱塞14能够由两个连接的元件组成。辅助柱塞30从主柱塞14上延伸通过主泵腔室19进入到形成于泵壳体11中的辅助膛孔之中。辅助膛孔为主膛孔15的同心的延伸部。辅助柱塞30以第二限定间隙可滑动地且往复地接收于辅助膛孔中。辅助泵腔室32通过辅助膛孔和辅助柱塞30限定。辅助泵腔室连接至润滑油进口34。低压润滑油泵36将润滑或密封油从润滑或密封油储液器38经由润滑或密封油供给管线40供给至润滑油进口34。

主柱塞14中布置有润滑油导管42。润滑油导管42的一个末端连接至辅助泵腔室19，并且润滑油导管的另一末端通到第一间隙中。润滑油导管42能够形成分支，使得它具有在若干个呈放射状地且轴向地间隔的位置处通到第一限定间隙中的多个末端。

辅助柱塞30与主柱塞14一致地移动。在泵行程期间，辅助泵腔室19也被加压。辅助泵腔室19中的压力是润滑/密封油的质量流的函数，该质量流又依赖于在主柱塞和主膛孔之间的第一限定间隙和在辅助柱塞30和辅助膛孔之间的第二限定间隙。

辅助柱塞14的往复运动将形成大小由辅助柱塞30的直径的尺寸和第一限定间隙的尺寸以及第二限定间隙的尺寸来确定的密封或润滑油压力，密封/润滑油通过该压力逸出并最后终止于主泵腔室中且与燃料混合或者最后终止于排油通道中。主间隙、辅助间隙和辅助柱塞30的直径的尺寸相对于彼此地构造成使得从各个间隙中流出到主泵腔室19中的密封/润滑油的实际压力高于主泵腔室19中的实际压力。

大型二冲程柴油发动机的燃料喷射压力现今约为800巴，并期望在未来变得更高。在泵行程期间，在主间隙和辅助间隙中的密封/润滑油的压力应当比泵行程中的压力高出至少50巴。相应地，在辅助泵腔室32中的峰值压力需要比在主泵腔室中的峰值压力高出约100巴以确保在泵行程期间限定间隙中的密封/润滑油的压力高于泵腔室中的燃料的压力，以使得确保密封/润滑油以受控速率从限定间隙流至主泵腔室之中，并且确保燃料无法进入限定间隙中。

由于辅助柱塞30和主柱塞14一致地移动，密封或润滑油供给通过燃料喷射正时，防止燃料进入在柱塞和膛孔之间的两个限定间隙，因而防止卡死。

润滑油泵36应当以至少稍高于燃料供给压力的压力来供给密封/润滑油，以避免燃料进入处于低压期的限定间隙。图2示出燃料泵的另一示例性实施方式。该实施方式本质上与根据图1的实施方式相同，除了辅助柱塞30与泵壳体11固定在一起并通过主泵腔室19伸入到形成于主柱塞30的一个端部中的辅助膛孔之中。相应地，辅助泵腔室32通过辅助柱塞30和辅助膛孔限定并形成于主柱塞14内，在该辅助柱塞30和辅助膛孔之间具有第二限定间隙。将润滑/密封油进口34连接至辅助泵腔室32的润滑/密封油供给导管33形成于泵壳体11内部以及辅助柱塞30内部。

当主柱塞13被液压促动器或凸轮17推动以进行泵行程时，辅助柱塞被推动到辅助膛孔之中，并且润滑/密封油的输送因而通过燃料喷射事件自动地正时，正如根据图1的示例性实施方式中的一样。两个限定间隙以及辅助活塞的直径的尺寸构造也与根据图1的实施方式相同。

辅助柱塞30在上面的实施方式中已经被描述为圆柱形状的。然而，应当理解，该辅助柱塞可具有椭圆的其他适合的横截面形状，或者具有中空的环形形状的横截面。此外，可以有两个较小的辅助活塞，代替一个大的辅助活塞。

术语润滑油或密封油应当被广义地解释并包括任何具有适合的润滑性能的液体，例如，重质燃料油、燃料油（柴油）或专用润滑油。

在权利要求中使用的术语“包括”不排除其他元件或步骤。在权利要求中使用的术语“一”不排除为多个的情况。单个处理器或其他单元可完成在权利要求中阐述的若干装置的功能。

在权利要求中使用的参考标记不应当被解释为限制本发明的范围。

虽然出于说明的目的，已经详细描述了本发明，但应当理解，这些细节完全是用于该说明目的，本领域的技术人员能够在不背离本发明的范围的情况下对其进行变型。

Claims (8)

1.一种燃料泵（10），用于具有十字头的大型多缸二冲程涡轮增压柴油发动机，所述燃料泵包括：

壳体（11），所述壳体（11）限定主膛孔（15）；

主柱塞（14），所述主柱塞（14）以第一限定间隙可滑动地接收于所述主膛孔（15）中，所述主柱塞（14）被构造为在所述主膛孔（15）中往复运动；

通过所述膛孔（15）和所述主柱塞（14）限定的泵腔室（19）；

与所述泵腔室（19）流体连接的至少一个燃料端口（23、25）；

辅助柱塞（30），所述辅助柱塞（30）以第二限定间隙可滑动地接收于辅助膛孔中；

通过所述辅助膛孔和所述辅助柱塞（30）限定的辅助泵腔室（32）；

与所述辅助泵腔室（32）流体连接的润滑油进口（34）；

布置于所述主柱塞（14）中的润滑油导管（42），所述润滑油导管（42）连接至所述辅助泵腔室（32）并通到所述第一限定间隙中。

2.根据权利要求1所述的燃料泵，其中，所述辅助柱塞（30）为所述主柱塞（14）的减小直径的延伸部，并且所述辅助膛孔为所述主膛孔（15）的减小直径的延伸部。

3.根据权利要求2所述的燃料泵，其中，所述辅助柱塞（30）与所述主柱塞（14）一致地移动。

4.根据权利要求2所述的燃料泵，其中，所述润滑油导管（42）的其中一个末端直接连接至所述辅助泵腔室（32）。

5.根据权利要求1所述的燃料泵，其中，所述辅助膛孔形成于所述主柱塞（14）中，并且，所述辅助柱塞与所述壳体（11）固定在一起并伸出通过所述泵腔室（19）并伸入到所述辅助膛孔中。

6.根据权利要求5中所述的燃料泵，包括将所述辅助泵腔室（32）连接至润滑油进口（34）的润滑油供给通道（33），所述润滑油供给通道（33）形成于所述辅助柱塞（30）中和所述泵壳体（11）中。

7.根据权利要求1所述的燃料泵，其中，所述辅助柱塞（30）的直径、所述第一限定间隙和所述第二限定间隙的尺寸构造为使得润滑/密封油在泵行程期间被从所述第一限定间隙和从所述第二限定间隙推压到所述泵腔室（19）中。

8.一种慢速运行的大型二冲程涡轮增压直流柴油发动机，包括多个气缸、十字头、润滑油供给系统、与所述气缸关联的燃料喷射阀、低压燃料供给系统、燃料泵，所述燃料泵具有：壳体（11），所述壳体（11）限定主膛孔（15）；主柱塞（14），所述主柱塞（14）以第一限定间隙可滑动地接收于所述主膛孔（15）中，所述主柱塞（14）被构造为在所述主膛孔（15）中往复运动；通过所述膛孔（15）和所述主柱塞（14）限定的泵腔室（19）；与所述泵腔室（19）流体连接的至少一个燃料进口（23），所述燃料进口连接至所述低压燃料供给系统；燃料出口（25），所述燃料出口连接至一个或更多个燃料阀；辅助柱塞（30），所述辅助柱塞（30）以第二限定间隙可滑动地接收于辅助膛孔中；通过所述辅助膛孔和所述辅助柱塞（30）限定的辅助泵腔室（32）；与所述辅助泵腔室（32）流体连接的润滑油进口（34），所述润滑油进口（34）连接至所述润滑油供给系统；布置于所述主柱塞（14）中的润滑油导管（42），所述润滑油导管（42）连接至所述辅助泵腔室（32）并通到所述第一限定间隙中。

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