CN103534474A

CN103534474A - 燃料喷射单元和系统

Info

Publication number: CN103534474A
Application number: CN201280021464.XA
Authority: CN
Inventors: A·胡尔特奎斯特; S·荣格; L·祖安尼基; A·温特史黛勒; P·奥里
Original assignee: Wartsila Finland Oy
Current assignee: Wartsila Finland Oy
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: CN103534474B; KR20140032412A; JP2014513241A; EP2705239A1; JP2016211583A; KR101930974B1; FI20115418A0; JP6329999B2; WO2012150377A1; EP2705239B1

Abstract

用于内燃发动机的燃料喷射单元（1）包括：主体（29）；第一燃料通道（31）和第二燃料通道（32）；第一燃料喷嘴（3）和第二燃料喷嘴（4）；用于打开和关闭所述第一燃料通道（31）和所述第一燃料喷嘴（3）之间的流动连通的第一喷射器针（7）；以及用于打开和关闭所述第二燃料通道（32）和所述第二燃料喷嘴（4）之间的流动连通的第二喷射器针（8）。本发明还涉及一种燃料喷射系统。

Description

燃料喷射单元和系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于内燃发动机的燃料喷射单元。本发明还涉及一种根据其他独立权利要求的前序部分的燃料喷射系统。

背景技术

在大型压缩点火内燃发动机（诸如那些用于船或发电厂的内燃发动机）中，在低负荷下，烟的形成是普遍问题。内燃发动机的燃料喷射器必须能够输送在最大负荷下操作所需的燃料量。因为大型内燃发动机需要在最大或几乎最大功率下可靠且有效地运行，因此喷射器通常为高负荷而被优化。这意味着，在低负荷下，喷射器不会最优地工作并且形成烟。如果低压下喷射器性能得到改善，则这通常导致高负荷下较高的燃料消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于内燃发动机的改进的燃料喷射单元。根据本发明的所述燃料喷射单元的表征特征在权利要求1的特征部分中给出。本发明的另一目的在于提供一种用于内燃发动机的改进的燃料喷射系统。根据本发明的所述燃料喷射系统的表征特征在其他独立权利要求的特征部分中给出。

根据本发明，所述燃料喷射单元包：括主体；第一燃料通道和第二燃料通道；第一燃料喷嘴和第二燃料喷嘴；用于打开和关闭所述第一燃料通道和所述第一燃料喷嘴之间的流动连通的第一喷射器针；以及用于打开和关闭所述第二燃料通道和所述第二燃料喷嘴之间的流动连通的第二喷射器针。

根据本发明的所述燃料喷射系统包括：所述内燃发动机的各汽缸所用的燃料喷射泵和燃料喷射单元；用于将所述燃料喷射泵连接至所述燃料喷射单元的装置；以及用于控制所述燃料喷射单元的操作的控制阀。所述燃料喷射单元包括：主体；第一燃料通道和第二燃料通道；第一燃料喷嘴和第二燃料喷嘴；用于打开和关闭所述第一燃料通道和所述第一燃料喷嘴之间的流动连通的第一喷射器针；以及用于打开和关闭所述第二燃料通道和所述第二燃料喷嘴之间的流动连通的第二喷射器针。

通过根据本发明所述的燃料喷射单元和系统，可以针对不同的内燃发动机的操作条件选择合适的燃料喷嘴。结果，内燃发动机的燃料消耗可以被减少，并且同时可以实现低NO_x、CO和烃排放以及低烟形成。

根据本发明的实施方式，通过所述第二喷嘴的流动面积小于通过所述第一喷嘴的流动面积。所述第一燃料喷嘴因此可以用于喷射大量燃料，而所述第二燃料喷嘴可以用于喷射较小量燃料。例如，所述第一燃料喷嘴可以在发动机负荷超过最大负荷的30%时使用，而所述第二燃料喷嘴可以用于较低发动机负荷。

根据本发明的实施方式，所述控制阀包括阀构件，所述阀构件具有第一位置和第二位置，在所述第一位置，允许燃料从所述控制阀的入口孔流到所述第一燃料通道，并且防止燃料从所述入口孔流到所述第二燃料通道，在所述第二位置，允许燃料从所述入口孔流到所述第二燃料通道，并且防止燃料从所述入口孔流到所述第一燃料通道。根据本发明的另一实施方式，所述阀构件具有第三位置，在所述第三位置，允许流体从所述入口孔流到所述第一燃料通道和所述第二燃料通道。所述控制阀可以结合到所述燃料喷射单元或所述燃料喷射泵中。

根据本发明的另一实施方式，所述系统包括用于气动致动所述阀构件的装置。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的燃料喷射单元的剖面图。

图2示出了从另一方向看的图1的燃料喷射单元的剖面图。

图3示出了与汽缸盖结合的图1的燃料喷射单元。

图4和图5示出了控制燃料喷射的阀构件的详细的剖面图。

具体实施方式

现在参照附图更详细地描述本发明的实施方式。

图1和图2示出了用于大型内燃发动机，诸如用于船或发电厂的发动机的燃料喷射单元1。图3中示出了与内燃发动机的汽缸盖21结合的相同的燃料喷射单元1。燃料喷射单元1布置成接收直接来自燃料喷射泵22的加压燃料。根据附图所示的实施方式，燃料喷射单元1包括喷射器部20、中部30、控制阀9和气动致动器11。燃料喷射单元1通过燃料输送管23连接至燃料喷射泵22。发动机的每个汽缸33均设置有自己的燃料喷射泵22。燃料喷射泵22是高压泵，其包括用于控制喷射定时和喷射的燃料的量的装置。

燃料喷射单元1包括主体29，该主体可以包括几个部分。两个燃料喷嘴3、4布置在燃料喷射单元1的喷射器部20中。第一燃料喷嘴3旨在用于将大量燃料喷射到发动机的汽缸33中，而第二燃料喷嘴4旨在用于将少量燃料喷射到发动机的汽缸33中。相同的燃料通过两个燃料喷嘴3、4被喷射。第二燃料喷嘴4可以例如在发动机负荷是最大负荷的30%或更少时使用，而第一燃料喷嘴3在发动机负荷超过最大负荷的30%时使用。传统上，燃料喷嘴已针对全负荷被优化，这已导致在部分负荷下较高的燃料消耗和烟形成。而且NO_X、CO以及烃排放已较高。在两个不同燃料喷嘴3、4的情况下，每个喷嘴均可以针对不同的发动机负荷被优化。还可以的是，燃料喷嘴3、4是相同的并且仅其中一个喷嘴3、4在低发动机负荷下使用，而两个喷嘴3、4在高发动机负荷下使用。

第一燃料通道31在燃料喷射单元1的主体29内布置在第一燃料喷嘴3上游，并且第二燃料通道32布置在第二燃料喷嘴4上游。燃料通道31、32用于在喷射之前存储燃料。燃料喷射单元1还包括第一喷射器针7和第二喷射器针8。第一喷射器针7打开和关闭第一燃料通道31和第一燃料喷嘴3之间的流动连通。第二喷射器针8打开和关闭第二燃料通道32和第二燃料喷嘴4之间的流动连通。第二喷射器针8的直径小于第一喷射器针7的直径。因此，通过第二喷射器针8的流动面积也小于通过第一喷射器针7的流动面积。喷射器针7、8被弹簧27、28朝着它们的关闭位置推动。喷射器针7、8由借助燃料喷射泵22供应到燃料喷射单元1的燃料的压力致动。喷射单元1还包括用于将泄漏排出喷射单元1的泄漏孔5。

为了选择燃料通过哪个燃料喷嘴3、4被喷射到汽缸33中，燃料喷射单元1设置有控制阀9。该控制阀9包括入口孔14，该入口孔与燃料喷射单元1的燃料入口2流动连通。燃料输送管23从燃料喷射泵22连接至燃料喷射单元1的燃料入口2。控制阀9还包括两个出口孔15、16。第一出口孔15连接至第一燃料管25，该第一燃料管将控制阀9连接至第一燃料通道31，而第二出口孔16连接至第二燃料管26，该第二燃料管将控制阀9连接至第二燃料通道32。控制阀9包括具有三个不同位置的阀构件10。在阀构件10的第一位置，允许燃料从入口孔14通过第一出口孔15流到第一燃料管25。防止燃料从入口孔14流到第二出口孔16。在阀构件10的第二位置，允许燃料从入口孔14通过第二出口孔16流到第二燃料管26。防止燃料从入口孔14流到第一出口孔15。在阀构件10的第三位置，阀构件10处于其中间位置，允许燃料流到第一燃料管25和第二燃料管26。在图中示出了其中发构件10处于其第一位置的情况。第二出口孔16因此阻塞，并且允许通过第一出口孔15流入第一燃料管25中。通过第一燃料管25，燃料可以流到第一燃料通道31。控制阀9包括弹簧17，该弹簧朝着第一位置推动阀构件10。

代替被结合到燃料喷射单元1中，控制阀9也可以被结合到燃料喷射泵22中。在该情况下，第一燃料喷嘴3和第二燃料喷嘴4需要单独的燃烧输送管。来自控制阀9的第一出口孔15的第一燃料输送管将连接至燃料喷射单元1的第一燃料管25，而来自第二出口孔16的第二燃料输送管将连接至第二燃料管26。

为了选择控制阀9的位置，燃料喷射单元1设置有致动器。在附图的实施方式中，致动器是气动致动器11。然而，也可以使用其他类型的致动器，例如机械、液压或电力致动器。在附图的实施方式中，致动器11包括布置在汽缸室24中的第一活塞18。第二活塞12布置在第一活塞18内。第二活塞12设置有与控制阀9的阀构件10接触的杆19。当气动致动器11未被致动时，控制阀9的弹簧17经由控制阀9的阀构件10向上推动第二活塞12的杆19。第二活塞12也向上推动第一活塞18。弹簧13布置在第一活塞18上方，以用于向下按压第一活塞18。弹簧13保持第一活塞18与第二活塞12接触，并且保持第二活塞12的杆19与控制阀9的阀构件10接触，即使当气动致动器11未被致动时也是如此。当加压空气被引入第一活塞18和第二活塞12之间时，第二活塞12被向下（即，朝着控制阀9）推动。第二活塞12的杆19将控制阀9的阀构件10推向第二位置。该位置在发动机在低负荷下（例如，在为最大负荷的30%或更小的负荷下）操作时被使用。

当加压空气被引入在第一活塞18上方的室24中时，第一活塞18被向下（即，朝着控制阀9）推动。第一活塞18也向下推动第二活塞12，并且第二活塞12的杆19将控制阀9的阀构件10推到第三位置。第三位置偶尔被使用以防止喷射器针7、8粘住。例如，当发动机在高负荷下操作很长一段时间时，控制阀9可以切换到第三位置很短一段时间，以允许也通过第二喷嘴4进行燃料喷射。该冲洗可以根据预定时间表进行。

本领域技术人员将理解的是，本发明不限于上述实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims

1.一种用于内燃发动机的燃料喷射单元（1），该燃料喷射单元（1）包括：

-主体（29），

-第一燃料通道（31）和第二燃料通道（32），

-第一燃料喷嘴（3）和第二燃料喷嘴（4），

-用于打开和关闭所述第一燃料通道（31）和所述第一燃料喷嘴（3）之间的流动连通的第一喷射器针（7），以及

-用于打开和关闭所述第二燃料通道（32）和所述第二燃料喷嘴（4）之间的流动连通的第二喷射器针（8），

所述燃料喷射单元的特征在于，所述燃料喷射单元（1）包括：

-控制阀（9），该控制阀包括至少具有第一位置和第二位置的阀构件（10），在所述第一位置，允许燃料从所述燃料喷射单元（1）的燃料入口（2）流到所述第一燃料通道（31），而防止燃料从所述燃料入口（2）流到所述第二燃料通道（32），在所述第二位置，允许燃料从所述燃料入口（2）流到所述第二燃料通道（32），而防止燃料从所述燃料入口（2）流到所述第一燃料通道（31），以及

-用于气动致动所述控制阀（9）的所述阀构件（10）的装置（12）。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射单元（1），其特征在于，通过所述第二喷射器针（8）的流动面积小于通过所述第一喷射器针（7）的流动面积。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射单元（1），其特征在于，所述阀构件（10）具有第三位置，在所述第三位置，允许燃料从所述燃料入口（2）流到所述第一燃料通道（31）和所述第二燃料通道（32）。

4.一种用于内燃发动机的燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括：所述发动机的各汽缸（33）所用的燃料喷射泵（22）和燃料喷射单元（1）；用于将所述燃料喷射泵（22）连接至所述燃料喷射单元（1）的装置（23）；以及用于控制所述燃料喷射单元（1）的操作的控制阀（9），所述燃料喷射单元（1）包括：

-主体（29），

-第一燃料通道（31）和第二燃料通道（32），

-第一燃料喷嘴（3）和第二燃料喷嘴（4），

所述燃料喷射系统的特征在于，所述控制阀（9）包括至少具有第一位置和第二位置的阀构件（10），在所述第一位置，允许燃料从所述控制阀（9）的入口孔（14）流到所述第一燃料通道（31），而防止燃料从所述入口孔（14）流到所述第二燃料通道（32），在所述第二位置，允许燃料从所述入口孔（14）流到所述第二燃料通道（32），而防止燃料从所述入口孔（14）流到所述第一燃料通道（31），并且所述燃料喷射系统包括用于气动致动所述控制阀（9）的所述阀构件（10）的装置（12）。

5.根据权利要求4所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述控制阀（9）被结合到所述燃料喷射单元（1）中。

6.根据权利要求4所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述控制阀（9）被结合到所述燃料喷射泵（22）中。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述阀构件（10）具有第三位置，在所述第三位置，允许燃料从所述入口孔（14）流到所述第一燃料通道（31）和所述第二燃料通道（32）。