CN104040161A - 燃料喷射系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射系统包括用于每个气缸的两个喷射阀(4,5)、切换阀(12)和控制阀(19)。切换阀(12)具有：第一位置，在该第一位置，控制阀(19)和第一燃料喷射阀(4)之间的流动连通打开，而控制阀(19)和第二燃料喷射阀(5)之间的流动连通关闭；和第二位置，在该第二位置，控制阀(19)和第二燃料喷射阀(5)之间的流动连通打开，而控制阀(19)和第一燃料喷射阀(4)之间的流动连通关闭。控制阀(19)具有：第一位置，在该第一位置，储压器(6)和切换阀(12)之间的流动连通打开，而排放线路(20)和切换阀(12)之间的流动连通关闭；和第二位置，在该第二位置，排放线路(20)和切换阀(12)之间的流动连通打开，而储压器(6)和切换阀(12)之间的流动连通关闭。

Description

燃料喷射系统
本发明涉及一种用于往复式发动机的燃料喷射系统。
在诸如在轮船或发电厂中使用的那些大型往复式发动机中，常见问题是在低负荷下形成烟雾。发动机的燃料喷射器必须能够将输送以最大负荷操作所需要的燃料量。由于大型内燃发动机需要以最大功率或接近最大功率可靠且有效地运转，因此喷射器对于高负荷来说通常是最优的。这可能意味着，在低负荷时，喷射器并没有最佳地工作，因而形成了烟雾。如果提高低负荷时喷射器的性能，则这通常将导致高负荷时燃料消耗较高。
本发明的目的是提供一种用于往复式发动机的改进的燃料喷射系统。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的燃料喷射系统实现。根据本发明的燃料喷射系统包括高压燃料泵和用于所述发动机的每个气缸的燃料喷射单元。所述燃料喷射单元包括：用于将燃料喷射到所述气缸中的第一燃料喷射阀和第二燃料喷射阀；用于从所述高压燃料泵接收燃料的储压器；以及排放线路。所述燃料喷射单元设置有切换阀和控制阀，所述切换阀和所述控制阀彼此以流动连通的方式布置。所述切换阀具有：第一位置，在该第一位置，所述控制阀和所述第一燃料喷射阀之间的流动连通打开，而所述控制阀和所述第二燃料喷射阀之间的流动连通关闭；和第二位置，在该第二位置，所述控制阀和所述第二燃料喷射阀之间的流动连通打开，而所述控制阀和所述第一燃料喷射阀之间的流动连通关闭。所述控制阀具有：第一位置，在该第一位置，所述储压器和所述切换阀之间的流动连通打开，而所述排放线路和所述切换阀之间的流动连通关闭；和第二位置，在该第二位置，所述排放线路和所述切换阀之间的流动连通打开，而所述储压器和所述切换阀之间的流动连通关闭。
通过根据本发明的燃料喷射系统，可以针对发动机的不同操作状况来选择合适的燃料喷射嘴。结果，能够降低发动机的燃料消耗，并且同时可以实现较低的NOx、CO和碳氢化合物排放和较低的烟气形成。另外，根据本发明的燃料喷射系统提供了更宽的灵活性来在发动机的整个操作范围内控制喷射时刻。通过快速灵活地控制喷射时刻，能够在对喷射系统设计、发动机自动控制和成本带来非常低的影响的情况下实现精确的燃料喷射速率整形和低排放水平及低燃料消耗要求。
在下文中，将参照附图以示例方式描述本发明，其中：
图1示意性示出了根据本发明的一实施方式的燃料喷射系统；以及
图2示意性示出了根据本发明的另一个实施方式的燃料喷射系统。
图1公开了用于具有若干气缸2的往复式发动机的燃料喷射系统1。该往复式发动机可以是大型柴油发动机。大型往复式发动机在这里是指在轮船或发电厂中能够例如用作主发动机和辅助发动机以产生和/或电力的这种发动机。发动机可以只通过液体燃料(例如重燃料油或柴油)工作。另选地，该发动机也可以被称为还能够通过气体燃料(诸如天然气)工作的双燃料发动机。当发动机通过气体工作时，利用少量液体燃料作为引燃燃料。气体在引燃燃料之后喷射到发动机气缸中并借助由引燃燃料喷射产生的火焰而被点燃。
该燃料喷射系统1包括诸如燃料箱7之类的燃料源、低压燃料泵8和高压燃料泵9。燃料喷射系统1还包括用于每个气缸2的分开的燃料喷射单元3。燃料喷射单元3包括用于将燃料喷射到气缸2中的第一燃料喷射阀4和第二燃料喷射阀5。第一燃料喷射阀4的燃料喷射能力大于第二燃料喷射阀5的燃料喷射能力。第一燃料喷射阀4因而可以用来喷射大的燃料量，而第二燃料喷射阀5可以用来喷射较小的燃料量。例如，当发动机负荷在预定负荷水平以上时，例如在最大负荷的30％以上时，可以使用第一燃料喷射阀4，而对于较低的发动机负荷，则可以使用第二燃料喷射阀5。另外，可以使用不同的燃料喷射阀4、5进行预喷射、主喷射和后喷射。例如，第二燃料喷射阀5可以用来预喷射和/或后喷射，第二燃料喷射阀4可以用来主喷射。在双燃料发动机中，第一燃料喷射阀4可以用来进行液体引燃燃料的喷射。燃料喷射单元3能够被安装在发动机的气缸盖内。
燃料喷射单元3包括用于从高压泵9接收燃料的储压器6。储压器6还存储被高压泵9加压的燃料。另外，储压器6对燃料喷射系统1中的燃料压力脉动进行缓冲。储压器6可以安装在发动机的气缸盖内。高压泵9通过高压管路11连接至燃料喷射单元3的储压器6。
燃料喷射单元3包括从储压器6向燃料喷射阀4、5延伸的燃料线路10。燃料喷射系统1还包括与燃料箱7流动连通的排放线路20。排放线路20和燃料箱7中的燃料压力低于储压器6中的燃料压力。
第一燃料喷射阀4包括用于存储喷射前的燃料的第一燃料腔室13、第一喷射嘴14和用于打开和关闭第一燃料腔室13和第一喷射嘴14之间的流动连通的第一喷射器针16。第一燃料喷射阀4还设置有第一馈送线路17，通过该第一馈送线路17能够将燃料馈送到第一燃料腔室13中。第一燃料喷射阀4包括第一弹簧18，该第一弹簧18朝向关闭位置推动第一喷射器针16。由第一燃料腔室13中的燃料压力引起的力将第一喷射器针16朝向打开位置推动。
相应地，第二燃料喷射阀5包括用于存储喷射前的燃料的第二燃料腔室13’、第二喷射嘴14’和用于打开和关闭第二燃料腔室13’和第二喷射喷嘴14’之间的流动连通的第二喷射器针16’。第二燃料喷射阀5设置有第二馈送线路17’，通过该第二馈送线路17’能够将燃料馈送到第二燃料腔室13’中。第二燃料喷射阀5包括第二弹簧18’，该第二弹簧18’朝向关闭位置推动第二喷射器针16’。由第二燃料腔室13’中的燃料压力引起的力将第二喷射器针16’朝向打开位置推。
为了选择通过燃料喷射阀4、5中的哪个喷射阀将燃料喷射到气缸2内，燃料喷射单元3设置有切换阀12。为了调节燃料喷射时刻和/或持续时间，燃料喷射单元3设置有与切换阀12流动连通的控制阀19。切换阀12和控制阀19被安装成使得从储压器6排出的燃料首先流过切换阀12并且之后流过控制阀19。
切换阀12具有第一位置，在该第一位置，控制阀19和第一喷射阀4之间的流动连通是打开的，而控制阀19和第二喷射阀5之间的流动连通是关闭的。另外，切换阀12具有第二位置，在该第二位置，控制阀19和第二喷射阀5之间的流动连通是打开的，而控制阀19和第一喷射阀4之间的流动连通是关闭的。在图中，切换阀12被示出为位于其第二位置。
控制阀19具有第一位置，在该第一位置，储压器6和切换阀12之间的流动连通是打开的，而排放线路20和切换阀12之间的流动连通是关闭的。另外，控制阀19具有第二位置，在该第二位置，排放线路20和切换阀12之间的流动连通是打开的，而储压器6和切换阀12之间的流动连通是关闭的。在图中，控制阀12被示出为位于其第二位置。
为了选择阀位置，切换阀12和控制阀19均设置有致动器。在该图的实施方式中，所述致动器是机电致动器。然而，也可以使用其他类型的致动器，例如机械致动器或液压致动器。
切换阀12是具有三个端口和两个位置的二位三通阀。切换阀12的第一端口与第一燃料喷射阀4流动连通，第二端口与第二燃料喷射阀5流动连通，第三端口与控制阀19(控制阀19的第三端口)流动连通。
控制阀19也是具有三个端口和两个位置的二位三通阀。控制阀19的第一端口与排放线路20流动连通，第二端口与储压器6流动连通，而第三端口与切换阀12(切换阀12的第三端口)流动连通。
当发动机运转时，燃料通过低压泵8从燃料箱7泵送到高压泵9中。高压泵9将燃料压力提升到可以获得足够喷射压力的水平。从高压泵9，燃料通过高压管路11流到每个燃料喷射单元3的储压器6中。
为了启动燃料喷射，控制阀109移动到第一位置，在该第一位置，控制阀1将储压器6和切换阀12之间的流动连通打开。根据切换阀12的位置，燃料可以通过切换阀12流动到第一喷射阀4中或第二喷射阀5中。
在切换阀12的第一位置，允许燃料流经由切换阀12和第一馈送线路17进入第一燃料腔室13中。第一燃料腔室13中的燃料压力增加，并且当第一燃料腔室13中的压力足够高时，由燃料压力造成的力克服第一弹簧18的力将第一喷射器针16朝向打开位置推动。第一喷射器针16被从其支座上抬起，并且燃料通过第一喷射嘴14喷射到气缸2中。
在切换阀12的第二位置，允许燃料流经由切换阀12和第二馈送线路17’进入第二燃料腔室13’中。第二燃料腔室13’内的燃料压力增加，当第二燃料腔室13’中的压力足够高时，由燃料压力造成的力克服第二弹簧18’的力将第二喷射器针16’朝向打开位置推动。第二喷射器针16’被从其支座上抬起，并且燃料通过第二喷射嘴14’喷射到气缸2中。
为了终止来自第一喷射阀4的燃料喷射，而将控制阀19移动到第二位置。第一喷射阀4(第一燃料腔室13)和排放线路20之间的流动连通被打开。因此，第一燃料腔室13中的燃料压力降低，并且第一弹簧18的弹簧力将第一喷射器针16推向其关闭位置。相应地，如果切换阀12位于第二位置并且控制阀19移动到第二位置，则第二燃料腔室13’和排放线路20之间的流动连通被打开。因而，第二燃料腔室13’中的燃料压力降低，并且第二弹簧18’的弹簧力将第二喷射器针16’推向其关闭位置。燃料喷射系统1进一步包括控制单元21，该控制单元21被构造成如上所述那样操作切换阀12和控制阀19。
图2公开了燃料喷射系统1，其中切换阀12是具有三个端口和三个位置的三位三通阀。切换阀12的第一位置和第二位置对应于图1中所示的切换阀的第一位置和第二位置。另外，切换阀12具有第三位置，在该第三位置，控制阀19和两个燃料喷射阀5、4之间的流动连通是打开的。在图2中，切换阀12被示出为位于其第三位置。
在切换阀12的第三位置(以及控制阀19的第一位置)，允许燃料流经由切换阀12和两个馈送线路17和17’进入两个燃料腔室13和13’中。两个燃料腔室13和13’中的燃料压力增加，并且当燃料腔室13和13’中的压力足够高时，由燃料压力造成的力克服弹簧18和18’的力将两个喷射器针16和16’朝向打开位置推动。两个喷射器针16和16’均被从其支座抬起，并且燃料通过两个喷射嘴14和14’喷射到气缸2中。
为了终止来自于第一燃料喷射阀4和第二燃料喷射阀5的燃料喷射，而将控制阀19移动到第二位置。从第一燃料喷射阀4(第一燃料腔室13)到排放线路20以及从第二燃料喷射阀5(第二燃料腔室13’)到排放线路20的流动流通被打开。因而，第一燃料腔室13和第二燃料腔室13’中的燃料压力降低，并且第一弹簧18和第二弹簧18’的弹簧力将第一喷射器针16和第二喷射器针16’推向关闭位置。在其他方面中，图2的燃料喷射系统类似于图1的燃料喷射系统。
第三位置可以偶尔使用，以防止喷射器针16、16’被粘住。例如，当发动机在高负荷下长时期操作时，可以将切换阀12切换到第三位置较短时间段，以允许也通过第二燃料喷射阀5进行燃料喷射。这种冲洗可以根据预定时间表来进行。另外，切换阀12的第三位置可以在高的发动机负荷下使用，以允许通过两个燃料喷射阀4、5共同进行燃料喷射。

Claims (12)

1.一种用于往复式发动机的燃料喷射系统(1)，该燃料喷射系统(1)包括：
-高压燃料泵(9)；
-用于所述发动机的每个气缸(2)的燃料喷射单元(3)，所述燃料喷射单元(3)包括用于将燃料喷射到所述气缸(2)中的第一燃料喷射阀(4)和第二燃料喷射阀(5)以及用于从所述高压燃料泵(9)接收燃料的储压器(6)；以及
-排放线路(20)，
其特征在于，所述燃料喷射单元(3)设置有切换阀(12)和控制阀(19)，所述切换阀(12)和所述控制阀(19)彼此以流动连通的方式布置，
-所述切换阀(12)具有：第一位置，在该第一位置，所述控制阀(19)和所述第一燃料喷射阀(4)之间的流动连通打开，而所述控制阀(19)和所述第二燃料喷射阀(5)之间的流动连通关闭；和第二位置，在该第二位置，所述控制阀(19)和所述第二燃料喷射阀(5)之间的流动连通打开，而所述控制阀(19)和所述第一燃料喷射阀(4)之间的流动连通关闭；并且
-所述控制阀(19)具有：第一位置，在该第一位置，所述储压器(6)和所述切换阀(12)之间的流动连通打开，而所述排放线路(20)和所述切换阀(12)之间的流动连通关闭；和第二位置，在该第二位置，所述排放线路(20)和所述切换阀(12)之间的流动连通打开，而所述储压器(6)和所述切换阀(12)之间的流动连通关闭。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述切换阀(12)具有第三位置，在该第三位置，所述控制阀(19)与所述第一燃料喷射阀(4)和所述第二燃料喷射阀(5)二者之间的流动连通都打开。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述第一燃料喷射阀(4)的燃料喷射能力大于所述第二燃料喷射阀(5)的燃料喷射能力。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述第一燃料喷射阀(4)包括：用于存储喷射前的燃料的第一燃料腔室(13)；第一喷射嘴(14)；以及用于打开和关闭所述第一燃料腔室(13)和所述第一喷射嘴(14)之间的流动连通的第一喷射器针(16)。
5.根据权利要求4所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述第一燃料喷射阀(4)包括第一弹簧(18)，该第一弹簧将所述第一喷射器针(16)朝向关闭位置推动，并且由所述第一燃料腔室(13)中的燃料压力造成的力将所述第一喷射器针(16)朝向打开位置推动。
6.根据权利要求1或4所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述第二燃料喷射阀(5)包括：用于存储喷射前的燃料的第二燃料腔室(13’)；第二喷射嘴(14’)；以及用于打开和关闭所述第二燃料腔室(13’)和所述第二喷射嘴(14’)之间的流动连通的第二喷射器针(16’)。
7.根据权利要求6所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述第二燃料喷射阀(5)包括第二弹簧(18’)，该第二弹簧将所述第二喷射器针(16’)朝向关闭位置推动，并且由所述第二燃料腔室(13’)中的燃料压力造成的力将所述第二喷射器针(16’)朝向打开位置推动。
8.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述切换阀(12)是具有三个端口和两个位置的二位三通阀。
9.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述切换阀(12)是具有三个端口和三个位置的三位三通阀。
10.根据权利要求1、8或9所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述控制阀(19)是具有三个端口和两个位置的二位三通阀。
11.根据权利要求8或9所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述切换阀(12)的第一端口与所述第一燃料喷射阀(4)流动连通，所述切换阀(12)的第二端口与所述第二燃料喷射阀(5)流动连通，并且所述切换阀(12)的第三端口与所述控制阀(19)流动连通。
12.根据权利要求10所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述控制阀(19)的第一端口与所述排放线路(20)流动连通，所述控制阀(19)的第二端口与所述储压器(6)流动连通，并且所述控制阀(19)的第三端口与所述切换阀(12)流动连通。
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