CN107044369A - 具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统 - Google Patents

Abstract

一种具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，包括有燃油进油管和燃油回油管，所述燃油进油管的一端为封闭端，在该燃油进油管与燃油回油管之间连接一具有缓冲作用的压差阀，该压差阀设定有泄压限定值，当所述燃油进油管中的燃油压力达到或超过该泄压限定值时，所述压差阀能够实现燃油由该燃油进油管向所述燃油回油管的泄放。本发明优化了原有的燃油供油系统，有效地将燃油压力波动稳定在较小的范围内，避免了船用低速柴油机的粗暴工况，降低了由燃油压力波动带来的故障率，达到了船用低速柴油机高效、稳定运转的效果，降低了船舶在航行运输过程中的成本。

Description

具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统

技术领域

本发明涉及船用低速柴油机，具体涉及一种具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，属于柴油机技术领域。

背景技术

柴油机是一种热机，燃油的燃烧是在机器内部进行的，燃油所具有的化学能经燃烧后变为热能。柴油机工作时，燃油经过高压油雾化与新鲜空气混合后在气缸内直接燃烧，产生燃气并利用燃气的能量做功，而燃油供油系统就是提供燃油燃烧的系统。柴油机气缸设有燃烧室，工作时燃烧室的燃油和进入燃烧室的空气在燃烧室内部形成可燃性的混合气体，气缸内活塞的上行压缩产生高温，点燃可燃性的混合气，气体膨胀做功，推动活塞做往复运动，从而带动曲柄机构做旋转运动向外输出动力。因此，压缩过程必须保证在压缩终点附近有足够高的温度和足量的新鲜空气进入气缸，高压的燃油进入喷油器并以很高的压力和速度经喷油孔喷出，以确保燃油有很好的雾化，燃油雾化的效果将直接影响燃油的燃烧效果，影响主机的排放。

随着国际海事组织IMO TIERⅢ排放标准的出台，要求NOx排放量相比TierⅠ阶段降低80％，也就是说，此后在排放控制区(ECA)内航行的船舶所产生的废气排放都必须符合这一新标准。近几年，市场相继推出了ME系列船用低速柴油机，与传统的船用低速柴油机相比，ME电控柴油机取消掉了链传动机构和凸轮轴机构，采取了全新的液压控制单元(HCU)和液压动力单元(HPS)，通过曲轴带动液压动力单元(HPS)提供液压油作为电控的动力，由电磁阀控制液压控制单元(HCU)开闭以控制气缸进行喷油和排气动作。以往的油泵导筒机构燃油供油系统被全新的液压控制单元(HCU)燃油供油系统所取代，由控制系统驱动电磁阀动作，完成喷油和排气，液压油为喷油和排气提供动力。

柴油机排放标准的不断提高要求船用低速柴油机具有更高的可靠性和经济性，不但要确保主机在运行中的稳定和降低故障率，而且要尽量提高运行的经济性，降低运行成本。但柴油机在实际工作过程中会发生各种无法预知的故障，故障原因也不尽相同。据有关调查结果显示，船舶柴油机的故障主要表现为燃油供油系统故障，燃油供油系统故障占总故障的百分之六十以上，比例最高。而造成船舶柴油机停机故障的各种原因中，燃油供油系统的故障所占比例也是最大的，约占停机故障的百分之二十七以上。因此，保证燃油供油系统的稳定性和可靠性对柴油机的稳定运行，减少故障率具有极为重要的意义。

燃油系统主要包括：燃油、燃油管路、喷油泵、高压油管、喷油器、喷油泵传动机械等。传统的船用低速柴油机燃油供油系统的结构原理简图见图1。

主机燃油从外部接入，对接船用低速柴油机的X接口，进入燃油进油管1，再通过阀3进入燃油泵4，燃油经过燃油泵4以后产生高压，增压后的燃油经过高压油管5进入喷油器6，喷油器6再将燃油喷入气缸，燃烧后做功并驱动曲轴旋转。燃油的压力很大程度上受燃油供油系统外部压力的直接影响，当外部供油压力在突发状况下突然增大时，由于供油压力的变化导致燃油进入燃油泵4的压力出现变化，进而影响进入喷油器6的喷油量和喷油压力。在理想状态下，燃油进油管1内应该保持恒定的压力，这样才能保证各气缸的喷油器6在单位时间内向各气缸喷入的燃油量相同，喷油压力和喷油量保持稳定，保证船用低速柴油机的正常稳定运转。

传统的燃油供油系统由于没有稳压装置，其燃油压力不够稳定。燃油管路中燃油压力的波动主要有两方面原因：一、燃油供油泵供给到燃油进油管1中的燃油本身具有脉冲式压力波动；二、燃油通过燃油泵4喷入燃烧室的瞬间，会造成燃油进油管1中燃油压力的骤然减小，从而造成燃油管路系统中燃油压力的波动。在燃油从燃油进油管1到达燃油泵4时，由于外部燃油压力不稳，就使得单位时间内供给的燃油量不均匀，燃油压力的波动将直接造成柴油机各气缸喷油量的不均匀，燃油雾化效果不佳。此时，柴油机的工作会表现得较粗暴，出现运转不稳定、气缸内积碳、排气冒黑烟、油耗增加和主机功率降低等不良现象；个别气缸喷油器的喷油孔由于积碳而导致喷油孔面积缩小，严重时将直接影响柴油机重要零部件的使用寿命，甚至零件损毁。

发明内容

本发明所要解决的问题是，针对船用低速柴油机燃油供油系统压力波动而引起气缸喷油压力和喷油量不均所造成柴油机工作的粗暴工况，改进燃油供油管路，提供一种具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，使柴油机燃油供油压力始终保持在稳定的可控范围，保证船用低速柴油机的运转平稳。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，包括有燃油进油管和燃油回油管，其特征在于，所述燃油进油管的一端为封闭端，在该燃油进油管与燃油回油管之间连接一具有缓冲作用的压差阀，该压差阀设定有泄压限定值，当所述燃油进油管中的燃油压力达到或超过该泄压限定值时，所述压差阀能够实现燃油由该燃油进油管向所述燃油回油管的泄放。

优选地，所述的压差阀包括阀体、阀帽、导杆、活塞、弹簧组和单向阀；所述阀体内部设有由同轴线的大孔和小孔构成的台阶形内腔，所述阀帽密封地固定连接于所述阀体上靠近所述大孔的一端，所述导杆和活塞方向相对地设置于所述大孔中且能够沿该大孔的内壁滑移，所述导杆的一端与所述阀帽通过螺纹连接且伸出该阀帽的外部，所述弹簧组设置于所述导杆与活塞之间，所述单向阀连接于所述阀体的外部且与所述阀体内的小孔连通，该小孔与所述燃油进油管连接，所述单向阀与所述燃油回油管连接，所述泄压限定值设置于该单向阀上且能够进行调整。

更优选地，所述的弹簧组包括有处于内圈的内弹簧和处于外圈的外弹簧。

更优选地，所述的内弹簧与外弹簧的旋向相反。

更优选地，所述的导杆的外周与所述阀体的大孔内壁之间以及所述活塞的外周与所述阀体的大孔内壁之间设置有密封圈。

更优选地，伸出所述阀帽外部的导杆上旋接有一锁紧螺母，该锁紧螺母从外部将所述导杆锁定于所述阀帽上以锁定该导杆在所述阀体内的位置。

更优选地，所述的导杆通过与所述阀帽连接的螺纹调节本身位于所述大孔中的位置。

优选地，所述的泄压限定值为40bar。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1)本发明通过在燃油供油系统中增加具有缓冲作用的压差阀，该压差阀包括有能够设定和调整泄压限定值的单向阀，当燃油进油管中压力达到或超出泄压限定值后，燃油将会直接泄放到燃油回油管，以保持燃油压力保持在一定范围内，而不超过设定值，从而实现了燃油供油系统的“限压”功能。

2)本发明压差阀中设有受弹簧力作用的活塞，并且通过螺纹调节位置的导杆能够调整弹簧作用力的起始点；因而当燃油通过燃油泵喷入燃烧室的瞬间造成燃油进油管中燃油压力的骤降时，弹簧组推动活塞以压缩燃油进油管中燃油的体积(燃油进油管的一端是封闭的)，增大燃油压力，补偿燃油压力的骤降，从而缓冲了燃油压力的变化，实现了在“限压”的范围内减小燃油供油系统的燃油压力波动。

3)本发明是通过在现有的燃油供油系统中增加特殊的压差阀，实现了稳定燃油供油系统燃油压力波动的效果，可以在不改变或者局部改变原有管路的基础上，增加压差阀以达到目的，因此具有结构简单、安装方便、维护检修安全的优点。

总之，本发明提供了一种解决燃油压力波动的技术新方案，优化了原有的燃油供油系统，有效地将燃油压力波动稳定在较小的范围内，避免了船用低速柴油机的粗暴工况，降低了由燃油压力波动带来的故障率，达到了船用低速柴油机高效、稳定运转的效果，降低了船舶在航行运输过程中的成本。

附图说明

图1是传统的船用低速柴油机燃油供油系统的示意图。

图2是本发明的示意图。

图3是压差阀的结构示意图。

图中，

1—燃油进油管，2—燃油回油管，3—阀，4—燃油泵，5—高压油管，6—喷油器，7—单向阀，9—压差阀，21—导杆，22—锁紧螺母，23—阀帽，24—阀体，25—外弹簧，26—活塞，27—密封圈，28—内弹簧，29—限压单向阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都应属于本发明的保护范围。

如图2所示，本实施例提供一种具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，其包括有燃油进油管1、燃油回油管2和压差阀9。所述燃油进油管1的一端为封闭端，其依次连接阀3和燃油泵4，并且通过高压油管5连接喷油器6；该喷油器6通过单向阀7连接所述燃油回油管2；所述压差阀9具有缓冲作用，连接于所述燃油进油管1与燃油回油管2之间，该压差阀9设定有泄压限定值P。当所述燃油进油管1中的燃油压力达到或超过该泄压限定值P时，所述压差阀9能够实现燃油由该燃油进油管1向所述燃油回油管2的泄放。

船用低速柴油机的燃油从X接口接入带有脉冲压力的燃油(燃油是通过外部的高压油泵经过提高压力后供给燃油系统)，经燃油进油管1，通过阀件3进入燃油泵4，燃油泵给燃油加压，使燃油达到规定的高压，增压后的燃油经过高压油管5进入喷油器6，喷油器6再将燃油喷入气缸，燃烧后做功，驱动曲轴旋转；燃油泵4将没有喷射进燃烧室的燃油，通过泄放管管路和单向阀7进入燃油回油管2，并且由F接口排出，从而实现给主机提供燃料的过程。燃油进油管1中的燃油压力很大程度上受外部供油系统压力的直接影响，当外部供油系统压力在突发状况下，突然增大时，燃油压力达到泄压限定值P时，燃油会通过压差阀9直接从燃油进油管1泄放到燃油回油管2中。当燃油压力低于预定值时，主燃油管路中的传感器将报警，主机停止运转。

请参阅图3，所述的压差阀9包括阀体24、阀帽23、导杆21、活塞26、弹簧组和单向阀29。所述阀体24内部设有台阶形内腔，该台阶形内腔由前后相接且同轴线的大孔和小孔构成。所述阀帽23密封地固定连接于所述阀体24上靠近所述大孔的一端。所述导杆21和活塞26方向相对地设置于所述大孔中，所述的导杆21的外周与所述阀体24的大孔内壁之间，以及所述活塞26的外周与所述阀体24的大孔内壁之间均设置有密封圈27，所述导杆21和活塞26能够沿该大孔的内壁滑移。所述导杆21的一端与所述阀帽23通过螺纹连接且伸出该阀帽23的外部，该导杆21通过与所述阀帽23连接的螺纹调节导杆21本身位于所述大孔中的位置；伸出所述阀帽23外部的导杆21上旋接有一锁紧螺母22，该锁紧螺母22从外部将所述导杆21锁定于所述阀帽23上，以锁定该导杆21在所述阀体24内大孔中的位置。所述弹簧组设置于所述导杆21与活塞26之间，并对该活塞26施加弹簧力，该弹簧组包括有处于内圈的内弹簧28和处于外圈的外弹簧25，该内弹簧28与外弹簧25的旋向相反，以防在伸缩时引起相互干涉和缠绕。所述单向阀29连接于靠近所述小孔的一端的阀体24的外部，并且与该小孔连通，该小孔与所述燃油进油管1连接，所述单向阀29与所述燃油回油管2连接。所述单向阀29上设置有泄压限定值P，并且能够进行调整；本实施例中所述的泄压限定值P为40bar，即所述燃油进油管1(小孔)内的燃油压力被限制在0-40bar之间。

所述压差阀9的工作原理如下：

阀帽23和阀体24通过螺栓连接固定。锁紧螺母22通过与阀帽23之间的预紧力将导杆21的位置固定，通过旋动导杆21可以调节压差阀9的工作压力范围。活塞26初始位置卡在阀体24内台阶形内腔的台肩处，通过该限位保证了活塞26处于静止状态。外弹簧25和内弹簧28的自由长度相同，这时压差阀9的工作范围为0-Pmax；当调整导杆21的位置后，由于外弹簧25和内弹簧28处于被压缩状态，因此活塞26的初始状态为受力状态，假设此时活塞26所受压力为P1，那么此时压差阀9的工作压力范围为P1-Pmax。而导杆21压缩弹簧组的行程越大(位置越靠右)，活塞26的起始工作压力P1就越大。

燃油进入压差阀9以后，当燃油压力增大尚未达到泄压限定值P时，燃油将推动活塞26，活塞26压缩外弹簧25和内弹簧28，外弹簧25和内弹簧28会因燃油压力的波动变化在阀体24内部不停地伸缩动作，对燃油压力变化做出反应；当由于喷油器6向燃烧室喷油导致燃油进油管1内压力骤然减小时，外弹簧25和内弹簧28能够推动活塞26迅速动作向右方移动，压缩燃油进油管1中燃油的体积(燃油进油管1的一端是封闭端，因而可以视作为封闭容腔)，增大燃油压力，补偿燃油压力的骤降，从而缓冲了燃油压力的变化，使燃油系统中燃油压力在一定范围内保持稳定；当燃油进油管1中燃油压力持续升高并超过泄压限定值P时，单向阀29开启，将过高压力的燃油泄放至燃油回油管2中，使燃油压力始终保持在泄压限定值P以内的波动范围，在此范围内通过活塞26的不断伸缩运动使燃油压力得到缓冲而保持一定范围内的稳定。正常情况下燃油由于密封圈27的作用不可能进入弹簧组压缩腔的内部，在某些特殊情况下密封圈27失效，部分燃油进入弹簧组压缩腔，则可以通过阀体24上的泄放孔将燃油泄放掉；如遇此种情况即证明密封圈27已经损坏，需更换密封圈27。

本发明所述船用低速柴油机燃油供油系统为实现有效稳定燃油供油系统压力的技术方案，其采用在燃油供油系统中增加带有缓冲作用的压差阀的结构，既实现了燃油压力过高时的泄压作用，又实现了在一定压力范围内缓冲燃油压力波动的作用，保证了船用低速柴油机燃油供油系统在较小范围内的压力稳定。

所述船用低速柴油机燃油供油系统的良好性能通过多次台架实验得到了验证，取得了燃油系统压力稳定的效果。

Claims (8)

1.一种具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，包括有燃油进油管和燃油回油管，其特征在于，所述燃油进油管的一端为封闭端，在该燃油进油管与燃油回油管之间连接一具有缓冲作用的压差阀，该压差阀设定有泄压限定值，当所述燃油进油管中的燃油压力达到或超过该泄压限定值时，所述压差阀能够实现燃油由该燃油进油管向所述燃油回油管的泄放。

2.根据权利要求1所述的具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，其特征在于，所述的压差阀包括阀体、阀帽、导杆、活塞、弹簧组和单向阀；所述阀体内部设有由同轴线的大孔和小孔构成的台阶形内腔，所述阀帽密封地固定连接于所述阀体上靠近所述大孔的一端，所述导杆和活塞方向相对地设置于所述大孔中且能够沿该大孔的内壁滑移，所述导杆的一端与所述阀帽通过螺纹连接且伸出该阀帽的外部，所述弹簧组设置于所述导杆与活塞之间，所述单向阀连接于所述阀体的外部且与所述阀体内的小孔连通，该小孔与所述燃油进油管连接，所述单向阀与所述燃油回油管连接，所述泄压限定值设置于该单向阀上且能够进行调整。

3.根据权利要求2所述的具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，其特征在于，所述的弹簧组包括有处于内圈的内弹簧和处于外圈的外弹簧。

4.根据权利要求3所述的具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，其特征在于，所述的内弹簧与外弹簧的旋向相反。

5.根据权利要求2所述的具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，其特征在于，所述的导杆的外周与所述阀体的大孔内壁之间以及所述活塞的外周与所述阀体的大孔内壁之间设置有密封圈。

6.根据权利要求2所述的具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，其特征在于，伸出所述阀帽外部的导杆上旋接有一锁紧螺母，该锁紧螺母从外部将所述导杆锁定于所述阀帽上以锁定该导杆在所述阀体内的位置。

7.根据权利要求2所述的具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，其特征在于，所述的导杆通过与所述阀帽连接的螺纹调节本身位于所述大孔中的位置。

8.根据权利要求1所述的具有限压和缓冲作用的船用低速柴油机燃油供油系统，其特征在于，所述的泄压限定值为40bar。