CN1661227A - 燃料喷射喷嘴 - Google Patents

Abstract

提出了一种燃烧发动机尤其是大型柴油机所用的燃料喷射喷嘴，其具有喷嘴主体(2)和连接于喷嘴主体(2)上的喷嘴头(3)，喷嘴针(7)置于喷嘴主体(2)内部，其中喷嘴针的端部与阀座(8)配合工作以便使得在打开位置时，喷嘴针(7)在阀座(8)上开通一条燃料通路，而在关闭位置时则关闭该通路，纵向孔(32)从阀座(8)延伸通过喷嘴头(3)并具有流动直径，还有至少一个喷嘴孔(31)，其从纵向孔(32)开始延伸并且燃料可通过其中进入燃烧发动机的燃烧室(20)中。纵向孔(32)的长度(L)与纵向孔(32)的流动直径之比至少等于17，优选地至少等于20，特别优选地大于22。

Description

燃料喷射喷嘴

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分的燃烧发动机尤其是大型柴油机所用的燃料喷射喷嘴。

背景技术

例如根据两冲程方法工作的大型柴油机用作船舶的驱动机组或用于发电所用的固定装置中。具有喷嘴主体和喷嘴头的燃料喷射喷嘴通常用于这种柴油机中。通常，喷嘴头中有多个喷嘴孔，燃料通过这些喷嘴孔注入燃烧室。为了开始或结束喷射过程，一种可动式喷嘴针被提供于燃料喷射喷嘴中，其与阀座配合工作以便使得通往喷嘴孔的通路打开或关闭。

通常，由于喷嘴头经受高热、机械与化学负载集合，所以喷嘴头是易受磨损的零件。尤其是，机械负载涉及高喷射压力，该压力可能总计超过一千巴。热负载由燃烧室中的高温和燃烧温度与新供应的清扫空气温度之间的巨大温度波动引起，而化学负载的原因主要在于高温侵蚀或热侵蚀。

由于这些原因，尤其是由于热负载，因此阀座通常设置成离开喷嘴孔一定距离从而避免过度经受燃烧热。

阀座与喷嘴孔之间的空间距离与以下问题相关。当结束燃料喷射时，喷嘴针被压入阀座中以便使得处于阀座下游-换句话说是处于阀座与喷嘴孔之间-的燃料不再承载推进压力。在喷射结束之后，保留于喷嘴头中的燃料可能会通过喷嘴孔进入严重雾化的燃烧室，而在此燃料仅是稍微燃烧或根本不燃烧。这就造成废气特别是烟的额外污染，并且在某些情况下造成未燃烧的燃料沉积于燃烧室和输送废气的部件的所有零件上。

发明内容

由于现有技术的这种状态，因此本发明的一个目的是提出一种带有喷嘴头的燃料喷射喷嘴，利用其可以将有害排放物的排出保持很小，而工作能力或可靠性不会受到影响。

满足于这一目的的本发明的主题的特征在于独立权利要求的特征。

因此，根据本发明，所提出的燃烧发动机尤其是大型柴油机所用的燃料喷射喷嘴具有喷嘴主体和连接于喷嘴主体上的喷嘴头，喷嘴针置于喷嘴主体内部，其中喷嘴针的端部与阀座配合工作以便使得在打开位置时，喷嘴针在阀座上开通一条燃料通路，而在关闭位置时则关闭该通路，纵向孔从阀座延伸通过喷嘴头并具有流动直径，还有至少一个喷嘴孔从纵向孔开始延伸并且燃料可通过其中进入燃烧发动机的燃烧室。纵向孔的长度与纵向孔的流动直径之比至少等于17，优选地至少等于20，特别优选地大于22。

利用燃料喷射喷嘴和喷嘴头的这种设计，与已知的喷嘴头相比，可以显著地减小位于阀座与喷嘴孔-盲孔-之间的容积。由于喷嘴头纵向孔的长度与流动直径的比率显著减小，就使得可以将容积减少50％或更多。结果，在喷射过程终止后，仅有少很多的燃料存在于喷嘴头中，从而使得该燃料所引起的负面影响-尤其是有害排放物-显著减少。

根据一个优选实施例，所有喷嘴孔一起形成了燃料的总流动直径，纵向孔的流动直径至多相当于所有喷嘴孔流动直径的2倍，优选地为至少0.5倍和至多1.5倍。

优选地，纵向孔在喷嘴孔区域中具有加宽段。这个局部加宽段具有两个优点。在喷嘴孔数量给定的情况下，这些喷嘴孔通向纵向孔中的各个开口之间的距离可以选择成更大，以便由此可以减小由内部压力所引起的喷嘴头材料中的机械压力峰值。而且，局部加宽段减轻了从纵向孔流出进入喷嘴孔的燃料流的偏转，利用这种方法就减少了燃料流入喷嘴孔时的液压摩擦损失。

相对于纵向孔的纵向轴线不对称地形成加宽段可能比较有利。从制造技术的观点看，这更易于实现。而且，在提供有喷嘴孔的区域中，喷嘴头的壁厚可以薄于没有喷嘴孔的区域。这样的优点是喷嘴孔不会太长从而避免了燃料喷射的过高浓度。

这种有利的不对称性还可通过使得纵向孔倾斜于喷嘴头的纵向轴线延伸来实现或者附加地实现。

优选地，每个喷嘴孔按照大于90°的角度通向纵向孔中，这就意味着在内置状态中喷嘴孔从纵向孔向下倾斜延伸。这种措施简化了燃料流的返回，从而起减少液压摩擦损失的作用。

另一种用于减少摩擦损失的有利措施在于使得纵向孔与喷嘴孔之间的过渡区域在所有情况下均为圆整的。

从流技术的观点来看，已经证明当在处于喷嘴针的打开位置中的阀座处的通路具有一个至少与纵向孔的流动截面同样大的区域时，就比较有利。

由于喷嘴头通常是易受磨损的零件，所以燃料喷射喷嘴的那些设计优选的是喷嘴头可拆装地连接于喷嘴主体上。

根据本发明的燃料喷射喷嘴特别适用于柴油机，尤其是两冲程大型柴油机。

本发明的其它有利措施和优选的实施例由从属权利要求产生。

附图说明

借助于附图和实施例，将对本发明进行更详细地说明。示意性附图部分以剖视图形式示出：

图1：带有根据本发明的喷嘴头实施例的燃料喷射喷嘴实施例的基本部分，

图2：喷嘴头下部的视图，

图3：第二实施例的喷嘴头，

图4：图3中的喷嘴头的下部区域的放大图，

图5：第三实施例的喷嘴头。

具体实施方式

为了理解本发明，图1以带有参考数字1的纵向剖视图的方式示出了根据本发明的燃料喷射喷嘴实施例的基本部分。为清楚起见，省略了对于已知类型的燃料喷射喷嘴的本身为众所周知的元件的示例说明。图1中所示的燃料喷射喷嘴内置如船舶的马达之类的两冲程大型柴油机的气缸头10内。根据附图，在内置状态下，燃料喷射喷嘴1的下端延伸进入柴油机气缸的燃烧室20中。

诸如“向上、向下、上方、下方...”之类的相对位置参考总是与附图中的示例说明相关，应当理解为示例性特征而并非限定性特征。

燃料喷射喷嘴1包括喷嘴主体2和连接于喷嘴主体2上的喷嘴头3的实施例。在此处所述的实施例中，连接利用保持衬套4来实现，该保持衬套4在下端处朝向燃料喷射喷嘴1的纵向轴线A呈锥形。纵向轴线A同时是喷嘴头3的纵向轴线A。保持衬套4通过衬套螺母5和如簧环之类的挠性元件45附连于喷嘴主体2上。喷嘴头3支承于保持轴套4的锥形部分中。

喷嘴头3具有纵向孔32和至少一个位于其下端区域中的喷嘴孔31，例如喷嘴孔一般是五个，所述喷嘴孔开始于纵向孔32，并且燃料可以通过喷嘴孔流出进入燃烧室20。

图2示出了喷嘴头3的下部的视图，其中可以看出设置有五个喷嘴孔31。喷嘴孔31从纵向孔32沿燃烧室20的方向向下倾斜地延伸，即每个喷嘴孔31以大于90°的角度α(图1)通向纵向孔32中。

压力空间6提供于喷嘴主体2的内部，燃料的供应管路12通向其中。压力空间6由阀座8沿轴向限定。喷嘴针7还设置于喷嘴主体2内部，其基本上沿纵向轴线A的方向延伸并与阀座8配合工作。在图1中所示的关闭位置中，喷嘴针7的下尖端被压入阀座8中以便使得从压力空间6进入相邻的下游纵向孔32的通路关闭。喷嘴针7通过未示出的压力弹簧以众所周知的方式受到弹簧加载并被推靠于阀座8上。在喷嘴针7的打开位置中，喷嘴针7被提起离开阀座8从而使得位于喷嘴针7的下端与阀座8之间的通路打开，燃料可以通过该通路从压力空间6进入纵向孔32中。

如图1所示，纵向孔32的长度L是指喷嘴针7处于关闭位置时所接触的阀座8的表面的所示底端与纵向孔的底端即燃烧室端部之间的距离L。

阀座8与喷嘴孔31之间的容积通常称作盲孔。

在此处被设计成基本上为圆柱形的孔的实施例中的纵向孔32沿纵向轴线A延伸。纵向孔32的直径D决定了流动直径进而决定了流动截面，流动截面指的是燃料流可在纵向孔32中得到的截面面积。如果纵向孔并未设计成圆柱形而是具有变化的直径，如成圆锥形，那么短语“纵向孔的流动截面或流动直径”指的是其最小的流动截面或流动直径。

各个喷嘴孔31在所有情况下也同样设计成圆柱形孔。它们的直径b(图2)在所有情况下均决定了相应喷嘴孔31的流动截面。各个喷嘴孔的直径b可能从喷嘴孔至喷嘴孔互不相同，或者某些或全部喷嘴孔31的直径可能相同。在所有情况下，由各个喷嘴孔31决定的流动截面加起来为喷嘴孔的总流动截面。因此，所有喷嘴孔-在此为五个-的流动截面之和指的是喷嘴孔31的总流动截面，即从纵向孔32流出进入燃烧室20的燃料可用的总流动截面。类似地，这点适用于喷嘴孔31的总流动直径。

根据本发明，燃料喷射喷嘴1或喷嘴头3设计成使得纵向孔32的长度L与纵向孔的流动直径之比至少等于17，优选地至少等于20，特别优选地大于22。

通过这一措施，盲孔，即位于阀座8的下游与喷嘴孔31的上游之间的容积，与已知实施例相比减少超过50％。结果，在喷射过程终止后，当喷嘴针被再次密封地压入阀座8时，由于盲孔显著变小，所以只有少得多的燃料存在于阀座的下游。结果，在燃烧室和废气排放部件的喷射过程结束后，由盲孔中的燃料所造成的有害排放物非常显著地减少。

由于纵向孔32的长度L与其流动直径的所述比率至少等于17，优选地至少等于20，特别优选地大于22，因此就使得在液压特征未显著变坏或者跨过喷嘴头3的压差并不太大的情况下有利地减少了盲孔的容积。

在一个特定实施例中，对于直径约为2.1mm的情况，纵向孔的长度为例如大约48.1mm，而对于直径约为2.9mm的情况，纵向孔的长度为大约70.7mm。

优选地，在这种设置中，喷嘴头3被设计成使得纵向孔的流动直径至多为喷嘴孔31的总流动直径的两倍。实际上，已经证明很值得的是，纵向孔的流动直径至少相当于喷嘴孔31总流动直径的0.5倍，而至多相当于其1.5倍。

在运行状态中，燃料喷射喷嘴1工作如下。燃料通过供应管路12进入压力空间6。为了开始喷射，例如通过阀将燃料的共轨压力存储器与压力空间6之间的连接开放，或者燃料被通过喷射泵输送至压力室6。在那里，燃料装入喷嘴针7，并克服未示出的压力弹簧的预应力将喷嘴针提起离开阀座8，以便使得进入喷嘴头3的通路打开。燃料流过纵向孔32并通过喷嘴孔31注入燃烧室20中。为了结束喷射，通过结束燃料供应或者关闭与共轨压力存储器的连接而小压力空间6中的压力，以便使得喷嘴针7通过压力弹簧被再次推入阀座中并且关闭燃料通路。由于大大减少了盲孔的容积，则在阀座处关闭了通路之后，少得多的燃料滴入燃烧室20中。

通过显著减少由纵向孔32的小直径D所体现的喷嘴头的纵向孔32的流动截面，即通过减少盲孔容积，就增加了燃料与孔壁之间的摩擦。这相当于由喷嘴头3造成更大的压力降或压力损失。由根据本发明的喷嘴头中的摩擦所致的压力降适当地可能达到50-100巴。在根据共轨原理进行工作的现代大型柴油机中，这种由摩擦所致的压降可以通过相应增加共轨压力存储器中的燃料压力而简单地得到补偿。因此，尤其是还包括在处于较低转速范围时，就保证了仍然存在足够的压力-例如500-700巴-来通过喷嘴孔31实际喷射燃料，从而保证无故障地注入燃烧室20中。

替代地，或另外地，可以采取其它措施来至少部分地补偿因流动截面减少，即因盲孔容积减少而增加的流动阻力。

因此，举例来说，喷嘴孔31的截面可以加大。而且，有利的是，在纵向孔32与喷嘴孔31之间设计有过渡区以便使得其在所有情况下均为圆整的，由此燃料更易于从纵向孔32流出进入喷嘴孔31中，从而可以通过更圆的形式实现流动阻力的减少。

另外一种非常有利的措施在根据本发明的喷嘴头的图3和4所示的第二实施例中进行了示出。功能相同或等价的零件在附图中分别用相同参考数字表示。

图3示出了第二实施例的剖面，图4示出了喷嘴头3的下部区域的放大图示。如图3和4所示，在这个实施例中，纵向孔32在喷嘴孔31的区域中具有加宽段321。第二实施例中同样提供有五个喷嘴孔31，类似于图2中所示。

由于加宽段321的存在，因此燃料从纵向孔32流出进入喷嘴孔31中的流动可能会更容易，因此流动阻力得以减至最小，这是因为从加宽段321的较大截面流出的燃料更易于进入喷嘴孔31中。因此，流入喷嘴孔31中时的液压摩擦也得以减小。

而且，加宽段具有另外的优点。对于打开区域中的带有给定直径和给定圆整程度的给定数量的喷嘴孔31而言，喷嘴孔31进入纵向孔32的各个开口之间的距离可以变大。这种更大距离的优点在于减少了喷嘴头材料中的机械应力峰值。

另外一种有利的措施在于形成关于纵向轴线32不对称的加宽段321，这尤其可以在图4中看到。在这个实施例中的纵向孔32的纵向轴线与喷嘴3的纵向轴线A，即与喷射喷嘴1的纵向轴线A相同。加宽段321的纵向轴线C平行于但偏离开纵向轴线A延伸，以便使得加宽段321关于纵向孔32不对称或偏心。

这种措施的优点在于由纵向孔的较小直径D所确定的喷嘴头3的较大壁厚可以通过位于面向燃烧室20侧处即带有喷嘴孔31处的加宽段321而减少。从机械负载的观点来看，较大的壁厚可更有利，但是这样还造成了喷嘴孔31在所有情况下变得更长。这样可具有缺点，因为喷嘴孔的长度过大可能导致流过的燃料射流过于成束，而这会对喷射过程具有负面影响。这点可以通过加宽段32而得以避免，因为喷嘴头3的位于朝向燃烧室20的一侧的壁厚变得更小，因此喷嘴孔31变得更小。而且，加宽段321的不对称设计更易于制造。

利用图5所示的根据本发明的喷嘴头的第三实施例也可实现类似效果。在这个实施例中，纵向孔32关于喷嘴头的纵向轴线倾斜地延伸。如图5所示，纵向孔32的在此处被标为“A′”的纵向轴线与喷嘴头3的纵向轴线A成不同于零的角度β延伸。

自然地，结合这三个特殊实施例所述的措施也可以互相组合。

关于根据本发明的燃料喷射喷嘴1，如果阀座8处的通路在喷嘴针的打开位置中具有一个至少与纵向孔31的流动截面同样大的区域时，则还特别有利。这意味着在喷嘴针7的打开位置中，位于喷嘴针与阀座8之间的流动截面具有与纵向孔32的流动截面相同或者更大的尺寸。由于纵向孔32的流动截面大于所有喷嘴孔31的总流动截面，因此在喷嘴针7的打开位置中，流动截面就不会在压力室6的下游进一步增加。这意味着，就排除了由于流动截面的增加而引起燃料的流动速度减小的可能性。这点在燃料喷射喷嘴中很有利，因为通过加宽流动截面来回收动能的做法(扩散效应)效率低下。

根据本发明的燃料喷射喷嘴所用的喷嘴头的制造可使用本来已知的所有加工方法来进行。纵向孔32、喷嘴孔31、修圆段以及如果需要的加宽段321的制造可以利用钻孔和/或如电解加工之类的电化学加工方法来进行。

Claims (10)

1.一种燃烧发动机尤其是大型柴油机所用的燃料喷射喷嘴，具有喷嘴主体(2)和连接于喷嘴主体(2)上的喷嘴头(3)，喷嘴针(7)置于喷嘴主体(2)内部，其中喷嘴针的端部与阀座(8)配合工作以便使得在打开位置时，喷嘴针(7)在阀座(8)上开通一条燃料通路，而在关闭位置时则关闭该通路，纵向孔(32)从阀座(8)延伸通过喷嘴头(3)并具有流动直径，还有至少一个喷嘴孔(31)，其从纵向孔(32)开始延伸并且燃料可通过其中进入燃烧发动机的燃烧室(20)中，其特征在于，纵向孔(32)的长度(L)与纵向孔(32)的流动直径之比至少等于17，优选地至少等于20，特别优选地大于22。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射喷嘴，其中所有喷嘴孔一起形成了燃料的总流动直径，其中纵向孔(32)的流动直径至多相当于所有喷嘴孔(31)的总流动直径的2倍，优选地为至少0.5倍和至多1.5倍。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射喷嘴，其中纵向孔(32)在喷嘴孔(31)的区域中具有加宽段(321)。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射喷嘴，其中加宽段(321)相对于纵向孔(32)的纵向轴线不对称地形成。

5.根据权利要求3所述的燃料喷射喷嘴，其中纵向孔(32)倾斜于喷嘴头(3)的纵向轴线(A)延伸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射喷嘴，其中每个喷嘴孔(31)按照大于90°的角度(α)通向纵向孔(32)中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射喷嘴，其中纵向孔(32)与喷嘴孔(31)之间的过渡区域在所有情况下均为圆整的。

8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射喷嘴，其中在喷嘴针的打开位置中，阀座处(8)的通路具有至少与纵向孔(32)的流动截面同样大的区域。

9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射喷嘴，其中喷嘴头(3)可拆装地连接于喷嘴主体(2)上。

10.一种柴油机，尤其是两冲程大型柴油机，带有根据权利要求1至9中任一项所述的燃料喷射喷嘴(1)。

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