CN102691605B - 用于大型柴油发动机的电控燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

一种用于大型柴油发动机的电控燃料喷射器，包括：主体，具有连接于燃料供给管路并设有锥形阀座的输送室；阀针，其延伸穿过输送室并具有与阀座配合操作的锥形密封面，并能沿着纵轴在密封面邻接于阀座的关闭位置和密封面与阀座间隔开的打开位置之间运动，进入输送室的液压产生朝向打开位置推动阀针的第一液力；控制室，其经入口节流器连接于燃料供给管路并经出口节流器连接于排放管路，进入控制室的液压产生朝向关闭位置推动阀针的第二液力；电操作的控制阀，用于选择性地打开和关闭控制室和低压体积之间的液体连通。入口节流器包括可变阻塞部分，其能够在相应于阀针的完全关闭位置的阻塞位置和相应于阀针的初始打开的非阻塞位置之间运动。

Description

用于大型柴油发动机的电控燃料喷射器

技术领域

本发明涉及用于大型柴油发动机的电控燃料喷射器。本发明特别涉及用于大型两冲程柴油发动机、例如船舶推进用柴油发动机的共轨喷射***的燃料喷射器。

背景技术

共轨高压喷射***包含为喷射器提供燃料的泵，其通常具有固定的排量，并设计用于使高压蓄集器(共轨)内的燃料加压。喷射器配备有阀座，以及可在喷射器的主体内在关闭位置和打开位置之间运动的阀针。阀针的位置由加压液体在适当的影响面上的作用而产生的两个液力的强度决定。

在阀座上游的输送室内的加压燃料沿阀针从其承座上抬起的方向、也就是打开方向起作用。电操作的控制阀调节控制室内的液压，其产生沿关闭喷射器的方向起作用的力。控制阀的促动导致控制室内的压力降低到作用为打开喷射器承座的力相对于作用为关闭喷射器承座的力占优的点，导致阀针从阀座上升起且因此导致燃料喷射。

电控喷射器的工作原理采用了控制室通过入口节流器连接于高压管路，并且通过出口节流器连接于排放管路。

入口节流器和出口节流器的尺寸必须选择为使得当控制阀打开时，控制室内的压力可降低到足够低的值，以保证关闭方向上的力变得小于打开方向上的力。一旦这种情况发生，阀针便打开喷射器承座，因此允许到喷射器承座下游的腔室(所谓的压力室)的燃料通道，燃料从此处经喷射孔喷射到燃烧室内。

当喷射器打开时，压力室被加压到可获得的共轨压力的相当大的分数，因此增加了作用于打开方向上的力，这是由于现在高压燃料的影响面包含了阀针的整个横截面。

当需要关闭喷射器时，重新设置控制阀的位置，因此不允许控制室和低压燃料管路之间的连接。控制室压力再次上升，但是由于上述原因，在阀针开始再次移向其承座之前，控制室压力需要达到比引发打开阶段所需的压力值高得多的值。

关闭阶段期间的阀针速度受到技术要求的约束，并且通过相对于控制室内的阀针横截面积来适当地调节入口节流器的尺寸，可以实现该所希望的值。

因此，可被调节以实现控制室所要求的压降以引发喷射器打开的唯一参数是出口节流器的尺寸。当阀针关闭时，打开和关闭方向上的压力影响区域之间的差异越大，出口节流器应越大。

这意味着出口节流器的尺寸随着阀针承座的直径与控制室的直径之比接近一致而增加。

较大的出口节流器引起了在控制阀设计和喷射器效率方面的较多问题，这是由于在通常用于这些应用中的双路提升阀中，控制室压力沿打开该阀门的方向起作用。较大的出口节流器要求较大的提升阀(否则通过阀的通道会变成主要的限制)，并且这导致了控制室压力的较大的影响面。最后，这增加了对弹簧的力(以在缺乏指令信号时保持阀门关闭)和需要克服弹力的促动器的力的要求。这也意味着必须使用较大的部件，并且由于发动机的几何形状约束和控制阀的速度要求(例如，较大且较强的螺线管通常是较慢的)，所述较大的部件通常是不可接受的。

此外，较大的出口节流器导致用于执行喷射控制的由喷射器所排出的流速较高。显然，这是效率损失的一个原因，这是由于花在加压此燃料上的能量因使其膨胀通过控制回路而被浪费了。

在大型两冲程柴油发动机中，这些问题变得甚至更加严重，这是由于归因于用来减少未燃烧烃(UHC)和颗粒排放物的滑阀的阀针的存在，导致承座的直径与控制室的直径之比相当高，这迫使承座的直径大于滑阀的直径。这导致了需要选择涉及较大排放流速的较大出口节流器。

这些问题使得难以将成熟的共轨技术实施到用于大型两冲程发动机的喷射器中。

发明内容

本发明的目的是提供一种如上文所述的问题的解决方法。

根据本发明，通过具有如下特征的燃料喷射器实现了此目的。本发明提供了一种用于大型柴油发动机的电控燃料喷射器，包括：主体，其具有连接于燃料供给管路并设有锥形阀座的输送室；阀针，其延伸穿过输送室并具有与阀座配合操作的锥形密封面，该阀针能沿着纵轴在锥形密封面邻接于锥形阀座的关闭位置和锥形密封面与锥形阀座间隔开的打开位置之间运动，其中，进入输送室的液压产生朝向打开位置推动阀针的第一液力；控制室，其通过入口节流器连接于燃料供给管路，并且通过出口节流器连接于排放管路，其中，进入控制室的液压产生朝向关闭位置推动阀针的第二液力；电操作的控制阀，其用于选择性地打开和关闭控制室和低压体积之间的通过排放管路的液体连通。其中，入口节流器包括可变阻塞部分，其能够在相应于阀针的完全关闭位置的阻塞位置和相应于阀针的初始打开的非阻塞位置之间运动。

本发明允许优化用于大型柴油发动机的电子喷射器的性能。特别是，本发明允许在喷射循环期间最小化电控阀需要排放以保持喷射器打开的控制流速。

控制流的减小带来两项主要的优点：

(i)能够使用较小且较快的电促动器(螺线管或压电堆叠)，其可结合到喷射器的主体内，和

(ii)喷射器的效率提高；这导致由于辅助功率的需求降低而提高了发动机的整体效率。

附图说明

参考附图并根据仅作为非限定性的实施例给出的下述细节描述过程中，可以清楚本发明的其他特征和优点，其中：

图1是显示了根据本发明的喷射器的操作原理的示意图；

图2是根据本发明的喷射器的第一实施方案的轴向横截面图；

图3是图1中的箭头III所示部分的放大视图；

图4是根据本发明的喷射器的第二实施方案的轴向横截面图；

图5是图4中的箭头V所示部分的放大视图；

图6是图5中的箭头VI所示部分的放大视图。

具体实施方式

参见图1，用于柴油发动机的喷射***由附图标记10标示。喷射***包括供给泵12，其从低压燃料储罐14中吸入燃料，并且将加压后的燃料输送到高压共轨16中。共轨16连接于多个高压管路18(在图1中仅显示了一个)，每个输送高压管路均连接于各自的喷射器20。

喷射器20包括主体22，其具有通过燃料供给管路26连接于高压管路18的输送室24。输送室24具有锥形阀座28。

喷射器20包括阀针30，其延伸穿过输送室24，并且具有与阀座28相配合的锥形密封面32。阀针30能够沿着纵轴A在关闭位置和打开位置之间运动。在关闭位置中，密封面32邻接于阀座28，而在打开位置中，密封面32与阀座28间隔开。弹簧34朝向关闭位置推动喷射器阀针30。包含在输送室24内的燃料的液压产生朝向其打开位置推动喷射器阀针30的第一液力。

主体22包括雾化器36，其具有经阀座28与输送室24流体连通的纵向孔或压力室38。雾化器具有一个或多个喷射孔40。阀针30具有延伸到压力室38中的滑阀42。

喷射器20具有与输送室24密封式隔离开的控制室44。控制室44经包括入口节流器48的入口管路46连接于燃料供给管路26。控制室44也连接于包括出口节流器52的排放管路50。进入控制室44的液压产生朝向其关闭位置推动喷射器阀针30的第二液力。

电操作的双路控制阀54选择性地打开和关闭控制室44和例如由储罐14形成的低压体积之间的液压式连通。控制阀54由电促动器56控制，其通过电子控制单元58来接收控制信号。

当控制阀54关闭时，控制室44和输送室24内的压力等于共轨压力。考虑到控制室44内的压力影响面大于输送室24内的压力影响面，朝向其关闭位置推动阀针30的力大于朝向其打开位置推动阀针30的力。当控制阀54打开时，控制室44内的压力降低，并且朝向其打开位置推动阀针30的力变得大于朝向其关闭位置推动阀针30的力。因此，阀针30从阀座28处移开，一旦阀针升起到使得滑阀足以让喷射孔暴露出来时，包含在输送室24内的加压燃料进入到雾化器36的压力室38内，并且经喷射孔40喷出。

为了触发阀针30的打开，在阀针30已经升起到足以加压压力室38之后，需要将控制室44内的压力降低到显著低于足以将阀针30保持在打开位置中的力的值。

根据现有技术，这样将要求较大的出口节流器52。然而，实际上仅在喷射阶段的很小一部分期间需要较大尺寸的出口节流器52。事实上，一旦阀针30升起到足以加压压力室38，朝向其打开位置推动阀针30的力就会大幅增加，并且将控制室44内的压力保持在较高的水平。

基于这些考虑，本发明提供了一种设计，其中入口节流器48包括可变阻塞部分，其能够在相应于喷射器阀针30的完全关闭位置的阻塞位置和相应于阀针30的初始打开位置的非阻塞位置之间运动。因此，当阀针30邻接于阀座28上时，入口节流器48被显著地阻塞。在阀针冲程的第一阶段中，阻塞会减小并最终消失。

在图1中，箭头60示意性地代表了入口节流器48的可变阻塞部分，并且虚线62代表了可变阻塞部分60由阀针30的运动来控制的事实。

在本发明的一个优选实施方案中，入口节流器48包括至少一个可随着阀针30运动的孔口，并且可变阻塞部分60包括形成在可随阀针30运动的第一表面和相对于主体22为固定的第二表面之间的间隙。

在根据本发明的解决方案中，较小的出口节流器52足以使控制室52内的压力达到足以触发喷射器打开的水平。理想地是，如果入口节流器48被完全阻塞，则任何尺寸的出口节流器52将足以完全排空控制室44(这仅是时间问题)。接着，当阀针30升起并且由于压力室的加压而导致打开力增加时，入口节流器48完全打开，并且控制室44的压力稳定在接近于关闭阶段即将开始的水平的值。

除解决了经过较大的出口节流器而排出的较大的燃料流速的问题之外，根据本发明的解决方案具有减小喷射器的转换时间的额外优点，这是由于在喷射期间，控制室44内的压力水平保持为接近于触发喷射器关闭所需要的水平，这在多次喷射和极低的载荷操作中是重要的。

在图2中显示了本发明的第一实施方案。

在图2显示的实施例中，主体22包括锁定螺母64、下方主体部分66、中间主体部分68和上方主体部分70。主体部分66和68通过锁定螺母64固定到上方主体部分70处。雾化器36通过螺纹套72固定到下方主体部分66处。

在接下来的描述和权利要求中，所提及的“下方”、“上方”、“之上”、“之下”等指附图中显示的喷射器的位置，并且通常相应于使用中的位置。然而应理解的是，喷射器可安装在任何位置中，并且所提及的空间位置并不限制本发明的范围。

阀针30的上方部分在由下方主体部分66所携带的套74中可滑动地引导。弹簧34容纳于输送室24中，并且压缩在套74和阀针30的径向台肩之间。

控制室44由阀针30的顶部前表面、套74的柱形壁部分和中间部分68的前表面限定。出口节流器由形成在中间主体部分内的孔口52形成。

控制阀54包括可轴向运动的杆76，其可滑入到中间主体部分68的导向孔78中。在此示例性的实施方案中，电促动器56包括磁芯80和线圈82。

入口节流器48包括一个或多个形成在阀针30顶靠在锥形密封面32上的区域内的孔口84。该孔口或每个孔口84具有与形成在阀针30内的狭长孔86连通的径向内端部。狭长孔86的上端部通向控制室44。

在图3更好地显示了放大细节，该孔口或每个孔口84的径向外端部在阀针30的锥形密封面32上打开，处在密封面32邻接于阀座28的区域的正上方。

可变阻塞部分60由形成在阀针30的密封面32和阀座28之间的间隙88形成。间隙88的尺寸在阀针30关闭时为最小，并且随着阀针远离阀座28而增加。因此，该孔口或每个孔口84在阀针关闭时阻塞，并且在阀针30初始打开之后变为不阻塞。

通过将入口节流器48对控制室44内的压力降的响应延迟一段压降波前从控制室44传播到入口节流器48的出口并且返回所需要的时间，使入口节流器48与控制室44相连的狭长孔在保证本发明的适当功能性方面发挥了积极作用。这允许有足够的时间来加压压力室38，因此能使用最小可能尺寸的出口节流器52来管理阀针30的打开。

这一解决方案的显著优点是，由于使用了已存在于喷射器内的承座，因此其实施成本很小。

与传统结构相比，使用本发明的喷射器可在具有减少了60％的控制流速下操作，就发动机的整体效率而言，这相当于0.26％的提高。

通过这种优化获得的主要优点是，降低了密封和操作控制阀44所需的力，这允许使用可集成在喷射器主体内的快速且紧凑的促动器。这对于获得可在多次喷射模式中所需的快速转换时间下操作的喷射器来说是必要的。

在图4中显示了本发明的第二实施方案。与前文公开的元件相应的元件使用相同的附图标记标示。

在图4中显示的解决方案是更传统的共轨喷射器装置，其中单独的控制活塞90用于将阀针30保持为关闭。控制活塞90的下端部邻接于阀针30的上端部。控制活塞90与阀针30一起轴向运动。主体22包括设置在下方主体部分66和中间主体部分68之间的套筒92。弹簧34设置在形成于套筒92和控制活塞90之间的低压室中。

控制室44由控制活塞90的顶部前表面、套筒92的柱形壁部分和中间部分68的前表面限定。出口节流器通过形成在中间主体部分68内的孔口52形成。相对于第一实施方案，控制阀54没有变化。

如在图5中更好地显示，入口节流器48包括形成在套筒92的柱形内表面96上的第一环形槽94和形成在控制活塞90的柱形外表面100上的第二环形槽98。第一环形槽94通过形成在套筒92内的第一孔口102连接于燃料供给管路26。第二环形槽98通过形成在控制活塞90内的第二孔口104和第三孔口106连接于控制室44。

当阀针30关闭时，第一环形槽94和第二环形槽98为彼此错开，如图5所示。当控制活塞90向上运动时，第一环形槽94和第二环形槽98至少部分地交叠。

如在图6中更好地显示，可变阻塞部分60由形成在套筒92的柱形内表面96和控制活塞90的柱形外表面100之间的环形间隙108形成。当阀针30关闭时，控制室44通过两条路径与燃料供给管路26连通，一条路径包括环形间隙108、第一环形槽94和第一孔口102，另一条路径包括第三孔口106和第二孔口104、第二环形槽98、环形间隙108、第一环形槽94和第一孔口102。

在阀针30的关闭位置中，环形间隙108了阻塞入口节流器48。在阀针30的初始打开期间，由于第一环形槽94和第二环形槽98交叠，因此入口节流器的阻塞消失。

环形间隙108的尺寸以及第一环形槽94和第二环形槽98之间的交叠长度可方便地选择为在建立经过入口节流器48的显著流速之前允许对压力室38进行加压。

第二实施方案在结构方面较为简单，并且为选择不同直径的阀针30和控制室44提供了额外的灵活性。与第一实施方案相比，第二实施方案具有的缺点是，由于在阀针、控制活塞和其各自套筒之间的间隙中的燃料流动，当喷射器关闭时会发生高压燃料的泄漏，这种泄漏结束于弹簧室，并且从这里排放到储罐内。

Claims (11)

1.一种用于大型柴油发动机的电控燃料喷射器，包括： 

主体(22)，其具有连接于燃料供给管路(26)并设有锥形阀座(28)的输送室(24)； 

阀针(30)，其延伸穿过所述输送室(24)并具有与所述阀座(28)配合操作的锥形密封面(32)，所述阀针(30)能沿着纵轴(A)在所述锥形密封面(32)邻接于所述锥形阀座(28)的关闭位置和所述锥形密封面(32)与所述锥形阀座(28)间隔开的打开位置之间运动，其中，进入所述输送室(24)的液压产生朝向打开位置推动阀针(30)的第一液力； 

控制室(44)，其通过入口节流器(48)连接于所述燃料供给管路(26)，并且通过出口节流器(52)连接于排放管路(50)，其中，进入所述控制室(44)的液压产生朝向关闭位置推动阀针(30)的第二液力； 

电操作的控制阀(54)，其用于选择性地打开和关闭所述控制室(44)和储罐(14)之间的通过排放管路(50)的液体连通； 

其特征在于，所述入口节流器(48)包括可变阻塞部分(60)，其能够在相应于阀针(30)的完全关闭位置的阻塞位置和相应于阀针(30)的初始打开的非阻塞位置之间运动。 

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述入口节流器(48)包括至少一个能随阀针(30)运动的孔口(84,104,106)，并且所述可变阻塞部分(60)包括形成在能随阀针(30)运动的表面(32；100)和相对于主体(22)固定的表面(28；96)之间的间隙(88；108)。 

3.根据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述入口节流器(48)包括至少一个形成在所述阀针(30)的顶靠着所述锥形密封面(32)的区域内的孔口(84)。 

4.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，所述孔口(84)具有与形成在阀针(30)中的狭长孔(86)连通的径向内端部，所述狭长孔(86)具有通向所述控制室(44)的上端部。 

5.根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，所述孔口(84)具有在所述阀针(30)的锥形密封面(32)上敞开的径向外端部，所述径向外端部处在所述密封面(32)的邻接于阀座(28)的区域的正上方。 

6.根据权利要求2到5中任一项所述的燃料喷射器，其特征在于，所述可变阻塞部分(60)由形成在所述阀针(30)的锥形密封面(32)和所述锥形阀座(28)之间的间隙(88)形成。 

7.根据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于，控制活塞(90)在套筒(92)内滑动式引导并能随阀针(30)运动，所述控制活塞(90)设置在控制室(44)和阀针(30)之间。 

8.根据权利要求7所述的燃料喷射器，其特征在于，所述入口节流器(48)包括形成在所述套筒(92)的柱形内表面(96)上的第一环形槽(94)和形成在所述控制活塞(90)的柱形外表面(100)上的第二环形槽(98)。 

9.根据权利要求8所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一环形槽(94)通过形成在所述套筒(92)上的第一孔口(102)连接于燃料供给管路(26)，并且所述第二环形槽(98)通过形成在所述控制活塞(90)内的第二孔口(104)和第三孔口(106)连接于控制室(44)。 

10.根据权利要求9所述的燃料喷射器，其特征在于，在所述阀针(30)的关闭位置中，所述第一环形槽(94)和第二环形槽(98)彼此错开，而在所述阀针(30)的初始打开位置中，所述第一环形槽(94)和第二环形槽(98)至少部分地交叠。 

11.根据权利要求8到10中任一项所述的燃料喷射器，其特征在于，所述可变阻塞部分(60)由形成在所述套筒(92)的柱形内表面(96)和所述控制活塞(90)的柱形外表面(100)之间的环形间隙(108)形成。