用于将低闪点燃料喷入内燃机的燃烧室中的燃料阀的制作方法
【专利摘要】一种燃料阀(50)，用于将低闪点液体燃料喷入大型二冲程涡轮增压自燃式内燃机的燃烧室中。所述燃料阀(50)设有：细长燃料阀壳体(52)；燃料进口(53)；致动液口(78)；具有关闭位和开启位的轴向可移动阀针(61)；燃料室(58)；容纳于第一孔道(81)中的泵活塞(80)和泵室(82)；容纳于第二孔道(84)中的致动活塞(83)和致动室(85)；所述泵活塞(80)连接至所述致动活塞(83)，所述泵室(82)具有经单向阀(74)连接至所述燃料进口(53)的入口和连接至所述燃料室(58)的出口，所述单向阀(74)在所述细长燃料阀壳体(52)中阻止从所述泵室(82)向所述燃料进入口(53)流动。
【专利说明】
用于将低闪点燃料喷入内燃机的燃烧室中的燃料阀
技术领域
[0001]本发明涉及用于将低闪点燃料喷入大型低速单向流涡轮增压二冲程内燃机的燃烧室中的燃料阀。
【背景技术】
[0002]十字头式的大型低速涡轮增压二冲程自燃式内燃机通常用于大型船舶的推进系统或作为发电厂的原动机。这些发动机常常是用重燃油运行。
[0003]近来，需要能够操作替代型燃料诸如煤气、甲醇、煤浆、石油焦等的大型涡轮增压二冲程自燃式内燃机。低闪点燃料是需求渐增的一组燃料。
[0004]许多低闪点燃料，例如甲醇、LPG、DME或生物燃料是相对洁净燃料，与例如使用重燃油作为燃料相比，当这些燃料用作大型低速单向流涡轮增压二冲程自燃式内燃机的燃料时，其使得含硫组分、NOx和C02在废气中的水平大大降低。
[0005]然而，与在大型低速单向流涡轮增压二冲程自燃式内燃机中使用低闪点燃料相关联的问题是存在的。这些问题之一为低闪点，如果低闪点燃料泄漏至该发动机的一个其他系统中并与另一流体相混，则低闪点引起巨大问题，比如以润滑油系统为例。低闪点燃料天性易燃，且其蒸汽极易形成爆炸性混合物。因而，一旦低闪点燃料能够进入该发动机的其他系统，为安全起见则必须停止该发动机的操作并净化或更换这一系统中的全部液体，对该发动机的操作者来说代价高且处理繁琐。
[0006]已知燃料阀的构造，由于阀针和底座的设计常常具有来自阀针轴和引导该轴的孔道的泄露。因此，向该轴和该孔道之间的间隙施以一定量的加压密封液‘密封油’，用于密封目的和润滑目的。为了保持泄漏最小化，间隙以非常窄的容差被保持尽可能小，但是此小间隙需要轴和孔之间的润滑。
[0007]在密封油和燃料已经相混从而在系统中引起异常的情况下，这两种流体的分离困难，在润滑油系统中检测燃料将导致发动机关闭，并且常常难以查找根本原因。
[0008]另一安全相关的问题是船级社的要求，当发动机不在低闪点燃料下运行时，例如当发动机不运行或当其是双燃料发动机在另一燃料类型下运行时，低闪点燃料不允许遗留在燃料阀和通向燃料阀的管道系统中。因而，必须为清洗燃料阀和通向燃料阀的管道预作安排。
[0009]这些低闪点燃料的另一挑战是他们的润滑性能较差，这在不使用润滑液的情况下阻碍了运动部件间细小间隙的使用。
[0010]大型低速单向流涡轮增压二冲程自燃式内燃机通常用于大型远洋货船的推进并且因此可靠性尤为重要。这些发动机的低闪点燃料运行还只是较为近期的研究，低闪点燃料下的运行可靠性还没有达到常规燃料水平。因此，多数大型低速涡轮增压二冲程自燃式内燃机为双燃料发动机，具有用于低闪点燃料运行的燃料系统以及用于燃油运行的燃料系统，以使这些发动机能够在只有燃油下以全功率运行的方式操作。
[0011]由于这些发动机燃料室的直径大，故每一缸提供三个燃料喷射阀，绕中心排气阀以接近120°的角度分立。因而，在双燃料系统情况下，每一缸将存在三个低闪点燃料阀和三个燃油阀，因此，缸的顶盖空间拥挤不堪。
【发明内容】
[0012]鉴于此背景，本申请的目的是提供用于将低闪点液体燃料喷入大型涡轮增压自燃式二冲程内燃机的燃烧室中的燃料阀以克服上述问题或至少减少上述问题。
[0013]根据一个方面，这一目的通过提供将低闪点液体燃料喷入大型低速运行二冲程涡轮增压自燃式内燃机的燃烧室中的燃料阀实现，所述燃料阀包括:
[0014]带后端和前端的细长燃料阀壳体，
[0015]带封闭顶端和多个嘴孔的喷嘴，所述喷嘴布置在所述燃料阀壳体的前端，
[0016]燃料进口，其在所述燃料阀壳体之中用于连接至加压低闪点液体燃料源，
[0017]致动液口，其在所述细长燃料阀壳体之中用于连接至加压致动液源，
[0018]轴向可移动阀针，其可滑动地容纳于所述阀壳体中的纵向针孔道中，所述阀针具有关闭位和开启位，
[0019]所述阀针处于所述关闭位时靠在阀座上，以及所述阀针处于所述开启位时从所述阀座提起并且所述阀针向所述关闭位偏压，
[0020]燃料室，其围绕所述阀针并向所述阀座敞开，并且所述阀座(69)设置在所述燃料室(58)和所述喷嘴(54)之间，
[0021]栗活塞，其容纳于所述阀壳体中的第一孔道中，并且栗室在所述栗活塞一侧位于所述第一孔道中，
[0022]密封液进口，用于连接至加压密封液源，从所述密封液进口延伸至所述第一孔道用以在所述第一孔道中密封所述栗活塞的导管，
[0023]致动活塞，其容纳于所述阀壳体中的第二孔道中，并且致动室在所述致动活塞一侧位于所述第二孔道中，
[0024]所述栗活塞连接至所述致动活塞以与其动作一致，
[0025]所述致动室射流式连接至所述致动液口，
[0026]所述栗室具有经单向阀连接至所述燃料进口的入口和连接至所述燃料室的出口，所述单向阀在所述细长燃料阀壳体中阻止从所述栗室流向所述燃料进口。
[0027]通过提供具有一体式燃料栗和一体式吸入阀的燃料阀，得到能够操作低闪点燃料并克服上述问题或至少减少一些上述问题的燃料阀。还有，由于要连接的外部组件较少，故该燃料阀的安装变得更加紧凑和简单。一体式设计提供了紧凑的燃料阀。
[0028]在第一方面的第一可能的实施方案中，燃料阀还包括选择性允许从所述栗室流向所述燃料进口的装置，用于清洗所述燃料阀。由此，使燃料阀的清洗成为简单的操作。
[0029]在第一方面的第二可能实施方案中，所述选择性允许从所述栗室流向所述燃料进口的装置包括使单向阀的止回功能选择性失效的装置。由此，避免了附加清洗阀的提供且该构造的复杂性降低。
[0030]在第一方面的第三可能性实施方案中，所述单向阀包括能够在开启位和关闭位之间运动的阀构件，所述阀构件弹性或流动性地向所述关闭位偏压，所述阀构件被配置为在所述燃料进口中的压力高于所述栗室中的压力之时向所述开启位推进并在所述栗室中的压力高于所述燃料进口中的压力之时向所述关闭位推进。
[0031]在第一方面的第四可能性实施方案中，同样在所述栗室中存在给定压力之时，所述阀构件被配置为通过控制信号向其开启位运动。
[0032]在第一方面的第五可能性实施方案中，所述可运动的阀构件设有面向控制室的压力表面，所述控制室与所述单向阀相关联，所述控制室射流式(f Iuidi ca11y)连接至控制口，所述控制口在所述细长燃料阀壳体中用于连接至控制液源。
[0033]在第一方面的第六可能性实施方案中，所述单向阀包括设有阀孔道的阀壳体，并且在所述阀孔道中容纳阀构件，所述阀孔道的一端形成所述阀构件的阀盘的底座，并且所述阀盘在所述可运动阀构件处于关闭位时靠在所述阀座上而所述阀盘在所述阀构件处于开启位时从所述阀座提起。
[0034]在第一方面的第七可能性实施方案中，所述控制室布置在所述阀孔道中并且其中所述可运动的阀构件在所述控制室的一侧包括柱塞部。
[0035]在第一方面的第八可能性实施方案中，所述阀壳体包括圆柱形部分且其中在所述细长阀壳体中的配对纵向孔道中容纳所述阀壳体。
[0036]在第一方面的第九可能性实施方案中，所述燃料阀包括专用控制阀，其射流式连接在所述栗室和所述燃料进口之间用于选择性允许从所述栗室流向所述燃料进口以清洗所述燃料阀。
[0037]在第一方面的第十可能性实施方案中，所述控制阀响应于控制信号而打开和关闭。
[0038]在燃料阀的第一方面的第十一可能性实施方案中，所述阀针被配置为在所述燃料室中的压力超过预定阈值时逆对所述偏压从所述关闭位向所述开启位运动。
[0039]在第一方面的第十二可能性实施方案中，所述燃料阀还包括冷却液进口和冷却液出口以及冷却液流路用于冷却燃料喷射阀，特别是最靠近前端的燃料阀部分。
[0040]在第一方面的第十三可能性实施方案中，所述细长阀壳体包括连接至后部分的前部分，所述轴向可移动阀针布置在所述前部分中，在所述后部分中形成所述第一孔道，所述第二孔道以及所述匹配孔道。
[0041]上文的目标还根据通过提供大型低速运行二冲程涡轮增压自燃式内燃机的第二方面实现，所述大型低速运行二冲程涡轮增压自燃式内燃机具有根据第一方面及其任一种实施方案的燃料阀。
[0042]在第二方面的第一可能性实施方案中，所述发动机还包括具有受控压力Pf的加压燃料源、具有受控压力Ps的加压密封液源以及具有受控压力Pc的加压冷却液源，其中Pc高于Pf O
[0043]在发动机的第二方面的第二可能性实施方案中，通向所述燃料进口的导管包括双壁管道，具有输送所述低闪点燃料的内腔和开孔通风并连接至传感器用于检测烃的外腔。
[0044]根据本发明燃料阀和发动机的其他目标、特征、优点和性能从详细描述中将是显而易见的。
【附图说明】
[0045]在本发明的下文详述部分中，将参考附图中所示的示例性实施方式更详细地解释本发明，其中:
[0046]图1为根据示例性实施方式的大型二冲程柴油机的正视图，
[0047]图2为图1的大型二冲程发动机的侧视图，
[0048]图3为根据图1的大型二冲程发动机的示意图，以及
[0049]图4为图1发动机的低闪点液体燃料系统的示例性实施方式的对于一个燃料阀的示意图，
[0050]图5为汽缸图1发动机的低闪点液体燃料系统的示例性实施方式的汽缸上部的示意图的截面图，
[0051]图6为用于根据图1-3的发动机的示例性实施方式的低闪点燃料阀的立式图，
[0052]图7为图6中所示的低闪点燃料喷射阀的截面图，
[0053]图7A示出图7的放大详图，
[0054]图7B示出图7的另一放大详图，
[0055]图8为图6中所示的低闪点燃料喷射阀的不同截面图，
[0056]图9为图6中所不的低闪点燃料喷射阀的另一不同截面图，
[0057]图9A为图9的放大详图，图10为图6中所不的低闪点燃料喷射阀的另一不同截面图，
[0058]图11为图6中所不的低闪点燃料喷射阀的另一不同截面图。
具体实施方案
[0059]在以下的详细描述中，将参考示例性实施方式中的大型二冲程低速涡轮增压内燃(柴油)机描述自燃式内燃机。图1、2和3示出具有机轴42和十字头43的大型低速涡轮增压二冲程柴油机。图3示出具有其进气和排气系统的大型低速涡轮增压二冲程柴油机示意图。在这一示例性实施方式中，该发动机具有联机的四个汽缸I。大型低速涡轮增压二冲程柴油发动机通常具有4和14之间数量的联机的汽缸，由发动机机架13承载。该发动机例如可用作远洋船舶的主发动机或用作固定式发动机用于操作发电站的发电机。该发动机的总体输出例如可以为1,000-110 ,OOOkW的范围。
[0060]这一示例性实施方式中的发动机为二冲程单流型柴油(自燃式)发动机，具有在汽缸I顶部的中央排气阀4和在汽缸I下部区域的扫气口 19。扫气从扫气容纳装置2行进至各个汽缸I的扫气口 19。汽缸I中的活塞41压缩扫气，燃料喷射阀喷射燃料(以下还会详细描述)至汽缸盖(以下还会详细描述)中，随后燃烧并产生废气。当排气阀4打开时，废气流经与汽缸I关联的排气管道进入废气容纳装置3并向前经过第一排气导管18到达涡轮增压器5的涡轮6，废气从该涡轮处经节热器28通过第二排气导管流走至出口 29并进入大气。涡轮6经轴驱动经由空气入口 10供给了新鲜空气的压缩机9。压缩机9递送加压扫气至通向扫气容纳装置2的扫气导管11。
[0061 ]导管11中的扫气经过用于冷气扫气的中间冷却器12。在示例性实施方式中，扫气离开压缩机时接近200°C并被中间冷却器冷却至36和80°C之间。
[0062]冷却的扫气经过辅助风机16，辅助风机16由电机17驱动，并在涡轮5的压缩机9不能为扫气容纳装置2递送足够的压力，S卩，在发动机低或部分载荷状态下时，对扫气流加压。在较高的发动机负载下，涡轮增压器压缩机9递送充分压缩的扫气，于是经单向阀15绕过辅助风机16。
[0063]图4为如下连接的低闪点液体燃料阀50的示意图，其连接至低闪点液体燃料源60、连接至冷却液(油)源59、连接至密封液源57、经控制阀96连接至致动液(油)源97、连接至清洗控制阀98以及致动液控制阀96。导管62自加压低闪点液体燃料源62通向低闪点液体燃料阀50的壳体进口。导管62为双壁导管，例如由同心管或在固体块状材料如汽缸盖48内的管形成。低闪点液体燃料在内腔/内管中输送，且外腔开孔通风并设有用于检测挥发性烃组分的传感器63(嗅探器)。传感器63连接至电子控制单元，当传感器63检测到烃组分时，电子控制单元发出警报。窗口阀61设在导管62之中用于使燃料阀50与低闪点液体燃料源60断开连接以能够清除燃料阀50中的低闪点燃料。窗口阀61优选被电子控制单元以电子方式操作和控制。电子控制阀96控制喷射动作并且控制阀98通过阻止单向阀的关闭来控制清洗。
[0064]图5示出根据示例性实施方式的多个汽缸I之一的顶部。汽缸I的顶盖48设有数个(通常2或3)燃料阀50用于从燃料阀50的喷嘴喷射低闪点液体燃料至汽缸I的活塞41上方的燃烧室中。在这一示例性实施方式中，发动机每一汽缸具有三个低闪点液体燃料阀50，但应当理解，单个或两个低闪点燃料阀50可以够用，取决于燃烧室的大小。排气阀4置于顶盖中央，且低闪点液体燃料阀50更靠近汽缸壁。
[0065]在实施方式(未示出)中，两个或三个燃油阀可设在顶盖48中用于发动机在燃油下的操作。燃油阀以已知的方式连接至高压燃油源。
[0066]使用冷却液比如能够使用系统油(润滑油)的冷却油来冷却最靠近喷嘴且最靠近燃烧室的燃料阀50的前向部分。对此，燃料阀50本体设有冷却液进口和冷却液排出口以及通过燃料阀50本体的前向部分位于进口和排出口之间的流路(未示出)。冷却液进口经导管连接至加压冷却液(如系统油)源59，以及冷却液出口经导管连接至冷却液蓄存器。
[0067]燃料阀50的本体还设有致动液口用于控制燃料阀的开启和关闭。控制口经导管连接至加压致动液源97。电子控制的控制阀96，优选比例阀，放置在加压致动液源97和致动液口之间的导管中用于控制燃料阀50的开启和关闭，S卩，用于控制喷射动作。
[0068]发动机设有电子控制单元来控制发动机的操作。信号线使电子控制单元连接至电子控制阀96和98以及连接至窗口阀61。
[0069]电子控制单元被配置用以为低闪点液体燃料阀50的喷射动作正确计时并用燃料阀50控制低闪点液体燃料的用量(每一喷射动作所喷出的体积)。在一实施方式中电子控制单元被配置为用来控制喷射曲线形状(速率形态)，这是由于燃料阀能够适应这种曲线。
[0070]电子控制单元开启和关闭窗口阀61从而确保供料导管62在燃料喷射动作开始之前填充了加压低闪点液体燃料。
[0071 ]当燃料阀50需要清除低闪点燃料时，电子控制单元关闭窗口阀61。
[0072]图6为燃料阀50的透视图，该燃料阀具有细长阀壳体52、安装于细长阀壳体52前端的喷嘴54、以及用于控制清洗的控制口 36和密封液进口 70。喷嘴54设有多个在喷嘴54之上径向和轴向分布的喷嘴孔56。
[0073 ]图7、8、9、10和11示出用于向自燃式内燃机的燃烧室喷射低闪点燃料的燃料阀50。燃料阀50具有带最后端的细长阀壳体52和在其前端的喷嘴54。喷嘴54为附连至阀壳体52前端的单独的本体。阀壳体52的最后端设有多个端口，包括控制口 36、致动液口 78以及漏气检测口(未示出)。当燃料阀50安装于汽缸盖48中时，最后端被扩大以形成从汽缸盖48伸出的端头。在本实施方式中，燃料阀50绕中央排气阀4放置，即较为靠近圆柱形汽缸衬套的壁。在实施方式中，细长阀壳体52和燃料喷射阀50的其他组件，以及喷嘴由钢如工具钢和不锈钢等制得。
[0074]中空喷嘴54设有连接至喷嘴54中空内部的喷嘴孔56且喷嘴孔56在喷嘴54之上径向地分布。喷嘴轴向地靠近顶端且在本实施方式中喷嘴孔56径向分布在接近50°的较为窄的范围之上。喷嘴孔56的径向取向使得喷嘴孔56指向远离汽缸衬套壁的方向。此外，喷嘴孔56的指向使得他们大致在与的燃烧室中扫气的旋绕方向相同的方向上，燃烧室中扫气的旋绕方向由扫气口的构造所致(这种旋绕是行程流式大型二冲程涡轮增压内燃机的已知特征)。
[0075]喷嘴顶端54在本实施方式中为关闭的。喷嘴54连接至阀壳体52的前端且喷嘴54的中空内部朝壳体52中的孔道敞口。阀座69布置在连接至喷嘴的轴向孔道和燃料室58之间的过渡处。
[0076]轴向可移动阀针61以狭窄的缝隙可滑动地容纳在细长阀壳体52的纵向孔道中，并且轴向可移动阀针61和纵向孔道之间的润滑极为重要。至此，加压密封液经导管(通道)47递送至纵向孔道和阀针间的缝隙。该通道将阀针61和轴向孔道之间的缝隙与密封液进口 70相连接，而该密封液进口反过来能够连接至加压后压力为Ps的加压密封液源57。密封液避免了低闪点燃料向阀针61和轴向孔道之间的缝隙的泄露。此外，密封液，优选为油，提供了阀针61和轴向孔道之间的润滑。在实施方式中，在喷射动作期间密封液源57的压力为至少近乎与栗室82中的最大压力一样高。
[0077]阀针61具有关闭位和开启位。阀针61设有与阀座69匹配成形的锥形截面。在关闭位时，阀针的锥形截面靠在阀座69上。在打开位时，该锥形截面从阀座69提起，且通过预张紧螺旋弹簧38，阀针61弹性向关闭位偏压。预张紧螺旋弹簧38对阀针61施力并使阀针61朝其锥形截面靠在底座69之上的关闭位偏压。
[0078]螺旋弹簧38为螺旋线弹簧，其容纳于细长燃料阀壳体52中的弹簧室88中，冷却油流经弹簧室88。螺旋弹簧38的一端与弹簧室88的一端配合且螺旋弹簧38的另一端与阀针61上的凸缘或加宽部相配合，从而弹性地朝向阀座69驱使阀针。
[0079 ]细长阀壳体52设有燃料进口 53用于连接至加压低闪点液体燃料源60，例如经由低闪点液体燃料供给导管62所连接。燃料进口 53经导管51和单向阀7连接至阀壳体52中的栗室82。单向阀74 (吸入阀)设在阀壳体52内。单向阀74确保液体低闪点燃料能够流经导管51到达栗室82，而不沿相反方向流动。
[0080] 栗活塞80可滑动且密封地容纳于细长燃料阀壳体52中的第一孔道81中且栗室82在第一孔道81中位于栗活塞80的一侧。致动活塞83可滑动且密封地容纳于阀壳体52中的第二孔道84中且致动室85在第二孔道中位于致动活塞83的一侧。栗活塞80连接至致动活塞83以与其动作一致，即，栗活塞80和致动活塞83能够在其各自的孔道81、84中一致地滑动。在本实施方式中栗活塞80和致动活塞83以单个本体实施，然而，需要注意的是，栗活塞80和致动活塞83能够为分开的相互连接的本体。
[0081 ] 在图7B所示的实施方式中，栗活塞80上部的直径D2比栗活塞80下部的直径Dl略为增大。容纳栗活塞80的孔道81上部具有相应增大的直径D2，同时孔道81的下部具有直径Dl。于是，产生了环形室99且栗活塞80的上部形成密封液增压器活塞，其当栗活塞80向下运动时(如图7和7B中的上下)使环形室99的容积减小。环形室99经单向阀91连接至密封液(油)源。当栗活塞80向上运动时环形室99经单向阀91填充密封液，而单向阀21阻止密封液返流并由此密封液被压入栗活塞80和孔道81间的缝隙中。由此，迫使密封液从环形室99进入栗活塞80和孔道81之间的缝隙，从而防止低闪点燃料进入栗活塞80和孔道81之间的缝隙。通过选取栗活塞80下部的缝隙略微大于栗活塞80上部的缝隙，能够确保大多数密封液经该缝隙流向栗室82。过多的密封液将与栗室中的燃料相混并被燃烧掉。
[0082]致动室85射流式连接至致动液口 78。电子控制阀96控制加压致动液流向致动液口78或从致动液口 78流出并从而控制其流向致动室85或从致动室85流出。
[0083]在喷射动作的开始，电子控制单元命令电子控制阀96以允许致动液进入致动室85。致动室85的加压致动液对致动活塞83施力，从而产生驱使栗活塞81进入栗室82的力。因此，栗室82中低闪点液体燃料的压力上升。在实施方式中，致动活塞83的直径大于栗活塞80的直径并由此栗室82内的压力将相应地高于致动室85内的压力，并且致动活塞83和栗活塞80的组合起到增压器的作用。
[0084]一个或多个通道(导管)57将栗室82射流式连接至燃料室58并因此连接至位于燃料室底部的阀座69。阀座69面向围绕阀针61的燃料室58。阀针61被配置为远离喷嘴54运动以获得提起，并朝喷嘴54运动以减小提起。在其开启位，阀针61从底座69提起从而允许低闪点液体燃料从栗室82流向燃料室58，经过阀座69并流经轴向孔道到达喷嘴54的中空内部。低闪点液体经喷嘴孔56离开喷嘴。
[0085]当栗室82内低闪点液体燃料的压力超过螺旋弹簧38的力时，阀针61得以提起。因而，阀针61被配置为当栗室82内燃料的压力超过预定阈值时，逆对弹簧38的偏压而开启。燃料内的压力由栗活塞80施于栗室82内低闪点液体燃料上的力所致。
[0086]阀针61被配置为偏压以朝喷嘴54运动，并且锥形截面朝阀座69运动。这发生在低闪点液体燃料内的压力降低之时，此时栗活塞80不再对栗室82内的燃料施力且螺旋弹簧38对阀针61的闭合力变得大于低闪点液体燃料对阀针61的开启力。
[0087]当电子控制单元终止喷射动作时，它命令电子控制阀96将致动室85连接至贮槽。栗室82连接至加压低闪点液体源60并且经单向阀74流入的低闪点液体燃料的供给压力将驱使致动活塞83进入致动室85直到它到达图7中所示的位置为止并且栗室82被低闪点液体燃料完全填充使得燃料阀50为下一次喷射动作就绪。图8示出栗室80的主要部位耗尽了低闪点液体情况下喷射动作接近终止时栗活塞82的位置以及致动位置83。
[0088]电子控制单元ECU通过激活定时和栗活塞82的冲程长度(速率形态)控制低闪点燃料的喷射动作。低闪点液体燃料在一次喷射动作中的喷射量由栗活塞80的冲程长度确定。因此，根据来自电子控制单元的信号，致动室85中致动液的压力上升。
[0089]喷射动作终止时，电子控制阀96去除来自致动室85的压力并且栗室82中加压低闪点液体燃料的力致使致动活塞83在第二孔道85中向回推进直到它碰到第二孔道85末端为止且栗室82完全被低闪点液体燃料填充，于是燃料阀50为下一次喷射动作准备就绪。
[0090]在一实施方式(未示出)中，燃料阀50包括由存在两种不同直径的柱塞形成的增压器，并且柱塞的大直径部面向具有连接至控制阀96的端口的腔室以及柱塞的较大直径部面向具有连接至导管(通道)51和47的端口的腔室以使燃料喷射动作期间密封压力增加，从而确保密封液压力准时在最需要提供高密封压力的时间是高的。[0091 ]燃料阀50设有用于连接至加压密封液源的密封液(油)进口 70并设有导管51，导管51自密封液进口 70延伸至第一孔道81用于在第一孔道81中密封栗活塞80。在一实施方式中，密封液源57的压力为至少与喷射动作期间栗室80内的最大压力近乎齐高。
[0092]在一实施方式中，燃料阀50设有选择性允许从栗室82流向燃料进口53的装置，从栗室82燃料进口的流动用于清洗燃料阀50。该选择性允许从栗室82流向燃料进口 53的装置包括选择性使单向阀74(吸入阀)的止回功能失效的装置。
[0093]如图7A所示，单向阀74设有能够在开启位和关闭位之间运动的阀构件77。阀构件77通过预张紧的螺旋弹簧39向关闭位偏压。阀构件77被配置为在燃料进口 53内的压力高于栗室82内的压力时向开启位驱行并且阀构件77被配置为在栗室82内的压力高于燃料进口53内的压力时通过螺旋弹簧39的力向关闭位驱行。阀构件77在其一个纵向端部处设有阀头89，同时在其相对的纵向端部处螺旋弹簧39配合阀构件77。阀构件77可滑动地且密封地容纳在单向阀壳体75的孔道76中。阀孔道的一端形成阀构件77的阀盘89的底座79，并且阀盘89在可运动阀构件的关闭位时靠在阀座79上，以及阀盘89在阀构件77的开启位时从阀座79提起。
[0094]阀构件77被配置为通过控制信号向其开启位运动，而与栗室82内的压力无关。对此，可运动的阀构件77设有面向单向阀74中的控制室73的压力面。
[0095]控制室73布置在阀孔道76中并且可运动阀构件77在控制室73的一侧包括柱塞段。单向阀壳体75包括圆柱形部分并且单向阀壳体75容纳于细长阀壳体52的匹配纵向孔道中。
[0096]控制室73经通道(未示出)射流式连接至细长燃料阀壳体52的控制口36以连接控制液源。控制口 36经导管从致动液源97接收控制液，该导管包括受电子控制的控制阀98，优选为开/关型控制阀。控制阀98连接至电子控制单元并且电子控制单元命令控制阀98在清洗燃料阀50的时刻向其开启位运动。控制口 36经通道或导管34连接至单向阀74的控制室73 ο当电子控制单元命令控制阀98向其开启位运动时，加压控制/致动液(油)将到达控制室73并迫使阀构件77逆对螺旋线弹簧39的力而移向开启位，并且阀构件77还在液体从栗室82流向低闪点燃料口 53，S卩，逆对单向阀74正常堵塞的方向时，处于开启位中。这使得燃料阀50被清除低闪点燃料。
[0097]阀针69被配置为在燃料室82中的压力超过预定阈值时逆对偏压地从关闭位向开启位运动。预定阈值设定在适当的喷射压力处，该适当的喷射压力低于能够在栗室82中产生的最大压力。
[0098]在一实施方式中，细长阀壳体52设有冷却液进口45和冷却液出口32以及冷却液流路44，用于冷却来自燃烧室的热以及燃料喷射阀50特别是燃料阀50最靠近前端例如最靠近喷嘴的部分。在一实施方式中冷却液为来自发动机的系统润滑油。在一实施方式中，冷却液流路包括容纳螺旋弹簧38的弹簧室88。在一实施方式中冷却液流路连接至导管37，导管37与阀孔道76连接用于向阀构件77和阀孔道76之间的缝隙提供密封液。为此，低闪点燃料源60的压力Pf略为低于冷却液源59的压力PC。
[0099]在一实施方式中，细长阀壳体52包括连接至后部分35的前部分33。轴向可移动阀针61设置在前部分33中，第一孔道81、第二孔道84和匹配纵向孔道在后部分35中形成。
[0100]在一实施方式中，燃料阀50设有导管47，导管47自密封液进口70延伸至纵向针孔道64用于在纵向针孔道64中密封阀针。[0101 ]在一实施方式中，燃料阀50设有专用控制阀，该专用控制阀射流式连接在栗室82和燃料进口 53之间用以选择性允许从栗室82流向燃料进口 53以清洗燃料阀50.这一控制阀优选响应于控制信号而打开和关闭。在这一实施方式中，需要提供选择性使单向阀74的止回功能失效的装置。
[0102]在这一实施方式中，燃料阀50设有密封液增压器(未示出)，该增压器具有连接至致动液口的致动室。优选地，燃料阀50设有增压室，该增压室经单向阀(未示出)连接至密封液进口 70并与第一孔道81和栗活塞80之间的缝隙连通。密封液增压器被配置为在栗活塞(80)的栗冲程(pump stoke)期间使密封液增压并保持密封液增压后的压力在高于在栗室82中的压力下变化并在燃料喷射动作期间的任意时刻都如此。优选地，密封液增压器被配置为使密封液增压至高于栗室82内燃料的最大压力。
[0103]在一实施方式中，密封液源具有受控压力Psl，液体燃料源具有受控压力Pf，并且Psl高于Pf。在这一实施方式中，在栗冲程期间受控压力Psl可低于栗室82内的最大压力。这一情况下，Psl、缝隙大小以及栗冲程期间栗室82内的最大压力为依据彼此而选取以使低闪点液体燃料进入该缝隙并沿栗活塞80的一部分长度而不是全部长度替换密封液并且其中在另一栗冲程发生之前密封液替换缝隙中基本上全部的低闪点燃料，使得在密封油系统本身内不存在任何一点点的低闪点燃料。
[0104]如权利要求中所用的术语“包括”并不排除其他元件或步骤。如权利要求中所用的术语“一个”并不排除多个的情况。电子控制单元可以实现权利要求中所述的一些装置的功會K。
[0105]权利要求中所用的参考标记不应解释为对范围的限制。
[0106]虽然出于说明目的详细描述了本发明，但应当理解，这些详细说明仅用于说明目的，并且在不背离本发明范围的情况下本领域技术人员能够在其中进行各种变型。
【主权项】
1.一种燃料阀(50)，用于将低闪点液体燃料喷入大型低速运行二冲程涡轮增压自燃式内燃机的燃烧室中，所述燃料阀(50)包括: 具有后端和前端的细长燃料阀壳体(52); 具有封闭顶端和多个嘴孔(56)的喷嘴(54)，所述喷嘴(54)布置在所述细长燃料阀壳体(52)的所述前端； 燃料进口(53)，其在所述细长燃料阀壳体(52)之中用于连接至加压低闪点液体燃料源(60); 致动液口(78)，其在所述细长燃料阀壳体(52)之中用于连接至加压致动液源(60); 轴向可移动阀针(61 )，其可滑动地容纳于所述细长燃料阀壳体(52)的纵向针孔道(64)中，所述阀针(61)具有关闭位和开启位，所述阀针(61)处于所述关闭位时靠在阀座(69)上，以及所述阀针(61)处于所述开启位时从所述阀座(69)提起并且所述阀针(61)向所述关闭位偏压； 燃料室(58)，其围绕所述阀针(61)并向所述阀座(69)敞开，并且所述阀座(69)设置在所述燃料室(58)和所述喷嘴(54)之间； 栗活塞(80)，其容纳于所述阀壳体(52)中的第一孔道(81)中，并且栗室(82)在所述第一孔道(81)中位于所述栗活塞(80) —侧； 致动活塞(83)，其容纳于所述阀壳体(52)中的第二孔道(84)中，并且致动室(85)在所述第二孔道(84)中位于所述致动活塞(83)—侧，所述栗活塞(80)连接至所述致动活塞(83)以与其动作一致，所述致动室(85)射流式连接至所述致动液口(78)，所述栗室(82)具有经单向阀(74)连接至所述燃料进口(53)的入口和连接至所述燃料室(58)的出口，所述单向阀(74)在所述细长燃料阀壳体(52)中阻止从所述栗室(82)向所述燃料进口( 53)流动。2.根据权利要求1所述的燃料阀，还包括选择性允许从所述栗室(82)流向所述燃料进口(53)的装置，所述从所述栗室(82)流向所述燃料进口(53)是用于清洗所述燃料阀(50)。3.根据权利要求1所述的燃料阀，其中所述选择性允许从所述栗室(82)流向所述燃料进口(53)的装置包括使所述单向阀(74)的止回功能选择性失效的装置。4.根据权利要求1、2或3所述的燃料阀，其中所述单向阀(74)包括能够在开启位和关闭位之间运动的阀构件(77)，所述阀构件(77)向所述关闭位偏压，所述阀构件(77)被配置为在所述燃料进口(53)中的压力高于所述栗室(82)中的压力之时向所述开启位推进并在所述栗室(82)中的压力高于所述燃料进口(53)中的压力之时向所述关闭位推进。5.根据权利要求4所述的燃料阀门，其中同样在所述栗室(82)中存在给定压力之时，所述阀构件(77)被配置为通过控制信号向其开启位运动。6.根据权利要求5所述的燃料阀门，其中所述可运动的阀构件(77)设有面向控制室(73)的压力表面，所述控制室(73)与所述单向阀(74)相关联，所述控制室(73)射流式连接至控制口( 36)，所述控制口( 36)在所述细长燃料阀壳体(52)中用于连接至控制液源(97、98)。7.根据权利要求4或6所述的燃料阀，其中所述单向阀(74)包括设有阀孔道(76)的阀壳体(75)，并且在所述阀孔道(76)中容纳所述可运动的阀构件(77)，所述阀孔道的一端形成所述阀构件(77)的阀盘(89)的底座(79)，并且所述阀盘(89)在所述可运动阀构件的关闭位时靠在所述阀座(79)上而所述阀盘(89)在所述阀构件(77)的开启位时从所述阀座(79)提 起。8.根据权利要求7所述的燃料阀，其中所述控制室(73)布置在所述阀孔道(76)中并且其中所述可运动的阀构件(77)在所述控制室的一侧包括柱塞部。9.根据权利要求7或8所述的燃料阀，其中，所述阀壳体(75)包括圆柱形部分以及其中在所述细长阀壳体(52)中的匹配纵向孔道中容纳所述阀壳体(75)。10.根据权利要求2所述的燃料阀(50)，包括专用控制阀，其射流式连接在所述栗室(82)和所述燃料进口(53)之间用于选择性允许从所述栗室(82)流向所述燃料进口(53)以清洗所述燃料阀(50)。11.根据权利要求10所述的燃料阀(50)，其中所述控制阀响应于控制信号而打开和关闭。12.根据前述权利要求任一项所述的燃料阀(50)，其中所述阀针(69)被配置为在所述燃料室(82)中的压力超过预定阈值时逆对所述偏压从所述关闭位向所述开启位运动。13.根据前述权利要求任一项所述的燃料阀(50)，还包括冷却液进口和冷却液出口以及冷却液流路(44)用于冷却燃料喷射阀(50)，特别是最靠近所述前端的燃料阀(50)部分。14.根据前述权利要求任一项所述的燃料阀(50)，其中所述细长阀壳体(52)包括连接至后部分(35)的前部分(33)，所述轴向可移动阀针(61)布置在所述前部分(33)中，在所述后部分(35)中形成所述第一孔道(81)，所述第二孔道(84)以及所述匹配纵向孔道。15.根据前述权利要求任一项所述的燃料阀(50)，还包括导管(47)，其从所述细长燃料阀壳体(52)中的密封液进口(70)延伸至所述纵向针孔道(64)用于在所述纵向针孔道(64)中密封所述阀针(61)。16.根据前述权利要求任一项所述的燃料阀(50)，还包括用于连接至加压的密封液源(57)的密封液进口(70)，从所述密封液进口(70)延伸至所述第一孔道(81)的用于在所述第一孔道中密封所述栗活塞(80)的导管(30)。17.—种大型低速运行二冲程涡轮增压自燃式内燃机(I)，其包括根据前述权利要求任一项所述的燃料阀(50)。18.根据权利要求17所述的燃料阀(50)，还包括具有受控压力Pf的加压燃料源、具有受控压力Ps的加压密封液源以及具有受控压力Pc的加压冷却液源，其中Pc高于Pf。19.根据权利要求17或18所述的燃料阀(50)，其中通向所述燃料进口(53)的导管(62)包括双壁管道，具有输送所述低闪点燃料的内腔和开孔通风并连接至传感器(63)用于检测挥发性烃的外腔。
【文档编号】F02M53/04GK105986944SQ201610146137
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】P·哈根
【申请人】曼柴油机欧洲股份公司曼柴油机德国分公司