CN101558231B - 内燃机用的燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

一种内燃机用的燃料喷射器，至少包括壳体、阀座(21)、阀杆(16)、雾化器(5)、以及切除元件(27)。该雾化器具有中心孔(22)，多个喷嘴孔(31)自所述中心孔延伸穿过该雾化器的侧壁。该切除元件通过该阀杆上的轴承载且包括第一柱形段(28)，所述第一柱形段定位在该雾化器的所述中心孔中以在该阀杆处于关闭位置时关闭燃料进入到所述喷嘴孔的第一组进口中。在该阀杆处于打开位置，经由该切除元件的圆周和该雾化器的所述中心孔之间的通路，将燃料供给到至少所述喷嘴孔的第二组中。该切除元件具有第二柱形段(29)，第二柱形段用于在该阀杆处于所述关闭位置时关闭所述喷嘴孔的第二组进口。

Description

内燃机用的燃料喷射器

技术领域

本发明涉及一种内燃机用的燃料喷射器，至少包括壳体、阀座、阀杆、雾化器、以及切除(cut-off)元件；该雾化器具有中心孔，多个喷嘴孔自所述中心孔延伸穿过该雾化器的侧壁；该阀杆具有阀元件且可在关闭位置和打开位置之间移动，在所述关闭位置，该阀元件抵靠该阀座，在所述打开位置，燃料被允许通过该阀座并到达所述喷嘴孔；该切除元件通过该阀杆上的轴承载且包括第一柱形段，所述第一柱形段定位在该雾化器的所述中心孔中以在该阀杆处于关闭位置时关闭到第一组喷嘴孔的进口的燃料入口。

背景技术

与KR253673B相对应的JP3027191B2阐述了一种内燃机用的燃料喷射器，包括于雾化器中心孔中用于将朝向喷嘴孔的流动通路打开和关闭的可移动阀杆。该阀杆的最前部分具有由轴承载并配合在雾化器的中心孔中的切除元件。在阀杆的关闭位置，切除元件遮蔽中心孔中的喷嘴孔的进口。在阀杆的打开位置，切除元件使喷嘴孔的进口露出并使燃料经由穿过切除元件的一个或一个以上的轴向通路而供给到喷嘴孔中。

与JP3308551B2和CN1093226C相对应的WO 99/53196描述了一种类似的内燃机用尤其两冲程柴油机用的燃料喷射器，包括突伸到相关燃烧室中的雾化器。对于所有喷嘴孔而言，针对燃料进入的条件均大体相同，这导致喷射稳定。进入室脱离雾化器中的中心孔，且至少位于部分喷嘴孔处。所述室的直径比喷嘴孔的直径大。所述进入室以这样的方式来设计，即对于喷嘴孔排中的所有喷嘴孔而言，存在至少相似的长度比。

在现有技术中，燃料喷射器设置有位于轴上的切除元件，所述轴在阀座的前侧上延伸，燃料经由切除元件中的内流动通路而被供给到喷嘴孔。结果，燃料在轴的下部内流动并向前通过切除元件并穿过自由端而流出，在所述自由端，燃料冷却喷嘴中心孔的前端，并由此冷却喷嘴尖端。燃料自中心孔的所述端流出并朝进口流动、直到喷嘴孔。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用可靠性高的燃料喷射器。

鉴于该目的，依据本发明的所述燃料喷射器，其特征在于，在阀杆的打开位置，经由切除元件的圆周和雾化器的中心孔之间的通路，将燃料供给到至少喷嘴孔的第二组中；且该切除元件具有第二柱形段，所述第二柱形段用于在该阀杆处于关闭位置时使所述喷嘴孔的第二组进口与存在于所述中心孔中的位于所述第二柱形段和阀座中间的燃料容积相隔绝。

正如在上面说明书中所提及的，燃料流动穿过切除元件中的内流动通路提供了针对喷嘴尖头的冷却效果。然而，在燃料流出喷嘴孔时的时间点处，来自尖头区域的热已使从中心孔的端部流出并朝着内开口直到喷嘴孔流动的燃料升温，且因为这种加热使得喷嘴孔的该区域处的冷却效果下降。而且基于切除元件内的燃料流动导致的喷嘴壁上和在通向切除元件轴孔中的冷却效果也非常小。本发明提供了定位在切除元件水平的喷嘴壁部分中的重要冷却效果。通过经由切除元件的圆周和中心孔的侧表面之间的通路供给第二组喷嘴孔，喷射燃料的一部分直接流到该通路中并向前流动到第二组喷嘴孔，并强有力地冷却喷嘴壁的内表面；而燃料的另一部分流动到轴中并向前经过切除元件中的内通路而流出，以冷却喷嘴的尖头。这种双流动的组合效果为受热喷嘴壁部分提供了有效的冷却，在侧壁区域中亦是如此。由于后者的冷却，有效地消除了侧壁的过热以及在侧壁内侧上形成碳的风险。而且，结果，增加了燃料喷射器的使用可靠性以及耐用性。

将向进口流动的燃料分到两个不同路径，这在雾化器中产生了更好的冷却效果，这也是因为燃料在比雾化器孔更大的雾化器的内表面上流动。切除元件的外侧也被流动到该通路中的燃料来冷却，而且这降低了第一柱形段中的温度水平。在中心孔内侧上所获得的温度降低，减少了在所述部件上形成碳的风险，而且结果，也降低了切除元件的粘连风险。

因为在燃料喷射器关闭时第二柱形段防止燃料渗入到喷嘴孔中，所以可以无需牺牲切除元件的与在燃料喷射器关闭时避免燃料从喷嘴孔中泄露相关的优点而获得所增加的制冷效果。

在一实施方式中，所述第一组中的喷嘴孔具有于该雾化器的所述中心孔中以第一排布置的进口，而所述第二组中的喷嘴孔具有于该雾化器的所述中心孔中以第二排布置的进口，所述第一排和所述第二排在该雾化器的轴向上间隔开。在这种方式下，可以增加布置在最大角度(例如120度)内的喷嘴孔的总数量，且无须使雾化器的侧壁强度折衷。

在一实施方式中，在该阀杆的所述打开位置，燃料经由该切除元件的至少一个内通路被供给到所述第一排进口、且经由该切除元件圆周上的环形槽被供给到所述第二排进口。当燃料阀处于关闭位置时，圆周上的所述槽也将所述切除元件的周边与中心孔的内侧间隔开，而且在关闭位置时的这种隔离使得在所述雾化器中形成碳的风险非常小。

在一实施方式中，在该阀杆的所述打开位置，经由该雾化器的所述中心孔的第一段，燃料被供给到该切除元件圆周上的所述环形槽，所述第一段的直径大于所述中心孔的包括所述两排进口的第二段。由此，可进一步提高所述冷却效果，因为直径越大，所提供的雾化器的内面积越大，而且随后燃料流动穿过的表面积越大并提供的冷却效果越大。结果，进一步降低了形成碳的风险。

在优选的制造实施方式中，该切除元件的所述第一柱形段和所述第二柱形段具有相同的外径，且所述第一柱形段和所述第二柱形段密封地配合到所述中心孔的所述第二段中。

在一实施方式中，在该阀杆的关闭位置，该切除元件圆周上的所述环形槽遮蔽所述喷嘴孔的所述第一排进口和所述第二排进口。由此，相比于所述切除元件的整个轴向尺寸，所述环形槽的轴向尺寸可以长，由此通过燃料在所述环形槽中流动，可获得良好的冷却效果，由此进一步降低了形成碳的风险。

在优选的制造实施方式中，轴向孔延伸穿过该切除元件的所述第一柱形段和所述第二柱形段并在所述第一柱形段的自由端处敞开，且所述孔经由所述轴中的侧开口与该雾化器的所述中心孔相连通。

在一实施方式中，所述喷嘴孔的所述第一排进口位于在该雾化器的轴向上与该雾化器的所述中心孔的所述第一段和所述第二段之间的肩部相距一距离处，所述距离等于该切除元件的所述第二柱形段与该切除元件的所述第一柱形段的自由端之间的距离。在这种方式下，可获得的是，通过任一排的喷嘴孔来同时进行喷射。

在一实施方式中，所述喷嘴孔布置成成对的相互平行的孔，所述成对的相互平行的孔属于任意一排，且在该雾化器的所述中心孔的相同角位置处具有进口。对于给定总数量的喷嘴孔而言，这增加了喷嘴的强度。

在一实施方式中，在该阀杆的所述打开位置，该切除元件将位于所述喷嘴孔的所述第一排进口和所述第二排进口之间的所述中心孔密闭。由此，利用两排进口之间的切除元件进行的隔绝使平衡各排喷射孔的诸如喷射时间、流动条件、以及喷射容量之类的参数成为可能，由此进一步提高了燃烧。

在一实施方式中，所述喷嘴孔的所述第一排进口和所述第二排进口分别设置在该雾化器的相同轴向位置处，且一排中的喷嘴孔相对于该雾化器的轴向导向成不同角度。由此，可非常精确地控制喷嘴孔的喷射时间，且可同时在雾化器的轴平面内覆盖宽的喷射角度。

附图说明

下面参照完全示意的附图通过实施方式的实例来详细解释本发明，在附图中：

图1是依据本发明一实施方式的燃料喷射器的纵剖视图，

图2和图3分别是处于关闭位置和打开位置时燃料喷射器的前端的放大视图，

图4是雾化器的前端的进一步放大视图，

图5a至图5e为沿成对喷嘴孔的中心轴线的剖视图，

图5f为雾化器的横断面剖视图，以及

图6示出燃料喷射到设有三个燃料喷射器的发动机气缸中。

具体实施方式

图1示出了整体由附图标记1标示的用于将燃料尤其是重燃料油进排喷射的燃料喷射器。所述燃料喷射器包括细长形壳体2，且壳体2设置有：上凸缘3，用于将燃料喷射器1安装到内燃机的气缸上；以及连接器4，用于未示出的将从例如燃料泵或高压储存器中供给加压燃料的燃料供给管。

发动机典型地为两冲程十字头型发动机，用于船舶推进或用于针对电网(grid)的固定发电站。发动机可具有范围例如在150kW-7000kW内的单缸功率，且典型地，单个缸设置有若干个(例如两个、三个或四个)燃料喷射器。

雾化器5突伸穿过所述壳体的前端开口，且在燃料喷射器1被安装在所述发电机上时雾化器5延伸到发动机气缸的燃烧室中。

输送到所述燃料喷射器的燃料，可流动穿过连接器4中的中心孔6和自孔6延伸穿过弹簧引导件8和循环滑块9的中心通道7、直到由循环滑块9和用于循环滑块的引导件11所限定的压力室10。当循环滑块9处于图1所示的向前位置时，循环滑块9的前端将通向通道13的通路12关闭，通道13中心延伸穿过压力管14、压力元件15以及阀杆(整体由附图标记16表示)的上部30。在阀杆中，中心通道13经由斜通道17而与主压力室18连通。

主压力室18由阀杆16的上部30和用于上部30的杆引导件19来限定。阀杆16具有阀元件20，阀元件20具有当阀杆处于图1和图2所示的关闭位置时与阀座21贴合的环形阀座面。在该关闭位置，主压力室18和雾化器5中的中心孔22之间不存在流连接。压缩弹簧23紧靠在弹簧盘24，并沿关闭方向经由下弹簧盘25向前压在阀杆16的上部30，由此，阀元件20被密闭地压靠在阀座21上。

当燃料喷射器1处于刚才所述的关闭位置时，上孔6经由弹簧引导件8中的横向通道(未示出)而与围绕弹簧引导件8定位的腔连通，以使预热燃料可在阀1上部中以公知方式进排循环。当将要启动燃料喷射时，在中心通道7和压力室10中的燃料压力升高，使得循环滑块9向上移动并切断弹簧引导件8中的所述横向通道。循环滑块9的移位将打开通路12，且所述燃料压力穿过通道13和斜通道17而传播到主压力室18。

当主压力室18中的燃料压力达到燃料喷射器的打开压力(由弹簧23的预张力确定)时，阀杆向上移动并离开阀座21，且燃料开始流动穿过阀座21并向下流动到雾化器5的中心孔22中。

在各种实施方式中，所述的附图标记重复用于具有相同功能的部件。

图2示出了一实施方式，其中，压力元件15的管部延伸到上部30中直到斜通道17附近的位置。阀杆16在轴26中的阀元件20的前侧上延续，轴26延伸到所述雾化器的中心孔中。轴26为细长且在最前端承载有整体由附图标记27表示的切除元件。切除元件具有第一柱形段28和第二柱形段29，其中，柱形段28、29均具有在阀杆处于关闭位置时以流体密封方式配合到雾化器的中心孔内的柱形外表面。

雾化器的壁中设置有多个喷嘴孔31。所述喷嘴孔设置有它们的第一组和第二组的进口32。所述两组进口可以当沿着喷嘴的周向看时不规则的图案布置，或者它们可以设置成一排或若干排，或者，它们可以按照附图所示的以第一排A和第二排B布置。当阀杆处于关闭位置时，第一柱形段28定位在进口32的第一排A处，并延伸到中心孔22的位于第一排进口A和中心孔的底端33之间的端部中，以使第一柱形段切断中心孔的该端部和第一排进口A之间的流连接。当阀杆移位离开阀座直到打开位置时，第一柱形段28被升起以离开第一排进口A，如图3和图4所示。

当阀杆处于该位置时，自主压力室18并穿过阀座21直至中心孔22的燃料总量被分成燃料的第一部分流量D，所述燃料的第一部分流量D进入到侧开口35并流动到轴26内、随后流出到中心孔的底部内，在该底部，燃料流接触底端33并转向到第一排A中的向上流动供入开口31内。

燃料的第二部分流量C继续在轴26的外侧上向前流入到第二柱形段29的圆周和中心孔22的侧壁之间的通路36中。该通路向前延伸穿过柱形段29并进入到第一柱形段28和第二柱形段29之间的区域。

中心流动通路34中心地延伸穿过切除元件直到轴的侧开口35。中心流动通路可以具体实施为单个轴向孔，其从切除元件的自由端延伸至轴中的侧开口35，或者其可替代地实施为从切除元件的自由端起于轴中延伸至侧开口35的几个通路。

雾化器的中心孔22具有第一段22′和第二段22″，第一段22′的直径大于第二段22″的直径。在图2至图4所示的实施方式中，两排A和B均位于第二段22″中。第二段22″的直径仅稍大于第一柱形段28和第二柱形段29的外径，以使所述第二段起到引导件的作用，用于以防止流体流动的方式将切除元件和第一柱形段28及第二柱形段29配合到第二段22″中。

当阀杆从关闭位置移位到打开位置时，第二柱形段29被提升离开第二段22″，直到图3和图4所示的打开位置。图4中，在中心孔22中经过第二柱形段29外侧的燃料流动由箭头C表示。所述流动自环形槽36继续向前流动到进口32的第二排B、并通过具有设置在第二排B中的进口的喷嘴孔流出。

通过如下可完全同时地打开朝向第一排A和第二排B中的进口的流体流动，即通过使第一排A的定位适配于切除元件27的尺寸，以使进口32的第一排A沿雾化器的轴向上与所述雾化器的中心孔的第一段和第二段之间的肩部39形成距离d，所述距离d等于第二柱形段29与切除元件的自由端之间的距离e。

向下流动到环形槽36中并利用第一排B中的进口32送入穿过喷嘴孔而出的燃料流起到冷却雾化器壁材料的作用。经过第二柱形段29并穿过槽36的液流与中心孔22的内表面接触，并由此起到冷却雾化器材料的作用。与利用穿过喷嘴孔的液流可获得的冷却相比，因为中心孔22内表面的面积大，这种冷却效果更大。

另外，流动穿过槽36的流体的冷却效果作用不只作用在定位有喷嘴孔的角扇形(angular sector)，而且作用在所述槽的整个表面上。输入到雾化器中的最高热量位于与定位有喷嘴孔的角扇形相对的区域。而且，这种严重受热影响区域根本不会通过喷嘴孔被冷却，因为在该区域中未定位有任何孔喷嘴孔。这将在与图6相关的说明书中给予更清楚的解释。

当在喷射程序的结尾将阀杆移位到关闭位置时，第二柱形段29沿朝中心孔的底端33的方向移动，以使至少第二柱形段的前部位于第二段22″中、并切断中心孔22的第一段22′和槽36与第二排进口B之间的流连接。

在图2和图3中，发电机气缸的燃烧室由附图标记37来表示，且燃烧室壁面38由虚线示出。燃料喷射器壳体2位于由气缸壁冷却的低温区域，且在所述壳体内的阀座也位于该低温区域。雾化器5的延伸越过燃烧室壁面38直到燃烧室中的自由端位于高度受热影响区域。

为了产生所需的喷射工艺，喷嘴孔31沿不同方向定向。所述不同方向不仅与所谓的水平方向(即沿发电机气缸的周向分配燃料的角度范围)有关，而且与所谓的竖直方向(即沿所述气缸的高向分配燃料的角度范围)有关。

针对所述竖直方向，图5a至图5e示出了喷嘴孔的不同竖向上倾斜角度α。所表示的竖向上倾斜角度α测量为喷嘴孔的纵轴与水平方向(垂直于柱形孔的中心轴线)之间的夹角。竖向上倾斜角度可为一个喷嘴孔与另一个喷嘴孔不同。为了给出相关变型的例子，图5a所示的喷嘴孔具有的角度α可为30°，图5b所示的喷嘴孔具有的角度α可为20°，图5c所示的喷嘴孔具有的角度α可为40°，图5d所示的喷嘴孔具有的角度α可为10°，而图5e所示的喷嘴孔具有的角度α可为30°。尽管，针对彼此竖向上定位的喷嘴孔，在技术上可采用不同的竖向倾斜角度，但是优选地，所述喷嘴孔设置成使属于任一排的孔成对相互平行。其结果是，在彼此竖向上定位的各对喷嘴孔中的所述喷嘴孔便相互平行。

如图5f所示，喷嘴孔全部定位于仅将喷射器周向的最小部分覆盖的角扇形(angular sector)中。这样做的原因示出在图6中，其示出从上方所视的气缸。气缸设有三个定位成接近发电机气缸周边的燃料喷射器1。单个燃料喷射器仅在面向邻近燃料喷射器的扇形(sector)中喷射燃料。且由前一喷射器喷射的燃料的燃烧所形成的热燃烧区域作用到位于所述前一喷射器的方向上的区域内的雾化器。结果，雾化器被所述前一雾化器的燃烧所加热，并通过由面朝下一个燃料喷射器的喷嘴孔燃料的喷射来冷却。角扇形可以由在彼此偏离最大的方向上延伸的两个喷嘴孔之间的最大水平角度β来定义。水平角度β通常小于120°，且优选地小于100°。

在随附专利的权利要求书的范围内可有各种变型。为了给出实例，所述燃料喷射器无需为具有压缩弹簧23的类型。替代压缩弹簧，阀杆在打开和关闭位置之间的移动可以由燃料压力或者采用公知的控制油来液压控制。如果燃料不是重燃料油，则可以无需循环滑块9。而且，雾化器的中心孔可以沿其整个长度而具有一致的内径，且进口32可以以不成排的方式来布置，诸如，均匀地分布在中心孔的柱形表面上或者以V形或其它方便的非线性形状来分布。

Claims (10)

1.一种内燃机用的燃料喷射器，至少包括壳体、阀座、阀杆、雾化器、以及切除元件；所述雾化器具有中心孔，多个喷嘴孔自所述中心孔延伸穿过所述雾化器的侧壁；所述阀杆具有阀元件且能在关闭位置和打开位置之间移动，在所述关闭位置，所述阀元件的环形阀座区域抵靠所述阀座，在所述打开位置，燃料被允许通过所述阀座并到达带有所述喷嘴孔的所述中心孔；所述切除元件通过所述阀杆上的轴承载且包括第一柱形段和第二柱形段，所述第一柱形段定位在所述雾化器的所述中心孔中以在所述阀杆处于关闭位置时关闭到第一组喷嘴孔的进口的燃料入口，所述第二柱形段用于在所述阀杆处于所述关闭位置时使第二组喷嘴孔的进口与在所述第二柱形段和所述阀座之间存在于所述中心孔中的燃料容积相隔绝，并且轴向孔延伸穿过所述切除元件的所述第一柱形段和所述第二柱形段并在所述第一柱形段的自由端处敞开，所述第一组中的喷嘴孔具有在所述雾化器的所述中心孔中以第一排布置的进口，所述第二组中的喷嘴孔具有在所述雾化器的所述中心孔中以第二排布置的进口，其特征在于，在所述阀杆的所述打开位置，所述切除元件中的所述轴向孔通过所述轴中的侧开口与所述雾化器的所述中心孔相连通，流到所述中心孔中的燃料被分为通过在所述切除元件的圆周和所述雾化器的中心孔之间的通路供给到所述喷嘴孔的第二组的燃料流和通过所述切除元件的轴向孔供给到所述以第一排布置的进口的燃料流。

2.依据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一排和所述第二排在所述雾化器的轴向上间隔开。

3.依据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于，在所述阀杆的所述打开位置，燃料经由所述切除元件的圆周上的环形槽被供给到所述以第二排布置的进口。

4.依据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，在所述阀杆的所述打开位置，通过所述雾化器的所述中心孔的第一段，燃料被供给到所述切除元件的圆周上的所述环形槽，所述第一段的直径大于所述中心孔的第二段的直径，所述第二段包括所述喷嘴孔的两排进口。

5.依据权利要求4所述的燃料喷射器，其特征在于，所述切除元件的所述第一柱形段和所述第二柱形段具有相同的外径，且所述第一柱形段和所述第二柱形段密封地配合到所述中心孔的第二段中，所述第二段包括所述喷嘴孔的两排进口。

6.依据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于，在所述阀杆的关闭位置，所述切除元件的圆周上的所述环形槽遮蔽所述以第一排布置的进口和所述以第二排布置的进口。

7.依据权利要求5所述的燃料喷射器，其特征在于，所述以第一排布置的进口位于在所述雾化器的轴向上与在所述雾化器的所述中心孔的所述第一段和所述第二段之间的肩部相距一距离处，且所述距离等于从所述切除元件的所述第二柱形段到所述切除元件的所述第一柱形段的自由端的距离。

8.依据权利要求1-7中任一项所述的燃料喷射器，其特征在于，所述喷嘴孔布置成成对的相互平行的孔，所述成对的相互平行的孔属于任意一排，且在所述雾化器的所述中心孔的相同角位置处具有进口。

9.依据权利要求1-7中任一项所述的燃料喷射器，其特征在于，在所述阀杆的所述打开位置，所述切除元件将位于所述以第一排布置的进口和所述以第二排布置的进口之间的所述中心孔密闭。

10.依据权利要求1-7中任一项所述的燃料喷射器，其特征在于，所述以第一排布置的进口设置在所述雾化器的相同轴向位置处，所述以第二排布置的进口设置在所述雾化器的相同轴向位置处，且一排中的喷嘴孔相对于所述雾化器的轴向导向成不同角度。

Images