专利名称：用于大型涡轮增压二冲程柴油发动机的燃料阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于大型涡轮增压二冲程柴油发动机的燃料阀，特别涉及用于具有十字头的大型涡轮增压流入式(inflow) 二冲程柴油发动机的电子控制的燃料阀。
背景技术：
典型地，具有十字头的大型涡轮增压二冲程柴油发动机用作例如集装箱货船的大型远洋船舶中或发电厂中的原动机。典型地，这些发动机配备有布置在各汽缸盖中的两个或三个燃料阀。燃料阀配备有弹簧偏置的可轴向移动的阀针，所述阀针充当可移动的阀构件。当燃料(典型地，重燃料油)的压力超过预设压力(典型地，350Bar)时，可轴向移动的阀针从其阀座被升起，且允许燃料通过燃料阀前方的喷嘴流入燃烧室中。 传统的喷嘴具有纵轴线，该纵轴线布置成大致与发动机的汽缸中的活塞的运动方向成10至15度的角度，且喷嘴配备有中心孔以及多个喷嘴孔，多个喷嘴孔引导燃料离开汽缸壁并进入燃烧室。典型地，在喷射时，燃烧室内的空气中存在漩涡，尽管可能有一些喷嘴孔旨在逆着漩涡流喷射燃料，大多数喷嘴孔旨在随着漩涡流喷射燃料。一种已知的这类燃料阀为MAN Diesel的滑动燃料阀，该燃料阀具有使残余燃料的针阀压力室体积(sac volume)最小化的设计。该已知的燃料阀具有两个位置在使用中随着所有的喷嘴孔打开或闭合。可轴向移动的阀针的位置由位于上述可轴向移动的阀针上方的阀壳体中的压力室控制。压力室通过节流连接部永久地连接至高压燃料源，且通过可闭合的节流连接部连接至排出道(drain)。这种结构导致阀打开期间的大量的排出损失，且导致燃料阀的闭合和打开速度相对较慢。对降低排放和改进比燃料消耗率(SFC)的持续需求需要进一步开发燃料喷射系统。改进的精度以及更快的打开和闭合运动为关键因素。当以气体燃料操作发动机时，双燃料发动机需要喷射相对少量的燃料以用于引燃喷射。现有技术不允许将用于燃料油运行的喷射阀用作引燃喷射，且反之亦然，这种附加的小型引燃喷射阀用于引燃喷射，这表示与仅可对燃料油操作的传统发动机相比，双燃料发动机具有双倍数量的燃料阀。
发明内容
在此背景下，本申请的目的在于，提供一种燃料阀，该燃料阀可以至少部分地满足上述要求，且至少部分地克服上述缺点。通过提供用于将燃料喷射到大型二冲程柴油发动机的燃烧室中的燃料阀来实现该目的，该燃料阀包括燃料阀壳体；带有轴向孔和封闭前端的细长喷嘴；用于连接至高压燃料源的高压燃料入口 ；将高压燃料入口连接至喷嘴的管道；弹性偏置且可轴向移动的阀针，其与燃料阀壳体中的阀座相配合，且被设置为控制燃料从高压燃料入口至喷嘴的流动，由此，该轴向可移动的阀针的升高允许从高压燃料供给口至喷嘴的流动；轴向和径向分布在喷嘴之上的多个喷嘴孔；配汽轴，其与阀针一致地(in unison with)运动，且可轴向移位地容纳在喷嘴中的中心孔内，以用于打开和闭合喷嘴孔；所述多个喷嘴孔轴向地分布，以使打开的喷嘴孔的数量随着阀针和配汽轴的增大的提升高度而增加，使得通过可轴向移动的阀针的升高量来确定打开多少喷嘴孔；以及可操作连接至所述可轴向移动的阀针的电子液压线性驱动器，用于提供可轴向移动的阀针的升高，该线性驱动器响应控制信号来控制可轴向移动的阀针的升高量，该电子液压驱动器包括作用在液压阀上的电动操作驱动器，且该液压阀控制流向和流自该可操作地连接至阀针的线性液压驱动器的流动。通过提供阀升高量与喷射事件期间打开的喷嘴孔的数量之间的关系，以及通过提供线性驱动器，控制喷射事件期间打开的喷嘴孔的数量成为可能。当双燃料发动机以诸如天然气的气体燃料运行时，对于用于双燃料发动机所需的引燃喷射的相当少量的燃料油喷射来说，这是特别有利的。因此，使用大型二冲程双燃料柴油发动机的燃料阀成为可能，所述燃料阀在气体作用期间用于燃料油(即重燃料油)操作，该燃料油操作用于引燃油(pilotoil)的喷射(引燃喷射)。 通过使用电子液压线性驱动器，可以快速且精确地控制阀针的位置。在一实施方式中，线性驱动器响应于控制信号而控制可轴向移动的阀针的升高量。在另一实施方式中，线性驱动器至少部分地并入可轴向移动的阀针中。对此，线性驱动器可包括可操作地耦合到驱动片轴上的线性电动机，该驱动片轴容纳在可轴向移动的阀针的轴向孔内。优选地，线性驱动器包括可操作地耦合到驱动片轴上的线性电动机，所述驱动片轴容纳在可轴向移动的阀针的驱动部分的轴向孔内；所述驱动片轴为所述液压阀的部件，且被设置为控制流向和流自所述液压线性驱动器的流体的流动。在一实施方式中，线性驱动器的壳体刚性地连接至燃料阀壳体，且线性电动机的输出轴可操作地连接至驱动片轴。燃料阀还可包括布置在可轴向移动的阀针之上的阀壳体中的压力室，其用于在增压时朝向阀座驱动所述可轴向移动的阀针，其中所述驱动片轴被设置为根据驱动片轴相对于可轴向移动的阀针的位置，要么将压力室连接至高压燃料入口或排出道，要么封闭压力室。优选地，驱动片轴与可轴向移动的阀针中的多个口配合，所述口分别将高压燃料入口连接至排出道和压力室。在一实施方式中，所述口和驱动片轴被设置为使得所述可轴向移动的阀针跟随驱动片轴、相对于阀壳体做轴向运动。优选地，液压阀为比例阀。在一实施方式中，线性电动机提供输出轴位置信号，或，其中，位置传感器耦合至线性电动机的输出轴或耦合至驱动片轴。在另一实施方式中，线性电动机提供输出轴位置信号，或，其中，位置传感器耦合至线性驱动器的输出轴或耦合至驱动片轴。优选地，配汽轴的内部是中空的，且当阀针从其阀座被升高时，该中空的内部被连接至燃料阀的入口。
优选地，由阀针的升高量来确定通过喷嘴孔的流动面积(flow area)ο在一实施方式中，燃料阀包括布置在可轴向移动的阀针之上的阀壳体中的压力室，用于在增压时朝向阀座驱动所述可轴向移动的阀针，线性电动机可操作地耦合至驱动片轴，该驱动片轴容纳在可轴向移动的阀针中的轴向孔中，所述驱动片轴被设置为根据驱动片轴相对于可轴向移动的阀针的位置，要么将压力室连接至高压燃料入口或排出道，要么封闭压力室。通过详细的说明，根据本发明的燃料阀的其他目的、特征、优点和特性将变得显而易见。
在接下来的本发明的详细说明部分中，将参考附图中示出的示例性实施方式更加详细地解释本发明，其中 图I为燃料阀的示例性实施方式的纵剖面，图2为燃料阀的另一示例性实施方式的纵剖面，以及图3和图4示出了用在燃料阀中的喷嘴的示例性实施方式的细节。
具体实施例方式图I中出的根据一例性实施方式的燃料阀I具有外部壳体10,该外部壳体在其末端具有燃料入口 16以及燃料出口 18。入口 16连接至高压燃料源P，例如来自燃料泵或来自普通燃油分配管的燃料油、重燃料油。出口 18连接至回油管路以及箱T。燃料阀I可通过已知的方式安装在大型二冲程柴油发动机的汽缸盖中，且与燃料泵(未示出)连接。燃料入口 16与管道17流动连接。管道17延伸至阀针20的阀座，该阀针在阀壳体10的轴向孔中可轴向移位。阀针20通过闭合弹簧23向其阀座22偏置。当燃料阀I安装在汽缸盖上时，阀壳体10的最前面的部分夹持住从阀壳体10凸出且伸入到发动机汽缸的燃烧室(未示出)内的喷嘴30。图I示出了安置(rest)在阀座22上的阀针20。在该位置上，燃料从燃料油入口16至喷嘴30的流体流动被阻塞。阀座22上方的室25连接至管道17，以接收被增压的燃料。阀针20带有(carries)最前部的配汽轴40，该配汽轴比阀针20的末端部分细，且该配汽轴40凸出伸入到喷嘴30内的中心孔33中。因此，当阀针20在壳体10内的孔中轴向移位时，配汽轴40在喷嘴30的中心孔中轴向移位。喷嘴30还配备有多个喷嘴孔35，燃料通过这多个喷嘴孔从中心孔33被喷射到燃烧室中。因此，在燃料喷射事件期间，从喷嘴孔35射出燃料。在一实施方式中，喷嘴孔35被钻入喷嘴内。各喷嘴孔35的中心线可与中心孔33的中心线基本重合。然而,喷嘴孔35的中心线不必与中心孔33的中心线精确重合。在一示例性实施方式中，配汽轴40与阀针20被制成为整块材料。配汽轴40是中空的，且配汽轴40的中空内部连接至阀座22的下游空间。因此，当阀针20从其阀座被升起时，流动路径17从燃料油入口 16 —直延伸至配汽轴40的中空内部。
管道19连接至出口 18,且管道19收集回流的油流(return oil flow),这将在下文中更加详细地进行解释。配汽轴40的最前面的部分是圆柱形的，且精确地嵌入中心孔33中。在图3所示的实施方式中，喷嘴孔35分布在喷嘴30上，从而在(负量重叠的，negative overlap)轴向方向上分布所述喷嘴孔,且使相邻喷嘴孔35的边界之间具有一定距离。在图4所示的实施方式中，喷嘴孔35分布在喷嘴30上，从而在(正量重叠的，positive overlap)轴向方向上分布所述喷嘴孔,而无需使相邻喷嘴孔的边界之间具有一定距离。在一实施方式中，该重叠也可为零。在其最下部位置，配汽轴40将总是闭合最下部的孔，且甚至可以具有小的重叠，·用于改进密封条件。此外，喷嘴孔35径向散开，且在不同的方向上被径向定向，从而在燃料喷射期间利用来自喷嘴孔35的燃料喷射来覆盖燃烧室的宽的扇区。因此，阀针20和配汽轴40的升高程度及时地确定了在给定的点打开多少喷嘴孔35，且因此通过阀针20的升高程度来确定流动面积，燃料通过该流动面积以雾化形式喷射到燃烧室中。升高得越多，打开越多的喷嘴孔35 (直至升高到所有喷嘴孔35都打开的阶段)。因此，可以通过阀针20和配汽轴40的升高程度来控制在燃料喷射事件期间处于使用中的喷嘴孔35的数量。喷射阀I对于气体操作中的引燃喷射和燃料油操作中的有规律的燃料油喷射两者都是特别有用的。在喷射阀I的一个实施方式中，在阀针20的打开运动的第一部分期间打开的第一组喷嘴孔35具有相对小的直径，且在阀针20的打开运动的下一个或第二部分期间内打开的喷嘴孔35的直径大于第一组喷嘴孔35的直径。在该实施方式中，阀针20的小幅升高仅打开具有相对较小直径的第一组喷嘴孔35，这产生有益于喷射小量燃料油的小的流动通过面积，小量燃料油用于发动机气体操作中的引燃喷射；而阀针20的大幅升高同时打开具有减小的直径的第一组喷嘴孔35和具有更大直径的其他喷嘴孔35，这产生大的流动通过面积，其有益于发动机燃料油操作中的有规律的燃料油喷射。这个实施方式对于用于喷射相对小量的燃料油的低负载操作(在燃料油操作中)也是特别有用的，在低负载操作喷射相对小量的燃料油。阀针20包括驱动部分43。驱动部分43可以是阀针20的主要部分或者可被连接至阀针20 (在所示实施方式中，该驱动部分与阀针20结合在一起)。驱动部分43为大致圆柱形的部分，其可滑动地容纳在阀壳体10中的轴向孔45中，使得驱动部分43可以像阀壳体10中的活塞一样作用。形成在阀壳体10的上部(附图中的上部)中的压力室46被设置于驱动部分43之上。用于将阀针20驱动至其阀座22上的弹簧23被容纳在压力室46中，且作用在驱动部分43的顶部上。压力室46中的压力作用在阀针20上，从而在闭合方向上以有效表面面积Al驱动该阀针。另一压力室70用于在打开方向上驱动阀针20，其位于驱动部分43之下，且通过孔72连接至管道17。由此，当燃料入口 16连接至增压燃料源(例如燃料泵)时，压力室70 —直加压。压力室70中的压力作用在阀针20上，从而在打开方向上以有效表面面积A2驱动该阀针。同轴轴向孔52形成在驱动部分43中。片轴构件53可滑动地容纳在该轴向孔52中。片轴构件53包括三个倒棱面54、55、56，且通过片轴构件53相对于驱动部分43的位置来控制流向和流自三个口 57、58、59 (其朝向轴向孔52打开)的流动。口 57通过驱动部分43径向地连接至口 69。口 69径向地连接至管道19。轴向孔45的内壁中的凹槽67确保在驱动部分43的位置范围中，在口 57与口 69之间存在流动连通。口 58通过驱动部分43径向地连接至口 62。口 62径向地连接至管道17。轴向孔45的内壁中的凹槽65确保在驱动部分43的位置范围中，在口 58与口 62之间存在流动连通。口 59具有径向部分和轴向部分，且将轴向孔52的内部连接至压力室46。通过片轴构件53相对于驱动部分43的位置和驱动部分43相对于阀壳体10的位置来确定口 57、58、59中的哪些被打开且分别被连接至管道17和管道19。片轴构件53之下的室86通过孔83连接至室80。室80直接连接至管道19，且由此室86连接至箱T。阀座面积等于有效压力面积A3。当阀针20放置在阀座22上且燃料阀I闭合时，压力面积A2为在升高方向上驱动阀针20的唯一面积(the only area)。当阀针20升高后，有效压力面积A2和有效压力面积A3都在升高方向上驱动阀针20。为了能够使阀针20返回到阀座22，弹簧46的力与有效压力表面Al上的液压力的组合必须大于有效压力表面A2和A3的组合液压力。用于升高阀针20的有效压力面积为面积Al、A2和A3的计算结果，即A2+A3作用在打开方向上，且Al作用在闭合方向上。片轴构件53通过连接器11连接至线性驱动器85。通过线性电动机85来确定片轴构件相对于阀壳体10的位置。线性驱动器85耦合至电子控制元件50，例如发动机的电子控制元件。线性驱动器包括位置传感器86。在本实施方式中，线性驱动器为电子驱动器，即线性电动机85。电子控制元件50接收来自线性驱动器85中的位置传感器86的位置信号，且由此电子控制元件50获知线性驱动器85和阀针20的位置，由此形成闭环控制电路。压力室70中的压力作用在有效压力表面A2上，且当阀升高时，其也作用在有效压力面积A3上，逆着弹簧23的作用而在打开方向上驱动阀针20。有效压力面积Al大于有效压力面积A2和A3的总和。片轴构件53、驱动构件43、以及各种孔和口的设置使得当片轴构件53升高时，压力室46通过孔59、孔57和67、以及管道19连接至排出道(箱T)。因此，若片轴构件53被线性驱动器85升高，压力室46中的压力会下降。当线性驱动器85向下移动片轴构件53时，在管道17和压力室46之间建立连接，且压力室46中的压力将升高；因为有效压力面积Al大于有效压力面积A2和A3的总和，且此外还借助于弹簧23，将驱动阀针闭合。因此，当线性驱动器85已向上或向下移动了片轴构件53时，阀针20会以相同的方向移动相同的距离。在运行中，电子控制元件50基于各种参数(例如发动机负荷和速度)来确定给定气缸的下一次喷射事件的形态(速率形态，rate shaping)和时间。基于计算得到的该速率形态的曲线，电子控制元件及时确定在给定的点处的阀针20需要被升高到什么程度。电子控制元件指示线性驱动器85及时移动到给定的点处的确定位置。当需要增加阀的提升高度时，电子控制元件相应地命令线性驱动器85，其反之亦然。通过由电子控制元件控制的阀针的升高程度来确定在燃料喷射事件期间或者在部分的燃料喷射事件期间打开多少个喷嘴孔35，且增压的燃料通过打开的孔35被喷射到燃烧室中。在燃料喷射事件期间，电子控制元件命令线性驱动器85遵循所确定的(速率形态，rate shaping)曲线，直至线性驱动器85返回到初始位置且阀针返回到其阀座22，燃料喷射事件结束。通过线性驱动器85从初始位置向上运动的长度范围来及时确定在燃料喷射事件期间，在任何点处，打开多少个喷嘴孔35。因此，在燃料喷射事件期间，对各燃料阀I以及各喷射事件，单独控制其所使用的喷嘴孔35的数量，且允许在喷射事件期间所使用的喷嘴孔35的数量与环境相适应。因此，根据图I的实施方式包括电子液压线性驱动器43、26、70、120，可操作地连接至可轴向移动的阀针，用于提供所述可轴向移动的升高的阀针，且线性驱动器响应控制 信号控制可轴向移动的阀针的升高量。燃料阀I包括电子液压驱动器，该驱动器包括作用在液压阀43、57、58、59上的电动操作的驱动器85，且液压阀控制流向和流自线性液压驱动器43、46、70的流动，如比例阀。液压线性驱动器可操作地连接至阀针20。图2示出了燃料阀I的另一示例性实施方式。图2所示的燃料阀I具有外部壳体10，该外部壳体在其末端具有燃料入口 16以及燃料出口 18。入口 16连接至高压燃料源P，例如来自燃料泵或来自普通燃油分配管的燃料油、重燃料油或例如天然气的气体燃料。出口 18连接至回油管路以及箱T。燃料阀I可通过已知的方式安装在大型二冲程柴油发动机的汽缸盖中，且与燃料泵(未示出)连接。燃料入口 16与管道17流动连通。管道17延伸至阀针20的阀座，该阀针在阀壳体10的轴向孔中可轴向移位。阀针20通过闭合弹簧23向其阀座22偏置。当燃料阀I安装在汽缸盖上时，阀壳体10的最前面的部分夹持住从阀壳体10凸出且伸入到发动机汽缸的燃烧室(未示出)内的喷嘴30。图2示出了安置在阀座22上的阀针20。在该位置上，燃料从燃料油入口 16至喷嘴30的流动被阻塞。阀座22上方的室25连接至管道17，以接收被增压的燃料。阀针20带有(carries)最前部的配汽轴40，该配汽轴40比阀针20的最末端部分细，且该配汽轴40凸出伸入到喷嘴30内的中心孔33中。因此，当阀针20在壳体10内的孔中轴向移位时，配汽轴40在喷嘴30的中心孔中轴向移位。喷嘴30还配备有多个喷嘴孔35，燃料通过这多个喷嘴孔从中心孔33被喷射到燃烧室中。因此，在燃料喷射事件期间，从喷嘴孔35射出燃料。在一实施方式中，喷嘴孔35被钻入喷嘴内。各喷嘴孔35的中心线可与中心孔33的中心线基本重合。然而,喷嘴孔35的中心线不必与中心孔33的中心线精确重合。在一示例性实施方式中，配汽轴40与阀针20被制成为整块材料。配汽轴40是中空的，且配汽轴40的中空内部连接至阀座22的下游空间。因此，当阀针20从其阀座被升起时，流动路径17从燃料油入口 16 —直延伸至配汽轴40的中空内部。管道19连接至出口 18,且管道19收集回流的油流(return oil flow),这将在下文中更加详细地进行解释。配汽轴40的最前面的部分是圆柱形的，且精确地嵌入喷嘴30中的中心孔33中。阀针20的角位置由销(未示出)固定，且由此也固定了配汽轴40，以防止阀针20相对于阀壳体10旋转。 在一实施方式中，喷嘴孔35分布在喷嘴30上，以沿着喷嘴的纵向范围、即在轴向方向上分布所述喷嘴，且使所述喷嘴之间具有一定间隔。在其最下部位置上，配汽轴40将总是闭合最下部的孔，且甚至可以具有小的重叠，用于改进密封条件。此外，喷嘴孔35径向散开，且在不同的方向上被径向定向，从而利用来自喷嘴孔35的燃料喷射来覆盖燃烧室的宽的扇区。因此，阀针20和配汽轴40的升高程度及时地确定了在给定的点打开多少喷嘴孔35，且因此通过阀针20的升高程度来确定流动面积，燃料通过该流动面积被雾化。升高得越多，打开越多的喷嘴孔35 (直至升高到所有喷嘴孔35都打开的阶段)。因此，可以通过阀针20和配汽轴40的升高程度来控制在燃料喷射事件期间处于使用中的喷嘴孔35的数量。喷射阀I对于气体操作中的引燃喷射和燃料油操作中的有规律的燃料油喷射两者都是特别有用的。在喷射阀I的一实施方式中，在阀针20的打开运动的第一部分期间打开的第一组喷嘴孔35具有相对小的直径，且在阀针20的打开运动的下一个或第二部分期间内打开的喷嘴孔35的直径大于第一组喷嘴孔35的直径。在该实施方式中，阀针20的小幅升高仅打开具有相对小的直径的第一组喷嘴孔35，这产生有益于喷射小量燃料油的小的流动通过面积，小量燃料油用于发动机气体操作中的引燃喷射；而阀针20的大幅升高同时打开具有减小的直径的第一组喷嘴孔35和具有更大直径的其他喷嘴孔35，这产生有益于发动机燃料油操作中的有规律的燃料油喷射的大的流动通过面积。对于用于喷射相对小量的燃料油的低负载操作(在燃料油操作中)，该实施方式也是特别有用的。阀针20包括驱动部分93。驱动部分93可以是阀针20的主要部分或者可被连接至阀针20 (在所示实施方式中，该驱动部分与阀针20结合在一起)。驱动部分93为大致圆柱形的部分，其可滑动地容纳在阀壳体10中的轴向孔95中，使得驱动部分93可以像阀壳体10中的活塞一样作用。形成在阀壳体10的上(或后)部(附图中的上部)中的室96被设置于驱动部分93之上，且用于将阀针20驱动至其阀座22上的弹簧23被容纳在室96中，且作用在驱动部分93的顶部上。压力室100用于在打开方向上驱动阀针20，其位于驱动部分93之下，且通过孔102连接至管道17。由此，当燃料入口 16连接至增压燃料源(例如燃料泵)时，压力室100一直加压。压力室100中的压力以有效表面A4作用在阀针20上，从而在打开方向上驱动阀针。为了正确运行，有效压力表面A3和A4上的组合液压力必须小于有效压力面积A5上的液压力与弹簧96施加的力的组合，否则燃料阀不能闭合。驱动部分93通过连接轴110连接至电动液压驱动器120。电动液压驱动器85包括驱动器壳体122。驱动活塞124可滑动地容纳在圆柱形孔126中。驱动活塞124也具有缩径部分，该缩径部分部分地容纳在圆柱形孔126的缩径部分中。第一驱动室128形成在驱动活塞124的缩径部分之上。第一驱动室128以有效表面面积A5作用在驱动活塞124上，从而在向下的方向上(附图中向下)驱动所述驱动活塞。第二驱动室130形成在驱动活塞124之下。第二驱动室130以有效表面面积A6作用在驱动活塞124上。根据驱动器的尺寸，所述面积A5和A6是可变的，且第二驱动室130的有效表面面积A6为第一驱动室128的有效表面面积A5的二倍，即A4=1/2A5。连接轴110延伸通过驱动器壳体122，且延伸至第二驱动室130并连接至驱动活塞124。第一驱动室128通过管道133永久地连接至压力源Pl (例如燃料泵)。第二驱动室130通过管道135连接至比例导向阀140。该比例导向阀140具有两个极端位置和一个中间位置。在第一极端位置，比例导向阀140将第二驱动室130连接至箱T。在中间位置，比例导向阀140是闭合的，且在第二极端位置，比例导向阀140将第二驱动室130连接至压力源P1。比例导向阀140可以在这三个位置间逐步转换。由电子控制元件150，例如发动机的电子控制元件来确定比例导向阀的位置。电子控制元件150通过电动液压驱动器120中的位置传感器152接收关于驱动活塞位置的信息，以建立闭环控制电路，用于控制电动液压驱动器120的位置以及由此控制阀针20的位置和升高程度。在运行中，电子控制元件150基于各种参数(例如发动机负荷和速度)来确定给定气缸的下一次喷射事件的形态(速率形态，rate shaping)和时间。基于计算得到的该速率 形态的曲线，电子控制元件150及时确定在给定的点处的阀针20需要被升高到什么的程度。电子控制元件150指示线性驱动器120及时移动至给定的点处的确定位置。当需要增加阀的提升高度时，电子控制元件150命令比例导向阀140将第二驱动室130连接至压力源P1，直至获得所期望的位置。当第二驱动室130被连接至箱时，由于作用在打开方向上的与第二驱动室130相关的有效压力面积A6大于与第一驱动室128相关的有效压力面积A5和与压力室100相关的有效压力面积A4的总和，驱动活塞124将向上运动(如附图中的向上)。因此，阀针20的驱动活塞124从初始位置(例如燃料阀的闭合位置)向上移动一定距离，该距离由电子控制元件150确定，且阀针20从其阀座22被升高一定距离，该距离与驱动活塞124的移动距离相同(在驱动活塞124的初始位置上，阀针20可放置在其阀座22上)。通过由电子控制元件150控制的阀针的升高程度来确定在燃料喷射事件期间或者在部分的燃料喷射事件期间打开多少个喷嘴孔35，且增压的燃料通过打开的孔35被喷射到燃烧室中。在燃料喷射事件期间，电子控制元件150命令电动液压驱动器120遵循所确定的曲线，直至驱动活塞124返回到初始位置且阀针返回到其阀座22，燃料喷射事件结束。通过电动液压驱动器120从初始位置向上运动的长度的范围来及时确定在燃料喷射事件期间，在任何点处，打开多少个喷嘴孔35，其由此确定通过这些喷嘴孔的流动通过面积。因此，对于各燃料阀I且对于各喷射事件，可以分别控制在燃料喷射事件期间其所使用的喷嘴孔35的数量，且允许在喷射事件期间所使用的喷嘴孔35的数量与环境相适应。因此，图2中示出的根据实施方式的燃料阀包括电动液压驱动器120、122、124、140、141，其可操作地连接至所述可轴向移动的阀针，用于升高所述可轴向移动的阀针，由此线性驱动器响应于控制信号来控制可轴向移动的阀针的升高量。电动液压驱动器包括作用在液压阀140上的电动操作的驱动器141，且液压阀控制流向和流自可操作地连接至阀针20的线性液压驱动器122、124、126、130。43、46、70的流动。本公开的教导具有多个优点。不同的实施方式或实现方案可产生一个或多个下述优点。应注意，这些优点并非穷举，且还具有未在此处描述的其他优点。本公开的教导的另一优点在于其提供了一种用于大型二冲程柴油发动机且允许在燃料喷射事件期间打开最佳数量的喷嘴孔的燃料阀。本发明的燃料阀的另一优点在于，其允许精确控制燃料喷射事件。本发明的燃料阀的又一优点在于，其可用于在气体燃料操作期间的引燃喷射以及燃料油或重燃料油的有规律的燃料喷射。本文的再一优点在于，提供了一种允许在气体燃料操作期间的引燃喷射中使用小直径喷嘴孔、且允许在以燃料油或重燃料油操作时使用大直径喷嘴孔的燃料阀。尽管以说明为目的详细地描述了本申请的教导，应理解，这样的细节仅用于该目的，且本领域普通技术人员可在不脱离本申请的教导的范围的情况下对其进行变型。
权利要求中使用的术语“包括”不排除其他元件或步骤。权利要求中使用的术语“一个”或“一”不排除多个。单个信号处理器或其他元件可实现权利要求中所列举的多个装置的功能。
权利要求
1.一种用于将燃料喷射到大型二冲程柴油发动机的燃烧室内的燃料阀，所述燃料阀包括: 燃料阀壳体(10)， 具有轴向孔和闭合前端的细长喷嘴(30)， 用于连接至高压燃料源(P)的高压燃料入口( 16)， 将所述高压燃料入口(16)连接至所述喷嘴(30)的管道， 弹性偏置且可轴向移动的阀针(20)，其与阀座(22)相配合，且被设置为用于控制燃料从所述高压燃料入口(16)至所述喷嘴(30)的流动，由此，所述轴向可移动的阀针(20)的升 高允许从高压燃料供给口至所述喷嘴(30 )的流动， 轴向和径向分布在所述喷嘴(30)上的多个喷嘴孔(35)， 与所述阀针(20)—致地运动的配汽轴(40)，所述配汽轴可轴向移位地容纳在所述喷嘴(30)中的中心孔(33)内，用于打开和闭合所述喷嘴孔(35)， 所述多个喷嘴孔(35)轴向地分布，以使打开的喷嘴孔的数量随着阀针(20)和配汽轴(40)的提升高度的增加而增加，使得通过所述可轴向移动的阀针(20)的升高量来确定打开多少个喷嘴孔，且由此确定流动面积，以及 可操作地连接至所述可轴向移动的阀针的电动液压线性驱动器(43、26、70、120)，其用于提供所述可轴向移动的阀针的升高， 所述线性驱动器响应于控制信号来控制所述可轴向移动的阀针(20)的升高量， 所述电动液压驱动器(120 )包括作用在液压阀(53、57、58、59、140 )上的电动操作的驱动器(85)，且所述液压阀控制流向和流自线性液压驱动器(43、46、70、122、124、126、130)的流动，所述线性液压驱动器(43、46、70、122、124、126、130)可操作地连接至阀针(20)。
2.根据权利要求I所述的燃料阀(1)，其中，所述线性液压驱动器(43、46、70)至少部分地结合到所述可轴向移动的阀针(20)中，或为所述可轴向移动的阀针(20)的主要部分。
3.根据权利要求2所述的燃料阀(I)，其中，所述线性驱动器包括可操作地耦合到驱动片轴(53)上的线性电动机(85)，所述驱动片轴(53)被容纳在所述可轴向移动的阀针(20)的驱动部分(43)中的轴向孔(52)内，且所述驱动片轴(53)为所述液压阀的部件并被设置为控制流向和流自所述液压线性驱动器的流动。
4.根据权利要求3所述的燃料阀(I)，其中，所述线性驱动器的壳体刚性地连接至燃料阀壳体(10)，且所述线性电动机的输出轴可操作地连接至所述驱动片轴(53)。
5.根据权利要求4所述的燃料阀(1)，还包括布置在所述可轴向移动的阀针之上的阀壳体(10)中的压力室(46)，其用于在增压时朝向阀座(22)驱动所述可轴向运动的阀针(20)，其中所述驱动片轴(53)被设置为根据所述驱动片轴相对于所述可轴向移动的阀针的位置，要么将所述压力室连接至高压燃料入口( 16)或排出道，要么封闭所述压力室。
6.根据权利要求5所述的燃料阀(I)，其中，所述驱动片轴(53)与所述可轴向移动的阀针(20)中的多个口(16)相配合，所述口将所述高压燃料入口(16)分别连接至排出道和压力室。
7.根据权利要求6所述的燃料阀(1)，其中，所述口和驱动片轴被设置为使得所述可轴向移动的阀针跟随所述驱动片轴相对于阀壳体(10)的轴向运动。
8.根据权利要求I所述的燃料阀(I)，其中，所述液压阀(53、57、58、59、140)为比例阀。
9.根据权利要求3所述的燃料阀(1)，其中，所述线性电动机(85、141)提供输出轴位置信号，或，其中，位置传感器耦合至所述线性电动机的输出轴或耦合至所述驱动片轴(53)。
10.根据权利要求I所述的燃料阀(1)，其中，所述线性驱动器提供输出轴位置信号，或，其中，位置传感器耦接至所述线性驱动器的输出轴或耦合至所述驱动片轴。
11.根据权利要求I所述的燃料阀(1)，其中，所述配汽轴(40)的内部是中空的，且当阀针(20 )从其阀座(22 )被升高时，该中空的内部连接至燃料阀(I)的入口( 16 )。
12.根据权利要求I所述的燃料阀(1)，其中，由阀针的升高量来确定通过所述喷嘴孔的流动面积。
13.根据权利要求I所述的燃料阀(1)，还包括 设置在所述可轴向移动的阀针之上的阀壳体(10)中的压力室(46)，用于在增压时朝 向阀座驱动所述可轴向移动的阀针， 可操作地耦合到所述驱动片轴(53)上的线性电动机(85)，其被容纳在所述可轴向移动的阀针(20)中的轴向孔(52)内，且所述驱动片轴(53)被设置为根据所述驱动片轴(53)相对于所述可轴向移动的阀针(20)的位置，要么将压力室(46)连接至高压燃料入口(16)或排出道，要么封闭压力室(46)。
全文摘要
一种用于将燃料喷射到大型涡轮增压的二冲程柴油发动机的燃烧室的燃料阀(1)，其具有与阀座(22)配合的、弹性偏置且可轴向移动的阀针(20)，该燃料阀包括中空的配汽轴(40)，轴向和径向分布在喷嘴(30)之上的多个喷嘴孔(35)，由此，打开的喷嘴孔的数量随着阀针(20)和配汽轴(40)的升高而增加，使得通过可轴向移动的阀针(20)的升高量来确定在燃料喷射期间打开多少个喷嘴孔，且由此确定在燃料喷射期间有效的流动通过面积。燃料阀(1)的可轴向移动的阀针(20)可操作地连接至线性驱动器(85)，用于提供所述可轴向移动的阀针(20)的升高。
文档编号F02M45/08GK102852685SQ20121021732
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者约翰斯·弗拉尔波, 尼尔斯·杰姆特普 申请人:曼柴油机欧洲股份公司曼柴油机德国分公司