[发明专利]燃料喷射单元、操作这种燃料喷射单元的方法以及内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的燃料喷射单元，该燃料喷射单元用于将重质燃油或轻质燃油喷射到具有多个气缸并使用共轨燃料系统的大型内燃机的气缸。本发明还涉及一种根据第一独立方法权利要求的前序部分所述的操作权利要求1的燃料喷射单元的方法。

在该说明书中，术语“大型发动机”是指这样的内燃机，其中每个气缸都可产生大于150kW的功率。通常，这种大型发动机例如用作船舶或用来发热和/或发电的电站中的主推进发动机或辅助发动机。

背景技术

在现代的发动机中，燃料通过燃料喷射阀或喷射器直接喷射到发动机的气缸内。由于在压缩冲程的结束部分在相对较晚阶段发生喷射，因此喷射需要足够高的压力。在传统的燃料供送系统中，每个气缸都设置有其自身的喷射泵，喷射泵通过喷射阀和喷射喷嘴将燃料泵送到气缸的燃烧室内。然而，传统系统的使用和控制具有很大局限。系统的设置无法容易地进行调节。另外，喷射泵中的压力可能发生变化，使得向不同气缸内的喷射可能在不同的压力下进行，并且因而可能分别提供不同的燃料量。而且，由于现有技术的喷射喷嘴主要是液压机械式的，即在预定燃料压力时打开，而当压力下降到低于该预定值时关闭，喷射正时和持续时间的控制应该也能够考虑在系统使用过程中（即发动机运转时）系统部件的磨损。

更近的解决方案是所谓的“共轨喷射”或“共压喷射”，其中压力的提供和燃料的喷射彼此在功能上分离。燃料通过至少一个高压燃料泵供送到共压源（即油轨）内，燃料从该油轨通过单独的管道引导至各气缸的喷射器或喷射阀。实践上，喷射器的操作是电控的，例如通过电磁阀或压电阀控制，以便获得足够短和精确的喷射。

传统燃料供送系统的许多最明显的问题领域已经通过使用高压（高达大约2200巴）公共燃料源和电控燃料喷射阀而得以解决，通过电控燃料喷射阀，例如可以在同一压缩冲程期间将燃料喷射到发动机气缸内若干次。换言之，喷射正时、喷射持续时间以及所喷射燃料的量比现有技术燃料喷射泵都得到了明显更好的控制，由此也有力地降低了活塞发动机的正常操作状况下的排放水平。

迄今柴油发动机在满载荷时就其排放来说也已经最优化。然而，未来的排放法规要求排放水平必须在所有操作条件下都是最小的。换言之，所有载荷谱都必须进行调整。例如，即使使用现代共轨燃料系统和对燃料喷射阀进行电子控制也无法带来期望结果的情况与发动机在低载荷下（或更一般地说基本远离其设计载荷）进行运转有关。最终的目的是改进燃料喷射，使得发动机在其所有操作条件下（即从低载荷到满载荷）的排放都能够保持在最小水平。

该努力已经导致使用具有两个喷射喷嘴的喷射阀。例如，US-B2-7,556,017讨论了一种燃料喷射器，该燃料喷射器具有：喷射器本体，其限定了被构造成接收加压燃料的中空内部；第一喷嘴，其被构造成提供第一燃料喷散图案；和第二喷嘴，其被构造成提供与第一燃料喷散图案不同的第二燃料喷散图案。第一和第二喷嘴可以被构造成将从公共源供应的燃料喷射到燃烧空间内。喷嘴可以在活塞压缩冲程期间的不同阶段使用，使得第一喷嘴在压缩冲程的早期喷射预定量的燃料，而第二喷嘴在压缩冲程的晚期或结束时喷射。

US-B1-6,422,199讨论了一种具有喷嘴本体的燃料喷射器，喷嘴本体具有呈并排配置的两个阀针。该文献讨论了阀针使用的各种另选方式，由此可以选择从哪个出口孔喷射燃料、喷射多长时间以及在何时喷射。另外，该文献还公开了可以将两个出口孔同时打开。

现有技术EP-A1-0972932还公开了具有两组喷射开口的燃料喷射阀。当将喷射针构件升起少量时，第一组开口打开并向发动机气缸内喷射低载荷操作时所需的少量燃料。当喷射针构件进一步升起时，另一组开口被打开，并向气缸内喷射与满载荷操作对应的更多燃料。JP-A-62118055教导了另一种喷射阀结构，其包括能够单独地打开的两组喷射开口。这两组喷射开口与并排布置在同一个喷射器支座中的两个喷射阀流动连通。

还已经讨论了具有两个喷射针构件的喷射阀，其中一个喷射针构件在另一个喷射针构件内。作为这种燃料发射阀结构的示例，可以提到DE-A1-102007000037、DE-B4-102007000095和DE-C2-4432686。