專利名稱：用于操作重質(zhì)燃油的高壓機械式噴射器的長壽命噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作重質(zhì)燃油的、典型地用于船舶推進(jìn)用發(fā)動機的高壓噴射器的噴嘴。
背景技術(shù)：
船舶推進(jìn)用發(fā)動機大多數(shù)為根據(jù)迪塞爾循環(huán)原理工作并被供應(yīng)重質(zhì)燃油的內(nèi)燃機。近年來已經(jīng)引入了日益嚴(yán)格的用于限制船舶推進(jìn)用發(fā)動機的污染物排放的標(biāo)準(zhǔn)。通過有關(guān)氮氧化物(NOx)及顆粒物質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)，對所述發(fā)動機施加了最嚴(yán)格的限制。
船舶發(fā)動機的制造者已經(jīng)實施了不同的技術(shù)，以確保發(fā)動機遵守新標(biāo)準(zhǔn)。特別是對于機械類噴射器來說，一項曾被成功用于限制氮氧化物及顆粒物質(zhì)的排放的技術(shù)是增大噴射器的關(guān)閉壓力。
本發(fā)明基于對MaK M43C型發(fā)動機的噴射器的研究。為了滿足用于限制船舶推進(jìn)用發(fā)動機的污染物排放的新標(biāo)準(zhǔn)，這些發(fā)動機的制造者將關(guān)閉噴射器針閥的啟動壓力從 22. 提高到31. 2MPa。關(guān)閉壓力的這種增大是通過增大噴射器彈簧的預(yù)緊力來實現(xiàn)的。 這導(dǎo)致彈簧的預(yù)緊力增大了 37%，并意味著噴射器的開啟壓力從40. OMI^a增大到57. 5MPa。
關(guān)閉壓力的增大產(chǎn)生了與污染物排放有關(guān)的好處。然而在這種發(fā)動機上實施這一改進(jìn)后，已經(jīng)注意到會引起噴嘴的使用壽命減少。事實上，假定制造者宣稱噴射器具有7500 小時的使用壽命，那么在運行1000小時后使用者就會注意到噴射器的性能有明顯下降。
尤其是已經(jīng)注意到，開啟壓力會顯著降低。此外，針閥和噴嘴本體之間的密封變得不良，導(dǎo)致燃油朝向燃燒室泄漏。這增大了污染物的排放，并且不久即在噴嘴的外表面和活塞的一部分頂部上生成一層堅固的炭渣層。
為了確定所述缺陷的原因，本申請人進(jìn)行了精確的數(shù)值分析和實驗分析。本申請人所進(jìn)行的研究表明，由于在關(guān)閉階段的結(jié)尾針閥對密封座的沖擊，噴射器的關(guān)閉壓力的增大會產(chǎn)生過高的負(fù)荷。所述負(fù)荷使針閥本體上的閥座外形產(chǎn)生永久變形。時間長了這致使噴射器本體的閥座上的針閥的外形留下壓印。此現(xiàn)象必然導(dǎo)致密封直徑逐漸減小(這解釋了在實驗測試過程中所記錄的噴射器開啟壓力降低的原因)，以及由于接觸壓力的減少導(dǎo)致氣密性的部分損失。事實上，假設(shè)作用同樣的軸向關(guān)閉壓力，則密封座上的壓印還會導(dǎo)致承接表面增大。
本申請人進(jìn)行的進(jìn)一步分析表明，所述噴嘴在座體區(qū)域內(nèi)所達(dá)到的溫度已觸及用于為密封座賦予硬度的表面硬化材料的危險值(并且因此沖擊抗力也達(dá)到危險值)。事實上，當(dāng)溫度超出220-240°C范圍時，可由所述材料獲得的表面硬化層不能維持所需的硬度級別。
總之，本申請人所進(jìn)行的研究已經(jīng)強調(diào)，因為針閥和座體之間的沖擊過于猛烈， MaK M43C型發(fā)動機的噴嘴會首先過快地磨損。而在高溫運轉(zhuǎn)期間，座體機械性能的降低使該問題更為惡化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種噴嘴，其能解決根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴過早磨損的問題， 并且維持關(guān)閉壓力和燃油流動速率不變。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過具有權(quán)利要求1的主題形成的特征的噴嘴來實現(xiàn)。
權(quán)利要求書形成了本文提供的關(guān)于本發(fā)明教導(dǎo)的主要部分。


現(xiàn)在將參考僅以非限定性示例而提供的附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明，在圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的軸向截面視圖2是圖1中箭頭II所示區(qū)域中的針閥的局部放大圖；以及
圖3是圖1中箭頭II所示部分的進(jìn)一步放大視圖。
具體實施方式
參考圖1，由標(biāo)號10標(biāo)明的是根據(jù)本發(fā)明的用于高壓機械式噴射器的噴嘴。噴嘴 10要被安裝到用于船舶推進(jìn)的被供給重質(zhì)燃油的柴油發(fā)動機上。噴嘴10包括具有縱向?qū)蚩?4和與縱向?qū)蚩?4同軸的燃油供給孔16的噴嘴本體12。在縱向?qū)蚩?4和燃油供給孔16之間設(shè)有增壓室18。該增壓室18與一個或多個壓力燃油經(jīng)此到達(dá)的通道20連通。在燃油供給孔16的底端形成了錐形閥座22。在錐形閥座22的下面形成針閥壓力室容積(sac volume) M，從中延伸出多個噴射孔沈。在噴嘴本體12的底端形成環(huán)形冷卻室觀。冷卻室觀與用于提供冷卻液的通道46以及用于排出該液體的圖中未示出的類似通道連通。
噴嘴10包括具有導(dǎo)向部32和終端部34的噴射針閥30。導(dǎo)向部32與本體12的導(dǎo)向孔14滑動式接合，并且在其外表面上提供了多條環(huán)形微槽。終端部34以足夠大的徑向游隙在供給孔16中延伸，并且具有帶密封座36的底端，該密封座36與本體12的閥座22 配合作用。
參考圖1，噴射針閥30的導(dǎo)向部32的直徑由(18標(biāo)明，噴射針閥的整體長度由L標(biāo)明，并且噴射針閥30的打開行程由h標(biāo)明。
參考圖2和圖3，噴射針閥30的終端部34的末端36具有最大密封直徑為ds的錐形密封面38。錐形密封面38具有由圖2中α標(biāo)明的密封角。終端部34的末端36具有外錐面40和內(nèi)錐面42。外錐面40在終端部34的外部圓柱面和錐形密封面38的外邊緣之間延伸。在錐形密封面38和內(nèi)錐面42之間設(shè)置了圓環(huán)面44。圓環(huán)面44具有由圖2和圖3 中的標(biāo)號R指明的半徑。
根據(jù)本發(fā)明的噴嘴10被設(shè)計成與MaK M43C型發(fā)動機上使用的噴嘴相比能提供更長的持續(xù)時間和更穩(wěn)定的性能。與用作參考項的噴嘴相比，根據(jù)本發(fā)明的噴嘴10被設(shè)計成具有如下特性
1.較小的作用于針閥座上的沖擊載荷；
2.相等的關(guān)閉壓力以維持相同的排放性能；
3.減少的作用于閥座上的接觸拉伸應(yīng)力；
4.相等的滲透性，即，在給定壓力降的穩(wěn)態(tài)條件下流經(jīng)噴嘴的流體流率相同，從而保持流體動力學(xué)性能不變；
5.較低的密封座溫度；
6.在高溫下同樣具有較高的座體強度。
上述特性的獲得方式將在下文中詳細(xì)說明。在接下來的所有示例中都將參考對 MaK M43C型發(fā)動機上的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴做出的修改。
1.較小的作用于針閥座上的沖擊載荷；
針閥和閥座之間相互作用的沖擊力等于沖擊期間在針閥中引發(fā)的動量增量。具體而言，對于在垂直于運動方向上具有大致恒定截面的物體來說，可以導(dǎo)出使得沖擊力能作為下列參數(shù)的函數(shù)來計算的簡單關(guān)系式
-W 接觸開始時針閥和噴嘴之間的相對速度；
-As和An 分別是針閥的橫截面和噴嘴本體的橫截面；
-Cs和cN 分別是聲音在針閥材料中和在噴嘴本體材料中的傳播速度；
- P s和P N 分別是針閥材料和噴嘴本體材料的密度。
針閥和噴嘴本體之間的沖擊力Fi由下列的關(guān)系式給出
權(quán)利要求
1.一種用于船舶柴油機的高壓機械式噴射器的噴嘴，包括-噴嘴本體(12)，其具有縱向?qū)蚩?14)、與所述縱向?qū)蚩?14)同軸的燃油供給孔 (16)、設(shè)置在所述燃油供給孔(16) —端的錐形閥座0 ，以及與通過所述錐形閥座02)和所述燃油供給孔(16)連通的針閥壓力室容積04)相連通的多個注入孔06)；以及-噴射針閥(30)，其具有滑動式接合于所述導(dǎo)向孔(14)內(nèi)的導(dǎo)向部(32)和以足夠的徑向游隙在所述供給孔(16)中延伸的終端部(34)，所述終端部(34)具有帶密封座(38)的末端(36)，所述密封座(3 與所述閥座0 配合作用，其中，所述導(dǎo)向部(3 具有導(dǎo)向直徑dg，所述密封座(38)具有密封直徑4和密封角 α，所述噴射針閥(30)具有總長L和提升行程h，所述噴嘴的特征在于，-所述導(dǎo)向直徑dg的長度在9. 4到10. 5mm之間，-所述密封針閥(30)具有由下式定義的幾何應(yīng)力參數(shù)G，其值在LOOmma5到1.25mm°_5 之間
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴本體(12)具有冷卻室( )，其中冷卻室08)的最遠(yuǎn)表面與所述錐形閥座0 的具有最大直徑的部分之間的軸向距離小于 6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，在密封座(38)的表面上，所述噴嘴本體 (12)是由在高于280°C的溫度下具有大于HV700的硬度的鋼制成。
全文摘要
一種用于船舶柴油機的高壓機械式噴射器的噴嘴，包括噴嘴本體，具有縱向?qū)蚩?、與導(dǎo)向孔同軸的燃油供給孔、設(shè)置在供給孔一端的錐形閥座，以及與通過錐形閥座和供給孔連通的針閥壓力室容積相連通的多個注入孔；噴射針閥，具有滑動式接合于導(dǎo)向孔內(nèi)的導(dǎo)向部和以足夠的徑向游隙在供給孔中延伸的終端部，該終端部具有帶有與閥座配合作用的密封座的末端。導(dǎo)向部具有導(dǎo)向直徑dg，密封座具有密封直徑ds和密封角α，針閥具有總長L和提升行程h。噴嘴的特征在于，導(dǎo)向直徑dg在9.4-10.5mm之間，針閥具有處于1.00-1.25mm0.5之間的幾何應(yīng)力參數(shù)G，且針閥終端部的末端具有半徑R為3-8mm范圍內(nèi)的設(shè)于密封座和內(nèi)錐面之間的圓環(huán)面。
文檔編號F02M61/18GK102536571SQ20111040222
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者克勞迪奧·內(nèi)格里, 馬可·科波 申請人:Omt都靈機械車間有限公司