专利名称：用于共轨系统的双燃料喷射器的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及双燃料共轨系统，更特别地，涉及构造成接收两种分隔的流体并彼此独立地选择性喷射流体的燃料喷射器。
背景技术：
相对于对应的压燃式发动机来说，气体燃料发动机以其燃烧相对清洁的能力而闻名。但是，众所周知，气体燃料难以获得成功点火。一些气体燃料发动机利用火花塞，而已知其它发动机利用少量被压燃的馏分柴油燃料，进而点燃更大充量的气体燃料。能够以既安全又有效的方式独立喷射气体燃料和柴油燃料的燃料系统已经证明是难以实现的。授予Baumer等人的美国专利No. 4，499，862试图解决这一问题。但是,该专利未能提出一种能够独立接收两种流体、保持这些流体分隔、并独立地控制流体的喷射的喷射器。本发明是针对上述一个或多个问题提出的。
发明内容
一方面，一种双燃料喷射器，包括喷射器本体，该喷射器本体限定构造成接收第一燃料和第二燃料的双燃料入口、第一燃料供给通道、第二燃料供给通道、第一燃料控制室、第二燃料控制室、第一燃料控制管路、第二燃料控制管路、至少一个低压排出道、第二燃料止回腔、以及具有至少一个第一燃料出口和至少一个第二燃料出口的喷嘴。还包括第一燃料止回针，其布置在第一燃料止回腔中，并且可在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第一燃料止回针阻挡所述第一燃料供给通道与所述至少一个第一燃料出口之间的流体连通，在所述第二位置中，所述第一燃料止回针至少部分地允许所述第一燃料供给通道与所述至少一个第一燃料出口之间的流体连通，并且其中所述第一燃料止回针限定一内腔。还包括第二燃料止回针，其位于所述第一燃料止回针的内腔中，并且可在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第二燃料止回针阻挡所述第二燃料供给通道与所述至少一个第二燃料出口之间的流体连通，在所述第二位置中，所述第二燃料止回针至少部分地允许所述第二燃料供给通道与所述至少一个第二燃料出口之间的流体连通。所述双燃料喷射器还包括构造成促进所述第一燃料供给通道与气体止回腔之间的流体连通的液压锁定组件。还包括第一燃料控制阀组件，其至少部分地布置在所述喷射器本体中，并且具有选择性地允许所述第一燃料控制室、所述第一燃料控制管路和所述至少一个低压排出道之间的流体连通的控制阀构件。所述双燃料喷射器还包括第二燃料控制阀组件，其至少部分地布置在所述喷射器本体中，并且具有选择性地允许所述第二燃料控制通道与所述至少一个低压排出道之间的流体连通的控制阀构件。另一方面，一种双燃料共轨燃料系统，包括第一燃料源；第二燃料源；第一燃料轨；第二燃料轨；至少一个第一燃料泵，其构造成对来自所述第一燃料源的第一燃料加压，并将所述第一燃料输送至所述第一燃料轨；至少一个第二燃料泵，其构造成对来自所述第二燃料源的第二燃料加压，并将所述第二燃料输送至所述第二燃料轨；衬套，其构造成接收来自所述第一燃料轨的第一燃料和来自所述第二燃料轨的第二燃料；以及双燃料喷射器，其构造成从所述衬套接收所述第一燃料和所述第二燃料。所述双燃料喷射器还包括喷射器本体，该喷射器本体限定构造成接收第一燃料和第二燃料的双燃料入口、第一燃料供给通道、第二燃料供给通道、第一燃料控制室、第二燃料控制室、第一燃料控制管路、第二燃料控制管路、至少一个低压排出道、第二燃料止回腔、以及具有至少一个第一燃料出口和至少一个第二燃料出口的喷嘴。所述双燃料喷射器还包括第一燃料止回针，其布置在第一燃料止回腔中，并且可在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第一燃料止回针阻挡所述第一燃料供给通道与所述至少一个第一燃料出口之间的流体连通，在所述第二位置中，所述第一燃料止回针至少部分地允许所述第一燃料供给通道与所述至少一个第一燃料出口之间的流体连通，并且其中所述第一燃料止回针限定一内腔。所述双燃料喷射器还包括第二燃料止回针，其位于所述第一燃料止回针的内腔中，并且可在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第二燃料止回针阻挡所述第二燃料供给通道与所述至少一个第二燃料出口之间的流体连通，在所述第二位置中，所述第二燃料止回针至少部分地允许所述第二燃料供给通道与所述至少一个第二燃料出口之间的流体连通。还包括液压锁定组件，其构造成促进所述第一燃料供给通道与气体止回腔之间的流体连通。所述双燃料喷射器还包括第一燃料控制阀组件，其至少部分地布置在所述喷射器本体中，并且具有选择性地允许所述第一燃料控制室、所述第一燃料控制管路和所述至少一个低压排出道 之间的流体连通的控制阀构件。还包括第二燃料控制阀组件，其至少部分地布置在所述喷射器本体中，并且具有选择性地允许所述第二燃料控制通道与所述至少一个低压排出道之间的流体连通的控制阀构件。
图I为含有双燃料共轨喷射器的燃料系统的示意图；图2为根据第一实施例的双燃料喷射器的截面图；图3为根据第一实施例的双燃料喷射器的不同方向的截面图；图4为根据第一实施例的双燃料喷射器的喷嘴组的细节图；图5为根据第一实施例的双燃料喷射器的喷嘴组的不同方向的细节图；以及图6a_6f为由所公开的双燃料共轨喷射器实施的多种不例性喷射模式的喷射量相对于时间的图示。
具体实施例方式参考图1，示出了利用双燃料共轨喷射器12的双燃料共轨燃料系统10。为方便描述，将双燃料共轨喷射器称为“喷射器12”。柴油燃料源14含有柴油燃料。柴油泵16通过柴油供给管路18汲取柴油燃料；对柴油燃料加压；并将加压的柴油燃料输送至柴油燃料轨20。在柴油供给管路18中柴油泵16的上游且在柴油燃料源14的下游可布置过滤器22。柴油燃料轨20中的柴油燃料可被加压至大约40MPa的压力。然后加压的柴油燃料从柴油燃料轨20通过柴油燃料管路25输送至衬套组件24。衬套组件24构造成接收柴油燃料和气体燃料(例如液化天然气)。本领域的技术人员可认识到，气体燃料可为任意气体燃料，例如天然气、丙烷、甲烷、液化石油气(LPG)、合成气、堆土废气、煤气、来自农业厌氧沼气池的沼气、或任何其他气体燃料。衬套组件24可进一步为共轴型，其中柴油燃料布置在第一套管26内，第一套管26布置在承载有气体燃料的第二套管28中。然后柴油燃料从衬套组件24被输送至喷射器12。如图2和3中所示，供给至喷射器12的柴油燃料都被喷射，并且还用作喷射器12的柴油控制阀组件30和气体控制阀组件32的控制媒介。双燃料共轨燃料系统10还包括气体燃料源34。气体燃料(例如液化天然气)可存储在较低的温度和压力(_160°C和IOOkPa)。因为气体燃料可存储在这样的温度和压力下，所以气体燃料必须保持在真空隔离容器中。气体燃料被燃料泵38经由气体供给管路36从气体燃料源34汲取。燃料泵38可为可变排量低温泵。燃料泵38对气体燃料加压并通过气体供给管路36输送气体燃料至蓄能器40。过滤器46可过滤掉气体供给管路36内的杂质。气体供给管路36还可包括副过滤器47。压力调节器42确保通过气体燃料管路45输送至气体燃料轨44的气体燃料处于比柴油燃料轨20内的柴油燃料低至少5Mpa的压力。例如，在双燃料共轨燃料系统10中，柴油燃料轨20内的柴油燃料可为40MPa的压力，而气 体燃料轨44内的气体燃料可为35MPa的压力。电子控制模块(ECM) 48可控制双燃料共轨燃料系统10的多个部件。例如，ECM可控制喷射器12的柴油控制阀组件30和气体控制阀组件32。同样，ECM还可控制例如柴油泵16、燃料泵38和压力调节器42等部件。本领域的技术人员可认识到，燃料系统还可包括也由ECM48控制的其它部件。现在参考图2和3，其示出了根据第一实施例的喷射器12的内部结构和流体回路。特别地，喷射器本体50限定了同轴双燃料供给入口 52。双燃料供给入口 52构造成接收同心的第一套管26和第二套管28。喷射器本体50还限定了都流体地连接至双燃料入口 52的柴油燃料供给通道54和气体燃料供给通道56。在所示实施例中，第一套管26输送柴油至双燃料入口 52，在这里其流体地连接至柴油燃料供给通道54。类似地，第二套管28输送气体燃料至双燃料入口 52，在这里其流体地连接至气体燃料供给通道56。如图4和5中更加详细示出的，喷射器12还包括喷嘴组件58。由于柴油止回针组件60同心地位于气体止回针组件62内的方式，所以该实施例的喷嘴组件58通常称为同心的。喷嘴组件58包括限定一气体燃料腔68和部分地限定一柴油燃料腔66的喷嘴本体64。喷嘴组件58还包括柴油止回针导向件67。柴油止回针导向件67的下表面69部分地限定柴油燃料腔66。柴油燃料腔66与柴油燃料供给通道54流体连通。类似地，气体燃料腔68与气体燃料供给通道56流体连通。喷嘴组件58还包括喷嘴末端70。柴油燃料腔66位于喷嘴本体64内，使得其与气体燃料腔68同心。但是，柴油燃料腔66中的柴油燃料与气体燃料腔68中的气体燃料具有最小程度地混合。特别地，气体止回针组件62、燃料分隔器71和液压锁定组件72用于保持喷射器12内的气体燃料与柴油燃料分隔开。气体止回针组件62包括气体止回针80。气体止回针80限定一内部空间82。气体止回针80还包括凸缘84。偏压弹簧88位于柴油燃料腔66的柴油止回针导向件67的下表面69与凸缘84之间。气体止回针80可在第一位置与第二位置之间运动，在第一位置中，其至少部分地阻挡位于气体燃料腔68中的气体燃料与喷嘴末端70中的气体孔口 92之间的流体连通，在第二位置中，其至少部分地开启位于气体燃料腔68中的气体燃料与喷嘴末端70中的气体孔口 92之间的流体连通。偏压弹簧88将气体止回针80朝其第一位置偏压。本领域的技术人员会认识到，喷嘴末端70可包括多个气体孔口 92。气体止回针80还可包括开放液压表面81和封闭液压表面83。开放液压表面81可暴露于气体燃料腔中的气体燃料，封闭液压表面83可暴露于柴油燃料腔66中的柴油燃料。在需要时，作用在开放液压表面81上的气体燃料可帮助气体止回针80从其第一位置运动到其第二位置。类似地，在需要时，作用在封闭液压表面83上的柴油燃料可帮助气体止回针80从其第二位置运动到其第一位置。气体止回针80可位于喷嘴本体64中，使得形成气体止回针控制室94。喷嘴本体64的肩部96和内部98可限定气体止回针控制室94。气体止回针控制室94通过柴油燃料腔66和气体z孔口 100与柴油燃料供给通道54流体连通。气体止回针控制室94还通过气体a孔口 104和气体止回针控制管路106与排出道102选择性流体连通。如下面更加详细描述的，气体控制阀组件32控制气体止回针控制室94与排出道102之间的选择性流体连通。柴油止回针组件60可包括柴油止回针74。柴油止回针74可位于气体止回针80的 内部空间82内。柴油止回针74的上部90可布置在由柴油止回针导向件67限定的孔109中。柴油止回针74还可包括第一凸缘75。偏压弹簧76位于柴油燃料腔66的柴油止回针导向件67的下表面69与第一凸缘75之间。柴油止回针74可在第一位置与第二位置之间运动，在第一位置中，其至少部分地阻挡位于柴油燃料腔66中的柴油燃料与喷嘴末端70中的柴油孔口 108之间的流体连通，在第二位置中，其至少部分地开启位于柴油燃料腔66中的柴油燃料与喷嘴末端70中的柴油孔口 108之间的流体连通。偏压弹簧76将柴油止回针74朝着其第一位置偏压。本领域的技术人员会认识到，喷嘴末端70可包括多个柴油孔口108。柴油止回针74还可包括开放液压表面77和封闭液压表面78。开放液压表面77可暴露于柴油燃料腔66中的柴油燃料。称为柴油止回针74的上表面的封闭液压表面78可暴露于柴油止回针控制室120中的柴油燃料。在需要时，作用在开放液压表面77上的柴油燃料可帮助柴油止回针74从其第一位置运动到其第二位置。类似地，在需要时，作用在封闭液压表面78上的柴油燃料可帮助柴油止回针74从其第二位置运动到其第一位置。柴油止回针74还可包括第二凸缘110。第二偏压弹簧112可位于第二凸缘110与燃料分隔器71的第一端114之间。第二偏压弹簧112偏压燃料分隔器71，使得第二端116与喷嘴末端70基本上恒定地密封接触。燃料分隔器71的第二端116位于喷嘴末端70上，使得基本上阻止了柴油燃料与气体燃料的混合。喷嘴组件58还包括孔板118。孔板118位于柴油止回针导向件67的顶部，使得限定了柴油止回针控制室120。特别地，柴油止回针控制室120由孔板118的下表面122、柴油止回针导向件67的上表面124、和柴油止回针74的上表面78部分地限定。柴油止回针控制室120通过柴油z孔口 128与柴油燃料供给通道54流体连通。柴油止回针控制室120还通过柴油a孔口 130和柴油止回针控制管路132与排出道102选择性流体连通。柴油z孔口 128和柴油a孔口 130可都由孔板118限定。如后面更加详细描述的，柴油控制阀组件30控制柴油止回针控制室120与排出道102之间的选择性流体连通。现在参考促进柴油燃料和气体燃料贯穿喷射器的各个部分的运动的各个通道。本领域的技术人员会容易地理解，来自双燃料入口供给喷射器的柴油燃料通过柴油燃料供给通道54行进至柴油燃料腔66。柴油燃料供给通道54由喷射器本体50、孔板118、柴油止回针导向件67和喷嘴本体64中发现的几个互相连接的通道构成。同样，气体燃料通过气体燃料供给通道从双燃料入口 52行进至气体燃料腔68。气体燃料供给通道56由喷射器本体50、孔板118、柴油止回针导向件67和喷嘴本体64中发现的几个互相连接的通道构成。液压锁定组件72还可被限定在喷嘴本体64中。液压锁定组件72可包括由喷嘴本体64限定的环腔134。环腔134可包围气体止回针80。液压锁定组件还可包括促进柴油燃料腔66与环腔134之间流体连通的至少一个通道135。当气体止回针在其第一位置与第
二位置之间往复运动时，来自气体燃料腔68的气体燃料可开始向上迁移到气体止回针80的外表面85上。在没有液压锁定组件时，该迁移的气体燃料最后会开始与柴油燃料腔中的柴油燃料混合。这种混合是不期望的。因为柴油燃料腔66中的柴油燃料处在比气体燃料腔68中气体燃料的压力更高的压力下，所以液压锁定组件72防止这种不期望的结果。理 想地，该压力差大约为5MPa。因此，当气体燃料试图向上迁移到气体止回针80的外表面85上时，液压锁定组件72中柴油燃料的更高压力阻止气体燃料向上行进至柴油燃料腔66。柴油控制阀组件30和气体控制阀组件32控制喷射器12的操作。更特别地，柴油控制阀组件30控制柴油燃料的喷射，气体控制阀组件32控制气体燃料的喷射。柴油控制阀组件30至少部分地布置在喷射器本体50内，并且包括联接至衔铁138的控制阀136。控制阀136可为在关闭位置和打开位置之间运动的双通阀。控制阀136通常被偏压弹簧140和活塞142朝着关闭位置偏压。在关闭位置中，柴油止回针控制室120与排出道102之间的流体连通被阻挡。当控制阀136处于打开位置时，建立柴油止回针控制室120与排出道102之间的流体连通。更特别地，来自柴油止回针控制室120的柴油燃料沿着柴油止回针控制管路132向上行进、穿过控制阀136、并流出排出道102。柴油控制阀组件30还包括电致动器144。电致动器144可为螺线管，当通电时，其产生电磁场，该电磁场通过克服偏压弹簧140和活塞142施加的向下的力来使衔铁138和联接的控制阀136提升。当这发生时，控制阀136运动到其打开位置，柴油止回针控制室120与排出道102之间流体连通。当电致动器144断电时，电磁场消失，偏压弹簧140和活塞142施加的向下的力使得衔铁138和联接的控制阀136返回其初始关闭位置。在该关闭位置，柴油止回针控制室120与排出道102之间的流体连通被阻挡。本领域的技术人员会认识到，在不脱离本发明范围的情况下，柴油控制阀组件30的构造可以许多种方式进行。例如，控制阀可为三通阀，电致动器可为压电型，或者可使用多个偏压弹簧或活塞。尽管气体控制阀组件32构造成控制气体燃料的喷射，但是它也使用柴油燃料作为控制媒介。气体控制阀组件32也可部分地布置在喷射器本体50内。气体控制阀组件32包括联接至衔铁148的控制阀146。控制阀146可为在关闭位置与打开位置之间运动的双通阀。控制阀146通常被偏压弹簧150和活塞152朝着关闭位置偏压。在关闭位置中，气体止回针控制室94与排出道102之间的流体连通被阻挡。当控制阀146处于打开位置时，建立气体止回针控制室94与排出道102之间的流体连通。更特别地，来自气体止回针控制室94的柴油燃料可沿着气体止回针控制管路106向上行进、穿过控制阀146、流出排出道102。气体控制阀组件32还包括电致动器154。电致动器154可为螺线管，当通电时，其产生电磁场，该电磁场通过克服偏压弹簧150和活塞152施加的向下的力来使衔铁148和联接的控制阀146提升。当这发生时，控制阀146运动到其打开位置，建立气体止回针控制室94与排出道102之间的流体连通。当电致动器154断电时，电磁场消失，偏压弹簧150和活塞152施加的向下的力使得衔铁148和联接的控制阀146返回其初始关闭位置。在该关闭位置中，气体止回针控制室94与排出道102之间的流体连通被阻挡。本领域的技术人员会认识到，在不脱离本发明范围的情况下，气体控制阀组件32的构造可以许多种方式进行。例如，控制阀可为三通阀，电致动器可为压电型，或者可使用多个偏压弹簧或活塞。现在解释喷射器12的操作。为方便理解，先解释柴油燃料喷射，然后解释气体喷射。柴油止回针74从其第一位置到其第二位置的运动部分地由柴油燃料供给通道54、柴油燃料腔66、柴油止回针控制室120和柴油止回针控制管路132内存在的高压柴油燃料控制。偏压弹簧76还在柴油止回针74从其第一位置到其第二位置的运动中起作用。当不期望柴油燃料的喷射时，柴油控制阀组件30的电致动器144不通电。加压的柴油燃料 通过衬套组件24输送至喷射器12。处于比气体燃料的压力更高的压力下的柴油燃料可通过第一套管26输送。第一套管26可布置在第二套管28中。柴油燃料通过双燃料入口 52进入喷射器12。如图1-3所示，双燃料入口 52可构造成从衬套组件24的内部或第一套管26接收柴油燃料。但是，本领域的技术人员会认识到，衬套组件24和双燃料入口 52也可都构造成通过衬套组件24的外部或第二套管28分别输送和接收柴油燃料。一旦加压的柴油燃料进入双燃料入口 52，它就通过柴油燃料供给通道54被输送至柴油燃料腔66。来自柴油燃料供给通道54的一部分柴油燃料行进通过柴油z孔口 128、柴油止回针控制室120和柴油a孔口 130，以回填柴油止回针控制管路132。因为电致动器144断电，所以柴油燃料无法通过控制阀136。因此，柴油燃料也快速地回填柴油止回针控制室120。在这种状态中，实质上有两个力操作以将柴油止回针74保持在其第一位置。第一个力为由偏压弹簧76施加的向下的力。第二个力为由柴油止回针控制室120中的加压柴油燃料施加的向下的力。该第二个向下的力直接施加至柴油止回针74的上表面78。只要电致动器144断电，这两个力就比试图将柴油止回针74运动到其第二位置的合力大。因此，阻止了柴油燃料的喷射。当期望柴油燃料的喷射时，柴油控制阀组件30的电致动器144通电，因此产生电磁场。电磁场吸引衔铁138和联接的控制阀136。电磁场的吸引力足以克服偏压弹簧140的向下的力，引起衔铁138和控制阀136提升。当控制阀136运动到其打开位置时，建立柴油止回针控制室120与排出道102之间的流体连通。因此，来自柴油止回针控制室120的加压柴油燃料行进通过柴油a孔口 130、沿着柴油止回针控制管路132向上、穿过控制阀136、并流出排出道102。当这发生时，柴油止回针控制室120内的压力降低，由该压力引起的向下的力减小。现在，施加至柴油止回针74的总的向下的力比柴油燃料施加至柴油止回针组件所用开放液压表面77的向上的力小。因此，柴油止回针74提升，柴油燃料通过至少一个柴油孔口 108喷射。当期望停止柴油燃料的喷射时，电致动器144断电。当电致动器144产生的电磁场消失时，偏压弹簧140的力作用在活塞142上，将控制阀136向下推。因此，控制阀136返回其关闭位置，其中柴油止回针控制室120与排出道102之间的流体连通被阻挡。当这发生时，再次允许柴油燃料填充柴油止回针控制管路132，并回填柴油止回针控制室120。因此，柴油止回针控制室120内的压力升高。当这发生时，施加至柴油止回针组件60的向下的力大于向上的力。柴油止回针74返回其第一位置，其中所述至少一个柴油孔口 108被阻挡，从而结束柴油喷射事件。气体燃料的喷射类似于柴油燃料的喷射。但是，如所看到的，具有一些重要的区另|J。例如，尽管在喷射气体燃料，但是柴油燃料在气体止回针80从其第一位置到其第二位置的运动中起着重要的作用。当不期望气体燃料的喷射时，气体控制阀组件32的电致动器154不通电。加压气体燃料通过衬套组件24的第二套管28输送至喷射器12。气体燃料进入双燃料入口 52，其中它通过气体燃料供给通道56输送至气体燃料腔68。进入双燃料入口 52的柴油燃料通过柴油燃料供给通道54、气体z孔口 100、气体止回针控制室94和气体a孔口 104供给到气体止回针控制管路106。由于电致动器154断电的事实，偏压弹簧150和活塞152工作以将控制阀146保持在其关闭位置，从而防止柴油燃料穿过控制阀146。因此，柴油燃料快速地回填气体止回针控制室94。在这种状态中，实质上有两个力操作以将气体止回针80保持在其第一位置。第一个力为由偏压弹簧76施加的向下的力。第二个力为由气体止回针控制室94中的加压柴油燃料施加的向下的力。只要电致动器154断电，这
三个力就比试图将气体止回针80运动到其第二位置的合力大。因此，阻止了气体燃料的喷 射。当期望气体燃料的喷射时，气体控制阀组件32的电致动器154通电，因此产生电磁场。电磁场吸引衔铁148和联接的控制阀146。电磁场的吸引力足以克服偏压弹簧150和活塞152的向下的力，引起衔铁148和控制阀146提升。当控制阀146运动到其打开位置时，建立气体止回针控制室94与排出道102之间的流体连通。因此，来自气体止回针控制室94的加压柴油燃料行进通过气体a孔口 104、沿着气体止回针控制管路106向上、穿过控制阀146、并流出排出道102。当这发生时，气体止回针控制室94内的压力降低，由该压力引起的向下的力减小。此时，施加至气体止回针80的总的向下的力比气体燃料施加至气体止回针80的开放液压表面81的向上的力小。因此，气体止回针80提升并运动到其第二位置，气体燃料通过至少一个气体孔口 92喷射。在柴油喷射事件期间，燃料分隔器71使喷嘴末端70处的柴油燃料与气体燃料的混合最小化。特别地，位于第二凸缘Iio与燃料分隔器71的第一端114之间的第二偏压弹簧112将燃料分隔器71向下偏压。因此，燃料分隔器71的第二端116与喷嘴末端70基本上恒定密封接触。即便在柴油止回针74处于其第二位置的柴油喷射事件期间，第二偏压弹簧112仍将燃料分隔器71向下偏压，使得阻止柴油燃料腔66中的柴油燃料与气体燃料腔68中的气体燃料混合。当期望停止气体燃料的喷射时，电致动器154断电。当电致动器154产生的电磁场消失时，偏压弹簧150的力作用在活塞152上，将控制阀156向下推。因此，控制阀146返回到其关闭位置，其中气体止回针控制室94与排出道102之间的流体连通被阻挡。当这发生时，再次允许柴油燃料填充气体止回针控制管路106，并回填气体止回针控制室94。因此，气体止回针控制室94内的压力升高。当这发生时，施加至气体止回针80的向下的力大于向上的力。气体止回针80返回到其第一位置，其中气体孔口 92被阻挡，从而结束气体喷射事件。如前所述，气体燃料的喷射主要由运动进出气体止回针控制室94的柴油燃料控制。选择柴油燃料作为控制媒介主要是由于柴油燃料比气体燃料更具粘性的事实。因此，柴油燃料用作优良的润滑剂。这种增强的润滑性有助于保护气体控制阀组件32的敏感表面。本领域的技术人员还会认识到，相同的润滑性优点也适用于柴油控制阀组件30。柴油燃料的粘性性质也有益于喷射器末端。由于气体燃料的低粘度和低体积弹性模量，它会引起过度的末端磨损。该过度磨损会导致末端故障，并最终导致喷射器的故障。为解决这个问题，在本喷射器12中，允许少量的柴油燃料泄漏进气体燃料腔68中。这通过液压锁定组件72来实现。双燃料共轨燃料系统10中的柴油燃料压力高于气体燃料的压力。理想地，压力差为大约5MPa。因为该压力差，少量的柴油燃料被输送至液压锁定组件72的环腔134，渗漏进气体燃料腔68。在气体止回针80在其第一位置与第二位置之间往复运动时，该少量柴油燃料润滑气体止回针80的外 面85。工业实用性本发明的双燃料共轨燃料系统10发现了在相关联发动机的燃烧空间内使用两种燃料的任何发动机的通用性。这两种燃料可为处于两个不同压力的相同燃料，或者如所示实施例中为不同燃料。尽管本发明可应用于利用适当燃料的火花点燃式发动机，但是本发明特别适用于使用相对大充量天然气的气体燃料发动机，所述天然气经由来自柴油燃料轨20的小充量馏分柴油燃料的压燃点燃。如一般地示出柴油和气体燃料喷射量相对于时间的图6a_6f中所示，所公开的燃料喷射器具有根据多种不同喷射模式喷射柴油和气体燃料的能力。优选地，喷射事件的柴油充量大致为柴油和气体燃料的总喷射充量的3-5%。图6a示出了柴油充量200在大的不间断气体充量202开始之前开始并结束的喷射模式。替代地，如图6b中所示，整个柴油充量204可介入在起始气体充量206与后期气体充量208之间。图6c示出了柴油充量210在初始气体充量212之后但与第二气体充量214同时开始的喷射模式。图6c还不出了第三气体充量216。在图6d_6f中，柴油喷射分为由一段时间间隔开的两个较小并分开的充量。例如，图6d不出了在单一大的气体充量220开始之前的初始柴油充量218，并且其中第二柴油充量222在气体充量220开始之后开始，并在气体充量220结束之前结束。图6e示出了初始柴油充量224与初始气体充量226同时开始的喷射模式。但是，初始气体充量226持续时间更长。第二柴油充量228在初始气体充量226结束之后开始。第二气体充量230在第二柴油充量228结束之后开始。图6f再次示出了初始柴油充量232与初始气体充量234同时开始。再次，初始气体充量234持续时间比初始柴油充量232长。第二气体充量236在第二柴油充量238开始之前开始，并在第二柴油充量238结束之后结束。图6f还公开了第三气体充量240。本领域的技术人员会认识到，图6a-6f中所公开的喷射模式仅仅是示例性的，所公开的喷射器12可实现无数种的喷射模式。本公开仅为示例性目的，不应当被认为是以任何方式缩窄本发明的范围。因此，本领域的技术人员会清楚，在不脱离本发明的完整且清楚的范围和精神的情况下，可对当前公开的实施例进行各种的修改。通过查看附图和所附权利要求，可清楚其它方面、特征和优点。
权利要求
1.一种双燃料喷射器，包括 喷射器本体，其限定能够接收第一燃料和第二燃料的双燃料入口、第一燃料供给通道、第二燃料供给通道、第一燃料控制室、第二燃料控制室、第一燃料控制管路、第二燃料控制管路、至少一个低压排出道、第二燃料止回腔、以及具有至少一个第一燃料出口和至少一个第二燃料出口的喷嘴； 第一燃料止回针，其布置在第一燃料止回腔中，并且能在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第一燃料止回针阻挡所述第一燃料供给通道与所述至少一个第一燃料出口之间的流体连通，在所述第二位置中，所述第一燃料止回针至少部分地允许所述第一燃料供给通道与所述至少一个第一燃料出口之间的流体连通，并且其中所述第一燃料止回针限定一内腔； 第二燃料止回针，其位于所述第一燃料止回针的内腔中，并且能在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第二燃料止回针阻挡所述第二燃料供给通道与所述至少一个第二燃料出口之间的流体连通，在所述第二位置中，所述第二燃料止回针至少部分地允许所述第二燃料供给通道与所述至少一个第二燃料出口之间的流体连通； 液压锁定组件，其能够促进所述第一燃料供给通道与气体止回腔之间的流体连通； 第一燃料控制阀组件，其至少部分地布置在所述喷射器本体中，并且具有选择性地允许所述第一燃料控制室、所述第一燃料控制管路和所述至少一个低压排出道之间的流体连通的控制阀构件；以及 第二燃料控制阀组件，其至少部分地布置在所述喷射器本体中，并且具有选择性地允许所述第二燃料控制通道与所述至少一个低压排出道之间的流体连通的控制阀构件。
2.如权利要求I所述的双燃料喷射器，其中，所述双燃料入口还能够以同轴的方式接收输送的高压柴油燃料和中压气体燃料。
3.如权利要求2所述的双燃料喷射器，其中，所述第二燃料供给通道通过第一燃料z孔口与所述第一燃料控制室流体连通，所述第二燃料供给通道通过第二燃料z孔口与所述第二燃料控制室流体连通。
4.如权利要求3所述的双燃料喷射器，其中，所述第一燃料控制室通过第一燃料a孔口与所述第一燃料控制管路流体连通，所述第二燃料控制室通过第二燃料a孔口与所述第二燃料控制管路流体连通。
5.如权利要求4所述的双燃料喷射器，还包括限定所述第二燃料a孔口和所述第二燃料z孔口的孔板。
6.如权利要求5所述的双燃料喷射器，其中，所述第一燃料a孔口形成在所述喷射器本体中，所述第一燃料z孔口形成在所述第一燃料止回针中。
7.如权利要求6所述的双燃料喷射器，还包括能够将所述第一燃料止回针朝其第一位置偏压的第一偏压弹簧，并且还包括能够将所述第二燃料止回针朝其第一位置偏压的第二偏压弹簧。
8.如权利要求7所述的双燃料喷射器，其中，所述第二偏压弹簧同心地嵌套在所述第一偏压弹簧内。
9.如权利要求8所述的双燃料喷射器，还包括燃料分隔器，所述燃料分隔器布置在所述第一止回针的内腔中、与所述喷嘴密封接触、且能够阻止所述第一燃料与所述第二燃料的混合。
10.如权利要求9所述的双燃料喷射器，还包括能够将所述燃料分隔器朝其密封接触偏压的第三偏压弹簧。
11.如权利要求10所述的双燃料喷射器，其中，所述液压锁定组件形成在所述第一止回针中。
12.如权利要求11所述的双燃料喷射器，其中，所述第二燃料处于比所述第一燃料高大约5MPa的压力下。
13.如权利要求12所述的双燃料喷射器，其中，所述第一燃料为气体燃料，所述第二燃料为柴油燃料。
14.一种双燃料共轨燃料系统，包括 第一燃料源； 第二燃料源； 第一燃料轨； 第二燃料轨； 至少一个第一燃料泵，其能够对来自所述第一燃料源的第一燃料加压，并将所述第一燃料输送至所述第一燃料轨； 至少一个第二燃料泵，其能够对来自所述第二燃料源的第二燃料加压，并将所述第二燃料输送至所述第二燃料轨； 衬套，其能够接收来自所述第一燃料轨的第一燃料和来自所述第二燃料轨的第二燃料；双燃料喷射器，其能够从所述衬套接收所述第一燃料和所述第二燃料，并且还包括喷射器本体，其限定能够接收第一燃料和第二燃料的双燃料入口、第一燃料供给通道、第二燃料供给通道、第一燃料控制室、第二燃料控制室、第一燃料控制管路、第二燃料控制管路、至少一个低压排出道、第二燃料止回腔、以及具有至少一个第一燃料出口和至少一个第二燃料出口的喷嘴； 第一燃料止回针，其布置在第一燃料止回腔中，并且能在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第一燃料止回针阻挡所述第一燃料供给通道与所述至少一个第一燃料出口之间的流体连通，在所述第二位置中，所述第一燃料止回针至少部分地允许所述第一燃料供给通道与所述至少一个第一燃料出口之间的流体连通，并且其中所述第一燃料止回针限定一内腔； 第二燃料止回针，其位于所述第一燃料止回针的内腔中，并且能在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第二燃料止回针阻挡所述第二燃料供给通道与所述至少一个第二燃料出口之间的流体连通，在所述第二位置中，所述第二燃料止回针至少部分地允许所述第二燃料供给通道与所述至少一个第二燃料出口之间的流体连通； 液压锁定组件，其能够促进所述第一燃料供给通道与气体止回腔之间的流体连通；第一燃料控制阀组件，其至少部分地布置在所述喷射器本体中，并且具有选择性地允许所述第一燃料控制室、所述第一燃料控制管路和所述至少一个低压排出道之间的流体连通的控制阀构件；以及 第二燃料控制阀组件，其至少部分地布置在所述喷射器本体中，并且具有选择性地允许所述第二燃料控制通道与所述至少一个低压排出道之间的流体连通的控制阀构件。
15.如权利要求14所述的双燃料共轨燃料系统，其中，所述第二燃料供给通道通过第一燃料z孔口与所述第一燃料控制室流体连通，所述第二燃料供给通道通过第二燃料z孔口与所述第二燃料控制室流体连通。
16.如权利要求15所述的双燃料共轨燃料系统，其中，所述第一燃料控制室通过第一燃料a孔口与所述第一燃料控制管路流体连通，所述第二燃料控制室通过第二燃料a孔口与所述第二燃料控制管路流体连通。
17.如权利要求16所述的双燃料共轨燃料系统，还包括燃料分隔器，所述燃料分隔器布置在所述第一止回针的内腔中、与所述喷嘴密封接触、且能够阻止所述第一燃料与所述第二燃料的混合。
18.如权利要求17所述的双燃料共轨燃料系统，其中，所述液压锁定组件形成在所述第一止回针中。
19.如权利要求18所述的双燃料喷射器，其中，所述第二燃料处于比所述第一燃料高大约5MPa的压力下。
20.如权利要求19所述的双燃料喷射器，其中，所述第一燃料为气体燃料，所述第二燃料为柴油燃料。
全文摘要
本发明公开一种用于共轨系统的双燃料喷射器。具体地，一种双燃料共轨燃料喷射器，包括第一和第二控制阀组件及第一和第二止回针。所述双燃料喷射器能够有选择地喷射两种不同燃料，例如柴油和液化天然气。所述第一和第二控制阀组件使用单一燃料(例如柴油)作为控制媒介来操作。所述双燃料共轨喷射器还包括液压锁定组件。
文档编号F02M43/04GK102840072SQ20121021689
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月25日 优先权日2011年6月24日
发明者金会山, X·丁 申请人:卡特彼勒公司