用于将气体燃料喷射到内燃发动机的燃烧室中的燃料阀及方法

文档序号:9413401
用于将气体燃料喷射到内燃发动机的燃烧室中的燃料阀及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于具有气体燃料供给系统的压燃式内燃发动机的气体燃料阀,尤其涉及用于具有气体燃料供给系统的大型低速单流涡轮增压二冲程内燃发动机的气体燃料阀。
【背景技术】
[0002]十字头式大型低速二冲程压燃式(柴油)发动机通常在大型船舶的推进系统中使用或者在发电厂中用作原动机。非常经常地,这些发动机靠重燃料油或者燃料油运转。
[0003]当前,需要大型二冲程柴油发动机能够适应替代性类型的燃料,诸如燃气、煤浆、石油焦等,尤其是燃气。
[0004]诸如天然气的气体燃料当用作用于大型低速单流涡轮增压二冲程内燃发动机的燃料时当与例如将重燃料油用作燃料时相比是在排放气体中产生的显著较低等级的硫组分、NOx和C02的相对清洁燃料。
[0005]然而,在大型低速单流涡轮增压二冲程内燃发动机中使用气体燃料时存在一些问题。这些问题中的一个是当喷射到燃烧室中时气体自燃的自发性与可预测性并且二者在压缩点火发动机中受控是重要的。因此,现有的大型低速单流涡轮增压二冲程内燃发动机利用与气体燃料的喷射同时的油或其它点火液体的先导喷射以确保气体燃料的可靠且适当定时的点燃。
[0006]大型低速单流涡轮增压二冲程内燃发动机通常用于推进大型远洋货轮并且因此可靠性是至关重要的。这些发动机的气体燃料操作仍是相对近期的发展并且气体操作的可靠性仍未达到传统燃料的等级。因此,现有的大型低速二冲程柴油发动机都是二重燃料发动机,具有用于基于气体燃料运转的燃料系统以及用于基于燃料油运转的燃料系统使得它们能够被操作为仅基于燃料油以全功率运转。
[0007]由于这些发动机的燃烧室的大直径,因此它们通常在缸体的每个缸体盖中设有围绕中心排放阀以约120°的角度分离的三个燃料喷射阀。因此,通过双重燃料系统每个缸体将具有三个气体燃料阀并且每个缸体将具有三个燃料油阀以及靠近相应气体喷射阀布置的一个燃料油喷射阀以确保气体燃料的可靠的点火并且由此,缸体的顶盖是相对拥挤的位置。
[0008]在现有的双重燃料发动机中燃料油阀已经被用于在气体燃料操作过程中提供先导油喷射。这些燃料油阀的尺寸设计为使得能够按照用于以仅在燃料油上以全载荷运转发动机要求的数量传送燃料油。然而,在先导喷射中喷射的油的数量应该尽可能小以获得排放的期望的减少。还能够传送以全载荷运转所必需的大的量的全尺寸燃料喷射系统的此少量剂量造成了重大技术问题,并且在实践中非常难以实现并且因此在现有发动机中先导油剂量已经在每个油喷射事件具有比期望尤其在中等以及低载荷更大的数量。可以处理小的先导数量的额外的小喷射系统的另选物是相当复杂且昂贵的。此外,额外的小先导油喷射阀使得缸体的顶盖甚至更加拥挤。

【发明内容】

[0009]在此背景上,本申请的目的是提供克服或者至少减少了上面指出问题的用于压燃式内燃发动机的燃料阀。
[0010]根据一个方面通过提供用于将气体燃料喷射到压燃式内燃发动机的燃烧室中的燃料阀实现了此目的,燃料阀包括:具有后端与前端的细长燃料阀壳体;喷嘴,该喷嘴具有细长喷嘴本体,细长喷嘴本体具有形成连接到喷嘴孔的室的中空内部,喷嘴布置在燃料阀壳体的前端,室具有细长形状,室的一个纵向端形成用于气体燃料与点火液体的入口端口并且喷嘴孔在室的另一个纵向端附近连接到室,气体燃料入口端口,其在细长燃料阀壳体中以连接到高压气体燃料源;点火液体入口端口,用于连接到点火液体源;用于在气体燃料入口端口与点火空间之间建立定时流体连接的装置;以及构造为将限定量的点火液体定时地传送到室以在室内部点燃气体燃料的装置。
[0011 ] 通过将限定量的点火液体传送到喷嘴中的室,可以实现喷嘴中室内部的气体燃料的可靠且受控的点火,同时使用简单装置来传送点火液体并且点火液体消耗少由此改进了排放水平。
[0012]在第一方面的第一可能实施中,构造为用于定时地将限定量的点火液体传送到室的装置被配置为传送受控量的点火液体。
[0013]在第一方面的第二可能实施中,点火液体的限定且受控的数量显著少于室的体积。
[0014]在第一方面的第三可能实施中,燃料阀构造为正好在气体燃料以前将限定量的点火液体传送到室。
[0015]在第一方面的第四可能实施中,燃料阀构造为在气体燃料开始传送时将限定量的点火液体传送到室。
[0016]在第一方面的第五可能实施中,限定量的点火液体在允许气体燃料进入到室以前添加至气体燃料并且其中气体燃料与点火液体经由一个且相同的端口进入室。
[0017]在第一方面的第六可能实施中,限定量的点火液体与气体燃料经由不同的端口传送到室。
[0018]在第一方面的第七可能实施中,室具有细长形状,室的一个纵向端形成用于气体燃料与点火液体的入口端口并且喷嘴孔在室的另一个纵向端附近连接到室。
[0019]在第一方面的第八可能实施中,喷嘴构造为在300°C以上的温度操作。
[0020]在第一方面的第九可能实施中,喷嘴包括基部与细长喷嘴本体,喷嘴通过其基部连接到细长阀壳体的前端,并且喷嘴包含具有靠近尖端布置的喷嘴孔的闭合尖端。
[0021]此外根据第二方面通过提供压燃式内燃发动机实现了上面的目的,该缩点火内燃发动机具有多个缸体、高压气体燃料供给系统、高压点火液体供给系统以及根据第一实施到第九实施中任一个的一个或多个气体燃料阀,该气体燃料阀设置在发动机的缸体盖中并且连接到高压气体燃料供给系统且连接到点火液体供给系统。
[0022]在第二方面的第一可能实施中,发动机构造为在点火液体的协助下并且在不使用其它点火装置的情况下压燃喷射的气体燃料。
[0023]在第二方面的第二可能实施中,发动机构造为当气体燃料进入喷嘴内部的室时点燃气体燃料。
[0024]在第二方面的第三可能实施中,气体燃料源将所述气体燃料以高压传送到燃料阀,并且其中点火液体源构造为以高于气体燃料源压力的压力传送点火液体。
[0025]此外根据第三方面通过提供用于在自燃式内燃发动机中喷射以及点燃气体燃料的方法实现了上面目的,自燃式内燃发动机具有燃料阀,燃料阀具有用于将气体燃料喷射到自燃式内燃发动机的燃烧室中的燃料阀壳体,燃料阀包括喷嘴,此喷嘴包括具有形成室的中空内部的细长喷嘴本体以及连接到室的喷嘴孔,喷嘴布置在燃料阀壳体的前端,并且室具有细长形状,室的一个纵向端形成用于气体燃料与点火液体的入口端口并且喷嘴孔在室的另一个纵向端附近连接到室,此方法包括:将高压气体燃料传送到燃料阀;通过定时打开燃料阀(50)开始喷射事件由此允许气体燃料经由喷嘴中的室流动到燃烧室;正好在喷射事件以前或期间将喷射液体传送到喷嘴中的室由此致使室内部的气体燃料的点火;以及通过闭合气体阀结束喷射事件。
[0026]在第三方面的第一可能实施中,此方法还包括将气体燃料以第一高压传送到燃料阀并且将点火燃料以第二高压传送到燃料阀,第二高压高于第一高压。
[0027]在第三方面的第二可能实施中,此方法还包括在喷射事件开始前混合气体燃料与点火液体并且将气体燃料与点火液体同时传送到室。
[0028]在第三方面的第三可能实施中,此方法还包括分别将气体燃料与点火液体传送到室。
[0029]此外根据第四方面通过提供操作压燃式内燃发动机的方法实现了上述目的,该方法包括:将加压气体燃料以第一高压供给到发动机的燃料阀,燃料阀包括阀壳体,燃料阀具有中空喷嘴,中空喷嘴具有细长喷嘴本体,细长喷嘴本体具有将喷嘴中的室连接到发动机的缸体中的燃烧室的多个喷嘴孔,喷嘴布置在燃料阀壳体的前端,并且室具有细长形状,室的一个纵向端形成用于气体燃料与点火液体的入口端口并且喷嘴孔在室的另一个纵向端附近连接到室,将点火液体以第二高压供给到燃料阀,第二高压高于第一高压;通过与在中空喷嘴上方的阀座配合的可移动阀针控制气体燃料的喷射,燃料室布置在阀座上方;通过气体燃料加压燃料室;通过从阀座提升轴向可移动阀针开始气体燃料喷射事件,正好在喷射事件以前或者在喷射事件期间将少量点火液体传送到室;以及通过将轴向可移动阀针向回移动到阀座结束喷射事件。
[0030]在第四方面的第一可能实施中,在点火液体的协助下在室内部点燃气体燃料。
[0031]在第四方面的第二可能实施中,贯穿发动机周期喷嘴保持在300°C以上。
[0032]此外根据第五方面通过提供在用于在自燃式内燃发动机中喷射与点燃气体燃料的方法中,将船用油或发动机润滑油或燃料油用作点火液体实现了上述目的,自燃式内燃发动机具有燃料阀,燃料阀用于将气体燃料喷射到自燃式内燃发动机的燃烧室中,燃料阀包括喷嘴,此喷嘴具有形成室的中空内部以及连接到室的喷嘴孔,该方法包括:将高压气体燃料传送到燃料阀;通过定时打开燃料阀开始喷射事件由此允许气体燃料经由喷嘴中的室流动到燃烧室;就在喷射事件以前或期间将喷射液体传送到喷嘴中的室由此协助室内部的气体燃料的受控点燃;以及通过闭合气体阀结束喷射事件。
[0033]在第五方面的第一实施中,此方法还包括将气体燃料以第一高压传送到燃料阀并且将点火燃料以第二高压传送到燃料阀,第二高压高于第一高压。
[0034]在第五方面的第二实施中,此方法还包括在开始喷射事件以前混合气体燃料与点火液体并且将气体燃料与点火液体同时传送到室。
[0035]在第五方面的第三实施中,此方法还包括分别将气体燃料与点火液体传送到室。
[0036]在第五方面的第四实施中,在点火液体的协助下在室内部点燃气体燃料。<
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