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_3

文档序号:9413401阅读:来源:国知局
在阀针61的后端处的加宽部分或凸缘83接合,由此通过致动活塞64形成阀针61的后端。
[0076]气体燃料阀50设有致动系统以在轴向可移动阀针61的闭合位置与打开位置之间可控制地移动轴向可移动阀针61。在此实施方式中,致动系统包括可滑动地容纳在细长阀壳体52的圆柱形部分中的轴向可移动致动活塞64。致动活塞64与细长阀壳体52 —起限定致动室74。在此实施方式中,致动活塞64是一体的并且是轴向可移动阀针61的最后面部分。然而,应该理解的是致动活塞64可以以多种方式诸如通过螺纹连接,或者通过焊接可操作地连接到阀针61,并且优选地致动活塞64与阀针61共同移动,尽管这不是先决条件。
[0077]致动室74经由控制油导管70流体地连接到控制油端口 72。控制油端口 72连接到电子控制油阀96(图4),电子控制油阀96继而连接到高压控制油源97。电子控制油阀96优选地是开/关式并且接收来自电子控制单元ECU的电子控制信号以控制喷射事件。
[0078]在其它实施方式中(未示出),可以通过诸如螺线管或线性电机的其它致动装置致动阀针。
[0079]致动活塞64设有优选为朝向壳体的后端开口的同心缸体以及可滑动地容纳在此缸体内部的固走活塞87。致动活塞64相对于固走活塞87是可移动的。致动活塞64内部的缸体与固定活塞87 —起限定室80,这提供了用于致动活塞64轴向移动的空间。
[0080]细长阀壳体52设有用于连接到点火液体源57的点火液体端口 78。点火液体供给导管76在细长阀壳体中轴向地延伸并且通过固定活塞87并且将点火液体端口 78流体地连接到室80。
[0081]点火液体传送导管的第二部分作为孔82共轴地延伸至阀针中。径向通道85在轴向可移动阀针61中由端口从孔82延伸到轴向可移动阀针61的外表面以允许点火液体供给到细长阀壳体52与轴向可移动阀针61之间的间隙,以由此润滑与密封阀针61,从而允许点火液体用作密封油。点火液体通过间隙既向上流动到致动室74又向下流动到燃料室58。流动到致动室74的点火液体的部分与控制油混合。这对控制油不造成实质影响。如图8中所示,当轴向可移动阀针61放置在阀座69上时,点火液体的部分流动到燃料室58并且积聚在燃料室58的底部即就在阀座69上方。
[0082]间隙的尺寸被精确地控制及选择为使得在其中轴向可移动阀构件61放置在阀座69上的发动机循环期间的时间中,适量的点火液体聚集在燃料室58的底部。适量的点火油是足以形成可靠且稳定点火的量,可以例如根据例如发动机尺寸与载荷在0.2mg到200mg的范围内。关于诸如例如粘度的点火液体的特性选择间隙的尺寸,使得当点火液体源具有为高于气体燃料源的压力的裕度的压力时实现适当规模的点火液体的恒定流量。
[0083]在细长阀壳体52中的气体泄漏探测通道84通向气体泄漏探测端口 86以探测气体泄漏。
[0084]由电子控制单元ECU通过气体燃料阀50的打开时间的长度来控制气体燃料的喷射事件,即通过打开时间的长度来确定一次喷射事件中气体喷射的量。由此,基于来自电子控制单元ECU的信号,致动室74中的控制油压升高并且阀针61从座69提升从其闭合位置移动到其打开位置。当控制油压升高并且致动室74中增加的压力推动致动活塞64反抗螺旋弹簧66的力沿着轴向方向远离喷嘴54与座69时,阀针61将总是执行从其闭合位置到其打开位置的完全冲程。
[0085]在燃料室58 (图8)的底部处积聚的点火液体首先进入喷嘴54中的室55,气体燃料跟随其后,即气体燃料向前推动点火液体并且进入到室55中。由此,在燃烧室58中积聚的点火液体将正好在气体燃料以前进入喷嘴54中的室55。正好在燃料阀50打开之前的时刻,由于在燃烧室中清扫空气的压缩(喷嘴孔56允许空气从燃烧室流动到室55中),室55填充有压缩热空气与残余未燃烧气体燃料的混合物。因此,在燃料阀50打开以后不久,在室55内部有热压缩空气、点火液体与气体燃料。这导致已经在中空喷嘴54内部的气体燃料的受控且可重复点燃。
[0086]图12示出了燃料阀50的另一个实施方式,其与前面附图的实施方式基本相同,除了间隙77与密封油的粘度相关,使得密封油从密封源经由端口 178与导管176、轴向孔182与径向孔185提供,实际上没有密封油泄露到燃烧室中。替代地,单独的燃烧液体通道99将燃料室58连接到点火液体端口 98。燃烧液体通道99包括例如以固定孔限制件的形式的固定限制件100,以便在轴向可移动阀针61的闭合期间过程中节流与控制传送到燃料室58的点火液体的数量。
[0087]点火液体端口98连接到具有气体燃料源的压力以上裕度的压力的高压点火液体源。根据图12的实施方式的阀的操作与用前述附图描述的燃料阀的操作基本相同。
[0088]图13和图14示出了燃料阀的另一个实例实施方式。除了在点火燃料供给线路中包括专用栗组件以外,此实施方式与参照图6-图8示出的实施方式基本相同。
[0089]于此,致动活塞64内部的缸体与固定活塞87 —起限定栗室80。在点火液体端口78与栗室80之间布置止回阀79以防止从栗室80到点火液体端口 78的流动。
[0090]点火液体喷射导管67在轴向可移动针61内部轴向地延伸。栗室80具有经由点火液体供给导管76流体地连接到点火液体端口 78的入口以及连接到点火液体喷射导管67的第一端的出口。
[0091 ]点火液体喷射导管67的第二端在轴向可移动阀针61的尖端处结束并且点火液体喷射导管67的第二端构造为将点火液体喷射到喷嘴54内部的室55中。
[0092]当轴向可移动阀针61从闭合位置移动到打开位置时栗室80收缩并且由此致动活塞64朝向壳体52的最后端移动。
[0093]当轴向可移动针61从打开位置移动到闭合位置时栗室80膨胀所以由此致动活塞64远离壳体52的最后端移动。
[0094]点火液体喷射导管67的第二端流体地连接到喷嘴54使得当栗室80收缩时点火液体传送到喷嘴54。当栗室80膨胀时栗室经由点火液体供给导管76重新填充以来自点火液体源57的点火液体。
[0095]气体燃料阀50包括布置在点火液体注射导管67中的止回阀65以防止在点火液体喷射导管中朝向栗室80的流动。
[0096]点火液体供给导管76在壳体52中延伸并且轴向地通过固定活塞87以将点火液体端口 78流体地连接到栗室80。
[0097]径向密封通道85在轴向可移动阀针61中从点火液体喷射导管67延伸到轴向可移动阀针61的外表面以允许点火液体供给到壳体52与阀针之间的间隙以由此润滑并密封阀针61,由此允许点火液体用作密封油。
[0098]对于全部实施方式来说气体燃料的喷射事件都由电子控制单元ECU通过气体燃料阀50的打开时间的长度来控制。由此,基于来自电子控制单元ECU的信号,致动室74中的控制油压升高并且阀针61在从其闭合位置到其打开位置的移动中被从座69提升。当控制油压升高并且致动室74中增加的压力对着螺旋弹簧66的力沿着轴向方向远离喷嘴54与座69推动致动活塞64时,阀针61将总是执行从其闭合位置到其打开位置的完全冲程。
[0099]在此移动过程中,栗室80收缩并且点火液体被压出栗室80并且点火液体通过点火液体喷射导管67从轴向可移动阀针61的尖端喷射到室55中。由此,在实施方式中,不考虑发动机载荷,每次喷射事件的点火液体的数量是固定的。致动活塞64的冲程与固定栗活塞87的直径确定在每次喷射事件中传送的点火液体的数量。因此,通过选择致动活塞64的适当冲程与栗活塞87的适当直径获得每次喷射事件所需的期望量的点火液体。
[0100]在喷射事件结束处,ECU将压力从致动室移除并且螺旋弹簧66的力致使阀针61返回到阀座69。
[0101]图15中不出的实施方式与图13和图14的实施方式基本相同,除了点火液体喷射导管67在阀针61的尖端附近分裂成端部都在座69上的两个通道67’,使得当轴向可移动阀针61放置在座69上时栗室80与喷嘴54之间的流体连接闭合。由此,此实施方式可以在没有防止从点火液体喷射导管67的第二端朝向栗室80的流动的止回阀的情况下实现。
[0102]在实施方式中(未示出),致动装置包括螺线管或线性电动机与活塞并且不需要控制油。
[0103]通过将加压气体燃料以第一高压供给到发动机的燃料阀50操作自燃式内燃发动机。点火液体以第二高压供给到燃料阀50。第二高压高于第一高压。通过与在中空喷嘴54上方的阀座69配合的可移动阀针61控制气体燃料的喷射。燃料室58布置在阀座69上方。燃料室58加压以气体燃料。将点火液体的小的连续流传送到燃料室58并且在其中阀针61放置在阀座69上时点火液体在阀座69上方积聚。通过从阀座69提升轴向可移动阀针61开始气体燃料喷射事件,由此正好在气体燃料以前致使积聚的点火液体进入中空喷射喷嘴54。气体燃料之后在点火液体的协助下使喷嘴54内部点燃,即受控点燃。
[0104]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使喷射的气体燃料自点燃。
[0105]发动机构造为当气体燃料进入喷嘴内部的室中时点燃气体燃料。
[0106]在实施方式中,贯穿发动机周期喷嘴54保持在300°C以上。在实施方式中,在压缩冲程的最后中空喷嘴54内部的温度大约是600摄氏度。
[0107]本发明的优点在于根据本发明诸如密封油、海洋柴油、生物柴油、润滑油、重燃料油或甲醚(DME)的普通船用油或发动机润滑油或燃料油还可以作
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