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自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自燃(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，尤其是然气。
[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^P CO 2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燃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，因此它们通常每个缸体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点燃并且由此，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自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自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，其具有通向喷嘴内部的针阀压力室空间的多个喷嘴孔，喷嘴布置在细长阀壳体的前端；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；轴向可移动阀针，其可滑动地容纳在细长阀壳体的纵向孔中，轴向可移动阀针具有闭合位置与打开位置；轴向可移动阀针在闭合位置中放置在阀座上并且轴向可移动阀针在打开位置中从阀座提升，阀座布置在燃料室与出口端口之间，燃料室流体地连接到气体燃料入口端口，出口端口流体地连接到喷嘴中的针阀压力室空间；致动系统，其用于在闭合位置与打开位置之间可控制地移动轴向可移动阀针；点火液体入口端口，用于连接到高压点火液体源；以及点火液体供给导管，其将点火液体入口端口连接到燃料室，点火液体供给导管包括固定流量限制器，固定流量限制器构造为使从点火液体入口端口到燃料室的点火液体的流动节流，以便当阀针放置在阀座上时允许少量点火液体作为恒定流量的点火液体通过固定流量限制器以积聚在阀座上方的燃料室中。
[0011]在其中阀针放置在阀座上的发动机循环的期间中，通过点火液体向燃料室的受控的缓慢且持续的传送，可以在阀座的正上方的气体燃料室的底部处形成点火液体的小储液器。当阀针在发动机循环中在适当时间点提升时，在燃料室中的高压气体燃料朝向喷嘴的中空内部流动，即到针阀压力室空间中。在燃料阀的闭合期间过程中沉积在阀座上方的少量点火液体在气体燃料之前被推动并且由此点火液体就在气体燃料之前进入喷嘴中的针阀压力室空间。由于在燃烧室中的清扫空气的压缩因而已经存在于针阀压力室空间中的热压缩空气、点火液体与气体燃料的结合，致使已经在喷嘴内部点燃。
[0012]在第一方面的第一可能实施中，固定流量限制器是固定孔流量控制元件。
[0013]在第一方面的第二可能实施中，轴向可移动阀针可滑动地容纳在纵向孔中，轴向可移动阀针与纵向孔之间具有间隙，并且其中间隙在纵向孔的一端处通向燃料室并且其中点火液体导管将点火液体传送到该间隙并且其中此间隙形成固定流量限制器。
[0014]在第一方面的第三可能实施中，点火液体用作间隙中的密封液体。
[0015]在第一方面的第四可能实施中，点火液体供给导管从点火液体入口端口延伸到通向纵向孔的端口以将点火液体传送到纵向孔与轴向可移动阀针之间的间隙。
[0016]在第一方面的第五可能实施中，点火液体源的压力高于气体燃料源的压力。
[0017]在第一方面的第六可能实施中，轴向可移动阀针可操作地连接到可滑动地容纳在壳体中的轴向可移动的致动活塞并且与壳体一起限定致动室，致动室流体地连接到控制端口以连接到控制油源。
[0018]在第一方面的第七可能实施中，轴向可移动阀针从纵向孔突出到燃料室中使得燃料室围绕轴向可移动阀针的一部分。
[0019]在第一方面的第八可能实施中，点火液体供给导管在壳体中延伸并且通过轴向可移动的阀针以将点火液体端口流体地连接到间隙。
[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，并且其中喷嘴通过其基部连接到细长阀壳体的前端，并且其中喷嘴具有闭合尖端，喷嘴孔靠近所述尖端布置。
[0021 ] 此外根据第二方面通过提供自燃式内燃发动机实现了上面的目的，该自燃式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、根据第一方面的一个或多个燃料阀，该燃料阀设置在发动机的缸体处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，发动机构造为在燃料室中积聚的点火液体的协助下并且在不使用其它点火装置的情况下自点燃喷射气体燃料。
[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针阀压力室空间时点燃气体燃料。
[0024]在第二方面的第三可能实施中，气体燃料源以高压将气体燃料传送到燃料阀，并且其中点火液体源构造为传送点火液体并且压力高于气体燃料源的压力。
[0025]此外根据第三方面通过提供操作自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，燃料阀具有中空喷嘴，中空喷嘴具有将喷嘴的内部连接到发动机的缸体中的燃烧室的多个喷嘴孔；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；通过加压气体燃料加压燃料室；将点火液体的少量连续流传送到燃料室并且在其中轴向可移动阀针放置在阀座上期间允许点火液体积聚在阀座上方；通过从阀座提升轴向可移动阀针开始气体燃料喷射事件，由此致使积聚的点火液体正好在气体燃料之前进入中空喷射喷嘴。
[0026]在第三方面的第一可能实施中，在点火液体的协助下在喷嘴内部点燃气体燃料。
[0027]在喷嘴的第三方面的第二可能实施中，贯穿发动机循环喷嘴保持在300°C以上。
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