具有换向阀的双燃料喷射器的制造方法

具有换向阀的双燃料喷射器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及燃料喷射器(12)的燃料通路(500)，该燃料通路包括第一通道、第二通道和阀(80)。所述第一通道构造成用于接收第一燃料和限定出用于第一燃料的流动路径。所述第二通道构造成用于接收第二燃料和限定出用于第二燃料的流动路径。所述阀(80)与所述第一通道和第二通道流体连通。所述阀(80)适于在第一通道中的压力达到预定水平时将第二燃料引导至第一通道中。
【专利说明】具有换向阀的双燃料喷射器
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及用于在双燃料发动机的跛行运转模式下对燃料的流动进行调节的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在双燃料发动机中，燃料喷射器用于将液体燃料、诸如柴油馏分喷射到发动机气缸中，第二系统负责输送第二类型的燃料、诸如天然气。对于这种双燃料发动机，希望能喷射两种不同量的液体燃料。当发动机在双燃料模式下运行时，利用柴油燃料的少量引燃喷射来协助点燃大量的气体燃料。然而，当气体燃料不可用或由于其它原因需要发动机仅以柴油运行时，则只进行柴油的更大量喷射。
[0003]对于构造成以天然气燃料和柴油燃料(作为引燃物)两者运转的双燃料喷射器而言，有时会希望能够只通过柴油燃料运行。在针对5%柴油燃料和95%天然气设计的具有两组不同的孔口组的喷射器中，用于柴油通路的孔口尺寸和数量不足，并且在仅以柴油运行期间存在输送柴油燃料的困难。
[0004]过去，本来需要在发动机中使用两个单独的燃料喷射器或至少两个单独的喷嘴组件来实现这些运行要求。例如，本来需要一个用于少量初始引燃喷射的喷嘴，本来需要用于较大量仅柴油喷射的第二喷嘴。然而，这种系统往往是复杂且难以控制的。因此，需要创造在存在天然气供给不足的情况中能够满足双燃料喷射要求的系统，天然气供给不足致使双燃料发动机利用仅以柴油运行的模式直到恢复对发动机的天然气供给。
[0005]授予Gillis等人的美国专利6，601，566 (’566专利)公开了一种喷射燃料的方法，该方法包括提供燃料喷射器的步骤，该燃料喷射器具有多个喷嘴出口和直接受控的双同轴止回阀组件。喷射器具有双止回阀喷嘴，该双止回阀喷嘴具有由电子致动器控制操作的用于引燃喷射和主喷射的单独的孔口。外止回阀具有相对低的开阀压力并控制具有较小流动面积的一组孔口。内止回阀具有相对闻的开阀压力并控制具有相对较大的流动面积的一组孔口。与标准单位泵或高压燃料共轨结合，双同轴止回阀设计提供了能具有更高的初始喷射压力的燃料喷射系统。然而，’ 566专利未能公开双燃料发动机在需要仅通过柴油燃料运行时的运行。
[0006]因此，尤其希望提供一种用于在跛行模式下运行双燃料发动机的改进的系统和方法。

【发明内容】

[0007]根据一个实施例，本发明涉及一种燃料喷射器的燃料通路，其包括第一通道、第二通道和阀。所述第一通道构造成用于接收第一燃料和限定出用于第一燃料的流动路径。第二通道构造成用于接收第二燃料并限定出用于第二燃料的流动路径。阀与第一通道和第二通道流体连通。该阀适合于在第一通道中的压力达到预定水平时将第二燃料引导至第一通道中。[0008]在另一实施例中，本发明涉及一种用于对燃料的流动进行调节的方法。该方法包括经由限定出用于第一燃料的流动路径的第一通道来接收第一燃料。该方法还包括经由限定出用于第二燃料的流动路径的第二通道来接收第二燃料。此外，该方法包括在第一通道中的压力达到预定水平时经由阀将第二燃料引导至第一通道中。
[0009]在又一实施例中，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、构造成对来自第一燃料源的第一燃料加压并将第一燃料输送至第一燃料轨的至少一个第一燃料泵、构造成对来自第二燃料源的第二燃料加压并将第二燃料输送至第二燃料轨的至少一个第二燃料泵，以及构造成流体地联接至第一燃料轨和第二燃料轨的双燃料喷射器。双燃料喷射器包括燃料通路。燃料通路包括第一通道、第二通道和阀。第一通道构造成用于接收第一燃料和限定出用于第一燃料的流动路径。第二通道构造成用于接收第二燃料和限定出用于第二燃料的流动路径。阀与第一通道和第二通道流体连通。所述阀适合于在第一通道中的压力达到预定水平时将第二燃料引导至第一通道中。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1示出了根据一个实施例的燃料系统的构件的示意图。
[0011]图2示出了根据第一实施例的喷射器12的流体通路的内部结构。
[0012]图3示出了图2的一部分的放大图，显示了当在正常模式下运行时位于与柴油燃料供给通路84和气体燃料供给通路86相交的接合处的阀80。
[0013]图4示出了图2的一部分的放大图，显示了当在跛行模式下运行时位于与柴油燃料供给通路84和气体燃料供给通路86相交的接合处的阀80。
[0014]图5以流程图形式示出了根据一个实施例的双燃料机器10的发动机5的燃料通路的操作方法。
【具体实施方式】
[0015]现在将详细参考示例性实施例，其示出于附图中。在有可能时，相同的附图标记将贯穿附图使用用以指代相同或相似的部件。
[0016]图1示出了根据一个实施例的燃料系统的构件的示意图。双燃料共轨燃料系统10使用双燃料共轨喷射器12。双燃料系统10包括多个燃料喷射器12，其中每一个燃料喷射器都包括喷射器体部70，所述喷射器体部具有定位成用于将气体燃料和/或液体燃料直接喷射到相关联的发动机气缸(未显示)的相应燃烧室中的尖端构件71。柴油燃料源14包含柴油燃料。柴油泵16通过柴油供给管线18抽出柴油燃料；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。过滤器22可设置在柴油供给管线18中位于柴油泵16上游和柴油燃料源14下游。过滤器22用于从燃料中筛除污物和生锈颗粒。柴油燃料轨20内的柴油燃料可以在约90°C下被加压到约40MPa的压力。来自柴油燃料轨20的经加压的柴油然后可以经由柴油燃料管线25被输送至喷射器12。
[0017]套管组件(未显示)可以用于将柴油燃料从柴油燃料轨20输送至喷射器12。这种套管组件可以构造成用于接收柴油燃料和诸如天然气的气体燃料两者。来自气体轨30的气体燃料可以作为压缩天然气经由气体燃料管线45被输送到喷射器12。套管组件还可以是同轴型的，其中柴油燃料位于第一套管管件中，该第一套管管件设置在携带气体燃料的第二套管管件内。本领域技术人员将认识到，气体燃料可以是任何气体燃料，诸如天然气、丙烷、甲烷、液化石油气(LPG)、合成气、填埋废物气体、煤气、来自农业厌氧沼气池的沼气、或任何其它气体燃料。
[0018]背压控制阀24可以连接在喷射器12与柴油燃料储器/柴油燃料源14之间用以使一定量的燃料返回到柴油燃料储器14中，从而控制液体燃料共轨20中的压力。
[0019]在所示实施例中，天然气以液态保持在低温液化天然气储器50 (例如，气体燃料源50)中。气体燃料、诸如液化天然气可以被储存在相对低的温度和压力下(_160°C和750kPa)。因为气体燃料可以在这样的温度和压力下储存，所以可能有必要将气体燃料保持在真空绝缘储器、诸如加压低温储器中。气体燃料源50可构造成具有压力释放阀/减压阀53，其用于当在气体燃料源超过预定压力水平时从燃料源50中释放压力。在一些情况下，压力释放阀可构造成在燃料源储器50中的压力超过HOOkPa时打开。气体燃料可由燃料泵52通过气体供给管线51从气体燃料源50中抽取。
[0020]可变排量低温泵52由电子控制模块(ECM) 15控制，用以将液化天然气泵送通过汽化器54用以膨胀成气体并然后通过高压气体过滤器58，所述气体可以保持在贮存器60中。
[0021]燃料泵52可以构造成可变排量低温泵。燃料泵52对气体燃料加压并将其输送至汽化器54，该汽化器用于使液化天然气汽化。这种汽化器54用于加热低温流体和/或使低温流体汽化，所述低温流体诸如是低温液化天然气。汽化的气体然后可以经由气体供给管线57和过滤器58被输送至贮存器60。在替代实施例中，二次过滤器可以设置在过滤器58与贮存器60之间，用以进一步过滤掉气体供给管线57内的污染物。
[0022]根据本发明的气体压力控制装置56包括电子控制阀，该电子控制阀将受控量的气体燃料从供给侧(贮存器60)供给到气体燃料共轨30。
[0023]燃料调整模块32可以与汽化器54、压力调节器56和气体燃料轨30可操作地通信。燃料调整模块32用于将被输送到气体燃料轨30的气体燃料的压力维持在比柴油燃料轨20中的柴油燃料的压力低至少5MPa的压力下。例如，在双燃料共轨燃料系统10内，柴油燃料轨20内的柴油燃料可以处于40MPa的压力下，而气体燃料轨30内的气体燃料可以处于35MPa的压力下。
[0024]电子控制模块(ECM) 15可以控制双燃料共轨燃料系统10的各构件。例如，ECMl5可以控制柴油燃料泵16、LNG燃料泵52、压力调节器56和喷射器12。本领域技术人员将认识到，燃料系统10还可包括也可以由ECM15控制的其它构件。
[0025]图2示出了根据第一实施例的喷射器12的流体通路的内部结构。特别地，喷射器体部50限定出同轴的双燃料供给入口 82。喷射器体部70还限定出柴油燃料供给通路84和气体燃料供给通路86，这两者都流体地连接至双燃料供给入口 82。在所示实施例，双燃料供给入口 82可以构造成用于接收经由套管管件到达双燃料入口 82的柴油燃料，该双燃料入口流体地连接至柴油燃料供给通路84和气体燃料供给通路86。
[0026]图3示出了图2的一部分的放大图，显示了在正常模式下运行时位于与柴油燃料供给通路84和气体燃料供给通路86相交的接合处的阀90。阀90构造成在气体燃料供给通路86中的压力处于预定水平时保持关闭。当一定量的气体燃料被中断或耗尽时，气体燃料供给通路86中的压力会下降到预定水平之下。这样，此时气体燃料供给通路86中的压力比柴油燃料压力和弹簧预载力小。这会导致阀90从其关闭坐设位置移开/打开。因此，气体燃料供给通路86中的压力下降到预定水平之下可以引起阀90如图4所示地打开。在该构型中，机器或交通工具可以在跛行模式下运行。当阀90处于打开位置时，来自柴油燃料供给通路84的柴油燃料与气体燃料供给通路86流体连通，借此允许一定量的柴油燃料流过气体燃料供给通路86。以这种机制，可以允许柴油燃料流过柴油燃料供给通路84以及气体燃料供给通路86。
[0027]工业适用性
[0028]本发明的系统10可以适用于处于气体燃料压力较低的冷起动条件下的任何双燃料机器或发动机，或适用于处于气体燃料供给已耗尽并需要液体燃料(例如，柴油燃料)来运送机器或交通工具回到基地或气体燃料供给站的情况下的任何双燃料机器或发动机。现在将结合图5的流程图来解释系统10的操作。
[0029]图5以流程图形式示出了根据一个实施例的双燃料机器10的发动机5的燃料通路500的操作方法500。该方法开始于操作202。在操作204中，第一通道接收第一燃料。第一通道限定出了用于第一燃料的流动路径。在操作206中，第二通道接收第二燃料。第二通道限定出了用于第二燃料的流动路径。在操作208中，当第一通道中的压力到达预定水平时，阀将第二燃料引导至第一通道。该方法以操作210结束。
[0030]本发明所描述的双燃料系统10可用于使用双燃料发动机的应用(例如，大型采矿卡车)中，该双燃料发动机可能要求在天然气喷射不可用时以至少50%动力运行。这种情况被称为跛行模式。如本文中所使用的，跛行模式将允许卡车即使在天然气系统的可用性以耗尽或失效时也可在低速下驶出开矿处。当跛行模式被触发时，卡车能够在不需拖拽的情况下返回到商店/店铺。
[0031]因此，可以喷射充足的柴油燃料来实现这种动力要求。然而，对于发动机5而言仅利用柴油燃料供给通路84通过非常小的柴油喷射孔口获得足够的燃料可能很难或很有压力。这样，代替仅使用柴油孔口用于跛行模式喷射，可以利用位于柴油流动路径和气体流动路径的汇合处的阀90以允许柴油燃料流过气体燃料供给通路86。这可以允许喷射器12通过更大的气体孔口来喷射柴油，特别是由于气体燃料孔口的尺寸构造成比柴油燃料孔口大。
[0032]因此，发动机5可以在跛行模式运转期间以最小的困难程度获得50%动力。可能不需要在正常的柴油引燃孔口上设置附加的限制，因为例如对柴油引燃孔口尺寸的考量将不会被跛行模式要求限制。另外，喷射器12不需要在较高的柴油压力下运转。
[0033]阀90可以构造成允许柴油燃料流动通过并到达气体燃料供给通路86的电磁阀、滑阀或往复/梭动阀。阀90也可以构造成弹簧偏压阀。只要气体压力的预定水平存在，则弹簧偏压阀就可保持在其关闭位置。当气体压力下降到预定水平之下时(例如，没有气体可用)，来自柴油燃料的压力可以推动阀90打开。当气体压力再次升高时(例如，天然气当前可用)，阀90可以关闭，并且然后可以将柴油燃料从喷射器中清除以允许再次开始气体喷射。阀90可以结合到喷射器体部内。在替代实施例中，阀80可以在燃料轨20、30中位于上游。
[0034]虽然本公开包括特定示例，但是应当理解，本发明并不局限于此。本领域技术人员将可以不脱离本发明的精神和范围而根据研究附图、说明书和所附权利要求完成许多修改、改变、变化、替代和等同方案。
【权利要求】
1.一种燃料喷射器(12)的燃料通路(500)，包括: 第一通道，其构造成用于接收第一燃料和限定出用于所述第一燃料的流动路径； 第二通道，其构造成用于接收第二燃料和限定出用于所述第二燃料的流动路径；和与所述第一通道和所述第二通道流体连通的阀(80)，所述阀(80)适于在所述第一通道内的压力达到预定水平时将所述第二燃料引导至所述第一通道中。
2.根据权利要求1所述的燃料通路(500)，其特征在于，所述阀(80)是电磁阀(80)、滑阀(80)、梭动阀(80)或弹簧偏置阀(80)中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的燃料通路(500)，其特征在于，所述第一燃料是气体燃料，所述第二燃料是柴油燃料。
4.根据权利要求1所述的燃料通路(500)，其特征在于，所述第一通道流体地连接至喷射器(12)的气体孔口，所述气体孔口用于允许所述第一燃料被喷射到燃烧室内。
5.根据权利要求1所述的燃料通路(500)，其特征在于，所述第二通道流体地连接至喷射器(12)的柴油孔口，所述柴 油孔口用于允许所述第二燃料被喷射到燃烧室内。
6.一种用于对燃料喷射器(12)中的燃料的流动进行调节的方法，该方法包括: 经由第一通道接收第一燃料，所述第一通道限定出用于所述第一燃料的流动路径； 经由第二通道接收第二燃料，所述第二通道限定出用于所述第二燃料的流动路径；和 在所述第一通道中的压力达到预定水平时经由阀(80)将所述第二燃料引导至所述第一通道中。
7.根据权利要求6所述的方法(500)，其特征在于，所述阀(80)是电磁阀(80)、滑阀(80)、梭动阀(80)或弹簧偏压阀(80)中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的方法(500)，其特征在于，所述第一燃料是气体燃料，所述第二燃料是柴油燃料。
9.根据权利要求6所述的方法(500)，其特征在于，所述第一通道流体地连接至所述喷射器(12)的一组气体孔口，所述一组气体孔口用于允许所述第一燃料被喷射到燃烧室内。
10.根据权利要求6所述的方法(500)，其特征在于，所述第二通道流体地连接至所述喷射器(12)的一组柴油孔口，所述一组柴油孔口用于允许所述第二燃料被喷射到燃烧室内。
11.一种双燃料共轨燃料系统(10)，包括: 第一燃料源(50)； 第二燃料源(50)； 第一燃料轨； 第二燃料轨； 至少一个第一燃料泵(52)，其构造成用于对来自所述第一燃料源(50)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(52)，其构造成用于对来自所述第二燃料源(50)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； 双燃料喷射器(12)，其流体地联接至所述第一燃料轨和所述第二燃料轨，并且还包括: 燃料通路(500)，该燃料通路包括:第一通道，其构造成用于接收所述第一燃料和限定出用于该第一燃料的流动路径； 第二通道，其构造成用于接收所述第二燃料和限定出用于该第二燃料的流动路径；和 与所述第一通道和所述第二通道流体连通的阀(80)，该阀(80)适于在第一通道中的压力达到预定水平时将所述第二燃料引导至所述第一通道中。
12.根据权利要求11所述的双燃料共轨燃料系统(10)，其特征在于，所述第一燃料是气体燃料，所述第二燃料是柴油燃料。
13.根据权利要求11所述的双燃料共轨燃料系统(10)，其特征在于，所述第一通道流体地连接至所述喷射器(12)的一组气体孔口，所述一组气体孔口用于允许所述第一燃料被喷射到燃烧室内。
14.根据权利要求11所述的双燃料共轨燃料系统(10)，其特征在于，所述第二通道流体地连接至所述喷射器(12)的一组柴油孔口，所述一组柴油孔口用于允许所述第二燃料被喷射到燃烧室内。
15.根据权利要求11所述的双燃料共轨燃料系统(10)，其特征在于，所述第二燃料所处的压力比所述第一燃料 高约5MPa。
【文档编号】F02D19/06GK104011365SQ201280063998
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2011年12月23日
【发明者】C·A·布朗, X·丁, H·金, M·米塔尔, M·F·索马斯 申请人:卡特彼勒公司