缸内动态气体混合燃料喷射器和双燃料发动机以及操作发动机的方法技术

本发明专利技术涉及缸内动态气体混合燃料喷射器和双燃料发动机。具体地，一种双燃料发动机利用压缩点燃的先导喷射的液体柴油燃料来点燃每个发动机气缸中的气体燃料与空气的混合物。气体燃料以相对低的压力直接从燃料喷射器喷射到发动机气缸。液体柴油燃料从相同燃料喷射器直接喷射到发动机气缸。压缩冲程过程中的缸内动态气体混和可潜在地减少在未燃烧燃料留驻在发动机气缸内的裂缝体积中时会发生的碳氢化合物溜出。

【技术实现步骤摘要】
缸内动态气体混合燃料喷射器和双燃料发动机以及操作发动机的方法
本专利技术整体涉及双燃料发动机，更具体地涉及促进缸内动态气体混和的燃料喷射器。
技术介绍
通常的双燃料发动机在相对低的气体压力（例如，100-200PSI）下操作，使得用传统的喷嘴设计进行缸内喷射很困难。在这些发动机中，气体燃料借助熏蒸或者端口喷射与空气混合，以为少量液体柴油先导喷射提供均质混合物以便点燃。换句话说，压缩点燃的少量柴油喷射用来点燃各个气缸中的气体燃料和空气的均质混合物。这种方法会由于燃烧室的缝隙体积中存在的少量气体燃料而对控制碳氢化合物潜入排气中形成挑战。共同拥有的美国专利申请公开文献No.U.S.2012/0187218显示一种双燃料发动机替代，其中相对高压的气体燃料被直接喷射到发动机气缸。本专利技术旨在上述的一个或多个问题。
技术实现思路
在一个方面，一种双燃料发动机包括限定多个气缸的发动机壳体。多个燃料喷射器每个具有喷射器主体，喷射器主体限定通向其中一个气缸的液体喷嘴出口组和气体喷嘴出口组。每个喷射器主体还限定液体燃料入口、气体燃料入口和排放出口。每个燃料喷射器包括打开和关闭液体喷嘴出口组的液体针阀构件以及打开和关闭气体喷嘴出口组的气体针阀构件。每个燃料喷射器还包括可操作地联接至液体针阀构件的第一电致动器和可操作地联接至气体针阀构件的第二电致动器。高压液体燃料共轨流体连接到每个燃料喷射器的液体燃料入口。低压气体燃料共轨流体连接到每个燃料喷射器的气体燃料入口。排放线路流体连接到排放出口。每个燃料喷射器包括排放环，其环绕气体针阀构件并流体连接到排放出口。在另一方面，一种燃料喷射器包括限定液体燃料入口、气体燃料入口、液体喷嘴出口组、气体喷嘴出口组和排放出口的喷射器主体。第一电致动器、第二电致动器、液体喷嘴腔室、气体喷嘴腔室、第一针控制腔室和第二针控制腔室布置在喷射器主体中。液体喷嘴腔室、第一针控制腔室和第二针控制腔室流体连接到液体燃料入口。气体喷嘴腔室流体连接到气体燃料入口。第一控制阀构件可操作地联接到所述第一电致动器并能够在阻挡第一针控制腔室到排放出口的第一位置和将第一针控制腔室流体连接到排放出口的第二位置之间运动。第二控制阀构件可操作地联接到所述第二电致动器并能够在阻挡第二针控制腔室到排放出口的第一位置和将第二针控制腔室流体连接到排放出口的第二位置之间运动。液体针阀构件具有暴露于液体喷嘴腔室中的流体压力的打开液压表面和暴露于第一针控制腔室中的流体压力的关闭液压表面。液体针阀构件能够在阻挡液体喷嘴腔室到液体喷嘴出口组的关闭位置和将液体喷嘴腔室流体连接到液体喷嘴出口组的打开位置之间运动。气体针阀构件具有暴露于液体喷嘴腔室中的流体压力的打开液压表面和暴露于第二针控制腔室中的流体压力的关闭液压表面。气体针阀构件能够在阻挡气体喷嘴腔室到气体喷嘴出口组的关闭位置和将气体喷嘴腔室流体连接到气体喷嘴出口组的打开位置之间运动。排放环环绕气体针阀构件并流体连接到所述排放出口。在又一方面，一种操作发动机的方法包括将高压液体燃料供应到燃料喷射器的液体燃料入口。将低压气体燃料供应到燃料喷射器的气体燃料入口。气体燃料被直接从燃料喷射器的气体喷嘴出口组喷射到发动机气缸。液体燃料被直接从燃料喷射器的液体喷嘴出口组喷射到发动机气缸。通过从环绕气体针阀构件的排放环朝着排放出口运动液体燃料来减少液体燃料到燃料喷射器的气体喷嘴腔室的泄漏。压缩点燃发动机气缸中的喷射液体燃料。利用压缩点燃的液体燃料点燃发动机气缸中的空气和喷射气体燃料的混合物。附图说明图1是根据本专利技术的双燃料发动机的示意图；图2是图1的发动机的一部分和用于该发动机的双燃料共轨系统的立体图；图3是图2所示的发动机壳体的一部分的剖切立体图以显露一个燃料喷射器和发动机气缸的结构；图4是经过根据本专利技术另一方面的同轴套筒组件的剖切侧视图；图5是根据本专利技术一方面的燃料喷射器的剖切前视图；和图6是根据本专利技术另一方面的燃料喷射器的末端部分的剖切前视图。具体实施方式先参考图1-3，一种双燃料发动机10包括安装到限定多个发动机气缸12的发动机壳体11的双燃料共轨系统20。活塞14定位成在每个发动机气缸中在下止点位置和上止点位置之间往复，以限定大于14:1的压缩比，其对应于允许液体柴油燃料以本领域公知的方式压缩点燃的压缩比。双燃料共轨系统20确切地包括一个燃料喷射器25，其定位成直接喷射到多个发动机气缸12中的每个气缸中。低压气体燃料共轨21和高压液体燃料共轨22流体连接到每个燃料喷射器25。每个燃料喷射器25还包括流体连接到清空到液体柴油燃料箱50的排放线路24的排放出口105（图5）。适当设计的压力调节器28可位于排放线路24中，以便使排放线路24中的压力保持在气体燃料共轨21中的压力之上。压力调节器28可以是简单的孔口或者是本领域已知类型的实际阀。双燃料共轨系统20还包括气体供应和压力控制装置16以及液体供应和压力控制装置17。燃料喷射器25、气体压力供应和控制装置16以及液体供应和压力控制装置17均以已知方式与电子发动机控制器15控制连通并受其控制。气体供应和压力控制装置16可包括加压低温液化天然气箱40，其出口流体连接到变量输送低温泵41。装置16还可包括热交换器42、蓄能器44、气体过滤器43和控制气体燃料到气体燃料共轨21的供应和压力的燃料调节模块45。液体供应和压力控制装置17可包括液体柴油燃料箱50、燃料过滤器51和向液体燃料共轨22供应液体燃料并控制液体燃料共轨22中的压力的电子控制的高压泵52。另外参考图4，双燃料共轨系统20可包括同轴套筒组件30，其具有与每个燃料喷射器25的公共锥形座27密封接触的内套筒32和外套筒33。同轴套筒组件30的块（block）31可与气体燃料线路区段18和液体燃料线路区段19菊花链接在一起以分别限定气体燃料共轨21和液体燃料共轨22。菊花链中的最后一个同轴套筒组件30可具有一组插塞，以代替图2中所示的配件。同轴套筒组件30流体定位在多个燃料喷射器25的每个和气体燃料共轨21与液体燃料共轨22中的每个之间。每个同轴套筒组件30可包括载荷调节夹具34，其具有在与内套筒32的轴线29交叉的载荷调节部位56与块31接触的枢转表面75。载荷调节夹具34可限定分别接收第一紧固件81和第二紧固件80的紧固件狭槽77和紧固件孔76。载荷调节夹具34响应于对第一紧固件81和第二紧固件80的调节而在载荷调节部位56上枢转。紧固件80和81可分别接收在块31的紧固件孔54和紧固件狭槽55中。每个同轴套筒组件30的每个块31可限定气体燃料共轨21的垂直于内套筒32的轴线29取向的区段。气体燃料通道60在一端通往气体燃料共轨21中并在另一端通往燃料喷射器25的第一燃料入口101中。气体燃料通道60的一区段定位在内套筒32和外套筒33之间。每个块31还限定液体燃料共轨22的一区段。液体燃料通道61在一端通往液体燃料共轨22中并在其相对端通往燃料喷射器25的第二燃料入口102中。虽然并非必要，气体燃料通道60可包括止回阀67以防止液体燃料迁移到气体燃料共轨21中。为了捕捉通常在发动机10构建后的第一次操作过程中释放到燃料流中的金属碎片，同轴套筒组件30可包括气体燃料边缘过滤器36和液体燃料边缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双燃料发动机，包括：发动机壳体，其限定多个气缸；多个燃料喷射器，每个燃料喷射器具有喷射器主体，喷射器主体限定通向其中一个气缸的液体喷嘴出口组和气体喷嘴出口组，并且限定液体燃料入口、气体燃料入口和排放出口，每个燃料喷射器包括打开和关闭液体喷嘴出口组的液体针阀构件以及打开和关闭气体喷嘴出口组的气体针阀构件，每个燃料喷射器包括可操作地联接至液体针阀构件的第一电致动器和可操作地联接至气体针阀构件的第二电致动器；高压液体燃料共轨，其流体连接到每个燃料喷射器的液体燃料入口；低压气体燃料共轨，其流体连接到每个燃料喷射器的气体燃料入口；排放线路，其流体连接到排放出口；并且每个燃料喷射器包括排放环，其环绕气体针阀构件并流体连接到排放出口。

【技术特征摘要】
2013.01.15 US 13/741,8511.一种双燃料发动机，包括：发动机壳体，其限定多个气缸；多个燃料喷射器，每个燃料喷射器具有喷射器主体，喷射器主体限定通向其中一个气缸的液体喷嘴出口组和气体喷嘴出口组，并且限定液体燃料入口、气体燃料入口和排放出口，每个燃料喷射器包括打开和关闭液体喷嘴出口组的液体针阀构件以及打开和关闭气体喷嘴出口组的气体针阀构件，每个燃料喷射器包括可操作地联接至液体针阀构件的第一电致动器和可操作地联接至气体针阀构件的第二电致动器；高压液体燃料共轨，其流体连接到每个燃料喷射器的液体燃料入口；低压气体燃料共轨，其流体连接到每个燃料喷射器的气体燃料入口；排放线路，其流体连接到排放出口；并且每个燃料喷射器包括排放环，其环绕气体针阀构件并流体连接到排放出口。2.根据权利要求1所述的发动机，包括多个活塞，每个活塞在其中一个气缸中在下止点位置和上止点位置之间往复，所述上止点位置和下止点位置限定大于14:1的压缩比；并且高压液体燃料共轨中的压力与低压气体燃料共轨中的压力的比至少为4:1。3.根据权利要求2所述的发动机，其中，所述排放线路流体连接到液体箱；压力调节器定位在所述排放线路中；其中，排放线路中的压力大于低压气体燃料共轨中的压力；并且排放线路中的压力与低压气体燃料共轨中的压力的比为大约1。4.根据权利要求3所述的发动机，其中，所述液体针阀构件具有暴露于高压液体燃料共轨中的流体压力的打开液压表面；所述气体针阀构件具有暴露于高压液体燃料共轨中的流体压力的打开液压表面；第一针控制腔室和第二针控制腔室布置在每个燃料喷射器的喷射器主体中并流体连接到液体燃料入口；液体针阀构件具有暴露于第一针控制腔室中的流体压力的关闭液压表面；并且气体针阀构件具有暴露于第二针控制腔室中的流体压力的关闭液压表面。5.一种燃料喷射器，包括：喷射器主体，其限定液体燃料入口、气体燃料入口、液体喷嘴出口组、气体喷嘴出口组和排放出口；布置在所述喷射器主体中的第一电致动器、第二电致动器、液体喷嘴腔室、气体喷嘴腔室、第一针控制腔室和第二针控制腔室；所述液体喷嘴腔室、第一针控制腔室和第二针控制腔室流体连接到液体燃料入口；所述气体喷嘴腔室流体连接到气体燃料入口；第一控制阀构件，其可操作地联接到所述第一电致动器并能够在阻挡第一针控制腔室到排放出口的第一位置和将第一针控制腔室流体连接到排放出口的第二位置之间运动；第二控制阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·科尔德伦，C·A·布朗，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US