CN103670850A - 双燃料喷射器以及使用该双燃料喷射器的共轨燃料系统 - Google Patents

Abstract

在一个方面，一种共轨燃料系统包括多个燃料喷射器，每个燃料喷射器包括喷射器主体，其限定出流体地连接至第一共轨的第一燃料入口以及流体地连接至第二共轨的第二燃料入口。通过使第一电致动器通电以打开直接操作止挡件来利于从第一喷嘴出口组喷射液体燃料。通过使第二电致动器通电以打开进气阀使得气体喷嘴腔充满压力比阀开启压力大的高压气体燃料来打开传统的弹簧偏置止挡件以促进气体燃料喷射出第二喷嘴出口组，来实现从第二喷嘴出口组喷射气体燃料。

Description

双燃料喷射器以及使用该双燃料喷射器的共轨燃料系统

技术领域

本发明总体上涉及一种双燃料共轨系统，更具体地涉及一种双燃料喷射器。

背景技术

在现有技术中已知具有喷射两种燃料（这些燃料在压力、化学特性和物相中的至少一个方面上存在不同）的能力的燃料喷射器。例如，美国专利7,373,931教导了一种用于将液体柴油燃料和天然气燃料从单个燃料喷射器喷射到压燃式发动机中的燃料喷射系统。在这种类型的系统中，相对少量的液体柴油燃料被喷射并且被压缩点燃以进而点燃较大量的天然气。这种类型的双燃料系统的一个策略是利用用于将加压液体柴油燃料和天然气燃料两者供应至单个燃料喷射器的共轨结构和策略。虽然在现有技术中已知双燃料共轨系统，但是找到使得系统具备商业价值的结构和特征的结合仍是困难的。

本发明旨在解决上面提出的问题中的一个或多个。

发明内容

在一个方面，燃料喷射器包括喷射器主体，其限定出第一燃料入口、第二燃料入口、第一喷嘴出口组、第二喷嘴出口组，并且具有设置在其中的控制腔。一直接操作止挡件（direct operated check）定位在所述喷射器主体中且包括第一止回阀部件，所述第一止回阀部件具有暴露至所述控制腔内的流体压力的封闭式液压表面（closing hydraulic surface）。所述第一止回阀部件能在与第一座体接触的闭合位置和与所述第一座体脱离接触的打开位置之间移动，在所述闭合位置处，所述第一燃料入口与所述第一喷嘴出口组阻断开；在所述打开位置处，所述第一燃料入口流体地连接至所述第一喷嘴出口组。一进气阀部件定位在所述喷射器主体中且能在与第二座体接触的闭合位置和与所述第二座体脱离接触的打开位置之间移动，在所述闭合位置处，所述第二燃料入口与喷嘴腔阻断开；在所述打开位置处，所述第二燃料入口流体地连接至所述喷嘴腔。一第二止回阀部件具有暴露至所述喷嘴腔内的流体压力的开放式液压表面（opening hydraulicsurface）且能在与第三座体接触的闭合位置和与所述第三座体脱离接触的打开位置之间移动，在所述闭合位置处，所述喷嘴腔与所述第二喷嘴出口组流体地阻断开；在所述打开位置处，所述喷嘴腔流体地连接至所述第二喷嘴出口组。一偏动弹簧可操作地定位以朝向所述闭合位置偏压所述第二止回阀部件。

在另一方面，一种共轨燃料系统包括多个燃料喷射器，每个燃料喷射器包括喷射器主体，该喷射器主体限定出流体地连接至第一共轨的第一燃料入口和流体地连接至所述第二共轨的第二燃料入口。该喷射器主体还限定出第一喷嘴出口组和第二喷嘴出口组。每个燃料喷射器包括可操作地联接以在第一位置和第二位置之间移动第一控制阀部件的第一电致动器，以及可操作地联接以在第一位置和第二位置之间移动第二控制阀部件的第二电致动器。每个燃料喷射器包括将所述第一燃料入口与所述第一喷嘴出口组流体地分开的第一止回阀部件。每个燃料喷射器包括进气阀部件和将所述第二燃料入口与所述第二喷嘴出口组分开的第二止回阀部件。

在另一方面，一种操作共轨燃料系统的方法包括通过将第一喷嘴出口组流体地连接至第一共轨来从燃料喷射器喷射液体燃料。通过将第二喷嘴出口组流体地连接至第二共轨来从所述燃料喷射器喷射气体燃料。喷射液体燃料的步骤包括减小第一止回阀部件的封闭式液压表面上的压力。喷射气体燃料的步骤包括将进气阀部件从闭合位置移动至打开位置并且将第二止回阀部件从闭合位置移动至打开位置。

附图说明

图1是根据本发明的共轨燃料系统的示意图；以及

图2是图1的燃料系统的燃料喷射器的剖面侧视示意图。

具体实施方式

参考图1和图2，包括多个气缸8的发动机7可装配有共轨燃料系统10。多个燃料喷射器13中的每一个被安装用于直接喷射到多个发动机气缸8之一中。每个燃料喷射器13包括喷射器主体40，该喷射器主体限定出流体连接至第一共轨11的第一燃料入口42和流体连接至第二共轨12的第二燃料入口43。在示出的实施例中，第一共轨11可含有液体柴油燃料，第二共轨12可含有加压天然气燃料。发动机7可以是压燃式发动机，其通常通过压缩点燃少量的液体柴油燃料以进而点燃较大量的天然气，其中借助一个燃料喷射器13将所述两种燃料供应至单个气缸8。喷射器主体40还限定出用于喷射液体燃料的第一喷嘴出口组44和用于喷射气体燃料的第二喷嘴出口组45。在示出的实施例中，第一共轨11和第二共轨12可经由共同的锥座41流体地连接至单个的燃料喷射器13。例如，单个的共轨11和12可经由共轴的套管组件17流体地连接至燃料喷射器13。然而，不同的流体连接件也将落在本发明的预期范围之内。

加压的液体燃料通过包括高压泵21、过滤器22和燃料箱23的液体燃料供给系统20被供给至第一共轨11。可通过电子控制器15以传统的方式控制高压泵21的输出并且因此控制第一共轨11内的压力。第二共轨12由气体燃料供给系统30供给，该气体燃料供给系统可包括低温储罐31、可变排量泵32、热交换器33、蓄存器34、过滤器35和燃料调节模块36。可借助于燃料调节模块36通过电子控制器15来控制第二共轨12内的压力。也可通过电子控制器15以传统的方式来控制液体燃料和气体燃料两者从燃料喷射器13喷射动作的定时和持续时间。

每个燃料喷射器13包括第一电致动器47，该第一电致动器被联接以在与座体53接触的第一位置和与座体53脱离接触的第二位置之间移动第一控制阀部件51。可操作地联接第二电致动器48以在与座体54接触的第一位置和与座体54脱离接触的第二位置之间移动第二控制阀部件52。通过使第一电致动器47通电和断电来控制液体燃料喷射动作，而通过使第二电致动器48通电和断电来控制气体燃料喷射动作。

燃料喷射器13的液体燃料喷射侧包括定位在喷射器主体40中的且包括第一止回阀部件61的直接操作止挡件60，该第一止回阀部件具有暴露至第一控制腔56内的流体压力的封闭式液压表面62。虽然非必要，但是第一控制腔56可以藉由Z孔口91始终流体连接至第一燃料入口42以及因此第一共轨11。当第一电致动器47通电且控制阀部件51移动成与座体53脱离接触时，第一控制腔56藉由A孔口93流体连接至排出口46。当第一电致动器47断电时，第一控制阀部件51正常地将向下与座体53接触，以阻断第一控制腔56和排出口46之间的流体连接。第一止回阀部件61正常地借助弹簧64被向下偏压而与座体63接触，以阻断第一燃料入口42和第一喷嘴出口组44之间的流体连接。然而，当第一电致动器47通电以将第一控制腔56流体地连接至排出口46时，第一控制腔56中的压力将下降，允许第一止回阀部件61向上升起，以在第一燃料入口42和第一喷嘴出口组44之间形成直接流体连接。因此，可以认为第一止回阀部件61使第一燃料入口42与第一喷嘴出口组44流体地分隔。

可利用进气阀部件70和第二止回阀部件66两者以不同的方式控制第气体燃料喷射动作。这样，在气体喷射动作的情况下，可以认为进气阀部件70和第二止回阀部件66将第二燃料入口43与第二喷嘴出口组45分隔。在图示的实施例中，进气阀部件70正常地借助偏动弹簧75被向下偏压成与座体71接触。座体71可以是平坦的阀座。进气阀部件70能在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置处，进气阀部件70与座体71接触以将第二燃料入口43与喷嘴腔72阻断开；在所述打开位置处，进气阀部件70与座体71脱离接触以将第二燃料入口43流体地连接至喷嘴腔72。进气阀部件70可包括暴露至第二控制腔57内的流体压力的封闭式液压表面73，所述第二控制腔可藉由Z孔口92始终与第一燃料入口42的高压流体连接。因此，当第二电致动器48断电并且第二控制阀部件52处于它的与座体54接触的向下位置时，阻断第二控制腔57与排出口46流体连通，允许第二控制腔57内出现高压。然而，当第二电致动器48通电以使第二控制阀部件52移动成与座体54脱离接触时，第二控制腔57藉由A孔口94流体地连接至排出口46，这导致第二控制腔57内的压力下降。在图示的实施例中，进气阀部件70包括开放式液压表面74，该开放式液压表面始终暴露至来自于第一燃料入口42的高压。因此，当第二控制腔57内的压力下降时，作用在开放式液压表面74上的压力将使进气阀部件70向上移动而使之与座体71脱离接触，以在第二燃料入口43和喷嘴腔72之间形成直接流体连接。当第二控制腔57内的作用在封闭式液压表面73上的压力高时，弹簧75使进气阀部件70朝向它的与座体71接触的闭合位置向下偏置。因此，当第二控制阀部件52与座体54脱离接触时，第二控制腔57藉由A孔口94流体地连接至排出口46，以允许第二控制腔57内的压力下降。

第二止回阀部件66可以是传统的阀开启压力操作止回阀，其包括暴露至喷嘴腔72内的流体压力的开放式液压表面67。偏动弹簧69的预加载和开放式液压表面67的有效面积可以一起限定阀开启压力，该阀开启压力引起第二止回阀部件66向上移动而使之与座体68脱离接触，以将喷嘴腔72流体连接至第二喷嘴出口组45。当喷嘴腔72内的压力低于预定阀开启压力时，偏动弹簧69向下推动第二止回阀部件66而使其与座体68接触，以将第二喷嘴出口组45与喷嘴腔72流体地阻断开。因此，可认为第二止回阀部件66能在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置处，第二止回阀部件与座体68接触以将喷嘴腔72与第二喷嘴出口组45流体地阻断开；在所述打开位置处，第二止回阀部件66与座体68脱离接触以将喷嘴腔72流体地连接至第二喷嘴出口组45以利于气体燃料喷射动作。

除了止回阀部件66坐设在位于喷嘴出口组45上游的座体68外，本发明还教导了包括密封部件80，该密封部件与定位在第一喷嘴出口组44和第二喷嘴出口组45之间的座体81接触。这个结构在第一止回阀部件61处于它的与座体63脱离接触的向上位置以利于液体燃料喷射动作时有助于抑制液体柴油燃料从第二喷嘴出口组45泄漏出去。同样地，与座体81接触的密封部件80也抑制气体燃料从喷嘴腔72朝向第一止回阀部件61流动。在示出的实施例中，密封部件80通过具有足够的预加载的弹簧82被向下偏压而与座体81接触，所述足够的预加载使密封部件80在燃料喷射器13的整个操作期间保持静止。本领域技术人员将理解能够使用其它策略来使密封部件80保持静止与座体81接触。虽然非必要，但是第二止回阀部件66可以通过包括具有与密封部件80的外径适配的紧密导向间隙的内径来具有与密封部件80的相互导向部（guide interaction）85。使第二止回阀部件66偏置的偏动弹簧69可以位于由密封部件80限定的腔体中或位于其它位置而不脱离本发明的范围。在示出的实施例中，第一止回阀部件61和第二止回阀部件66共享同一同轴的中心线99。

喷射动作/喷射事件之间，当第一电致动器47和第二电致动器48两者都断电时，第一止回阀部件61将被向下偏置成与座体63接触，第二止回阀部件66将被向下偏置成与座体68接触，进气阀部件70将被向下偏置成与座体71接触。在处于这种构型时，在气体燃料喷射动作之间，气体燃料将被限制在介于第二止回阀部件66和进气阀部件70之间的喷嘴腔72内。如前所述，第二止回阀部件66的开放式液压表面67和偏动弹簧69的预加载一起限定阀开启压力，该阀开启压力优选大于在喷射动作之间被限制在喷嘴腔72内的气体燃料的压力，但是小于第二共轨或气体燃料共轨12内的压力。

工业应用

本发明发现了在任意的双燃料共轨系统中的潜在应用，在该双燃料共轨系统中两种燃料至少在压力、化学特性和物相中的一方面存在不同。在示出的实施例中，两种燃料——液体柴油燃料和加压天然气，在全部三个特征方面都不同。本发明发现了用在压燃式发动机中的特定应用，该压燃式发动机通过压缩点燃少量的液体柴油燃料以进而点燃较大量的天然气。本发明发现了针对双燃料系统的特定应用，在该双燃料系统中，藉由直接操作止挡件60的操作来喷射液体燃料，而利用进气阀部件70和传统的阀开启压力第二止回阀部件66来控制气体燃料喷射动作。

再次参考图1和图2，通过将第一喷嘴出口组44流体地连接至第一共轨11而从燃料喷射器13喷射液体燃料来操作共轨燃料系统10。通过将第二喷嘴出口组45流体地连接至第二共轨12而从燃料喷射器13喷射气体燃料。通过减小直接操作止挡件60的第一止回阀部件61的封闭式液压表面62上的压力来完成喷射液体燃料的步骤。用于执行液体喷射动作的动作特定顺序包括使第一电致动器47通电以将第一控制腔56流体地连接至排出口46。这引起第一控制腔56内的压力下降，这进而允许第一止回阀部件61向上移动而与座体63脱离接触以开始通过第一喷嘴出口组44喷射液体燃料。通过首先使第一电致动器47断电以关闭第一控制腔56和排出口46之间的流体连接来（以相反的顺序）完成液体喷射动作的终止。这引起第一控制腔56内的压力升高，这可能在第一止回阀部件61内形成液压平衡以允许偏动弹簧64向下推动第一止回阀部件61而使其与座体63接触，以终止液体喷射动作。

喷射气体燃料的步骤包括将进气阀部件70从闭合位置移动到打开位置，以及将第二止回阀部件66从闭合位置移动到打开位置。接近气体燃料喷射动作的终止，气体燃料被以一压力限制在燃料喷射器13中，该压力小于第二共轨12中的压力。用于气体喷射动作的动作特定顺序包括使第二电致动器48通电以将第二控制腔57流体地连接至排出口46，以减小封闭式液压表面73上的压力。随后，开放式液压表面74上的向上的恒力促使进气阀部件70向上移动而与座体71脱离接触，以将第二燃料入口43流体地连接至喷嘴腔72。这进而使得喷嘴腔72内的压力增大到超过与第二止回阀部件66相关的阀开启压力，使第二止回阀部件66克服偏动弹簧69的作用向上移动而与座体68脱离接触，以将喷嘴腔72流体地连接至第二喷嘴出口组45。通过首先使第二电致动器48断电以关闭排出口46和第二控制腔57之间的流体连接来（以相反的方式）终止气体燃料喷射动作，引起封闭式液压表面73上的压力增大。随后，进气阀部件70可以实现液压平衡，允许偏动弹簧75向下推动进气阀部件70而使其与座体71接触，以阻断第二燃料入口43和喷嘴腔72之间的流体连接。当这发生时，气体燃料喷射动作将继续直到喷嘴腔72内的压力下降到低于与第二止回阀部件66相关的阀门开启压力。当这发生时，第二止回阀部件66将借助偏动弹簧69被向下移动至与座体68接触，以终止气体燃料喷射动作。然而，因为第二止回阀部件66在喷嘴腔72与相关的发动机气缸8达到平衡之前关闭，所以喷嘴腔72中的压力被限制直到下一气体燃料喷射动作。该被限制的压力将低于与第二止回阀部件66相关的阀开启压力且也低于在第二共轨12内的压力。

通过使得密封部件80与座体81接触，通过将座体81定位于第一喷嘴出口组44和第二喷嘴出口组45之间，燃料喷射器13密封以防止气体燃料和液体燃料之间的泄漏。当第二止回阀部件66朝向或远离其闭合位置移动时，借助于与密封部件80的相互导向部85来引导该第二止回阀部件的运动。如前所述，通过减小第一止回阀部件61的封闭式液压表面62上的压力（这响应于使第一电致动器81通电来完成）来完成液体喷射。同样地，通过响应于使第二电致动器48通电而减小封闭式液压表面73上的压力来促使进气阀部件70从其闭合位置移动到其打开位置。无论（通过减小第一控制腔56或第二控制腔57内的压力）发生气体燃料喷射还是液体燃料喷射，该动作导致液体燃料经过燃料喷射器13的排出口46排出，并且使这些燃料返回到箱23中以用于再循环。因此，在本发明中，液体柴油燃料既用作喷射介质，又用作控制液体燃料和气体燃料喷射动作两者的控制流体。在示出的实施例中，第一止回阀部件61和第二止回阀部件66两者沿着共同的同轴中心线99移动，以分别有利于液体燃料和气体燃料喷射动作。

应当理解上述的说明只是为了说明的目的，不以任何方式限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将领会到通过对附图、说明书和所附权利要求的研究可以得到本发明的其他方面。

Claims (10)

1.一种燃料喷射器，包括：

喷射器主体，其限定出第一燃料入口、第二燃料入口、第一喷嘴出口组、第二喷嘴出口组，并且具有设置在该喷射器主体中的控制腔；

直接操作止挡件，其定位在所述喷射器主体内且包括第一止回阀部件，所述第一止回阀部件具有暴露至所述控制腔内的流体压力的封闭式液压表面，所述第一止回阀部件能在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置处，所述第一止回阀部件与第一座体接触以将所述第一燃料入口与所述第一喷嘴出口组阻断开；在所述打开位置处，所述第一止回阀部件与所述第一座体脱离接触以将所述第一燃料入口流体地连接至所述第一喷嘴出口组；

进气阀部件，其定位在所述喷射器主体内且能在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置处，所述进气阀部件与第二座体接触以将所述第二燃料入口与喷嘴腔阻断开；在所述打开位置处，所述进气阀部件与所述第二座体脱离接触以将所述第二燃料入口流体地连接至所述喷嘴腔；

第二止回阀部件，其具有暴露至所述喷嘴腔内的流体压力的开放式液压表面且能在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置处，所述第二止回阀部件与第三座体接触以将所述喷嘴腔与所述第二喷嘴出口组流体地阻断开；在所述打开位置处，所述第二止回阀部件与所述第三座体脱离接触以将所述喷嘴腔流体地连接至所述第二喷嘴出口组；以及

偏动弹簧，其可操作地定位以朝向所述闭合位置偏压所述第二止回阀部件。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，包括与第四座体接触的密封部件，所述第四座体定位在所述第一喷嘴出口组和所述第二喷嘴出口组之间。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第二止回阀部件具有与所述密封部件的相互导向部；

其中所述偏动弹簧是第一偏动弹簧；

第二偏动弹簧，其可操作地定位以朝向与所述第四座体接触的位置偏压所述密封部件；

其中所述封闭式液压表面是第一封闭式液压表面；

所述控制腔是第一控制腔；

所述进气阀部件包括暴露至第二控制腔内的流体压力的第二封闭式液压表面；以及

第三偏动弹簧，其可操作地定位以朝向所述闭合位置偏压所述进气阀部件。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射器，包括：第一电致动器，该第一电致动器可操作地联接以在将所述第一控制腔与排出口阻断开的第一位置和将所述第一控制腔流体地连接至所述排出口的第二位置之间移动第一控制阀部件；以及

第二电致动器，该第二电致动器可操作地联接以在将所述第二控制腔与所述排出口阻断开的第一位置和将所述第二控制腔流体地连接至所述排出口的第二位置之间移动第二控制阀部件。

5.根据权利要求4所述的燃料喷射器，其特征在于，所述第一控制腔和所述第二控制腔流体地连接至所述第一燃料入口；和

其中所述第一止回阀部件和所述第二止回阀部件共用共同的同轴中心线。

6.一种共轨燃料系统，包括：

第一共轨；

第二共轨；

多个燃料喷射器，每个所述燃料喷射器包括喷射器主体，该喷射器主体限定出流体地连接至所述第一共轨的第一燃料入口、流体地连接至所述第二共轨的第二燃料入口，并且还限定出第一喷嘴出口组和第二喷嘴出口组；

每个所述燃料喷射器包括可操作地联接以在第一位置和第二位置之间移动第一控制阀部件的第一电致动器，和可操作地联接以在第一位置和第二位置之间移动第二控制阀部件的第二电致动器；

每个所述燃料喷射器包括将所述第一燃料入口与所述第一喷嘴出口组流体地分开的第一止回阀部件；

每个所述燃料喷射器包括进气阀部件和将所述第二燃料入口与所述第二喷嘴出口组分开的第二止回阀部件。

7.根据权利要求6所述的共轨燃料系统，其特征在于，所述第一共轨含有液体燃料；

所述第二共轨含有气体燃料；

其中处于第一压力下的气体燃料在气体燃料喷射动作之间被限制在所述第二止回阀部件和所述进气阀之间；

所述第二共轨处于第二压力下；

偏动弹簧和所述第二止回阀部件限定阀开启压力，在所述阀开启压力下所述第二止回阀部件从闭合位置移动至打开位置；以及

所述阀开启压力比所述第一压力大，但是比所述第二压力小。

8.一种操作共轨燃料系统的方法，包括步骤：

通过将第一喷嘴出口组流体地连接至第一共轨来从燃料喷射器喷射液体燃料；

通过将第二喷嘴出口组流体地连接至第二共轨来从所述燃料喷射器喷射气体燃料；

所述喷射液体燃料的步骤包括减小第一止回阀部件的封闭式液压表面上的压力；以及

所述喷射气体燃料的步骤包括将进气阀部件从闭合位置移动至打开位置并且将第二止回阀部件从闭合位置移动至打开位置。

9.根据权利要求8所述的方法，包括步骤：在气体喷射动作之间通过将所述第二止回阀部件移动至所述闭合位置并且将所述进气阀移动至所述闭合位置来将气体燃料在一比所述第二共轨的压力小的压力下限制在所述燃料喷射器内；以及

通过使密封部件与定位在所述第一喷嘴出口组和所述第二喷嘴出口组之间的座体接触来密封以防止所述燃料喷射器中气体燃料和液体燃料之间的泄漏。

10.根据权利要求9所述的方法，包括步骤：响应于使第一电致动器通电来减小所述第一止回阀部件的封闭式液压表面上的压力；

响应于使第二电致动器通电来减小所述进气阀部件的封闭式液压表面上的压力；

其中每个所述减小压力的步骤包括经过所述燃料喷射器的排出口排出液体燃料。

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