CN103874847A - 多功能搁板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于双燃料内燃发动机的多功能隔板。该隔板提供用于将第二燃料供给至发动机的双燃料喷射阀的单独的通道，其中用于将第一燃料供给至双燃料喷射阀的通道被单独设置在气缸盖中。隔板定位在气缸盖上边，并且隔板还用于延长设置在气缸盖中的孔以便容纳双燃料喷射阀。在一些实施方式中，隔板可以为用于气缸的进气门和排气门的致动机构的不同部件提供支承。

Description

多功能搁板

技术领域

本发明涉及一种多功能隔板。该多功能隔板提供除设置在发动机的气缸盖中的传统燃料通道之外的用来给内燃发动机的双燃料喷射阀供给燃料的单独的通道。

背景技术

随着政府和政府机构强制实行越来越低的内燃发动机排放限制，在近几年已经开发出很多用于减排方案。一个方案是用燃烧更清洁的气体燃料——例如，天然气或者其它适合的气体燃料，比如氢气、丙烷、乙烷、丁烷、甲烷和同样可以用来实现类似益处的它们的混合物——来替代例如柴油或者汽油等传统液体燃料。当用更清洁的气体燃料替代液体燃料时，可以使用少量的液体燃料作为引燃燃料，用于助燃气体燃料以及用于喷射阀中的润滑和冷却。与这种方法关联的挑战是其需要向燃料喷射阀供给两种不同的燃料。

用于将单一燃料直接喷射到内燃发动机的燃烧室中的燃料喷射阀是众所周知的，也已知用于向单一燃料喷射阀供给单一燃料的装置。

为了降低将传统单一燃料直喷式内燃发动机转变为用不同的两种燃料作燃料的内燃发动机的成本，已开发出双燃料喷射阀，其可配装于通常由单燃料喷射阀所占据的孔内。例如，这种阀被公开于共有的美国专利No.6,073,862、6,298,833、6,336,598、6,439,192、6,761,325和7,124,959中。使用这种双燃料阀避免了与开发不同的原本可能需要例如通过两个单独的燃料喷射阀将两种不同燃料供给到发动机的定制气缸盖相关联的时间和成本。

在双燃料发动机中，两种燃料的每一种都必须从燃料轨道供给到双燃料喷射阀以便喷入燃烧室中。很多现有的传统单燃料直喷式内燃发动机已经在它们的气缸盖中设有这样的孔，该孔可充当燃料轨道或者可连接到用于将燃料从燃料轨道直接输送到燃料喷射阀中的外部管道。

这种发动机的气缸盖没有设置给燃料喷射阀提供第二种燃料的额外的孔，而且其中一些气缸盖不能提供足够的空间来容纳一个这样的孔。因此，当试图在将传统单燃料发动机转变为双燃料操作时使需要对传统单燃料发动机做出的改变最小化时，给双燃料喷射阀提供第二种燃料变成一个需要被解决的问题。

在优选实施方式中，提供给发动机的两种燃料被分别输送到双燃料喷射阀。这种方法的优势在于，喷射每种燃料的正时与持续时间可以被单独地控制，从而提高燃烧质量。两种燃料在被供给到燃料喷射阀之后既可以在喷射阀内混合也可以分别喷射进发动机燃烧室中。

除了上述问题之外，在被转变成双燃料操作的一些传统单燃料发动机中，气缸盖中已有的孔不能提供安装双燃料喷射阀所必要的深度。

因此，需要一种给用于如下的发动机的双燃料喷射阀供给两种不同燃料的配置，该发动机设计带有的气缸盖设置有仅一个充当燃料轨道或者充当与燃料轨道的连接的孔且没有用于给喷射阀提供第二种燃料的额外孔。此外，如果这种配置还能为双燃料喷射阀和与双燃料喷射阀相关的其它部件提供更多的空间，这将是有利的。

发明内容

公开了一种用于提供除设在发动机中的燃料供给通道之外的用于将燃料供给到内燃发动机的双燃料喷射阀的单独通道的多功能隔板。隔板被组装在气缸盖上边，优选组装在相对于气缸盖的固定位置。设置在发动机中的燃料通道可用来将第一燃料供给到发动机的双燃料喷射阀，设置在隔板中的燃料通道可用来将第二燃料供给到双燃料喷射阀，第二燃料不同于第一燃料。通过使用本发明的隔板，不必对发动机进行大的改动。设置在发动机中的燃料通道一般位于气缸盖中。

这种配置的另一个优势在于设置在气缸盖中的第一燃料供给通道为单燃料发动机的传统气缸盖设计的一部分。第一燃料供给通道可以是任何给与单燃料内燃发动机相关的现有技术中已知的燃料喷射阀输送燃料的传统装置。优选通过分开的燃料通道来给燃料喷射阀输送两种不同的燃料，因为这样允许根据燃料喷射阀的容量对将每种燃料喷射到燃烧室中的喷射正时和持续时间进行更好的控制。

发动机的气缸盖设置有安装双燃料喷射阀的孔。隔板也设置有孔。气缸盖中的孔和隔板中的孔各自具有优选比双燃料喷射阀的容纳于各个孔中的相应部分的横截面面积大的横截面面积。在将隔板与气缸盖组装在一起的时候，隔板中的孔与设置在气缸盖中的孔对准。通过这种方式，隔板中的孔延长了气缸盖中的安装双燃料喷射阀的孔的深度。在优选实施方式中，隔板中的孔与气缸盖中的孔是同轴的，且双燃料喷射阀呈细长的形状。

在优选实施方式中，阀盖安装在隔板上。该盖提供了用于容纳双燃料喷射阀的顶部部分的空间，所述顶部部分还可包括阀致动器。双燃料喷射阀可以是采用两个针阀以将两种燃料喷射到发动机的燃烧室中的类型，在这种情况下，每个针阀可以由单独的致动器来致动。该致动器可以是机械致动器、电磁致动器、压电致动器和磁致伸缩致动器中的任何类型。

在一些实施方式中，本多功能隔板能为作为气缸的进气门和排气门的致动机构的一部分的元件——例如，打开或关闭的进气门和排气门的摇臂——提供支承。另外一些元件——例如，发动机制动器座——可以集成在本发明的多功能隔板的构造中。

本多功能隔板在气缸盖的顶部上方延伸，其高度根据双燃料喷射阀和阀盖的尺寸进行选择，使得包括气缸盖、隔板和阀盖的组件可以容纳不同纵向尺寸的双燃料喷射阀。隔板的高度决定了隔板中的容纳双燃料喷射阀的孔的长度。与传统单燃料发动机相比，隔板不增加发动机的整体高度，但同时却提供了避免在将单燃料发动机改制成用于双燃料操作时重新设计这种单燃料发动机中所使用的传统气缸盖的优势。

还公开了一种将第一燃料和第二燃料分别供给到内燃发动机的双燃料喷射阀的方法。第二燃料优选是不同于第一燃料的燃料。该方法包括：将第一燃料从第一燃料轨道经由设置在气缸盖中的燃料通道供给到双燃料喷射阀，并且将第二燃料从与第一燃料轨道分离的第二燃料轨道经由设置在安装于气缸盖上边的隔板中的燃料通道供给到双燃料喷射阀。这种方法的优势在于，两种不同的燃料通过设置在两个独立的部件上的单独的燃料通道被供给到燃料喷射阀。通过单独的通道将两种不同的燃料供给到燃料喷射阀的优势在于，可以单独地控制每种燃料的喷射事件的持续时间和正时。

还公开了一种在内燃发动机的气缸盖上安装隔板和双燃料喷射阀的方法。该方法包括将隔板安置于发动机的气缸盖上边。气缸盖设置有将第一燃料从第一燃料轨道输送到双燃料喷射阀的燃料通道，隔板设置有将第二燃料从第二燃料轨道输送到双燃料喷射阀的另一燃料通道。气缸盖和隔板各自设置有用来容纳双燃料喷射阀的整套装置的孔。分别在气缸盖和隔板中的孔中的每一个的横截面面积至少要等于或者优选大于双燃料喷射阀的容纳在每个孔中的部分的横截面面积。在优选实施方式中，双燃料喷射阀呈细长的形状。

该方法还包括：在将隔板安置在气缸盖上边之后，将设置在隔板中的孔的中心线与设置在气缸盖中的孔的中心线对准。通过对准两个孔的中心线，隔板实际上在延长来自气缸盖的孔的深度，以便容纳不同尺寸的双燃料喷射阀。

该安装方法还包括：通过螺栓或者其它可拆除的固定装置将隔板与气缸盖组装在一起。

该安装方法还包括：将双燃料喷射阀安装在由对准的来自气缸盖和隔板的孔所提供的空间中。

在优选实施方式中，该安装方法还可包括在将隔板与气缸盖组装在一起之后将作为用于气缸进气门和排气门的致动机构的一部分的一些元件安装在隔板上。这种可以安装在隔板上的元件的示例为致动气缸的进气门和排气门的摇臂。

该安装方法还可包括将阀盖安装在隔板之上。阀盖容纳双燃料喷射阀的延伸到隔板上方的部分，并且通常双燃料喷射阀的该部分包括阀致动器。在优选实施方式中，阀盖通过一些可拆除的固定装置装配到隔板上。

在上述的设备和方法中，第一燃料可以是从由天然气、氢气、丙烷、乙烷、丁烷、甲烷和其混合物构成的组中选出的气体燃料，第二燃料可以是从由柴油燃料、二甲醚、生物柴油和煤油构成的组中选出的液体燃料。

附图说明

附图图示出本发明的特定优选实施方式，但是附图不应当被看作以任何方式限制本发明的主旨和范围。

图1是发动机气缸盖、双燃料喷射阀、多功能隔板和阀盖的局部剖视图。

具体实施方式

图1展示了气缸盖102、双燃料喷射阀104、多功能隔板106和阀盖108的局部剖视图。双燃料喷射阀104能够独立地和单独地将两种不同燃料喷射到内燃发动机的燃烧室中。该内燃发动机可以是被设计成只用一种燃料作燃料的发动机类型并且其被转变成用于双燃料操作的发动机。两种燃料中的每一种优选通过与燃烧室连通的单独的孔口直接喷射到燃烧室中。该双燃料喷射阀能够提供对两种燃料中的每种燃料的喷射正时和燃料量的独立控制。第一燃料可以是气体燃料，第二燃料可以是引燃燃料，优选是在压燃式发动机中比该气体燃料更容易自燃的液体燃料。

在优选实施方式中，气体燃料是天然气，但它也可以是比传统柴油燃料燃烧更清洁的任何其它气体燃料，使得相比于仅烧柴油燃料的等效传统发动机，气体燃料对柴油的替换（使所消耗的柴油的量减少到仅引燃的量）实现了颗粒物和/或氮氧化物（NOx）的低排放。这种气体燃料可以是氢气、丙烷、乙烷、丁烷、甲烷和其混合物。该引燃燃料可以是柴油燃料或者另一液体燃料，例如，二甲醚、生物柴油或者煤油。

在图示的实施方式中，双燃料喷射阀104是通过致动器110和112操作的。致动器110和112可以是机械致动器、电磁致动器、压电致动器、磁致伸缩致动器中的任意类型。

在所示实施方式中，双燃料喷射阀104配装到设置于气缸盖102中的孔114内。阀喷嘴115能伸入发动机气缸（未示出）的燃烧室中。孔114的中心线与双燃料喷射阀104的中心线对准，如图1所示，图中附图标记118指示孔114和双燃料喷射阀104两者的共同中心线。双燃料喷射阀104在平面视图中（在与孔114的纵向轴线垂直的平面中）通常具有圆形的截面形状，但其可以具有其它不同的形状。使用夹具将燃料喷射阀保持就位。

因为发动机是被改型成用于双燃料操作的单燃料发动机，所以气缸盖102设置有用于将第一燃料从第一燃料轨道（未示出）供给至双燃料喷射阀104的第一燃料供给通道116。第一燃料供给通道116可以是与单燃料内燃发动机相关的现有技术中已知的任何给燃料喷射阀输送燃料的传统装置，例如，是延伸穿过气缸盖中的孔的燃料连接器。

第二燃料从第二燃料轨道124经由设置在隔板106中的第二燃料通道120供给到双燃料喷射阀104。第二燃料轨道124由组装到隔板106的燃料轨道支承装置122承载，使得燃料通道120与燃料轨道124直接流体连通。因为第二燃料通道120设置在隔板106的本体内，在本实施方式中具有用于单燃料内燃发动机的传统设计的气缸盖102不需要被定制用于双燃料操作。当将发动机从单燃料操作转变成双燃料操作时，这就简化了发动机的总体设计，减少了重新设计部件的成本和艰辛。

隔板106设置有孔126，孔126的中心线与双燃料喷射阀104和孔114所共用的中心线118对准。因为隔板中的孔126与气缸盖中的孔114对准并位于其正上方，所以这使得可以延长来自气缸盖的孔114的深度并且使得能够容纳不同纵向尺寸的喷射阀。隔板的高度“H”以及隐含地孔126的长度是基于喷射阀104的尺寸进行选择的，使得包括气缸盖102、隔板106和阀盖108的组件可以容纳双燃料喷射阀104及其致动器110和112。

因此，隔板106是多功能部件，其用于提供给双燃料喷射阀104供给第二燃料的单独的通道，同时允许延伸来自气缸盖的、燃料喷射阀插入其中的开口，使得包括气缸盖、隔板和阀盖的组件可以容纳不同纵向尺寸的燃料喷射阀。在该配置中，传统单燃料发动机上已有的标准燃料供给通道可用于给双燃料喷射阀供给第一燃料。这两个燃料通道116和120设置在两个分开的部件上，一个设置在气缸盖102上，另一个设置在隔板106上。这两个燃料供给通道之间的实体分离允许以两种不同的压力向燃料喷射阀供给两种不同的燃料，只要双燃烧喷射阀承受得了两种压力之间的压差。

隔板106的另一功能可以是支承作为用于气缸的进气门和排气门的致动机构的一部分的元件，例如，致动进气门和排气门的摇臂。如图1所示，进气门摇臂130的支座132置于隔板106的表面128上并由隔板106的表面128支承。其它未在图1中展示出来的另外的元件——例如，发动机制动器座——可以整合在本多功能隔板的构造中。

公开了将第一燃料和第二燃料分别供给到内燃发动机的双燃料喷射阀的方法。第二燃料优选为与第一燃料不同的燃料。该方法包括将第一燃料从第一燃料轨道（未示出）通过设置在气缸盖中的燃料通道116供给到双燃料喷射阀104，和将第二燃料从第二燃料轨道124通过设置在安装于气缸盖102上边的隔板106中的燃料通道120供给到双燃料喷射阀104。第一燃料供给通道116可以是与单燃料内燃发动机相关的现有技术中已知的任何给燃料喷射阀输送燃料的传统装置，例如，是延伸穿过气缸盖中的孔的燃料连接器。

这种方法的优势在于，两种不同的燃料通过设置在两个单独的部件——更具体地，气缸盖102和隔板106——上的单独的燃料通道而供给到燃料喷射阀。通过单独的通道将两种不同的燃料供给到燃料喷射阀的优势在于，可以单独地控制每种燃料的喷射进程的持续时间和正时。

还公开了一种将隔板106安装在双燃料内燃发动机的气缸盖102上的方法。该方法包括将隔板106安置于双燃料内燃发动机的气缸盖102上边。气缸盖102设置有用于将第一燃料从第一燃料轨道（未示出）输送到双燃料喷射阀的燃料通道116，并且隔板106设置有用于将第二燃料从与第一燃料轨道分离的第二燃料轨道124输送到双燃料喷射阀的燃料通道120。气缸盖和隔板各自设置有用来容纳双燃料喷射阀的整套装置的孔。分别设置在气缸盖和隔板中的孔114和126中的每个孔的横截面面积至少要等于或者优选大于双燃料喷射阀的容纳在每个孔中的部分的横截面面积。在优选实施方式中，双燃料喷射阀呈细长的形状。

该方法还包括：在将隔板安置在气缸盖上边之后，将设置在隔板中的孔126的中心线与设置在气缸盖中的孔114的中心线对准。通过对准两个孔的中心线，隔板106实际上在延长来自气缸盖的孔114的深度，以便容纳不同纵向尺寸的双燃料喷射阀。

该安装方法还包括：通过螺栓或者其它可拆除的固定装置将隔板106与气缸盖102组装在一起。

该安装方法还可包括：将双燃料喷射阀104安装在由分别来自气缸盖和隔板的孔114和126所提供的空间中。

安装方法的一些实施方式还包括将作为用于气缸进气门和排气门的致动机构的一部分的一些元件安装在预先一步与气缸盖102组装在一起的隔板106上。这种可以安装在隔板上的元件的示例为致动气缸的进气门和排气门的摇臂，一个这样的摇臂在图1中由附图标记130指示。

该安装方法还可包括：将阀盖108安装在隔板106上边。阀盖108容纳双燃料喷射阀的延伸到隔板上方的部分，并且通常这部分包括阀致动器110和112。在优选实施方式中，阀盖108通过一些可拆除的固定装置装配到隔板106。

在上文描述的设备和方法中，第一燃料可以是从由天然气、氢气、丙烷、乙烷、丁烷、甲烷和其混合物构成的组中选出的气体燃料，第二燃料可以是从由柴油燃料、二甲醚、生物柴油和煤油构成的组中选出的液体燃料。

已经参考一个说明性实施方式描述了本发明。但是，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以在不偏离本文中所描述的发明范围的情况下，做出很多种改型和改进。

Claims (19)

1.一种包括多功能隔板的组件，所述多功能隔板用于将单燃料发动机改进为能够以两种不同的燃料作燃料的发动机，所述单燃料发动机包括用于将第一燃料输送到燃料喷射器的第一燃料通道，所述两种不同的燃料均能够被直接喷射到燃烧室中，所述组件还包括气缸盖，所述气缸盖包括用于容置双燃料喷射阀的喷射器孔，所述双燃料喷射阀将第一燃料和第二燃料直接供给到所述燃烧室中，其中，所述多功能隔板安装在所述气缸盖上并且包括：

a）本体，所述本体设置有用于容置所述双燃料喷射阀的孔，其中，所述孔与所述气缸盖中的所述喷射器孔对准，并且所述孔的长度被选定成用以支承所述双燃料喷射阀；和

b）第二燃料通道，第二燃料经由所述第二燃料通道输送到所述双燃料喷射阀。

2.如权利要求1所述的组件，其中，所述气缸盖还包括用来将所述第一燃料输送到所述双燃料喷射阀的所述第一燃料通道。

3.如权利要求1所述的组件，其中，所述多功能隔板的所述本体还包括用于支承发动机部件的表面。

4.如权利要求3所述的组件，其中，所述发动机部件是用于所述发动机的进气门和排气门的致动机构的元件。

5.如权利要求3所述的组件，其中，所述发动机部件是所述发动机的制动器座。

6.如权利要求1所述的组件，还包括安装在所述多功能隔板上边的阀盖。

7.如权利要求1所述的组件，其中，所述第一燃料通道是延伸穿过所述气缸盖中的一个孔的燃料连接器。

8.如权利要求1所述的组件，其中，所述多功能隔板的所述本体中的所述孔与所述喷射器孔同轴。

9.一种多功能隔板，所述多功能隔板能够安装在单燃料发动机的气缸盖上，用于将所述单燃料发动机改进为能够以两种不同的燃料作燃料的发动机，所述单燃料发动机包括用于将第一燃料输送到燃料喷射器的第一燃料通道，所述两种不同的燃料均能够被直接喷射到燃烧室中，所述多功能隔板包括带有孔的本体，所述孔的长度被选定成用以支承安装在所述气缸盖中的双燃料喷射阀，所述多功能隔板还包括用来将第二燃料输送到所述双燃料喷射阀的第二燃料通道。

10.如权利要求9所述的多功能隔板，其中，所述多功能隔板的所述本体还包括用于支承发动机部件的表面。

11.如权利要求10所述的多功能隔板，其中，所述发动机部件是用于所述发动机的进气门和排气门的致动机构的元件。

12.如权利要求10所述的多功能隔板，其中，所述发动机部件是所述发动机的制动器座。

13.一种将第一燃料和第二燃料分别供给到双燃料喷射阀的方法，所述双燃料喷射阀将所述第一燃料和所述第二燃料直接喷射到内燃发动机的燃烧室中，所述方法包括：将所述第一燃料和所述第二燃料从分离的燃料轨道分别经由设置在所述发动机的气缸盖中的第一燃料通道和设置在多功能隔板的本体中的第二燃料通道输送到所述双燃料喷射阀，所述多功能隔板被安装到所述发动机的气缸盖上。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：单独地控制所述第一燃料和所述第二燃料的供给压力以及喷射所述第一燃料和所述第二燃料的正时和持续时间。

15.一种将单燃料发动机改进为能够以两种不同的燃料作燃料的发动机的方法，所述单燃料发动机包括用于将第一燃料输送到燃料喷射器的第一燃料通道，所述两种不同的燃料均能够被直接喷射到燃烧室中，所述方法包括：

i.将多功能隔板安装在气缸盖上，所述多功能隔板包括：

a.带有用于容置双燃料喷射阀的孔的本体，其中，所述孔与所述气缸盖中的喷射器孔对准，并且所述孔的长度被选定成用以支承能够将两种不同的燃料直接喷射到所述燃烧室中的双燃料喷射阀；

b.穿过所述本体以便将第二燃料输送到所述双燃料喷射阀的第二燃料通道；和

ii.将双燃料喷射阀安装到所述孔和所述喷射孔中，所述双燃料喷射阀包括第一燃料进口和第二燃料进口，由此，当所述双燃料喷射阀安装好时，所述第一燃料进口与所述第一燃料通道连通，并且第二燃料进口与所述第二燃料通道连通。

16.如权利要求15所述的方法，还包括将发动机部件安装在所述多功能隔板的所述本体上。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述部件是用于所述发动机的进气门和排气门的致动机构。

18.如在权利要求16所述的方法，其特征在于，所述部件是所述发动机的制动器座。

19.如权利要求15所述的方法，还包括将阀盖安装在所述多功能隔板上边。

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