CN104428522A - 燃料气体喷射阀、双燃料燃气发动机及燃料气体喷射方法 - Google Patents

燃料气体喷射阀、双燃料燃气发动机及燃料气体喷射方法 Download PDF

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Abstract

燃料气体喷射阀具备：支架(22)，其具备将作为预混合燃料的燃料气体喷出的第一喷孔(61)和将作为扩散燃料的燃料气体喷出的第二喷孔(62)；第一针阀(23)，其在支架(22)内沿着轴向滑动自如地进行往复运动，对第一喷孔(61)及第二喷孔(62)进行开闭；第二针阀(25)，其在前端设有与设于支架(22)的针阀座(93)抵接的密封面(94)，在径向上的中央部沿着轴向设有供第一针阀(23)滑动自如地穿过的贯通孔(91)，且在支架(22)内沿着轴向进行往复运动，在密封面(94)与针阀座(93)抵接时，切断燃料气体向第一喷孔(61)及第二喷孔(62)的流通，在密封面(94)从针阀座(93)分离时，允许燃料气体向第一喷孔(61)或第二喷孔(62)的流通。

Description

燃料气体喷射阀、双燃料燃气发动机及燃料气体喷射方法
技术领域
本发明涉及适用于通过高压喷射能够使燃料油及燃料气体这双方燃烧的(双燃料二冲程)燃气发动机的燃料气体喷射阀、双燃料燃气发动机及燃料气体喷射方法。
背景技术
以往，公知有一种燃气发动机，其以天然气等燃料气体为主燃料，以压燃性良好的轻油等燃料油为先导燃料，并向高温气氛下的燃烧室内喷射轻油等燃料油而使该燃料油自发点火，由此使作为主燃料的燃料气体燃烧。
例如，在专利文献1中公开一种双燃料柴油发动机，其以燃料气体等压燃性差的低十六烷值燃料为主燃料，并以压燃性良好的燃料油为先导燃料。专利文献1的发动机具备在气缸盖上设置的燃料气体喷射阀及先导燃料喷射阀，通过从上述燃料气体喷射阀及先导燃料喷射阀朝向燃烧室喷射燃料气体及先导燃料，而在高温的燃烧室内使先导燃料(燃料油)自发点火，由此使主燃料(燃料气体)燃烧。
另外，例如，在专利文献2中公开一种燃气发动机，其以压燃性差的燃料气体为主燃料，并以压燃性良好的轻油或煤油等柴油燃料为先导燃料。专利文献2的燃气发动机具备在气缸盖上设置的吸气端口及柴油燃料喷射装置、在气缸周壁上设置的燃料气体喷射装置。并且，在活塞下降的吸入行程时从吸气端口向燃烧室导入空气，并在吸入行程后期至压缩行程后期之间的适当的时期从燃料气体喷射装置向燃烧室喷射燃料气体。而且，在活塞上升至上止点附近的时机从柴油燃料喷射装置向燃烧室喷射柴油燃料，在燃烧室内使柴油燃料自发点火，由此使作为主燃料的燃料气体燃烧。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开昭62-45339号公报
专利文献2：日本特开平6-137150号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，上述的专利文献1的发动机将主燃料和先导燃料在上止点附近大致同时向燃烧室供给，因此喷射到燃烧室中的主燃料没有搅拌的时间而直接燃烧。因此，该主燃料的燃烧方式成为扩散燃烧。在扩散燃烧的情况下，与预混合燃烧的情况相比，难以均匀燃烧，在高温的燃烧区域，存在容易产生NOx(氮氧化物)的问题。
另外，上述的专利文献2的燃气发动机是为了增大向燃烧室内吸入的空气量而作出的发明。即，相对于以往从吸气端口导入燃料气体与空气的混合气的情况，专利文献2的发明从吸气端口仅吸入空气，并另行具备燃料气体喷射装置。而且，通过该燃料气体喷射装置，与吸入行程的时机错开地向燃烧室喷射燃料气体，从而使从吸气端口向燃烧室内吸入的空气量增大，由此实现发动机输出的提高。
在这样的专利文献2中完全没有公开通过促进预混合化来抑制NOx(氮氧化物)的产生的技术思想。
本发明是鉴于上述那样的现有技术的课题而作出的发明，其目的在于提供一种通过促进燃料气体与空气的预混合化而能够抑制NOx(氮氧化物)的产生的燃料气体喷射阀、双燃料燃气发动机及燃料气体喷射方法。
用于解决课题的方案
本发明的燃料气体喷射阀适用于通过高压喷射能够使燃料油及燃料气体这双方燃烧的双燃料燃气发动机，其具备：支架，其具备第一喷孔和第二喷孔，该第一喷孔在构成所述双燃料燃气发动机的活塞位于上止点的40°～100°跟前的位置时，将作为预混合燃料的燃料气体喷出，该第二喷孔在所述活塞位于上止点的5°跟前的位置时，将作为扩散燃料的燃料气体喷出；第一针阀，其在所述支架内沿着轴向滑动自如地进行往复运动，在将所述第一喷孔打开时将所述第二喷孔关闭，在将所述第一喷孔关闭时将所述第二喷孔打开；第二针阀，其在前端设有与设于所述支架的针阀座抵接的密封面，在径向上的中央部沿着轴向设有供所述第一针阀滑动自如地穿过的贯通孔，且在所述支架内沿着轴向进行往复运动，在所述密封面与所述针阀座抵接时，切断燃料气体向所述第一喷孔及所述第二喷孔的流通，在所述密封面从所述针阀座分离时，允许燃料气体向所述第一喷孔或所述第二喷孔的流通。
另外，本发明的燃料气体喷射方法适用于通过高压喷射能够使燃料油及燃料气体这双方燃烧的双燃料燃气发动机，其中，在构成所述双燃料燃气发动机的活塞位于上止点的40°～100°跟前的位置时，将作为预混合燃料的燃料气体喷出，在所述活塞位于上止点的约5°跟前的位置时，将作为扩散燃料的燃料气体喷出。
根据本发明的燃料气体喷射阀及燃料气体喷射方法，能够促进燃料气体与空气的预混合化，能够抑制NOx(氮氧化物)的产生。
在上述燃料气体喷射阀中，还优选的是，所述第一针阀为通过所述双燃料燃气发动机的缸内压力而在所述支架内沿着轴向进行往复运动的滑阀。
根据这样的燃料气体喷射阀，仅通过在第一针阀(滑阀)上作用有缸内压力，就能使第一针阀(滑阀)向与缸内相反的一侧移动。
由此，用于使第一针阀(滑阀)向与缸内相反的一侧移动的构成要素能够省略例如图4所示的第一电磁阀41、第一流路切换阀42及第一工作油管43，从而能够实现结构的简化。
在上述燃料气体喷射阀中，还优选的是，在所述喷嘴的供所述第二针阀滑动的部分及所述贯通孔中分别设有积油处，在供所述第二针阀滑动的部分设置的积油处与在所述贯通孔中设置的积油处经由沿着径向设于所述喷嘴的连通孔而连通。
根据这样的燃料气体喷射阀，能够向滑动部分供给润滑油，能够防止滑动部分的磨损及粘连。
本发明的燃料气体喷射阀适用于通过高压喷射能够使燃料油及燃料气体这双方燃烧的双燃料燃气发动机，其具备：支架，其具备第一喷孔和第二喷孔，该第一喷孔在构成所述双燃料燃气发动机的活塞位于上止点前40°～100°的位置时，将作为预混合燃料的燃料气体喷出，该第二喷孔在所述活塞位于上止点前10°～上止点后15°的位置时，将作为扩散燃料的燃料气体喷出；第一针阀，其在所述支架内沿着轴向滑动自如地进行往复运动，在将所述第一喷孔打开时将所述第二喷孔关闭，在将所述第一喷孔关闭时将所述第二喷孔打开；第二针阀，其在前端设有与设于所述支架的针阀座抵接的密封面，且在所述支架内沿着轴向进行往复运动，在所述密封面与所述针阀座抵接时，切断燃料气体向所述第一喷孔及所述第二喷孔的流通，在所述密封面从所述针阀座分离时，允许燃料气体向所述第一喷孔或所述第二喷孔的流通。
根据本发明的燃料气体喷射阀，能够促进燃料气体与空气的预混合化，能够抑制NOx(氮氧化物)的产生。
另外，根据本发明的燃料气体喷射阀，例如图8所示，不需要将第一针阀和第二针阀制作为同心的构件，因此能够实现制造工序的简化，能够实现制造费的削减。
在上述燃料气体喷射阀中，还优选的足，在所述喷嘴的供所述第一针阀滑动的部分及供所述第二针阀滑动的部分分别设有积油处。
根据这样的燃料气体喷射阀，能够向滑动部分供给润滑油，能够防止滑动部分的磨损及粘连。
本发明的双燃料燃气发动机具备上述任一个燃料气体喷射阀。
根据本发明的双燃料燃气发动机，由于具备能够促进燃料气体与空气的预混合化且能够抑制NOx(氮氧化物)的产生的燃料气体喷射阀，因此能够减少从该双燃料燃气发动机排出的NOx(氮氧化物)，能够提高该双燃料燃气发动机的性能。
发明效果
根据本发明的燃料气体喷射阀，起到能够促进燃料气体与空气的预混合化且能够抑制NOx(氮氧化物)的产生这样的效果。
附图说明
图1是用于说明适用了本发明的燃料气体喷射阀的(双燃料二冲程)燃气发动机的基本结构的简图，图1(a)是表示活塞位于上止点前约5°的位置的状态的俯视图，图1(b)是表示活塞位于上止点前约5°的位置的状态的剖视图。
图2是用于说明适用了本发明的燃料气体喷射阀的燃气发动机的基本结构的简图，图2(a)是表示活塞位于上止点前4°～上止点后40°的位置的状态的俯视图，图2(b)是表示活塞位于上止点前4°～上止点后40°的位置的状态的剖视图。
图3是用于说明适用了本发明的燃料气体喷射阀的燃气发动机的基本结构的简图，图3(a)是表示活塞位于上止点前40°～100°的位置的状态的俯视图及剖视图，图3(b)是表示活塞位于上止点前约5°的位置的状态的俯视图及剖视图，图3(c)是表示活塞位于上止点前4°～上止点后40°的位置的状态的俯视图及剖视图。
图4是表示本发明的第一实施方式的燃料气体喷射阀的截面及液压系统的图。
图5的上半部分是用于说明本发明的第一实施方式的燃料气体喷射阀的工作的图，图5的下半部分是表示第一针阀的开闭、第二针阀的开闭、缸内压力及曲轴角度的关系的图表。
图6是表示本发明的第二实施方式的燃料气体喷射阀的截面及液压系统的图。
图7的上半部分是用于说明本发明的第二实施方式的燃料气体喷射阀的工作的图，图7的下半部分是表示针阀的开闭、滑阀的开闭、缸内压力及曲轴角度的关系的图表。
图8是表示本发明的第三实施方式的燃料气体喷射阀的截面及液压系统的图。
图9是表示本发明的第四实施方式的燃料气体喷射阀的截面及液压系统的图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
以下，使用图1至图5，对本发明的燃料气体喷射阀的第一实施方式进行说明。
其中，本发明的范围没有限定为以下的实施方式。以下的实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只要没有特别记载，就不是将本发明的范围仅限定于此的意思，只不过是说明例。
图1是用于说明适用了本发明的燃料气体喷射阀的(双燃料二冲程)燃气发动机的基本结构的简图，图1(a)是表示活塞位于上止点前约5°的位置的状态的俯视图，图1(b)是表示活塞位于上止点前约5°的位置的状态的剖视图。图2是用于说明适用了本发明的燃料气体喷射阀的燃气发动机的基本结构的简图，图2(a)是表示活塞位于上止点前4°～上止点后40°的位置的状态的俯视图，图2(b)是表示活塞位于上止点前4°～上止点后40°的位置的状态的剖视图。图3是用于说明适用了本发明的燃料气体喷射阀的燃气发动机的基本结构的简图，图3(a)是表示活塞位于上止点前40°～100°的位置的状态的俯视图及剖视图，图3(b)是表示活塞位于上止点前约5°的位置的状态的俯视图及剖视图，图3(c)是表示活塞位于上止点前4°～上止点后40°的位置的状态的俯视图及剖视图。图4是表示本发明的第一实施方式的燃料气体喷射阀的截面及液压系统的图。图5的上半部分是用于说明本发明的第一实施方式的燃料气体喷射阀的工作的图，图5的下半部分是表示第一针阀的开闭、第二针阀的开闭、缸内压力及曲轴角度的关系的图表。
如图1至图3所示，适用了本发明的燃料气体喷射阀的燃气发动机1具备圆筒状的气缸2、与该气缸2的上端侧结合的气缸盖3、进退自如地收容于气缸2的内部的活塞4。并且，通过上述的气缸2的周壁2a、气缸盖3及活塞4的顶面4a划分出燃烧室c。
需要说明的是，图中的符号5表示活塞环。
在气缸2的下方侧的周壁2a上开设有扫气端口6。该扫气端口6形成在与位于下止点附近的活塞4的顶面4a(图中用双点划线表示)相比靠上方的位置，在活塞4位于下止点附近时，从扫气端口6向燃烧室c供给空气。另外，在气缸盖3的顶部开设有排气端口，并且设有对该排气端口进行开闭的排气阀7。该排气阀7在活塞4处于上升行程的扫气行程时打开，直至活塞4到达上止点的跟前约100°的位置为止。并且，通过从扫气端口6向燃烧室c供给的空气，对残留在燃烧室c中的前一行程的废气进行扫气。
在气缸盖3上设有向燃烧室c喷射燃料气体8a的燃料气体喷射阀(燃料气体喷射装置)8，并且同样地设有向燃烧室c喷射压燃性良好的燃料油10a的燃料油喷射阀(燃料油喷射装置)10。该燃料气体喷射阀8及燃料油喷射阀10在以气缸中心o为旋转中心而沿圆周方向分离180°的位置处分别各设有1个。
需要说明的是，在本实施方式中，在燃料气体喷射阀8及燃料油喷射阀10上分别设有4个喷孔。另外，在本发明中，上述的燃料气体喷射阀8及燃料油喷射阀10的设置个数没有特别限定，例如也可以为1个。但是，在气缸盖3的顶部设有排气阀7的本实施方式中，优选多个燃料气体喷射阀8及燃料油喷射阀10分别沿圆周方向等间隔配置。
如图1及图2所示，燃料气体喷射阀8及燃料油喷射阀10经由线缆14而与发动机控制单元(ECU)12连接。另外，ECU12经由线缆16而与检测曲轴17的旋转角的曲轴角传感器15连接。并且，通过从曲轴角传感器15接收曲轴17的旋转角的信号，由此来检测活塞4的相位。并且，燃料气体喷射装置8及燃料油喷射装置10基于从ECU12发送的信号，在规定的时机向燃烧室c喷射燃料气体8a及燃料油10a。
即，ECU12构成本实施方式中的燃料气体喷射时机控制机构，并且构成在活塞4位于上止点前4°～上止点后40°的位置时通过燃料油喷射阀10对燃烧室c内的燃料气体进行点火的本实施方式中的点火时机控制机构。
并且，如图3(a)所示，在活塞4处于上升行程且活塞4位于上止点前40°～100°的位置时，基于从ECU12(燃料气体喷射时机控制机构)发送的信号，从燃料气体喷射阀8向燃烧室c喷射燃料气体8b。这样，若在活塞4位于上止点前40°～100°的位置时向燃烧室c喷射燃料气体8b，则在活塞4进一步上升至上止点附近的过程中，喷射出的燃料气体8b与燃烧室c的内部的空气混合而促进预混合化。
接着，如图1及图3(b)所示，当活塞4到达上止点前约5°时，基于从ECU12(燃料气体喷射时机控制机构及点火时机控制机构)发送的信号，从燃料气体喷射阀8喷射燃料气体8a，并且从燃料油喷射阀10喷射燃料油10a，在处于高温气氛下的燃烧室c内使压燃性良好的燃料油10a自发点火。由此大致同时喷射的燃料气体8a燃烧，如图2及图3(c)所示，在燃烧室c的内部生成燃烧火焰f，该燃烧火焰f向上述的混合气20传播，从而在燃烧室c的整体产生爆发性的燃烧。
这样，本实施方式的燃气发动机1在活塞4位于上止点前40°～100°的位置时喷射燃料气体8b，而且在活塞4位于上止点前约5°的位置时喷射燃料气体8a和燃料油10a。因此，促进活塞4位于上止点前40°～100°的位置时喷射的燃料气体8b与空气的预混合化而生成混合气20，由此燃烧方式的一部分成为预混合燃烧。因此，与燃烧方式的全部为扩散燃烧的以往的燃气发动机相比，能够抑制NOx(氮氧化物)的产生。
另外，本实施方式的燃气发动机1通过由ECU12构成的燃料气体喷射时机控制机构仅对燃料气体喷射阀8的喷射时机进行控制。因此，不需要新追加装置等，能够在已存的燃气发动机中简单地促进预混合化。
如图4所示，本实施方式的燃料气体喷射阀8具备喷嘴支架21、喷嘴22、第一针阀23、第一针阀压紧弹簧24、第二针阀25及第二针阀压紧弹簧26。
在喷嘴支架21上设有：凹部32，其沿着轴向(在图4中为上下方向)延伸，将设置在沿着轴向进行往复运动的第一针阀23的一端部(顶部)上的第一扩径部31收容成滑动自如；第一连通孔34，其沿着径向(在图4中为左右方向)延伸，将使第一针阀23向打开方向(在图4中为上方向)移动的工作油向成为受压面的第一扩径部31的下表面(底面)33引导；以及第二连通孔36，其沿着径向延伸，在使第一针阀23向打开方向移动时，将由第一扩径部31的上表面(顶面)35压出的工作油向喷嘴支架21的外部引导。
需要说明的是，由第一扩径部31的上表面35压出的工作油是在滑动部分、即第一扩径部31的外周面与凹部32的内周面之间泄漏出的工作油。
第一连通孔34经由第一工作油管43而与通过第一电磁阀41进行流路的切换的第一流路切换阀42连接。在第一流路切换阀42上连接第一工作油供给管44的下游端和第一工作油返回管45的上游端。第一工作油供给管44的上游端以在工作油箱46的内部且位于工作油箱46的底面附近的方式配置，在第一工作油供给管44的中途连接有工作油泵47。第一工作油返回管45的下游端以将经由第一工作油管43及第一工作油返回管45返回的工作油向工作油箱46的内部回收的方式配置。
在喷嘴22上设有：第一凹部51，其沿着轴向延伸，将第一针阀压紧弹簧24和第二针阀压紧弹簧26收容；第二凹部52，其将沿着轴向进行往复运动的第二针阀25收容成滑动自如；第三凹部54，其将设置在沿着轴向进行往复运动的第一针阀23的另一端部(前端部)上的第二扩径部53收容成滑动自如；第一连通孔57，其沿着径向延伸，将使第二针阀25向打开方向(在图4中为上方向)移动的工作油向成为受压面的第二针阀25的扩径部55的下表面(底面)56引导；第二连通孔58，其沿着径向延伸，在使第二针阀25向打开方向移动时，将通过扩径部55的上升而压出的工作油向喷嘴22的外部引导；第三连通孔60，其沿着径向延伸，向设置在第二凹部52与第三凹部54之间的腔室(环状空间)59内引导燃料气体；第一喷孔61，其在预混合燃料喷射时，将被导入到腔室59及第三凹部54内的燃料气体向燃烧室c(参照图1等)内引导；以及第二喷孔62，其在扩散燃料喷射时，将被导入到腔室59及第三凹部54内的燃料气体向燃烧室c内引导。
第一连通孔57经由第二工作油管73而与通过第二电磁阀71进行流路的切换的第二流路切换阀72连接。在第二流路切换阀72上连接第二工作油供给管74的下游端和第二工作油返回管75的上游端。第二工作油供给管74的上游端与位于比工作油泵47靠下游侧的位置的第一工作油供给管44的中途连接，第二工作油返回管75的下游端与第一工作油返回管45的中途连接。
另外，在第三连通孔60上连接有燃料气体供给管76的下游端，该燃料气体供给管76的上游端与燃料气体供给源(未图示)连接。
需要说明的是，使第一电磁阀41及第二电磁阀71成为通电状态的指令信号以及将第一电磁阀41及第二电磁阀71的通电状态解除的指令信号从发动机控制单元12(参照图1等)向通电器63发送。基于这些指令信号，使第一电磁阀41及第二电磁阀71成为通电状态，或者将第一电磁阀41及第二电磁阀71的通电状态解除。
第一针阀23是实心圆筒状的构件，在轴向上的一端部具备第一扩径部31，在轴向上的另一端部具备第二扩径部53，在轴向上的与中央相比靠一端部的一侧具备第三扩径部81，在另一端(前端)设有与第一针阀座82抵接的密封面(座面)83。另外，第三扩径部81的上表面成为与第一针阀压紧弹簧24的下端抵接的弹簧承受面84。并且，在第二扩径部53上，沿着周向设有多个连通孔85，该连通孔85是沿着轴向将第二扩径部53贯通的贯通孔，即，是将第二扩径部53的上表面与下表面连通的连通孔。
第一针阀压紧弹簧24对第一针阀23向关闭方向施力(以使第一针阀座82与密封面83抵接的方式施力)，在第一工作油管43与第一工作油返回管45连通的状态、即在第一扩径部31的下表面33未施加工作油的液压的状态下，第一针阀23被向关闭方向施力。
第二针阀25是空心圆筒状的构件，其在径向上的中央部沿着轴向设有供第一针阀23滑动自如地穿过的贯通孔91，该第二针阀25的上表面(顶面)成为与第二针阀压紧弹簧26的下端抵接的弹簧承受面92，在另一端(前端)设有与第二针阀座93抵接的密封面(座面)94。
第二针阀压紧弹簧26对第二针阀25向关闭方向施力(以使第二针阀座93与密封面94抵接的方式施力)，在第二工作油管73与第二工作油返回管75连通的状态、即在第二针阀25的扩径部55的下表面56未施加工作油的液压的状态下，第二针阀25被向关闭方向施力。
接着，使用图4及图5，对燃料气体喷射阀8的工作进行说明。
首先，如图4及图5的上半部分中的从左起位于第一个的位置的图所示，在第一工作油管43与第一工作油返回管45连通且第二工作油管73与第二工作油返回管75连通的状态下，第一针阀23及第二针阀25的升程都为0(零)，第一针阀23及第二针阀25都关闭。
接着，向图4所示的电磁阀41通电，对第一流路切换阀42的流路进行切换，将第一工作油管43与第一工作油供给管44形成为连通的状态，经由第一连通孔34引导的工作油作用于第一扩径部31的下表面33，如图5的上半部分中的从左起位于第二个的位置的图所示，第一针阀23上升(向打开方向移动)，第二扩径部53的外周面堵塞第二喷孔62。
接着，向图4所示的电磁阀71通电，对第二流路切换阀72的流路进行切换，将第二工作油管73与第二工作油供给管74形成为连通的状态，经由第一连通孔57引导的工作油作用于第二针阀25的扩径部55的下表面56，如图5的上半部分中的从左起位于第三个的位置的图所示，第二针阀25上升(向打开方向移动)，从而经由第三连通孔60导入到腔室59内的燃料气体经由连通孔85被向第一喷孔61引导，作为预混合燃料而从第一喷孔61喷射。
接着，解除向图4所示的电磁阀41及电磁阀71的通电，对第一流路切换阀42的流路及第二流路切换阀72的流路进行切换，从而如图4及图5的上半部分中的从左起位于第四个的位置的图所示，成为第一工作油管43与第一工作油返回管45连通且第二工作油管73与第二工作油返回管75连通的状态、即第一针阀23及第二针阀25都关闭的状态。
接着，向图4所示的电磁阀71通电，对第二流路切换阀72的流路进行切换，将第二工作油管73与第二工作油供给管74形成为连通的状态，经由第一连通孔57引导的二工作油作用于第二针阀25的扩径部55的下表面56，如图5的上半部分中的从左起位于第五个的位置的图所示，第二针阀25上升(向打开方向移动)，经由第三连通孔60导入到腔室59内的燃料气体被向第二喷孔62引导，作为扩散燃料而从第二喷孔62喷射。
需要说明的是，此时，由于未向图4所示的电磁阀41通电，因此第一针阀23的升程为0(零)，第一针阀23关闭。
接着，解除向图4所示的电磁阀71的通电，对第二流路切换阀72的流路进行切换，如图4及图5的上半部分中的从左起位于第六个的位置的图所示，成为第二工作油管73与第二工作油返回管75连通的状态、即第一针阀23及第二针阀25都关闭的状态。
需要说明的是，图5的下半部分中的图表示出第一针阀23的开闭、第二针阀25的开闭、缸内压力及曲轴角度的关系。
另外，图5的上半部分中的从左起位于第三个的位置的图是与图3(a)对应的图，图5的上半部分中的从左起位于第五个的位置的图是与图1及图3(b)对应的图。
根据本实施方式的燃料气体喷射阀8及燃料气体喷射方法，能够促进燃料气体与空气的预混合化，能够抑制NOx(氮氧化物)的产生。
另外，根据具备本实施方式的燃料气体喷射阀8的燃气发动机1，由于具备能够促进燃料气体与空气的预混合化且能够抑制NOx(氮氧化物)的产生的燃料气体喷射阀8，因此能够减少从燃气发动机1排出的NOx(氮氧化物)，能够提高燃气发动机1的性能。
〔第二实施方式〕
使用图6及图7，对本发明的燃料气体喷射阀的第二实施方式进行说明。
图6是表示本发明的第二实施方式的燃料气体喷射阀的截面及液压系统的图，图7的上半部分是用于说明本发明的第二实施方式的燃料气体喷射阀的工作的图，图7的下半部分是表示针阀的开闭、滑阀的开闭、缸内压力及曲轴角度的关系的图表。
如图6所示，本实施方式的燃料气体喷射阀108具备喷嘴支架121、喷嘴122、滑阀123、滑阀压紧弹簧124、针阀125及针阀压紧弹簧126。
在喷嘴122上设有：第一凹部151，其沿着轴向延伸，将滑阀压紧弹簧124和针阀压紧弹簧126收容；第二凹部152，其将沿着轴向进行往复运动的针阀125收容成滑动自如；第三凹部154，其将沿着轴向进行往复运动的滑阀123的另一端部(前端部)153收容成滑动自如；第一连通孔157，其沿着径向延伸，将使针阀125向打开方向(在图6中为上方向)移动的工作油向成为受压面的针阀125的扩径部155的下表面(底面)156引导；第二连通孔158，其沿着径向延伸，在使针阀125向打开方向移动时，将通过扩径部155的上升而压出的工作油向喷嘴122的外部引导，并且在使针阀125向关闭方向(在图6中为下方向)移动时，从喷嘴122的外部向凹部151内引导工作油；第三连通孔160，其沿着径向延伸，向设置在第二凹部152与第三凹部154之间的腔室(环状空间)159内引导燃料气体；第一喷孔161，其在预混合燃料喷射时，将导入到腔室159及第三凹部154内的燃料气体向燃烧室c(参照图1等)内引导；以及第二喷孔162，其在扩散燃料喷射时，将导入到腔室159及第三凹部154内的燃料气体向燃烧室c内引导。
第一连通孔157经由工作油管173而与通过电磁阀171进行流路的切换的流路切换阀172连接。在流路切换阀172上连接工作油供给管174的下游端和工作油返回管175的上游端。工作油供给管174的上游端以在工作油箱146的内部且位于工作油箱146的底面附近的方式配置，在工作油供给管174的中途连接有工作油泵147。工作油返回管175的下游端以将经由工作油管173及工作油返回管175返回的工作油向工作油箱146的内部回收的方式配置。
另外，在第三连通孔160上连接燃料气体供给管176的下游端，该燃料气体供给管176的上游端与燃料气体供给源(未图示)连接。
需要说明的是，使电磁阀171成为通电状态的指令信号及将电磁阀171的通电状态解除的指令信号从发动机控制单元12(参照图1等)向通电器163传送。基于上述指令信号，使电磁阀171成为通电状态，或者解除电磁阀171的通电状态。
滑阀123是在轴向上的一端部具备第一扩径部131的实心圆筒状的构件，在另一端部的外周面上，从成为燃烧室c内的气体(缸内气体)的受压面的端面181侧沿着周向设有周向槽182、183。另外，周向槽182和周向槽183经由第一孔(纵向孔)184和第二孔(横向孔)185而连通，该第一孔184在滑阀123的另一端部的径向上的中央部处沿着轴向贯穿设置，该第二孔185在第一孔184的两端部沿着径向贯穿设置。第一扩径部131的上表面成为与滑阀压紧弹簧124的下端抵接的弹簧承受面186。
滑阀压紧弹簧124对滑阀123向关闭方向施力。
针阀125是空心圆筒状的构件，其在径向上的中央部沿着轴向设有供滑阀123滑动自如地穿过的贯通孔191，针阀125的上表面(顶面)成为与针阀压紧弹簧126的下端抵接的弹簧承受面192，在另一端(前端)设有与针阀座193抵接的密封面(座面)194。
针阀压紧弹簧126对针阀125向关闭方向施力(以使针阀座193与密封面194抵接的方式施力)，在工作油管173与工作油返回管175连通的状态、即在针阀125的扩径部155的下表面156未施加工作油的液压的状态下，针阀25被向关闭方向施力。
接着，使用图6及图7，对燃料气体喷射阀108的工作进行说明。
首先，如图6及图7的上半部分中的从左起位于第一个的位置的图所示，在燃烧室c内的气体压力(缸内气体压力)未作用于端面181且工作油管173与工作油返回管175连通的状态下，滑阀123及针阀125的升程都为0(零)，滑阀123及针阀125都关闭。
接着，向图6所示的电磁阀171通电，对流路切换阀172的流路进行切换，将工作油管173与工作油供给管174形成为连通的状态，经由第一连通孔157引导的工作油作用于扩径部155的下表面156，如图7的上半部分中的从左起位于第二个的位置的图所示，针阀125上升(向打开方向移动)，经由第三连通孔160导入到腔室159内的燃料气体依次通过周向槽183、第二孔185、第一孔184、第二孔185、周向槽182而被向第一喷孔161引导，作为预混合燃料而从第一喷孔161喷射。
需要说明的是，此时，第二喷孔162由位于周向槽182与周向槽183之间的另一端部153的外周面堵塞。
接着，解除向图6所示的电磁阀171的通电，对流路切换阀172的流路进行切换，如图7的上半部分中的从左起位于第三个的位置的图所示，成为工作油管173与工作油返回管175连通且燃烧室c内的气体压力(缸内气体压力)作用于端面181的状态、即针阀125关闭且滑阀123上升的状态(打开的状态)。
接着，向图6所示的电磁阀171通电，对流路切换阀172的流路进行切换，将工作油管173与工作油供给管174形成为连通的状态，经由第一连通孔157引导的工作油作用于针阀125的扩径部155的下表面156，如图7的上半部分中的从左起位于第四个的位置的图所示，针阀125上升(向打开方向移动)，经由第三连通孔160导入到腔室159内的燃料气体依次通过周向槽183、第二孔185、第一孔184、第二孔185、周向槽182而被向第二喷孔162引导，作为预混合燃料而从第二喷孔162喷射。
需要说明的是，此时，第一喷孔161由位于周向槽182与端面181之间的另一端部153的外周面堵塞。
接着，解除向图6所示的电磁阀171的通电，对流路切换阀172的流路进行切换，如图6及图7的上半部分中的从左起位于第五个的位置的图所示，成为燃烧室c内的气体压力(缸内气体压力)未作用于端面181且工作油管173与工作油返回管175连通的状态、即滑阀123及针阀125都关闭的状态。
需要说明的是，图7的下半部分中的图表示出滑阀123的开闭、针阀125的开闭、缸内压力及曲轴角度的关系。
另外，图7的上半部分中的从左起位于第二个的位置的图是与图3(a)对应的图，图7的上半部分中的从左起位于第四个的位置的图是与图1及图3(b)对应的图。
根据本实施方式的燃料气体喷射阀108及燃料气体喷射方法，能够促进燃料气体与空气的预混合化，能够抑制NOx(氮氧化物)的产生。
另外，根据本实施方式的燃料气体喷射阀108，仅通过在滑阀123上作用有缸内压力，就使滑阀123向与缸内相反的一侧移动。
由此，用于使滑阀123(第一针阀23)向与缸内相反的一侧移动的构成要素能够省略例如图4所示的第一电磁阀41、第一流路切换阀42及第一工作油管43，能够实现结构的简化。
并且，根据具备本实施方式的燃料气体喷射阀8的燃气发动机1，由于具备能够促进燃料气体与空气的预混合化且能够抑制NOx(氮氧化物)的产生的燃料气体喷射阀8，因此能够减少从燃气发动机1排出的NOx(氮氧化物)，能够提高燃气发动机1的性能。
〔第三实施方式〕
使用图8，对本发明的燃料气体喷射阀的第三实施方式进行说明。
图8是表示本发明的第三实施方式的燃料气体喷射阀的截面及液压系统的图。
如图8所示，本实施方式的燃料气体喷射阀308具备喷嘴支架321、喷嘴322、第一针阀323、第一针阀压紧弹簧324、第二针阀325及第二针阀压紧弹簧326。
在喷嘴支架321上设有：凹部332，其沿着轴向(在图8中为上下方向)延伸，将设置在沿着轴向进行往复运动的第一针阀323的一端部(顶部)上的第一扩径部331收容成滑动自如；第一连通孔334，其沿着径向(在图8中为左右方向)延伸，将使第一针阀323向打开方向(在图8中为上方向)移动的工作油向成为受压面的第一扩径部331的下表面(底面)333引导；以及第二连通孔336，其沿着径向延伸，在使第一针阀323向打开方向移动时，将通过第一扩径部331的上表面(顶面)335压出的工作油向喷嘴支架321的外部引导。
需要说明的是，通过第一扩径部331的上表面335压出的工作油是在滑动部分、即第一扩径部331的外周面与凹部332的内周面之间泄漏出的工作油。
第一连通孔334经由第一工作油管343而与通过第一电磁阀341进行流路的切换的第一流路切换阀342连接。在第一流路切换阀342上连接第一工作油供给管344的下游端和第一工作油返回管345的上游端。第一工作油供给管344的上游端以在工作油箱346的内部且位于工作油箱346的底面附近的方式配置，在第一工作油供给管344的中途连接有工作油泵347。第一工作油返回管345的下游端以将经由第一工作油管343及第一工作油返回管345返回的工作油向工作油箱346的内部回收的方式配置。
在喷嘴322上设有：第一凹部351，其沿着轴向延伸，将第一针阀压紧弹簧324和第二针阀压紧弹簧326收容；第二凹部352，其将沿着轴向进行往复运动的第一针阀323收容成滑动自如；第三凹部353，其将沿着轴向进行往复运动的第二针阀325收容成滑动自如；第四凹部355，其将设置在沿着轴向进行往复运动的第一针阀323的另一端部(前端部)上的第二扩径部354收容成滑动自如；第一连通孔358，其沿着径向延伸，将使第二针阀325向打开方向(在图8中为上方向)移动的工作油向成为受压面的第二针阀325的扩径部356的下表面(底面)357引导；第二连通孔359，其沿着径向延伸，在使第二针阀325向打开方向移动时，将通过扩径部356的上升而压出的工作油向喷嘴322的外部引导；第三连通孔361，其沿着径向延伸，向在第三凹部353的下方设置的腔室(环状空间)360内引导燃料气体；第一喷孔363，其在预混合燃料喷射时，将导入到腔室360、第四凹部355及连通腔室360与第四凹部355的连通路362内的燃料气体向燃烧室c(参照图1等)内引导；以及第二喷孔364，其在扩散燃料喷射时，将导入到腔室360、第四凹部355及连通路362内的燃料气体向燃烧室c内引导。
第一连通孔358经由第二工作油管373而与通过第二电磁阀371进行流路的切换的第二流路切换阀372连接。在第二流路切换阀372上连接第二工作油供给管374的下游端和第二工作油返回管375的上游端。第二工作油供给管374的上游端与位于比工作油泵347靠下游侧的第一工作油供给管344的中途连接，第二工作油返回管375的下游端与第一工作油返回管345的中途连接。
另外，在第三连通孔361上连接有燃料气体供给管376的下游端，该燃料气体供给管376的上游端与燃料气体供给源(未图示)连接。
需要说明的是，使第一电磁阀341及第二电磁阀371成为通电状态的指令信号以及将第一电磁阀341及第二电磁阀371的通电状态解除的指令信号从发动机控制单元12(参照图1等)向通电器377传送。基于上述指令信号，使第一电磁阀341及第二电磁阀371成为通电状态，或者将第一电磁阀341及第二电磁阀371的通电状态解除。
第一针阀323是实心圆筒状的构件，在轴向上的一端部具备第一扩径部331，在轴向上的另一端部具备第二扩径部354，在轴向上的与中央相比靠一端部的一侧具备第三扩径部381，在另一端(前端)设有与第一针阀座382抵接的密封面(座面)383。另外，第三扩径部381的上表面成为与第一针阀压紧弹簧324的下端抵接的弹簧承受面384。并且，在第二扩径部354上沿着周向设有多个连通孔385，该连通孔385是沿着轴向将第二扩径部354贯通的贯通孔，即，是将第二扩径部354的上表面和下表面连通的连通孔。
第一针阀压紧弹簧324对第一针阀323向关闭方向施力(以使第一针阀座382与密封面383抵接的方式施力)，在第一工作油管343和第一工作油返回管345连通的状态、即在第一扩径部331的下表面333未施加工作油的液压的状态下，第一针阀323被向关闭方向施力。
第二针阀325是以轴向上的一端部与第二针阀压紧弹簧326的下端部嵌合的方式形成的实心圆筒状的构件，在一端部沿着周向设有与第二针阀压紧弹簧326的下端抵接的弹簧承受面392，在另一端(前端)设有与第二针阀座393抵接的密封面(座面)394。
第二针阀压紧弹簧326对第二针阀325向关闭方向施力(以使第二针阀座393与密封面394抵接的方式施力)，在第二工作油管373与第二工作油返回管375连通的状态、即在第二针阀325的扩径部356的下表面357未施加工作油的液压的状态下，第二针阀325被向关闭方向施力。
接着，对燃料气体喷射阀308的工作进行说明。
首先，在第一工作油管343与第一工作油返回管345连通且第二工作油管373与第二工作油返回管375连通的状态下，第一针阀323及第二针阀325的升程都为0(零)，第一针阀323及第二针阀325都关闭。
接着，向电磁阀341通电，对第一流路切换阀342的流路进行切换，将第一工作油管343与第一工作油供给管344形成为连通的状态，经由第一连通孔334引导的工作油作用于第一扩径部331的下表面333，使第一针阀323上升(向打开方向移动)，第二扩径部354的外周面堵塞第二喷孔364。
接着，向电磁阀371通电，对第二流路切换阀372的流路进行切换，将第二工作油管373与第二工作油供给管374形成为连通的状态，经由第一连通孔358引导的工作油作用于第二针阀325的扩径部356的下表面357，使第二针阀325上升(向打开方向移动)，经由第三连通孔361导入到腔室360内的燃料气体经由连通路362及连通孔385被向第一喷孔363引导，作为预混合燃料而从第一喷孔363喷射。
接着，解除向电磁阀341及电磁阀371的通电，对第一流路切换阀342的流路及第二流路切换阀372的流路进行切换，成为第一工作油管343与第一工作油返回管345连通且第二工作油管373与第二工作油返回管375连通的状态、即第一针阀323及第二针阀325都关闭的状态。
接着，向电磁阀371通电，对第二流路切换阀372的流路进行切换，将第二工作油管373与第二工作油供给管374形成为连通的状态，经由第一连通孔358引导的工作油作用于第二针阀325的扩径部356的下表面357，使第二针阀325上升(向打开方向移动)，经由第三连通孔361导入到腔室360内的燃料气体经由连通路362被向第二喷孔364引导，作为扩散燃料而从第二喷孔364喷射。
需要说明的是，此时，由于未向电磁阀341通电，因此第一针阀323的升程为0(零)，第一针阀323关闭。
接着，解除向电磁阀371的通电，对第二流路切换阀372的流路进行切换，从而成为第二工作油管373与第二工作油返回管375连通的状态、即第一针阀323及第二针阀325都关闭的状态。
根据本实施方式的燃料气体喷射阀308及燃料气体喷射方法，能够促进燃料气体与空气的预混合化，能够抑制NOx(氮氧化物)的产生。
另外，根据本实施方式的燃料气体喷射阀308，不需要将第一针阀323和第二针阀325制作为同心的构件，因此能够实现制造工序的简化，能够实现制造费的削减。
并且，根据具备本实施方式的燃料气体喷射阀308的燃气发动机1，由于具备能够促进燃料气体与空气的预混合化且能够抑制NOx(氮氧化物)的产生的燃料气体喷射阀8，因此能够减少从燃气发动机1排出的NOx(氮氧化物)，能够提高燃气发动机1的性能。
〔第四实施方式〕
使用图9，对本发明的燃料气体喷射阀的第四实施方式进行说明。
图9是表示本发明的第四实施方式的燃料气体喷射阀的截面及液压系统的图。
本实施方式的燃料气体喷射阀208在取代喷嘴22及第二针阀25而具备喷嘴222及第二针阀225这一点上与上述的第一实施方式不同。
需要说明的是，对于与上述的第一实施方式相同的构件，标注相同的符号，在此省略对上述构件的说明。
如图9所示，在本实施方式的喷嘴222上设有第四连通孔232，该第四连通孔232位于第一连通孔57与第三连通孔60之间，且沿着径向延伸，向积油处(环状空间)231内引导润滑油。在第四连通孔232上连接润滑油供给管233的下游端，该润滑油供给管233的上游端与润滑油箱(未图示)连接，在润滑油供给管233的中途连接润滑油泵234。
在第二针阀225的贯通孔91中设有沿着周向延伸的积油处(环状空间)235，在第二针阀225上设有沿着径向延伸且将积油处231与积油处235连通的连通孔236。
根据本实施方式的燃料气体喷射阀208，能够向滑动部分供给润滑油，能够防止滑动部分的磨损及粘连。
另外，在将具有比燃料气体的气体压力高的压力的润滑油经由润滑油供给管233供给的情况下，在积油处231处对燃料气体进行密封，从而能够防止燃料气体的向比积油处231靠上方的位置的吹出(气体泄漏)。
其他的作用效果与上述的第一实施方式的作用效果相同，因此在此省略其说明。
需要说明的是，本发明没有限定为上述的实施方式，能够适当根据需要进行变形·变更来实施。
例如，在第四实施方式中说明的结构也能够适用于第二实施方式及第三实施方式。
另外，在第一实施方式中记载的上止点前40°～100°、上止点前约5°、上止点前4°～上止点后40°这样的数值是用于说明实施方式的一例，这些数值可以根据燃气发动机1的最大输出等进行适当变更。
符号说明：
1   (双燃料二冲程)燃气发动机
4   活塞
8   燃料气体喷射阀
22  支架
23  第一针阀
25  第二针阀
61  第一喷孔
62  第二喷孔
91  贯通孔
93  针阀座
94  密封面
108 燃料气体喷射阀
122 支架
123 滑阀(第一针阀)
125 针阀(第二针阀)
161 第一喷孔
162 第二喷孔
191 贯通孔
193 针阀座
194 密封面
208 燃料气体喷射阀
222 支架
225 第二针阀
231 积油处
235 积油处
236 连通孔

Claims (7)

1.一种燃料气体喷射阀，其适用于通过高压喷射能够使燃料油及燃料气体这双方燃烧的双燃料燃气发动机，其具备：
支架，其具备第一喷孔和第二喷孔，该第一喷孔在构成所述双燃料燃气发动机的活塞位于上止点前40°～100°的位置时，将作为预混合燃料的燃料气体喷出，该第二喷孔在所述活塞位于上止点前10°～上止点后15°的位置时，将作为扩散燃料的燃料气体喷出；
第一针阀，其在所述支架内沿着轴向滑动自如地进行往复运动，在将所述第一喷孔打开时将所述第二喷孔关闭，在将所述第一喷孔关闭时将所述第二喷孔打开；
第二针阀，其在前端设有与设于所述支架的针阀座抵接的密封面，在径向上的中央部沿着轴向设有供所述第一针阀滑动自如地穿过的贯通孔，且在所述支架内沿着轴向进行往复运动，在所述密封面与所述针阀座抵接时，切断燃料气体向所述第一喷孔及所述第二喷孔的流通，在所述密封面从所述针阀座分离时，允许燃料气体向所述第一喷孔或所述第二喷孔的流通。
2.根据权利要求1所述的燃料气体喷射阀，其中，
所述第一针阀为通过所述双燃料燃气发动机的缸内压力而在所述支架内沿着轴向进行往复运动的滑阀。
3.根据权利要求1或2所述的燃料气体喷射阀，其中，
在所述喷嘴的供所述第二针阀滑动的部分及所述贯通孔中分别设有积油处，在供所述第二针阀滑动的部分设置的积油处与在所述贯通孔中设置的积油处经由沿着径向设于所述喷嘴的连通孔而连通。
4.一种燃料气体喷射阀，其适用于通过高压喷射能够使燃料油及燃料气体这双方燃烧的双燃料燃气发动机，其具备：
支架，其具备第一喷孔和第二喷孔，该第一喷孔在构成所述双燃料燃气发动机的活塞位于上止点前40°～100°的位置时，将作为预混合燃料的燃料气体喷出，该第二喷孔在所述活塞位于上止点前10°～上止点后15°的位置时，将作为扩散燃料的燃料气体喷出；
第一针阀，其在所述支架内沿着轴向滑动自如地进行往复运动，在将所述第一喷孔打开时将所述第二喷孔关闭，在将所述第一喷孔关闭时将所述第二喷孔打开；
第二针阀，其在前端设有与设于所述支架的针阀座抵接的密封面，且在所述支架内沿着轴向进行往复运动，在所述密封面与所述针阀座抵接时，切断燃料气体向所述第一喷孔及所述第二喷孔的流通，在所述密封面从所述针阀座分离时，允许燃料气体向所述第一喷孔或所述第二喷孔的流通。
5.根据权利要求4所述的燃料气体喷射阀，其中，
在所述喷嘴的供所述第一针阀滑动的部分及供所述第二针阀滑动的部分分别设有积油处。
6.一种双燃料燃气发动机，其具备权利要求1至5中任一项所述的燃料气体喷射阀。
7.一种燃料气体喷射方法，其适用于通过高压喷射能够使燃料油及燃料气体这双方燃烧的双燃料燃气发动机，其中，
在构成所述双燃料燃气发动机的活塞位于上止点前40°～100°的位置时，将作为预混合燃料的燃料气体喷出，在所述活塞位于上止点前10°～上止点后15°的位置时，将作为扩散燃料的燃料气体喷出。
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