CN105518284A - 用于运行多燃料活塞式发动机的燃料喷射系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于活塞式发动机的燃料喷射系统包括用于喷射液体燃料的第一燃料回路以及用于将液体引燃燃料喷射到活塞式发动机的汽缸(14)中的第二燃料回路。第一燃料回路针对每个汽缸(14)都包括至少一个燃料喷射泵(7)和至少一个燃料喷射器(12)，并且第二燃料回路设有至少一个高压泵(2)并且针对活塞式发动机的每个汽缸(14)都包括至少一个引燃燃料喷射器(4)。燃料喷射系统包括用于在燃料喷射泵(7)和燃料喷射器(12)之间将液体引燃燃料从第二燃料回路引入第一燃料回路的装置(19，20)。

Description

用于运行多燃料活塞式发动机的燃料喷射系统和方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于活塞式发动机的燃料喷射系统。本发明还涉及如其它独立权利要求的前序部分所限定的用于运行多燃料活塞式发动机的方法。
背景技术
用于针对船舶和电站都使用的大型内燃机来减少排放以及降低运行成本的有效方案是所谓的双燃料或三燃料发动机，其在气体燃料和液体燃料下均可以运行。这些多燃料发动机提供了灵活地根据不同燃料的可用性及价格和/或在某些地方或在某些时间被强制实行的排放限制来选择最适当的燃料。例如，船用发动机可以在应用严格的排放限制的地方以气体燃料运行，而在其它地方可以以重油燃料运行。在复杂的发动机中，从馏分等级液体燃料(例如，轻燃料油(LFO))到气体燃料的切换可以自动地且在满负荷下几乎立即完成。然而，从残余燃料(例如，重燃料油(HFO))到气体燃料的切换是不可能的。在HFO和气体运行之间需要进行LFO运行的中间阶段，且从HFO向LFO的转变可能需要花费半小时之久。这是因为HFO的粘度高且HFO可能会引起燃料喷射系统的部件的堵塞，如果在转变为气体模式之前没有用LFO对系统进行清理。
发明内容
本发明的一个目的是为活塞式发动机提供一种改进的燃料喷射系统，其旨在解决上述的问题。根据本发明的燃料喷射系统的特征在权利要求1的特征部分给出。本发明的另一个目的是提供一种用于运行多燃料活塞式发动机的改进的方法，该多燃料活塞式发动机可以在使用液体燃料的液体燃料模式以及使用气体燃料和液体引燃燃料的气体模式下运行，并且包括用于喷射液体燃料的第一燃料回路以及用于将液体引燃燃料喷射到多燃料活塞式发动机的汽缸的第二燃料回路，第一燃料回路针对每个汽缸都包括至少一个燃料喷射泵和至少一个燃料喷射器，并且第二燃料回路设有至少一个高压泵并且针对多燃料活塞式发动机的每个汽缸都包括至少一个引燃燃料喷射器。运行方法的特征在其它独立权利要求的特征部分给出。
根据本发明的燃料喷射系统包括用于喷射液体燃料的第一燃料回路以及用于将液体引燃燃料喷射到多燃料活塞式发动机的汽缸的第二燃料回路，第一燃料回路针对每个汽缸都包括至少一个燃料喷射泵和至少一个燃料喷射器，并且第二燃料回路设有至少一个高压泵并且针对多燃料活塞式发动机的每个汽缸都包括至少一个引燃燃料喷射器。燃料喷射系统包括用于在燃料喷射泵和燃料喷射器之间将液体引燃燃料从第二燃料回路引入第一燃料回路的装置。
在根据本发明的方法中，在从液体燃料模式转变到气体模式之前，液体引燃燃料在燃料喷射泵和燃料喷射器之间从第二燃料回路被引入第一燃料回路。
在根据本发明的燃料喷射系统和方法的情况下，当残余燃料已经被使用时，在进行从液体燃料模式向气体模式的计划性转变之前，发动机的燃料喷射泵和燃料喷射器可以用质量较好的燃料进行冲洗。这可以防止燃料喷射器的堵塞并且能使运行模式进行更快的改变。不同燃料的使用因此可以被更好地优化，从而可以帮助减少发动机的运行成本。
根据本发明，将液体引燃燃料引入第一燃料回路的装置包括连接导管、供给阀和节流阀，所述节流阀布置在供给阀的下游。通过使用供给阀，引燃燃料到第一燃料回路的供给可以被限制到仅仅在转变到气体模式之前的时间段。节流阀可以被用于调节引入到第一燃料回路中的引燃燃料的量。
燃料喷射系统可以进一步设有止回阀，该止回阀布置在节流阀和第一燃料回路之间，用于防止从第一燃料回路向第二燃料回路流动。止回阀还防止燃料从一个燃料喷射器向另一个燃料喷射器流动。
附图说明
本发明的具体实施方式参照附图在下面被更详细说明。其中
图1示出了在活塞式发动机中用于液体燃料的燃料喷射系统的简化描述；并且
图2示出了用于气体燃料的燃料系统。
具体实施方式
图1图示了一种在多燃料活塞式发动机中用于液体燃料的燃料喷射系统。图2示出了针对相同发动机的用于气体燃料的燃料系统。发动机是大型内燃机，例如船用或用在发电站中以产生电力的主发动机或辅助发动机。发动机可以包括任何合理数量的汽缸，其可以被设置为，例如，直列或V-构造。发动机可以选择性地以气体燃料或液体燃料运行。液体燃料可以是，例如，重燃料油(HFO)、轻燃料油(LFO)或船用柴油燃料(MDF)。气体燃料可以是，例如，天然气或生物气。气体被引导入发动机的进气管。在气体模式下，少量的液体引燃燃料被用于点燃气体燃料。引燃燃料的量比满负荷燃料消耗的百分之一少。引燃燃料应该是蒸馏燃料等级，例如LFO或MDF。在气体模式下使用所谓的贫燃原理。燃烧室内空气和气体的混合物因此包含比完全燃烧所需的空气更多的空气。贫燃减小了峰值温度和因此的NOx排放。效率被提高并且更高的输出被达到，同时避免了爆震。稀空燃比混合物的燃烧通过喷入汽缸的少量的液体引燃燃料而被点燃。引燃燃料在传统柴油过程中被点燃，为主燃料提供高能点火源。为了获得最好的效率和最低的排放，每个汽缸分别被控制以保证以正确的空燃比运行并且具有正确的引燃燃料喷射的量和正时。
图2示出了一种用于气体燃料的燃料系统。发动机的每个汽缸14都设有气体输入阀15，通过该气体输入阀，气体燃料可以被引入到汽缸14的进气管路。气体输入阀15被电子地控制。每个汽缸14的气体输入阀15可以独立于进气阀而被控制。气体与来自汽缸盖中的进气阀的上游的进气空气混合。替代进气管路，气体也可以被引入到预燃室中。
发动机的燃料喷射系统包括用于主液体燃料的第一燃料回路以及用于液体引燃燃料的第二燃料回路。发动机仅仅以液体燃料运行时使用的主液体燃料借助于传统燃料喷射泵7被喷入汽缸14。通过共轨系统将引燃燃料喷入汽缸14。
用于引燃燃料喷射的共轨系统包括引燃燃料供应泵1，该燃燃料供应泵从引燃燃料箱5向高压泵2以相对低的压力输送引燃燃料。引燃燃料的压力被高压泵2升高，从此引燃燃料被引入燃料轨3，该燃料轨作为压力蓄加器工作。从燃料轨3，加压燃料被供给到引燃燃料喷射器4。发动机的每个汽缸14都设有至少一个引燃燃料喷射器4，该引燃燃料喷射器是共轨回路的一部分。共轨系统也可设有若干个高压泵2和燃料轨3。例如，在V-发动机中，每个汽缸组可以设有自己的高压泵2和燃料轨3。还可以针对两个汽缸14或少量汽缸14存在一个高压泵2和燃料轨3。甚至可能为每个汽缸14都设置一个自己的压力蓄加器，在这种情况下，燃料轨3可以被燃料供应管替代以从高压泵2向引燃燃料喷射器4输送燃料。引燃燃料喷射器4被分别控制。所述控制可以是，例如，电子的。每个引燃燃料喷射器4被连接到返回管路6，通过该返回管路，过量的引燃燃料被返回到引燃燃料箱5。
即使发动机以液体燃料运行时，也可以使用通过共轨系统进行的引燃燃料喷射。对于控制引燃燃料喷射器4的温度以及防止引燃燃料喷射器4的堵塞来说，引燃燃料喷射是需要的。发动机也可以在备份模式下短时间运行而不用引燃燃料喷射，但是在备份模式下更长的运行会引起引燃燃料喷射器4的阻塞。
当发动机以液体燃料运行时，燃料借助于传统燃料喷射泵7被引入发动机的汽缸14。发动机的每个汽缸14都设有自己的燃料喷射泵7。燃料借助于燃料供应泵9被从燃料箱8向燃料喷射泵7输送。从每个燃料喷射泵7，通过供给管18，燃料被供应到各个汽缸14的燃料喷射器12。引燃燃料喷射器4和主燃料喷射器12可以被集成到共同的喷射器单元中。不被供应到燃料喷射器12的燃料被收集到燃料喷射泵7的返回管路11中，该返回管路引导燃料返回到燃料箱8。返回管路11设有压力控制阀10，该压力控制阀保持返回管路11中的压力处在期望的水平。来自燃料喷射器12和供给管18的清洁的泄漏燃料被收集到泄漏管13。在液体燃料模式中，发动机既可以以蒸馏等级燃料运行又可以以残余燃料运行。
多燃料发动机的一个问题是不可能瞬间从以残余燃料运行向以气体燃料运行转变，而是在以残余燃料(例如，HFO)和以气体燃料运行之间需要以蒸馏燃料(例如，LFO)运行。为了能够从气体模式向以残余燃料运行进行更快或瞬间的转变，燃料喷射系统设有用于在燃料喷射泵7和燃料喷射器12之间将液体燃料从第二燃料回路引入到第一燃料回路的装置。该装置包括连接导管19、供给阀20和节流阀21，节流阀21布置在供给阀20的下游。连接导管19针对发动机的每个汽缸14包括分支19A、19B、19C、19D。连接导管19的每个分支19A、19B、19C、19D被连接到位于燃料喷射泵7和燃料喷射器12之间的供给管18。连接导管的分支19A、19B、19C、19D均设有止回阀22，以防止从第一燃料回路向第二燃料回路流动，并且还防止从一个燃料喷射器12向另一个燃料喷射器12流动。在图1的具体实施方式中，连接导管19被连接到燃料轨3，但是连接导管19还可以被连接到高压泵2下游的第二燃料回路的一些其它部分。
当发动机以气体模式运行时，供给阀20是关闭的。供给阀20在以残余燃料进行的正常运行期间也是关闭的。然而，在进行从残余燃料的使用向气体燃料的使用的计划性转变之前，供给阀20是打开的。由于第二燃料回路中的压力比第一燃料回路中的压力高，因此，液体引燃燃料可以从第二燃料回路向第一燃料回路流动。流向第一燃料回路的引燃燃料的量可以受到节流阀21的控制，所述节流阀是可调节的。还可能的是，取代单个节流阀21，燃料喷射系统针对发动机的每个汽缸14都设有自己的节流阀，在这种情形下，节流阀布置在连接管路19的分支19A、19B、19C、19D中。在燃料喷射泵7的工作冲程之间，引燃燃料可以从供给管18通过燃料喷射泵7的恒压阀流向泵7的压力室。在下一工作冲程，引燃燃料流向燃料喷射器12。发动机的燃料喷射器12因此在几个喷射循环后被引燃燃料填充。引燃燃料防止燃料喷射器12发生堵塞，并且从以残余燃料运行向气体模式转变可以被快速完成而不需要在残余燃料的使用和气体燃料的使用之间进行以蒸馏等级燃料进行的冗长运行。
本领域技术人员可以理解的是，本发明不限于上述的具体实施方式，而是可以在附加的权利要求的范围内改变。

Claims (3)

1.一种用于多燃料活塞式发动机的燃料喷射系统，所述多燃料活塞式发动机能在使用液体燃料的液体燃料模式和使用气体燃料以及液体引燃燃料的气体模式下运行，所述燃料喷射系统包括用于喷射液体燃料的第一燃料回路以及用于将液体引燃燃料喷射到所述多燃料活塞式发动机的汽缸(14)中的第二燃料回路，所述第一燃料回路针对每个汽缸(14)都包括至少一个燃料喷射泵(7)和至少一个燃料喷射器(12)，并且所述第二燃料回路设有至少一个高压泵(2)并且针对所述多燃料活塞式发动机的每个汽缸(14)都包括至少一个引燃燃料喷射器(4)，其特征在于，
所述燃料喷射系统包括用于在所述燃料喷射泵(7)和所述燃料喷射器(12)之间将液体引燃燃料从所述第二燃料回路引入所述第一燃料回路的装置(19，20)，并且所述将液体引燃燃料从所述第二燃料回路引入所述第一燃料回路的装置包括连接导管(19)、供给阀(20)和节流阀(21)，所述节流阀(21)布置在所述供给阀(20)的下游。
2.根据权利要求1的燃料喷射系统，其特征在于：所述燃料喷射系统设有止回阀(22)，这些止回阀(22)布置在所述节流阀(21)和所述第一燃料回路之间，用于防止从所述第一燃料回路向所述第二燃料回路流动。
3.一种用于运行多燃料活塞式发动机的方法，所述多燃料活塞式发动机能在使用液体燃料的液体燃料模式和使用气体燃料以及液体引燃燃料的气体模式下运行，所述多燃料活塞式发动机包括用于喷射液体燃料的第一燃料回路以及用于将液体引燃燃料喷射到所述多燃料活塞式发动机的汽缸(14)中的第二燃料回路，所述第一燃料回路针对每个汽缸(14)都包括至少一个燃料喷射泵(7)和至少一个燃料喷射器(12)，并且所述第二燃料回路设有至少一个高压泵(2)并且针对所述多燃料活塞式发动机的每个汽缸(14)都包括至少一个引燃燃料喷射器(4)，其特征在于，
在从所述液体燃料模式转变到所述气体模式之前，液体引燃燃料在所述燃料喷射泵(7)和所述燃料喷射器(12)之间被从所述第二燃料回路引入所述第一燃料回路，供给阀(20)被用于开启和关闭所述第二燃料回路和所述第一燃料回路之间的流动连通，并且所述第一燃料回路中的液体引燃燃料的量受到节流阀(21)的控制。
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