CN105673254A - 用于内燃机的燃料计量阀和用于运行燃料计量阀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的燃料计量阀，具有壳体(1)、构造在壳体(1)中的气体室(7)以及被燃料充注的室(33)，喷嘴针(10)可纵向移动地布置在壳体中，该喷嘴针与壳体(1)中的密封座(13)共同作用并且在壳体(1)的孔(6)中被导向，所述气体室围绕喷嘴针(10)并且能够通过所述密封座(13)的打开而与至少一个喷入孔(9)连通，所述被燃料充注的室(33)背离气体室(7)地围绕喷嘴针(10)并且能够用液体燃料充注。在所述孔(6)的壁和所述喷嘴针(10)之间构成一泄漏间隙(35)，该泄漏间隙通入气体室(7)中。该燃料计量阀这样运行，使得提高气体点火能力的液体燃料量通过泄漏间隙(35)连续到达气体室(7)中。

Description

用于内燃机的燃料计量阀和用于运行燃料计量阀的方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的燃料计量阀，如优选为将气态的和/或液体燃料供给到内燃机中所使用的那样的燃料计量阀。
背景技术
本发明从一种燃料喷射阀出发，如例如从公开文献US2007/0199539A1已知的燃料喷射阀。这样的燃料计量阀用于将气体燃料计量到内燃机中，其中，所述燃料计量阀可以附加地将液体燃料带入内燃机中。在此，燃料或者可以被带入到内燃机的进气管中，或者也可以直接被带入内燃机的燃烧室中。在此，可纵向移动的喷嘴针用于对气体燃料进行配量，所述喷嘴针与密封座共同作用并且由此打开和关闭一个或多个喷入孔。气体燃料在压力下积存于燃料计量阀中并且在密封座释放的情况下通过喷入孔流出到内燃机的希望的区域中。
在该喷嘴针中布置有内喷嘴针，该内喷嘴针与布置在喷嘴针之内的密封座共同作用并且由此控制液体燃料通过构造在喷嘴阀针中的喷射孔的喷出。所述液体燃料、例如柴油燃料在已知的燃料计量阀中用于产生可靠的点火，即，小量液体燃料通过喷射孔排出，该燃料在燃烧室内通过压缩的空气点燃。紧接着液体燃料，所需要的燃料的主要量作为气体燃料通过喷入孔被带入燃烧室中。
对分别用于控制液态的和气体燃料的两个喷嘴针的操控相对费事，因为必须存在至少两个控制阀，它们在时间上精确地相互协调并且精准地配量所需要的燃料量。因此，这样的燃料计量阀相对昂贵并且需要高的制造耗费。
发明内容
与之相对，根据本发明的燃料计量阀具有这样的优点：两种燃料、即液体燃料和气体燃料可以通过唯一的一个过程被带入燃烧室中，而不必存在用于液体燃料的另一计量装置。为此，燃料计量阀具有壳体，喷嘴针可纵向移动地布置在该壳体中，所述喷嘴针与该壳体中的密封座共同作用，其中，该外喷嘴针在壳体的孔中被导向。此外，在壳体中构成一气体室，该气体室围绕该喷嘴针并且该气体室可以通过所述密封座的打开而与至少一个喷入孔连通。此外，存在一可用液体燃料充注的室，该室背离气体室地围绕喷嘴针。在所述孔的壁和该喷嘴针之间构成泄漏间隙，该泄漏间隙通到气体室中。通过该泄漏间隙，由于为了雾化目的而在高压下积存于壳体内的液体燃料与气体室中的气体压力之间的压力差，持久地有液体燃料从被燃料充注的室经过泄漏间隙到达气体室中。如果喷嘴针打开，则气体从气体室经过喷入孔流入到内燃机的燃烧室中或者进气管中并且在此将存在于气体室内的液体燃料携带走，其中，液体燃料由此被雾化。以此方式，良好雾化的液体燃料以及提供燃料的主要部分的气体燃料在唯一的一个过程中都到达燃烧室中并且在那里导致希望的点火和燃烧。
在此，在喷嘴针和在壳体中的孔之间构成的泄漏间隙这样确定尺寸，使得通过气体燃料的喷入而有这样量的液体燃料到达燃烧室中：使得混合物的点火能力提高到希望的程度。在这里特别有利的是，液体燃料以120至3000bar的压力积存在壳体内，而气体处于100至500bar的压力下。为了在尤其大内燃机(如对于非公路应用所使用的那样的内燃机)的通常转速下在气体室中有足够的液体燃料可供使用，设置一泄漏间隙，所述泄漏间隙让每分钟至少0.4立方厘米(0.4cm3/min)的液体燃料流入到气体室中。
在一种有利构型中，在所述喷嘴针中可纵向移动地布置有内喷嘴针，其中，该内喷嘴针通过其纵向运动打开和关闭构造在前述喷嘴针中的至少一个喷射孔。因此，如果被通常的气体流携带的燃料量在一定运行状态下是不足够的，通过该内喷嘴针能够与前述喷嘴针无关地实现对液体燃料的计量。由此可以比在具有唯一一个喷嘴针的情况下优化地控制更大带宽的可能运行状态。
在另一种有利构型中，在壳体内存在加热装置，该加热装置在泄漏间隙的区域中例如电加热壳体，以便提供必要的通过泄漏间隙进入气体室的液体燃料流。尤其当在冷的内燃机的情况下液体燃料具有过高的粘度时这是有利的，以确保必须经过泄漏间隙流入气体室中的必需燃料量。
在用于运行内燃机用的、根据权利要求1构造的燃料计量阀的本发明方法中，这样选择运行参数，尤其气态燃料和液体燃料的压力，使得提高气体点火能力的量的液体燃料在运行期间到达气体室中，在那里，该液体燃料可以随着气体燃料一起通过喷入孔喷出。通过对泄漏间隙确定尺寸并且液态以及气体燃料的现有压力来调节泄漏量，所述泄漏量为每分钟0.4至10立方厘米液体燃料。在此，燃料计量阀有利地以100至500bar的气体压力运行。
附图说明
在附图中示意性地以纵剖面示出根据本发明的燃料计量阀。
具体实施方式
在附图的唯一图中示意性地以纵剖面示出根据本发明的燃料计量阀。该燃料计量阀具有壳体1，该壳体包括保持体2和喷嘴体3，它们通过在附图中未示出的装置相互夹紧。在喷嘴体3中构成气体室7，该气体室可以通过一个或多个喷入孔9与燃料计量阀的外侧连接，所述喷入孔构造在喷嘴体3中。在此，喷入孔9的打开和关闭借助于喷嘴针10进行，该喷嘴针活塞形地构造并且可纵向移动地布置在构造于保持体2中的孔6之内。在此，喷嘴针10与构造在喷嘴体中的密封座13共同作用以便打开和关闭喷入孔9，从而当喷嘴针10贴靠在密封座13上时喷入孔9被关闭，而当喷嘴针10从密封座13抬起时喷入孔9与气体室7连通。为了用气体燃料充注气体室7，在保持体2中构造有流入通道14，通过该流入通道，气体燃料可以在需要的压力下供给气体室7。
喷嘴针10以其背离密封座13的端部限界控制腔27，在该控制室中也布置有处于压力预紧下的外部关闭弹簧28，该关闭弹簧布置在控制腔27的壁和喷嘴针10的一个肩之间并且向密封座13的方向将关闭力施加到喷嘴针10上。控制腔27可以通过构造在保持体2中的高压输入通道20和通过具有构造在其中的节流部25的控制孔24用液体燃料充注，其中，液体燃料从外部在高压下通过在附图中未示出的装置、例如燃料高压泵被带入高压输入通道20中。第一控制阀40用于调节控制腔27内的压力，该第一控制阀通过排出孔39与控制孔24连接。如果第一控制阀40打开，则燃料从控制孔24通过排出孔39导出到低压管路45'中，从而控制腔27内的燃料压力降低。在此，排出孔39被这样确定尺寸，使得在给定时间内通过排出孔39流出的燃料比在相同时间内通过输入节流部25补充流入的燃料多，从而发生控制腔27中的燃料压力的降低。
此外，从高压通道20分支出输入孔23，在该输入孔中构造有输入节流部21，该输入孔通到孔6，喷嘴针10布置在该孔中。从输入孔23引出喷嘴针10内的第一横向孔22，其中，该横向孔22通入纵向孔19，该纵向孔构造在喷嘴针10内。在纵向孔19内部可纵向移动地布置有内喷嘴针11，其中，内喷嘴针11和纵向孔19的背离密封座13的端部限界控制室17，横向孔22通入该控制室。
内喷嘴针11背离控制室17地与在喷嘴针10内构造的座15共同作用，以打开和关闭至少一个喷射孔8，喷射孔8构造在喷嘴阀针10内，通过喷射孔8，在内喷嘴针11和外喷嘴针10之间积存于环状间隙12中的燃料可以喷出。在此，喷射孔8的打开和关闭通过内喷嘴针11的纵向运动进行，该内喷嘴针的运动一方面由控制室17内的燃料压力、另一方面由内部关闭弹簧18的力确定，所述关闭弹簧在压力预紧的情况下布置在控制室17内。
此外，由高压通道20分支出输入孔30，该输入孔在壳体2内通入围绕喷嘴针10的孔6处的壁中的一环形槽34中。喷嘴针10内的第二横向孔26从环形槽34引导环状间隙12中，该环状间隙构造在内喷嘴针11和外喷嘴针10或者说纵向孔19的壁之间。通过环状间隙12，经高压管路20供应给燃料计量阀的液体燃料可以到达喷射孔8，通过所述喷射孔可以雾化到内燃机的燃烧室中。
此外，从高压通道20分支出供应孔32，该供应孔通入另一环形槽33中，该环形槽也围绕喷嘴针10并且构造在孔6的壁中。在孔6的壁和阀针10之间构造有泄漏间隙35，该泄漏间隙将呈环形槽33形式的燃料充注室与气体室7分开，其中，环状间隙35这样确定尺寸，使得在环形槽33和气体室7之间的压力差下液体燃料通过泄漏间隙35到达气体室7中。
此外，为了调节控制室17内的压力，在壳体1内设置有第二控制阀42，其中，第二控制阀42打开和关闭在控制室17和低压管路45之间的液压连接，所述低压管路构造在壳体1内并且在该低压管路中存在低的燃料压力。第二控制阀42与控制室17通过横向孔22和构造在保持体2中的排出通道43连通。因此，在第二控制阀42打开的情况下，控制室17与低压管路45连接，从而进行控制室17内的燃料压力的降低，因为在第二控制室42打开的情况下通过排出通道43流出的燃料可以比在相同时间内通过输入孔23和输入节流部21补充流入的多。
在这里所说明的燃料计量阀使得能够尤其向内燃机的燃烧室中计量气体燃料以及液体燃料。为此，根据本发明的燃料计量阀如下工作：
在喷射过程或者说喷入过程开始时，两个控制阀40，42是关闭的，从而不但在控制腔27中而且在控制室17中积存有处于高的燃料压力下的液体燃料，所述燃料压力不但将喷嘴针10而且将内喷嘴针11压到其各自的密封座中，由此不但喷入孔9而且喷射孔8都被关闭。如果要喷射或者说喷入用于燃烧的燃料，则通过打开第一控制阀40使控制腔27中的燃料压力下降，使得通过气体室内的气体压力作用于喷嘴针10上的力促使喷嘴针10在纵向上向离开密封座13的方向运动，由此释放喷入孔9。由此，气体燃料从气体室7经喷入孔9向外流动并且流入到内燃机的燃烧室或者进气管中。在这里，通过泄漏间隙35在燃料计量阀的关闭阶段期间从环形槽33流入到气体室7中的液体燃料被气体流携带，并且在穿过喷入孔9时被雾化。液体燃料使气体-空气混合物的点火能力提高，从而发生燃烧室中的燃料的无问题的点燃。为了结束喷入，再关闭第一控制阀40，从而又出现原有的压力情况并且控制腔27内的燃料压力负责使喷嘴针10关闭。
该燃料计量阀这样设计，使得通过泄漏间隙35总是有对于良好点火能力而言足够量的液体燃料从环形槽33到达气体室7中。然而，在确定的运行状态下可能需要较大量的液体燃料。在这种情况下，除了喷嘴针10之外内喷嘴针11附加地也打开，其方式是，第二控制阀42打开并且因此导致控制室17内的燃料压力损失。由此内喷嘴针11从喷嘴针10内的密封座抬起并且释放喷射孔8，使得液体燃料通过喷射孔8到达燃烧室中。
为了确保气体燃料的点火能力，必须有足够量的液体燃料经过节流间隙35到达气体室7中。一种证明有利的通流量是，优选达到每分钟0.4至10立方厘米(0.4至10cm3/min)。这可以这样确保：在环形槽33和气体室7之间存在适当高的压力差并且泄漏间隙具有足够的流动横截面。
液体燃料例如以120至3000bar的压力在燃料计量阀内存在，而气体燃料被压缩到100至500bar的压力。在各种情况下存在的至少20bar的压力差在泄漏间隙35适当确定尺寸的情况下足以将使希望的量的液体燃料供应给气体室7，以便尤其在内燃机冷并且液体燃料相应粘的情况下确保足够的入流。也可以设置电加热装置，该电加热装置在合适的位置上加热泄漏间隙35并且因此相应降低液体燃料的粘性。尤其在内燃机冷并且液体燃料相应高粘性的情况下，也可以设置，恰恰在这些运行状态下除了喷嘴针10之外内喷嘴针11也打开并且由此提高气体的点火能力。
如果确保了通过泄漏间隙35向气体室7中流入足够的液体燃料，也可以设置，完全取消内喷嘴针11。在这种情况下也取消第二控制阀42，这使得燃料计量阀的构造明显简化。

Claims (11)

1.用于内燃机的燃料计量阀，具有壳体(1)并且具有在所述壳体(1)中构成的气体室(7)和具有被燃料充注的室(33)，喷嘴针(10)可纵向移动地布置在该壳体中，所述喷嘴针与所述壳体(1)中的密封座(13)共同作用，其中，所述喷嘴针(10)在所述壳体(1)的孔(6)中被导向，所述气体室围绕所述喷嘴针(10)并且所述气体室能够通过所述密封座(13)的打开而与至少一个喷入孔(9)连通，所述被燃料充注的室(33)背离所述气体室(7)地围绕所述喷嘴针(10)并且所述被燃料充注的室(33)能够用液体燃料充注，其特征在于，在所述孔(6)的壁和所述喷嘴针(10)之间构成一泄漏间隙(35)，该泄漏间隙通入所述气体室(7)中。
2.根据权利要求1所述的燃料计量阀，其特征在于，在所述燃料计量阀运行期间，提高点火能力的量的液体燃料能够通过所述泄漏间隙(35)到达所述气体室(7)中。
3.根据权利要求1或2所述的燃料计量阀，其特征在于，所述液体燃料处于120至3000bar、优选1000至3000bar的压力下。
4.根据权利要求1、2或3所述的燃料计量阀，其特征在于，所述气体处于100至500bar的压力下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料计量阀，其特征在于，通过所述泄漏间隙(35)，至少每分钟0.4cm3液体燃料到达所述气体室(7)中。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料计量阀，其特征在于，在所述喷嘴针(10)中可纵向移动地布置有内喷嘴针(11)。
7.根据权利要求6所述的燃料计量阀，其特征在于，所述内喷嘴针(11)通过其纵向运动打开和关闭构造在所述喷嘴针(10)中的至少一个喷射孔(8)。
8.用于运行内燃机用的燃料计量阀的方法，该燃料计量阀具有壳体(1)并且具有构造在所述壳体(1)中的气体室(7)和具有被燃料充注的室(33)，喷嘴针(10)可纵向移动地布置在该壳体中，所述喷嘴针与所述壳体(1)中的密封座(13)共同作用，其中，所述喷嘴针(10)在所述壳体(1)的孔(6)中被导向，使得在所述孔(6)的壁和所述喷嘴针(10)之间形成一泄漏间隙(35)，所述气体室围绕所述喷嘴针(10)并且所述气体室能够通过所述密封座(13)的打开而与至少一个喷入孔(9)连接，其中，所述泄漏间隙(35)通入所述气体室(7)中，所述被燃料充注的室(33)背离所述气体室(7)地围绕所述喷嘴针(10)并且所述被燃料充注的室(33)用液体燃料充注，其特征在于，提高所述气体的点火能力的量的液体燃料通过所述泄漏间隙(35)连续地到达所述气体室(7)中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，每分钟0.4至10cm3液体燃料到达所述气体室(7)中。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述气体以100至500bar的压力积存于所述气体室(7)中。
11.根据权利要求8，9或10所述的方法，其特征在于，在所述密封座(13)打开时，气体从所述气体室(7)经喷入孔(9)逸出，其中，所述气体将所述气体室(7)中的液体燃料携带走。
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