CN107614862B - 液压致动气态燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

一种需要液压流体和气态燃料之间的相对较小的压力偏差从而能够开启并使气态燃料的液压流体污染减少的液压致动气态燃料喷射器。改进的液压致动气态燃料喷射器包括与气态燃料入口流体连通的喷射阀，并且包括在燃料喷射器主体内在闭合位置和开启位置之间可往复运动的阀构件。存在与液压流体入口流体连通的提升室，使得提升室中的液压流体压力导致施加到阀构件的开启力。控制室与液压流体入口流体连通，使得控制室中的液压流体压力导致施加到阀构件上的闭合力。控制阀可操作以降低控制室中的液压流体压力，使得开启力大于闭合力，并且阀构件移动到该开启位置处。

Description

液压致动气态燃料喷射器
技术领域
本申请涉及一种用于内燃机的液压致动气态燃料喷射器。
背景技术
使用诸如天然气的气态燃料作燃料的柴油发动机能够以与使用柴油燃料作燃料的情况下相当的功率和效率运行，但排放和成本更低。气态燃料稍后在压缩冲程中(“循环后期”)被引入，并形成以扩散燃烧模式燃烧的分层进气。当使用柴油发动机中所采用的常规压缩比时，压缩冲程结束时燃烧室内的温度和压力不适于自动点燃气态燃料。通常采用引燃燃料作为针对气态燃料的点火机构。相对少量的引燃燃料被喷射到温度和压力适于引燃燃料的点火的燃烧室中，并且引燃燃料的燃烧充当针对气态燃料的高能点火源。将气态燃料和引燃燃料二者在循环后期引入气缸盖内空间有限的发动机中是一种挑战。在一些应用中，气缸盖中没有足够的空间用于安装单独的气态燃料喷射器和引燃燃料喷射器。这一问题通常通过用于将气态燃料喷射器和引燃燃料喷射器集成到一个喷射器外壳中的两种不同技术来解决。
一种技术是将引燃针同心地定位在气针内，比如在于2002年1月8日授予Touchette等人的美国专利No.6,336,598中所公开的同心针式双燃料喷射阀中，下文称为'598专利。气针通过控制室(与弹簧结合)中的柴油燃料作用在气针上的压力而保持在闭合位置。如本文所使用的，“气体”可与本公开内容中的“气态燃料”互换使用。当命令燃料喷射器喷射气态燃料时，螺线管被致动以降低控制室中的柴油压力，从而允许在气体喷射阀附近的空间中的气态燃料的压力抵抗降低的控制室压力而使针开启。气针和喷射器壳体之间的匹配配合件在控制室和气体喷射阀之间延伸，以减少控制室和空间之间的流体流动。沿匹配配合件使用柴油燃料液体密封件，其中液体密封压力保持在柴油轨道压力，该柴油轨道压力高于气体轨道压力以防止气态燃料在气体喷射阀开启时流体地传递到控制室中。然而，为了减少液体密封中的沿着匹配配合件流体地传递到气体喷射阀处的气态燃料中的柴油燃料的量，在柴油轨道压力和气体轨道压力之间保持压力偏差，其中，将柴油轨道压力保持在气体轨道压力的预定压力范围内。由于必须在所有的发动机运行条件下都保持柴油轨道压力和气体轨道压力之间的压力偏差，所以一些工作模式是不可能的。在当命令燃料喷射器喷射气态燃料时控制室压力未降低到排放压力的那些实施例中，可能出现当压力偏差过大时，喷射阀处的气态燃料压力不足以克服防止气针移动的控制室压力，使得不喷射任何气态燃料。
用于集成气态燃料喷射器和引燃燃料喷射器的另一种技术将邻近于气针的引燃针集成在共同的喷射器壳体中，比如在于2014年9月23日授予Mayank Mittal的美国专利No.8,839,763中所公开的并排式双燃料喷射阀中。在这种技术中，气针以与'598专利中的气针类似的方式移动到开启位置。
现有技术的状态缺乏用于液压致动气态燃料喷射器中的喷射阀的阀构件的技术。本申请的装置和方法提供一种改进的用于内燃机的液压致动气态燃料喷射器。
发明内容
改进的用于内燃机的液压致动气态燃料喷射器包括气态燃料入口、液压流体入口和液压流体出口。存在与气态燃料入口流体连通的喷射阀，该喷射阀包括在燃料喷射器主体内于用以阻挡气态燃料流通过喷射阀的闭合位置和用以允许气态燃料流通过喷射阀的开启位置之间可往复运动的阀构件。提升室与液压流体入口流体连通，使得提升室中的液压流体压力导致施加到阀构件的开启力。控制室处于与液压流体入口选择性的流体连通和限制性的流体连通中的一者，使得控制室中的液压流体压力导致施加到阀构件上的闭合力。控制阀可于用以将控制室与液压流体出口流体地隔离的阻挡位置和用以将控制室与液压流体出口流体地连接使得控制室中的液压流体压力降低的喷射位置之间操作。当控制阀处于阻挡位置时，作用在阀构件上的闭合力大于开启力，并且气体喷射阀移动到闭合位置并且保持处于闭合位置。当控制阀处于喷射位置时，作用在阀构件上的闭合力小于开启力，气体喷射阀移动到开启位置并且保持处于开启位置。气态燃料能够是沼气、丁烷、乙烷、氢气、填埋气、甲烷、天然气、丙烷以及这些燃料的组合中的至少一种。能够存在将阀构件偏置到闭合位置的弹簧，这能够有助于抵抗压缩和燃烧室压力而保持喷射阀闭合。
在示例性实施例中，控制阀是在控制室和液压流体出口之间的二通阀。液压流体入口和控制室之间的限流孔口允许液压流体渗入控制室。当二通阀将控制室流体地连接到液压流体出口时，相比液压流体通过限流孔口流入控制室而言，液压流体更快地从控制室流出到液压流体出口，并且控制室中的液压流体压力降低了使得喷射阀开启的量。液压流体压力降低(在喷射过程期间)的量取决于液压流体离开控制室的质量流率与进入控制室的质量流率的关系。
在另一示例性实施例中，控制阀是三通阀。当该三通阀处于阻挡位置时，控制室与液压流体入口流体地连接并且与液压流体出口流体地隔离，使得控制室中的液压流体压力增加到入口处的液压流体压力。当三通阀处于喷射位置时，控制室与液压流体入口流体地隔离并且与液压流体出口流体地连接，使得液压流体压力降低到排放压力。
控制阀能够由螺线管型致动器或应变式致动器来致动。螺线管型致动器能够包括永磁体。应变型致动器的示例包括压电致动器和磁致伸缩致动器。阀构件和燃料喷射器主体之间的匹配配合件从提升室延伸到气体喷射阀上游的气态燃料管道或空间。匹配配合件限制提升室和气态燃料管道或空间之间的流体连通，以减少液压流体泄漏到气态燃料中。然而，沿着匹配配合件的少量液压流体有利于润滑阀构件。能够采用与匹配配合件相关联的环形密封件来减少通过匹配配合件的流体传递。在示例性实施例中，液压流体是液态燃料，并且受控量的液态燃料沿着匹配配合件传递，用于润滑和与气态燃料一起进行共喷射中的一种目的。匹配配合件的长度、匹配配合件内的阀构件的外径以及匹配配合件内的阀构件和燃料喷射器主体之间的间隙是针对提升室中的液态燃料压力和喷射阀上游处的气态燃料压力之间的预定压力差来选择的，使得引入燃烧室的总液态燃料小于预定值。
在另一示例性实施例中，气态燃料喷射器是双燃料喷射器，其也单独且独立地引入液态燃料，并且喷射阀是气态燃料喷射阀，阀构件是气态燃料阀构件，控制室是气态燃料控制室且提升室是气态燃料提升室。存在与液态燃料供给装置流体连通的液态燃料喷射阀，该喷射阀包括在燃料喷射器主体内于用以阻挡液态燃料流闭的合位置和用以允许液态燃料流的开启位置之间可往复运动的液态燃料阀构件。液态燃料提升室与液压流体入口流体连通，使得液态燃料提升室中的液压流体压力导致施加到液态燃料阀构件的开启力。液态燃料控制室处于与液压流体入口选择性的流体连通和限制性的流体连通中的一者，使得液态燃料控制室中的液压流体压力导致施加到液态燃料阀构件的闭合力。液态燃料控制阀可于用以将液态燃料控制室与液压流体出口流体地隔离的阻挡位置和用以将液态燃料控制室与液压流体出口流体地连接使得液压燃料控制室中的液压流体压力降低的喷射位置之间操作。当液态燃料控制阀处于阻挡位置时，作用在液态燃料阀构件上的闭合力大于开启力，并且液态燃料喷射阀移动到闭合位置并且保持在闭合位置处。当液态燃料控制阀处于喷射位置时，作用在液态燃料阀构件上的闭合力小于开启力，液态燃料喷射阀移动到开启位置并且保持在开启位置处。
在示例性实施例中，气态燃料阀构件能够是套筒，而液态燃料阀构件能够在该套筒内同心对准并且可往复运动。可替代地，气态燃料阀构件能够在燃料喷射器主体内以并排关系相邻于液态燃料阀构件。
在另一个示例性实施例中，液态燃料是液压流体，并且液压流体入口是液态燃料入口。匹配配合件的长度、匹配配合件内的气态燃料阀构件的外径以及匹配配合件内的气态燃料阀构件和燃料喷射器主体之间的间隙是针对气态燃料提升室中的液态燃料压力和气态燃料喷射阀上游处的气态燃料压力之间的预定压力差来选择的，使得引入燃烧室的总液态燃料从能量角度看小于总燃料消耗的10％。
液态燃料提升室能够与气态燃料提升室流体连通。液态燃料压力能够保持在处于公差范围内的预定值，并且气态燃料压力能够根据内燃机的工作条件来调节。液态燃料能够是柴油和二甲醚中的至少一种。
用于操作用于内燃机的液压致动气态燃料喷射器的改进方法包括：在喷射阀的阀构件上施加导致作用在阀构件上的闭合力的液压流体压力；在阀构件上施加导致作用在阀构件上的开启力的液压流体压力；通过降低导致闭合力的液压流体压力使得该闭合力小于开启力并且阀构件移动到开启位置而开启喷射阀；以及通过增加导致闭合力的液压流体压力使得闭合力大于开启力并且阀构件移动到闭合位置而闭合喷射阀。
在一个示例性实施例中，液压流体是液态燃料。该方法还包括将预定量的液态燃料连同气态燃料一起通过喷射阀共喷射。
在另一个示例性实施例中，气态燃料喷射器是双燃料喷射器，其也独立于气态燃料单独地引入液态燃料，并且喷射阀是气态燃料喷射阀且阀构件是气态燃料阀构件。该方法还包括在将导致作用在液态燃料阀构件上的闭合力的液压流体压力施加到液态燃料喷射阀的液态燃料阀构件上；将导致作用在液压燃料阀构件上的开启力的液压流体压力施加到液态燃料阀构件上；通过降低导致闭合力的液压流体压力——其中，该闭合力小于开启力——从而使液态燃料阀构件移动到开启位置而开启液态燃料喷射阀；以及通过增加导致闭合力的液压流体压力——其中，该闭合力大于开启力——从而使液态燃料阀构件移动到闭合位置而闭合流体燃料喷射阀。在一个示例性实施例中，该方法能够包括将液态燃料压力保持在处于预定的公差范围内的预定设定值；以及根据发动机工作条件来调节气态燃料压力。
附图说明
图1是根据第一实施例的液压致动气态燃料喷射器的示意性截面图，该液压致动气态燃料喷射器能够将气态燃料和液态燃料单独且独立地引入到内燃机的燃烧室中，其中，液态燃料阀构件在气态燃料阀构件内同心对准。
图2是图1的燃料喷射器的喷嘴的下部部分的详细视图。
图3是图1的燃料喷射器的喷嘴的上部部分的详细视图。
图4是图1的燃料喷射器的喷嘴的下部部分的详细视图。
图5是根据第二实施例的液压致动气态燃料喷射器的示意性截面图，该液压致动气态燃料喷射器能够将气态燃料和液态燃料单独且独立地引入内燃机的燃烧室中。
图6是根据第三实施例的液压致动气态燃料喷射器的示意性截面图，该液压致动气态燃料喷射器能够将气态燃料和液态燃料单独且独立地引入内燃机的燃烧室中，其中，气态燃料阀构件邻近于液态燃料阀构件。
图7是根据第四实施例的液压致动气态燃料喷射器的示意性截面图，该液压致动气态燃料喷射器能够将气态燃料引入内燃机的燃烧室中。
图8是采用图1和/或图5的燃料喷射器的内燃机的示意图。
图9是用于操作图1的燃料喷射器的方法的流程图。
图10是操作图8的内燃机的方法的流程图。
具体实施方式
总体上参照图1、图2和图3，所述附图示出根据第一实施例的同心针式双燃料喷射器10，其将气态燃料和液态燃料单独且独立地直接引入内燃机的燃烧室(未示出)中。气态燃料是在标准温度和压力下处于气体状态的任何燃料，所述标准温度和压力在本申请的上下文中被分别限定为0摄氏度(℃)和1巴。示例性的气态燃料包括沼气、丁烷、乙烷、氢气、填埋气、甲烷、天然气、丙烷以及这些燃料的组合。液态燃料是在标准温度和压力下处于液体状态的任何燃料。在示例性实施例中，燃料喷射器10用于柴油循环内燃机中，其中液态燃料可压缩点燃，使得该液态燃料的燃烧在燃烧室中产生压力和温度适于点燃气态燃料的环境。可压缩点燃的示例性液态燃料包括柴油和二甲醚(DME)。
喷射器10包括喷射器主体20，在该喷射器主体内部，阀构件同心对准并且可往复运动，所述阀构件在此被称为气针30和液针40。在本公开内容中，阀构件和针可互换使用。喷射器主体20的上部部分22包括气态燃料入口120和液态燃料入口125。尽管燃料入口120和125被示出为是分开的侧面进入的燃料入口，但是在其他实施例中能够采用分开的顶部进入的燃料入口。可替代地，代替分开的气态燃料入口和液态燃料入口，能够使用共同的燃料入口，共同的燃料入口与双燃料连接器相互接合，比如在2012年9月25日授权的美国专利No.8,272,368中所公开的那种双燃料连接器，其能够被布置为沿着喷射器主体20的侧面或其顶部连接。其他类型的双燃料连接器能够用于替代实施例，所述类型的双燃料连接器也被称为燃料剑(fuel swords)或燃料喷枪(fuel spears)。在所示实施例中，如将在下文中更详细地描述的，将液态燃料既用作待喷射到燃烧室中的燃料，又用作用于在分别通过气体致动机构150和液体致动机构155使气针30和液针40移动时移动气针30和液针40的液压流体。就此而言，入口125能够被称为液压流体和液态燃料入口125。液压流体出口126是用于喷射器10中的液态燃料的用作液压流体的那部分的排放口，并且经液压流体排放管道116与气体致动机构150和液体致动机构155流体连接。液压流体在此是指在压力下在受限空间内移动以产生液压力的液体。喷射器主体20的下部部分24对于熟悉该技术的人员而言也被称为喷嘴。
气针30可操作以便在喷射器主体20内往复运动，进而开启和闭合形成于喷嘴24的内表面70上的环形肩部60与气针30的外表面90上的环形肩部80之间的气体喷射阀50(最好见于图2)。气体喷射阀50的下游是气体孔口100，所述气体孔口在气体喷射阀开启时将气态燃料流体地传递到燃烧室内。尽管在附图中示出两个气体孔口，但是在其他实施例中能够使用任何数量的气体孔口来实现相应实施例所需的燃料流率和喷流模式。再次参照图1，气体喷射阀50的上游是气态燃料管道110，该气态燃料管道将气态燃料从气态燃料入口120引导到环形气体空间130，该环形气体空间充当喷射器内的气体累积器并且与气体喷射阀流体连通。参照图3，弹簧170在套筒180的环形架182与从气针30的外表面90突出的环形架32之间延伸。弹簧170用于朝向闭合位置偏置气体喷射阀50，在该位置，表面80抵接表面60(见图2)。虽然弹簧170被图示为螺旋压缩弹簧，但是其能够是其他类型的弹簧，举例而言，比如一个或多个盘形弹簧或波纹管弹簧。控制室190中的上环形表面34在受到液压流体的作用时导致将气针30推动到针对气体喷射阀50的闭合位置的闭合力。气针在提升室160中的外表面90受到液压流体的作用，从而导致将气针推动到针对气体喷射阀50的开启位置的开启力。气针30和套筒180之间的环形匹配配合件37从上环形表面34延伸到环形架32，并且用作针引导件且用以限制液态燃料在控制室190和提升室160之间的流体连通，该提升室是在弹簧170和下环形表面36中及其周围的喷射器主体20与气针30之间的空间，在本文中也可互换地被称为环形通道160。如下文中将更详细描述的，在控制室190中利用液压流体压力来闭合气体喷射阀50，并在提升室160中利用液压流体压力来开启气体喷射阀。再次参照图1，气针30和喷射器主体20之间的环形匹配配合件35从下环形表面36附近的提升室160延伸到气体空间130，并且该环形匹配配合件用作气针的引导件并用以限制提升室和气体空间之间的流体连通，尤其是限制液态燃料进入气体空间，这是因为液态燃料压力通常大于气态燃料压力。当提升室160中的液压压力大于空间130中的气态燃料压力时，由于它们之间的压力差，气体将不会沿着匹配配合件35传递到提升室中，并且就此而言，提升室160与匹配配合件35相结合形成流体密封件。
液针40可操作以便在套筒形的气针30内往复运动，进而开启和闭合液体喷射阀55(最好见于图2)。液体喷射阀55形成于气针30的内表面75上的环形肩部65与液针40的外表面95上的环形肩部85之间。液体喷射阀55的下游是液体孔口105，该液体孔口在液体喷射阀开启时将液态燃料流体地传递到燃烧室内。尽管在附图中示出两个液体孔口，但是在其他实施例中能够使用任何数量的液体孔口来实现相应实施例的燃料流率和喷射模式要求。再次参照图1，液体喷射阀55的上游是液压流体和液态燃料管道115，该液压流体和液态燃料管道在入口125处开始，并且用于将液压流体分别分配到气体致动机构150和液体致动机构155并且将液压流体和液态燃料分配到下部部分24的进入端口140。管道115在本文中可互换地被称为液压流体管道和液态燃料管道。参照图3，弹簧175在套筒185与从液针40突出的环形架42之间延伸。弹簧175用于朝向闭合位置偏置液体喷射阀，在该闭合位置，环形表面85抵接环形表面65(见图2)。虽然弹簧175被图示为螺旋压缩弹簧，但是其也能够是如上关于弹簧170所述的其他类型的弹簧。液针40在控制室195中的端面44在受到液压流体的作用时导致将液针推动到针对液体喷射阀55的闭合位置的闭合力。液针40和套筒185之间的环形匹配配合件47从控制室195延伸到弹簧175，并且用于限制控制室195和提升室165之间的液态燃料的流动，该提升室是在匹配配合件47下方的气针30和液针之间的空间。液针在提升室165中的外表面95受到液压流体的作用，从而导致将液针推动到针对液体喷射阀55的开启位置的开启力。气针30和套筒185之间的环形匹配配合件39从控制室190延伸到弹簧175，并且用以限制液态燃料在控制室和提升室165之间的流体连通。在图示的实施例中，高压液态燃料从管道115经进入端口140流入环形通道160，该环形通道160在喷射器主体20与套筒180及气针30两者之间延伸到邻近下环形表面36的匹配配合件35。气针30中的通道162从通道160延伸到提升室165，该提升室位于液体喷射阀55的上游并且与该液体喷射阀流体连接。
总体上参照图1、图3和图4，气体致动机构150可致动以切换气体控制管道152在高压液压流体管道115和低压排放管道126之间的流体连接。在示例性实施例中，气体致动机构150包括致动器和三通控制阀，该三通控制阀可由致动器切换。致动器能够是螺线管型致动器或应变型致动器，比如压电致动器或磁致伸缩致动器。在图示的实施例中，当气体致动机构150未通电时，控制阀处于阻挡位置，在该位置，气体控制管道152与液压流体管道115流体连通，使得控制室190中的压力等于提升室160中的压力，并且作用在气针30上的闭合力大于开启力，且气体喷射阀50移动到闭合位置并且/或者保持处于闭合位置。主要起作用的闭合力是控制室190中的施加在上环形表面34(在此也称为气针闭合表面)上的液压力。主要起作用的开启力是提升室160中的施加在气针30的在套筒180的内径184和喷射器主体的下部部分24的内径72(参见图4)之间的外表面90上的液压力，该外表面90在此也称为气针开启表面。弹簧170的机械闭合力不是闭合气体喷射阀50的必要条件，并且所有的液压的和气动的开启力以及闭合力之间的平衡决定了是否需要弹簧力来闭合气体喷射阀。弹簧170的机械闭合力能够有助于抵抗作用在燃料喷射器10上的燃烧室中的压缩力和燃烧力而保持气体喷射阀50闭合。能够存在作用在气针30上的其他起作用的开启力和闭合力，比如提升室165内的作用在气针上的液压力和因气体喷射阀50上游的气态燃料压力而导致的气动力；然而，这些力对气针运动所起的作用与上述力相比较小，并且不对这些起作用的力进行调节以影响气针的运动。如本文所使用的，气动流体是指在压力下在受限空间内移动以产生气动力的气体。当气体致动机构150被致动时，控制阀处于喷射位置，在该位置处，气体控制管道152与低压排放管道126流体连通，使得控制室190中的液压流体压力等于排放压力，而小于提升室160中的液压流体压力，并且作用在气针30上的闭合力小于开启力，且气体喷射阀50移动到开启位置并且/或者保持处于开启位置。
总体上参照图1至图4，液体致动机构155可致动以切换液体控制管道157在高压液压流体管道115和低压排放管道126之间的流体连接。在示例性实施例中，液体致动机构155包括致动器和可由该致动器切换的三通控制阀。致动器能够是螺线管型致动器或应变型致动器，比如压电致动器或磁致伸缩致动器。在图示的实施例中，当液体致动机构155未通电时，控制阀处于阻挡位置，在该位置，液体控制管道157与液压流体管道115流体连通，使得控制室195中的压力等于提升室165中的压力，并且作用在液针40上的闭合力大于开启力，且液体喷射阀55移动到闭合位置开启/或者保持处于闭合位置。主要起作用的闭合力是控制室195中的施加在端面44(在此也称为液针闭合表面)上的液压力。主要起作用的开启力是提升室165中的施加在在液针的外径187和内径188之间的液针40的外表面95(在此称为液针开启表面)上的液压力。弹簧175的机械闭合力不是闭合液体喷射阀55的必要条件，并且所有的液压开启力和液压闭合力之间的平衡决定了是否需要弹簧力来闭合液体喷射阀。弹簧175的机械闭合力有助于抵抗作用在燃料喷射器10上的燃烧室中的压缩力和燃烧力而保持液体喷射阀55闭合。当液体致动机构155被致动时，控制阀处于喷射位置，在该位置处，液体控制管道157与低压排放管道126流体连通，使得控制室195中的液压流体压力等于排放压力，而小于提升室165中的液压流体压力，并且作用的液针40上的闭合力小于开启力，且液体喷射阀55移动到开启位置并且/或者保持处于开启位置。
如图1至图4所示的实施例所述的，将来自入口125的液态燃料既用作用以在针30和40上产生液压开启力和液压闭合力的液压流体，又用作用于喷射至燃烧室内的液态燃料。在替代实施例中，能够使用单独的液压流体。在这些实施例中会存在单独的液压流体入口和单独的液态燃料入口，并且喷射阀55会与提升室165流体地隔离。
燃料喷射器10不需要沿着匹配配合件35的液体密封件以降低空间130中的气态燃料由于提升室中的液压流体压力大于空间中的气态燃料压力而流体地传递到提升室160中的可能性。这与先前的由于控制室压力可能小于气态燃料压力而需要液体密封件以防止气态燃料在空间和控制室之间流体地传递的气态燃料喷射器不同。当不需要液体密封件时，燃料喷射器的复杂性降低。由于液态燃料和气态燃料之间的压力差，较少量的液态燃料经匹配件35传递至气体空间130。这有助于润滑匹配配合件并改善气针30的往复运动。通过增加匹配件35的长度能够减少被传递到气体空间130中的液态燃料的量，这是优选的。可替代的，对于相同的经匹配配合件进入到气体空间130中的液态燃料的质量流率而言，通过增加匹配配合件35的长度能够使液态燃料和气态燃料之间的压力差增加，这允许如将要在下文中详细描述的有利的工作模式。
下部部分24能够包括环形密封件500和/或环形密封件510(见图1)，以减少沿着匹配件35的流体传递，尽管这不是必要条件。在示例性实施例中，环形密封件500和510能够是O形环密封件、自紧式密封件(energized seal)、波纹管式密封件或密封衬套。通常，提升室160中的液态燃料压力高于空间130中的气态燃料压力，并且在匹配配合件35的两侧存在压力梯度，使得液态燃料沿着匹配配合件被传递到气体空间中。尽管经匹配配合件35传递的少量液态燃料有利于润滑气针30，从而减少磨损并改善气针的往复运动，但是优选地是减少经匹配配合件传递的液态燃料的量以提高喷射器的加燃料精度。当气体喷射阀50处于开启位置时，流体地传递到气体空间130中的任何液压流体(其在图1所示实施例的情况下为液态燃料)都将与气态燃料一起被喷射。
在示例性实施例中，针对提升室160中的液态燃料压力和空间130中的气态燃料压力之间的预定压力差来选择匹配配合件35的长度、匹配配合件内的气针30的外径以及气针和喷射器主体20之间的在匹配配合件内的径向间隙，使得从能量角度看引入燃烧室的总液态燃料小于所引入的总燃料的10％，并且优选小于所引入的总燃料的5％。能够使用Hagen-Poiseuille方程来确定通过匹配配合件35的体积流率，能够由该体积流率确定质量流率。例如能够关于燃料喷射器和发动机的典型使用场景或根据喷射事件确定所引入的总燃料。液态燃料通过液体喷射阀55——作为引燃喷射——和气体喷射阀50——作为经匹配配合件35的泄漏——二者引入。在另外的示例性实施例中，压力差能够为至少10巴，但是优选为至少40巴，甚至更优选地为50巴。
现在参照图5，示出根据第二实施例的燃料喷射器12，其中，前述实施例和后续实施例中的相似的附图标记表示相似的部件，并且在所述情况下不对其进行详细描述。与各自包括三通控制阀和致动器的致动机构150和155相比，气体致动机构250和液体致动机构255各自包括二通控制阀和致动器(用于切换二通控制阀)。气体控制管道252和液体控制管道257分别通过限流孔口260和265与液压流体和液态燃料管道215流体连通，所述限流孔口限制液压流体流入控制管道。如在前述实施例中那样，液态燃料用作液压流体。当气体致动机构250中的致动器未通电时，二通控制阀处于阻挡位置，在该位置，控制管道252经限流孔口260与液压流体管道215流体连通，并且控制室190中的液压流体压力和提升室160中的液压流体压力相等。当气体致动机构250中的致动器通电时，二通控制阀处于喷射位置，在该位置，气体控制管道252与排放管道126流体连通，使得控制室190中的液压流体压力等于排放压力(该排放压力小于提升室160中的液压流体压力)，这是因为液压流体不能够如其经排放管道排出那样快地经限流孔口进入气体控制管道。类似地，当液体致动机构255中的致动器未通电时，液体控制管道257经限流孔口265与液压流体管道215流体连通，并且控制室195中的液压流体压力和提升室165中的液压流体压力相等。当液体致动机构255中的致动器通电时，其中的二通阀将控制管道257与排放管道126流体地连接，使得控制室195中的液压流体压力等于排放压力(该排放压力小于提升室165中的液压流体压力)，这是因为液压流体不能够如其经排放管道排出那样快地经限流孔口进入液体控制管道。与致动机构150和155中的三通阀(见图1)相比而言致动机构250和255中的二通阀没有那么复杂和昂贵。然而，三通阀允许更大地降低控制室190和195中的压力并且允许更快的气针和液针开启速率。由于提升室160中的液压流体压力被用于使气针移动，所以气态燃料管道110中的气态燃料压力能够是小于液体管道215中的液态燃料压力的任何值，并且仍然能够在开启位置和闭合位置之间致动气体喷射阀50，这与先前的双燃料喷射器不同，在先前的双燃料喷射器中，液态燃料压力必须在气态燃料压力的预定裕度内以使阀开启。如将在下文中更详细描述的那样，存在某些用于内燃机的工作模式，其中使用显著高于气轨压力的液体轨道压力是有利的。
参照图6，其示出根据第三实施例的液压致动的气态燃料喷射器13。燃料喷射器13是双燃料喷射器，其独立于气态燃料来单独地进一步引入液态燃料。与图1和图5中的燃料喷射器10和12的同心针式关系相比，气针330在燃料喷射器主体320内以并排关系相邻于液针340。通过降低控制室190中的液压流体压力来开启气体喷射阀350，使得提升室160中的液压流体压力以与图1中开启气体喷射阀50相同的方式移动气针330。通过降低控制室195中的液压流体压力来开启液体喷射阀355，使得提升室165中的液压流体压力以与图1中开启液体喷射阀55相同的方式移动液针340。在气缸盖中位于燃烧室上方的空间受限的那些应用中，有利地，能够使用燃料喷射器13代替用于气态燃料和用于液态燃料的单独的喷射器，尽管与喷射器13相比，燃料喷射器10和12需要更少的气缸盖空间。
现在参照图7，其示出根据第四实施例的液压致动的气态燃料喷射器14。燃料喷射器14是使用液压流体来移动气针330的气态燃料喷射器。通过降低施加到控制室190中的端面334的液压流体压力来开启气体喷射阀350，使得提升室160中的液压流体压力以与开启图1中的气体喷射阀50相同的方式来移动气针330。在液压流体是液态燃料的其他实施例中，能够控制液态燃料通过匹配配合件35的质量流率，以将预定的量输送到气体喷射阀350，使得燃料喷射器14作为通过喷射阀350引入气态燃料和液态燃料两者的共喷射燃料喷射器来工作。能够通过调节入口125处的液态燃料压力和入口120处的气态燃料压力来调节通过匹配配合件35的液态燃料的质量流率。
现在参照图8，其示出在采用了燃料喷射器10、12或13的实施例中的内燃机系统500，其工作模式改善了大多数发动机运行条件下的液态燃料的喷射。发动机系统500包括气态燃料供给装置510和液态燃料供给装置520。气态燃料供给装置510储存气态燃料并将加压的气态燃料输送到气态燃料轨道530。液态燃料供给装置520储存液态燃料并将加压的液态燃料输送到液态燃料轨道540。发动机控制单元550从传感器560和570分别接收代表轨道530和540中的压力的信号，并且命令燃料供给装置510和520相应地对相应轨道中的气态燃料和液态燃料加压。发动机控制单元550还接收来自内燃机中使用的各种其他常规传感器的信号，如由输入580所表示的信号，并且命令燃料喷射器10、12或13将气态燃料和液态燃料彼此单独地并且独立地喷射到发动机系统500的燃烧室(未示出)中。轨道540中的液态燃料压力的预定的设定点值被保持(在预定的公差范围内)处于大于在发动机500的发动机工作条件的整个范围内轨道530中的最大气态燃料压力的压力。另一方面，允许轨道530中的气态燃料压力根据发动机工作条件——出于各种原因、比如出于在较低的发动机负荷和转速条件下提高喷射精度以及在较高的发动机负荷和转速条件下提高气态燃料流率的原因——而变化。在液态燃料被喷射时，该液态燃料的雾化随着与轨道540中的液态燃料压力直接相关的喷射压力的增加而改善。改善的液态燃料的雾化改善了液态燃料的点燃和燃烧，并且由于液态燃料被用作引燃燃料，因此当液态燃料的燃烧得到改善时，用于气态燃料的点燃源改善，从而使发动机系统500的燃烧性能和效率得到改善。通过在喷射器10、12和13中采用液压开启力(来自液态燃料压力)，与先前的双燃料喷射器中的气动开启力(来自气态燃料压力)相比，液态燃料压力能够保持处于固定的设定点，同时能够显著降低气态燃料压力以在较低的发动机负荷和速度条件下提高喷射精度而不牺牲引燃燃料的点燃性能。在先前的双燃料喷射器中，存在这样的可能性，即，当液态燃料和气态燃料之间的压力偏差太大时，在降低的气态燃料轨道压力下产生的开启力不足以开启气体喷射阀。在这些先前的双燃料喷射器中，气态燃料和液态燃料之间的压力偏差需要被保持在预定范围内，使得当气态燃料压力降低时(为了在较低的发动机负载速度条件下提高喷射精度)液态燃料压力也降低以保持压力偏差。这导致点燃性能降低。
现在参照图9，其示出用于操作燃料喷射器10、12、13或14的方法。在步骤600中，导致作用在气针上的闭合力的液压流体压力被施加到气体喷射阀50、350的气针30、330(见图1、图5、图6和图7)。在步骤610中，导致作用在所述气针上的开启力的液压流体压力被施加到气针30、330。在步骤620中，通过降低导致闭合力的液压流体压力，使得闭合力小于开启力，并且气针30、330移动到针对气体喷射阀的开启位置，气体喷射阀50、350被开启以将气态燃料喷射到燃烧室中。在步骤630中，通过降低导致闭合力的液压流体压力，使得闭合力大于开启力，并且气针30、330移动到针对气体喷射阀的闭合位置，气体喷射阀50、350被闭合。
现在参照图10，其示出用于操作图8的内燃机的方法。在步骤700中，轨道540中的液态燃料压力被保持处于在发动机工作条件的整个范围的预定的公差范围内的预定的设定点的值来。在步骤710中，根据发动机工作条件来调节气态燃料压力。在示例性实施例中，当发动机负载和速度降低时，气态燃料压力降低以提高喷射精度；并且当发动机负载和速度增加时，气态燃料压力也增加以提高喷射期间的气态燃料质量流率。
虽然已经示出并描述了本发明的特定元件、实施例和应用，但是应当理解，本发明不限于此，这是因为在不脱离本公开内容的范围的情况下，尤其是鉴于前述教导，本领域技术人员能够做出修改。

Claims (19)

1.一种用于内燃机的液压致动气态燃料喷射器，所述液压致动气态燃料喷射器包括：
气态燃料入口；
气态燃料喷射阀，所述气态燃料喷射阀与所述气态燃料入口流体连通，所述气态燃料喷射阀包括阀构件，所述阀构件能够在燃料喷射器主体内于用以阻挡气态燃料流动的闭合位置和用以允许气态燃料流动的开启位置之间往复运动；
液压流体入口；
提升室，所述提升室与所述液压流体入口流体连通，由此所述提升室中的液压流体压力提供施加到所述阀构件的开启力；
环形套筒(180)，所述环形套筒(180)绕所述气态燃料喷射阀的所述阀构件延伸并与所述气态燃料喷射阀的所述阀构件一起形成环形匹配配合件(37)，所述环形套筒包括环形架(182)；
弹簧，所述弹簧位于所述提升室中，所述弹簧自所述环形套筒的所述环形架延伸并且使所述阀构件向所述闭合位置偏置；
控制室，所述控制室处于与所述液压流体入口选择性的流体连通和限制性的流体连通中的一者，由此所述控制室中的液压流体压力提供施加到所述阀构件的闭合力，所述环形匹配配合件限制所述控制室(190)和所述提升室(160)之间的流体连通；
液压流体出口；以及
控制阀，所述控制阀能够于用以将所述控制室与所述液压流体出口流体地隔离的阻挡位置和用以将所述控制室与所述液压流体出口流体地连接由此降低所述控制室中的液压流体压力的喷射位置之间操作；
其中，当所述控制阀处于所述阻挡位置时，作用在所述阀构件上的所述闭合力大于所述开启力并且所述气态燃料喷射阀处于所述闭合位置，并且当所述控制阀处于所述喷射位置时，作用在所述阀构件上的所述闭合力小于所述开启力并且所述气态燃料喷射阀处于所述开启位置。
2.根据权利要求1所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述气态燃料是沼气、丁烷、乙烷、氢气、填埋气、甲烷、天然气、丙烷以及这些燃料的组合中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述控制阀是在所述控制室和所述液压流体出口之间的二通阀，所述液压致动气态燃料喷射器还包括在所述液压流体入口和所述控制室之间的限流孔口，其中，当所述二通阀流体地连接所述控制室与所述液压流体出口时，相比所述液压流体经所述限流孔口流入所述控制室而言，液压流体更快地从所述控制室流出到所述液压流体出口。
4.根据权利要求1所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述控制阀是三通阀，当所述三通阀处于所述阻挡位置时，所述控制室与所述液压流体入口流体地连接并且与所述液压流体出口流体地隔离，并且当所述三通阀处于所述喷射位置时，所述控制室与所述液压流体入口流体地隔离并且与所述液压流体出口流体地连接。
5.根据权利要求1所述的液压致动气态燃料喷射器，进一步包括螺线管型致动器和应变型致动器中的一者以便致动所述控制阀。
6.根据权利要求1所述的液压致动气态燃料喷射器，进一步包括在所述阀构件和所述燃料喷射器主体之间的匹配配合件，所述匹配配合件从所述提升室延伸到位于所述气态燃料喷射阀的上游的气态燃料管道和空间中的一者，其中，所述提升室与所述气态燃料管道和所述空间中的所述一者之间的流体连通受到限制。
7.根据权利要求6所述的液压致动气态燃料喷射器，进一步包括与所述匹配配合件相关联的环形密封件，所述环形密封件减少通过所述匹配配合件的流体传递。
8.根据权利要求6所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述液压流体是液态燃料，并且受控量的所述液态燃料被传递通过所述匹配配合件，用于润滑和与所述气态燃料一起共喷射中的一种目的。
9.根据权利要求8所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述匹配配合件的长度、所述匹配配合件内的所述阀构件的外径以及所述阀构件和所述燃料喷射器主体之间的在所述匹配配合件内的间隙是针对所述提升室中的液态燃料压力和所述气态燃料喷射阀上游处的气态燃料压力之间的预定压力差来选择的，由此引入所述内燃机的燃烧室内的总液态燃料小于预定值。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述气态燃料喷射器是独立于所述气态燃料单独地进一步引入液态燃料的双燃料喷射器，并且，所述阀构件是气态燃料阀构件，所述控制室是气态燃料控制室且所述提升室是气态燃料提升室，所述液压致动气态燃料喷射器还包括：
液态燃料喷射阀，所述液态燃料喷射阀与液态燃料供给装置流体连通，并且所述液态燃料喷射阀包括液态燃料阀构件，所述液态燃料阀构件能够在燃料喷射器主体内于用以阻挡液态燃料流动的闭合位置和用以允许液态燃料流动的开启位置之间往复运动；
液态燃料提升室，所述液态燃料提升室与所述液压流体入口流体连通，由此所述液态燃料提升室中的液压流体压力提供施加到所述液态燃料阀构件的开启力；
液态燃料控制室，所述液态燃料控制室处于与所述液压流体入口选择性的流体连通和限制性的流体连通中的一者，由此所述液态燃料控制室中的液压流体压力提供施加到所述液态燃料阀构件的闭合力；以及
液态燃料控制阀，所述液态燃料控制阀能够于用以将所述液态燃料控制室与所述液压流体出口流体地隔离的阻挡位置和用以将所述液态燃料控制室与所述液压流体出口流体地连接由此降低所述液态燃料控制室内的液压流体压力的喷射位置之间操作；
其中，当所述液态燃料控制阀处于所述阻挡位置时，作用在所述液态燃料阀构件上的所述闭合力大于所述开启力并且所述液态燃料喷射阀处于所述闭合位置，当所述液态燃料控制阀处于所述喷射位置时，作用在所述液态燃料阀构件上的所述闭合力小于所述开启力并且所述液态燃料喷射阀处于所述开启位置。
11.根据权利要求10所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述气态燃料阀构件是套筒，并且所述液态燃料阀构件在所述套筒内同心对准并且能够往复运动。
12.根据权利要求10所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述气态燃料阀构件在所述燃料喷射器主体内相邻于所述液态燃料阀构件。
13.根据权利要求10所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述液态燃料是所述液压流体，并且所述液压流体入口是液态燃料入口。
14.根据权利要求13所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述匹配配合件的长度、所述匹配配合件内的所述气态燃料阀构件的外径以及所述气态燃料阀构件和所述燃料喷射器主体之间的在所述匹配配合件内的间隙是针对所述气态燃料提升室中的液态燃料压力与所述气态燃料喷射阀上游处的气态燃料压力之间的预定压差来选择的，由此基于能量而言引入所述内燃机的燃烧室的总液态燃料小于总燃料消耗的10％。
15.根据权利要求14所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，基于能量而言引入所述燃烧室的所述总液态燃料小于总燃料消耗的5％。
16.根据权利要求14所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，满足以下至少一者：所述压力差为至少10巴，所述压力差为至少40巴，所述压力差为至少50巴。
17.根据权利要求10所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述液态燃料提升室与所述气态燃料提升室流体连通。
18.根据权利要求10所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，液态燃料压力保持处于在公差范围内的预定值，并且气态燃料压力根据所述内燃机的工作条件来调节。
19.根据权利要求10所述的液压致动气态燃料喷射器，其中，所述液态燃料是柴油和二甲醚中的至少一种。
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