CN108291501A - 气体燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种用于将气体燃料供应至气体燃料燃烧发动机的气体燃料喷射器(10)。所述气体燃料喷射器(10)包括适于接纳喷射器组件(28)并将气体燃料供应至该喷射器组件的喷射器壳体(12)。所述喷射器壳体(12)具有：位于第一端处的入口；带有位于第二开放端(26、26’)的出口(14)的喷嘴(20、20’)；以及位于所述入口与所述出口(14)之间的室(16)。所述喷射器壳体(12)包括位于所述第二开放端(26、26’)处的点火装置。本发明还延及包括根据本发明的气体燃料喷射器(10)以及点火装置的气体燃料燃烧发动机。

Description

气体燃料喷射器
技术领域
本发明总体涉及气体燃料喷射器领域。尤其但不排他地，本发明涉及用于气体燃料燃烧发动机中的气体燃料喷射器的改进的点火装置。
背景技术
气体燃料燃烧发动机使用诸如压缩天然气(GNG)或者液化天然气(LNG)之类的气体燃料。这些发动机需要气体燃料喷射器以将计算量的气体供应至发动机的燃烧室以用于点燃。
气体燃料喷射器包括喷嘴，该喷嘴具有位于出口端的阀。在公知的火花点火口注入(SI-PI)气体燃料发动机中，气体被供应到入口歧管中并且从这里，阀控制气体流动到燃烧室中以用于借助点火源点火。通常通过变更已证实效率低的现有汽油发动机而获得此机构。点火源通常是火花塞并且通常定位成是耐用的并提供最佳发动机几何结构。然而，关于火花塞的这样的定位一般不便于气体点火，从而降低燃烧的效率并且增大气体燃料消耗量。
在双燃料发动机中，公知使用柴油作为用于气体燃料的点火源。在这样的发动机中，除包括气体喷射系统以外，一般的装置相对保持不变。现有柴油燃料喷射器像液体火花塞一样工作以点燃燃烧室中的压缩气体以及空气的混合物。然而，这些转变代价高。
较高压力气体燃料(例如，高达300巴)的使用已经朝中央安装式喷射器引领高压直喷(HPDI)气体燃烧发动机的研发，以将气体直接分配到燃烧室中并且将柴油用作点火源。虽然这提供比传统SI-PI发动机能生产较大转矩以及动力的发动机，但是要实现此装置需要使用组合的成对同心柴油喷嘴与气体喷嘴。然而，此装置比以上提到的双燃料发动机代价更高并且更复杂。
本发明的一个目的是解决尤其关于气体燃料燃烧发动机的公知装置的一个或多个问题。
因此，现在期望提供一种能够优化气体燃料点火的改进的气体燃料喷射器。特别地，期望提供一种用于气体燃料燃烧发动机中的中央安装式高压直喷-天然气(DI-NG)燃料喷射器的基于火花的点火装置。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供一种用于将气体燃料供应至气体燃料燃烧发动机的气体燃料喷射器，所述气体燃料喷射器包括适于接纳喷射器组件并将气体燃料供应至该燃烧器组件的喷射器壳体，所述喷射器壳体具有：位于第一端处的入口；带有位于第二开放端的出口的喷嘴；以及位于所述入口与所述出口之间的室，其特征在于，所述喷射器壳体包括位于所述第二开放端处的点火装置。
借助此气体燃料喷射器，点火装置从在燃烧室中安装于喷嘴下方重定位成形成气体燃料喷射器的组成部分。点火火花能够更靠近从安装在壳体内的喷射器组件的喷头分配的气体燃料定位，以提高燃烧的效率并降低气体燃料消耗量。
优选地，所述喷嘴适于包括点火装置。优选地，喷嘴包括点火装置的主电极。
就“主电极”而言其意思是适于将高压电流与从一端引导至另一端的电极。术语“喷嘴”意图除任何其他绝缘以及/或者防热部件之外还涵盖喷嘴的本体。
通过将主电极结合成喷嘴的一部分，点火装置的火花产生部分能够理想地非常靠近从安装在壳体内的喷射器组件的喷头分配的气体燃料定位。
优选地，喷嘴包括喷嘴体。
所述喷嘴可以包括围绕所述喷嘴体的合适的电绝缘材料外覆层。优选地，所述外覆层包括围绕喷嘴体的绝缘环。优选地，绝缘环大致沿所述喷嘴体的整个长度延伸。
优选地，所述喷嘴包括防热罩或者绝缘体。优选地，所述防热罩或者绝缘体包括围绕所述绝缘环的套筒。所述防热罩/绝缘体套筒可以包括短锥体部分，所述短锥体部分向下延伸超出位于所述喷嘴的所述第二开放端处的所述出口，以限定略低于所述出口的小环形腔。所述短锥体部分可以构造成在所述喷射器组件的喷孔略上方终止。
喷嘴体可以通过包括导电材料而形成主电极。另选地，喷嘴可以包括位于喷嘴体的外表面上的导电材料覆层。
仍另选地，所述防热罩/绝缘体套筒可以通过包括导电材料而形成主电极。所述防热罩/绝缘体套筒可以包括合适的导电材料外覆层。
优选地，所述防热罩/绝缘体套筒的所述短锥体部分逐渐变细成环形钳构造。
所述喷嘴体可以包括位于所述第二开放端处的短锥体部分。优选地，所述防热罩/绝缘体套筒的所述短锥体部分包围所述喷嘴体的所述短锥体部分以形成位于其间的较小环形空间。更优选地，所述防热罩/绝缘体套筒的所述短锥体部分构造成：延伸成位于所述喷嘴体的所述短锥体部分的稍下方，从而使所述较小环形空间大致绕所述喷射器组件的所述喷孔定位。
所述防热罩/绝缘体套筒可以包括从其一侧向下延伸的腿。优选地，所述腿向下延伸超出所述喷射器组件的喷孔以限定位于所述喷射器组件的包括喷孔的喷头之间的空间。更优选地，所述腿至少部分地在所述喷射器组件的所述喷头下方延伸。优选地，所述腿通过包括导电材料而形成上所述主电极。套筒与腿可以两者都包括导电材料。
所述导电材料可以包括铜或者任何其他合适导电材料。
优选地，所述导电材料连接至适于将电流递送至此的绝缘同轴缆线。优选地，同轴缆线穿过位于喷射器壳体的上部中的钻孔进入气体燃料喷射器。优选地，同轴缆线经由标准的自动电连接器(未示出)连接至电源。
优选地，入口适于将气体燃料供应至用于接纳气体燃料的喷射器组件。优选地，气体燃料喷射器适于安装在气缸盖中。优选地，气体燃料喷射器适于大致居中地安装在发动机的燃烧室上。
在本发明的第二方面中，提供一种用于气体燃料喷射器的点火装置，其特征在于，该点火装置在喷射器壳体的第二开放端处形成喷射器壳体的一部分。
要理解，关于本发明的第一方面描述的优选特征也适用于本发明的第二方面。
在本发明的第三方面中，提供这样一种包括气体燃料喷射器的气体燃料燃烧发动机，该气体燃料喷射器包括适于接纳喷射器组件并将气体燃料供应至该喷射器组件的喷射器壳体，所述喷射器壳体具有：位于第一端处的入口；带有位于第二开放端的出口的喷嘴；以及位于所述入口与所述出口之间的室，其特征在于，所述喷射器壳体包括位于所述第二开放端处的点火装置。
要理解，关于本发明的第一方面以及第二方面描述的优选特征也适用于本发明的第三方面。
附图说明
为了更好地理解本发明，并且为了展示可以如何实施示例性实施方式，现在将参照附图，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方式的气体燃料喷射器的示意性剖面侧视图；
图2是图1的气体燃料喷射器的喷嘴的示意性放大剖面侧视图；
图3是根据本发明的第二实施方式的气体燃料喷射器的喷嘴的示意性放大剖面侧视图；
图4是根据本发明的第三实施方式的气体燃料喷射器的喷嘴的示意性放大剖面侧视图；以及
图5是根据本发明的第四实施方式的气体燃料喷射器的喷嘴的示意性放大剖面侧视图。
具体实施方式
如图中所示，本发明包括用于将气体燃料供应至气体燃料燃烧发动机(未示出)的气体燃料喷射器10。气体燃料喷射器10包括适于接纳喷射器组件(未具体示出)并将气体燃料供应至此的喷射器壳体12，喷射器壳体12具有：位于第一端的入口(未示出)；带有位于第二开放端的出口14的喷嘴20、20’；以及位于入口与出口14之间的室16，其特征在于，喷射器壳体12包括位于第二开放端处的点火装置。
图1与图2中示出了本发明的第一实施方式。
如能在图2中更清楚地看到的，喷嘴20包括作为壳体12的一部分的主喷嘴体22，该主喷嘴体大致是细长中空圆柱体部分。喷嘴20包括与气体燃料喷射器10的室16连通的第一开放端24。喷嘴20的第二开放端26设置适于接纳喷射器组件的喷头28的出口14，喷头28从出口14穿过而呈现在燃烧室40中。
喷嘴20的主喷嘴体22包括诸如铜之类的导电材料。然而，要理解，喷嘴20的主喷嘴体22的外表面可以简单地覆有合适的导电材料。
喷嘴20连接至适于将电流递送至喷嘴20的绝缘的同轴缆线(未示出)以便将主喷嘴体22转变成作为点火装置的一部分的主电极。该同轴缆线穿过位于喷射器壳体12的上部12a中的钻孔进入气体燃料喷射器10。该同轴缆线经由标准的自动电连接器(未示出)连接至电源。
喷嘴20的主喷嘴体22包括合适的诸如陶瓷之类的电绝缘材料或者诸如聚四氟乙烯(PTFE)之类的其他合适的绝缘体的外覆层，以形成围绕主喷嘴体22的绝缘环30。绝缘环30大致从略低于第一开放端24的下方延伸并且大致终止于第二开放端26。
喷射器壳体12包括上部12a，该上部经倾斜的阶梯部分12c朝中间部分12b变窄。中间部分12b经平坦的阶梯部分12d朝喷嘴20变窄。
气体燃料喷射器10安装到气缸盖1中，该气缸盖提供成形的腔2，该腔映射喷射器壳体12的腔。腔2提供用于壳体12的平坦的阶梯部分12d的呈环形台肩的形式的底座2b。腔2提供位于喷嘴20的绝缘环30周围的环形腔2a。
在使用中，当喷射器组件操作成从喷射器喷头28中的孔28a分配气体燃料射流B时，电流供应至喷嘴20的主喷嘴体22，从而使主喷嘴体22变成主电极。通常包括钢的气缸盖1起副电极的作用。绝缘环30防止主电极电离腔2a中除喷嘴体22的主电极未被绝缘的第二开放端26处以外的气体。在此位置处，主电极能够电离周围的气体，这创建了在主电极与气缸盖1之间位于腔2a内的导体并且在第二开放端26处在腔2a周围产生火花A。因为火花A在上方并且接近从喷射器喷头28被逐出的气体燃料射流B，所以提高了燃烧室40中气体燃料的点火率。
图3示出了本发明的第二实施方式。
在本示例中，喷嘴20还包括在绝缘环30周围呈套筒50形式的防热罩，该防热罩包括铜。套筒50包括围绕绝缘环30的中空圆柱形主体52，短锥体部分54接在该中空圆柱形主体下面。短锥体部分54使套筒50向下延伸超出主喷嘴体22的第二开放端26以及绝缘环30以绕喷射器喷头28的上部形成小的环形腔56。短锥体部分54终止于从喷射器喷头28供应气体燃料射流B的孔28a的略上方。而之前喷嘴20的主喷嘴体22包括导电材料，在此实施方式中，套筒50包括导电材料，如前所述该导电材料包括铜。套筒50连接至递送电流(未示出)的同轴缆线以便将套筒50转变成主电极。如以前那样，喷嘴20包括在主喷嘴体22周围的合适的电绝缘材料覆层以形成位于周围的绝缘环30。套筒50还包括合适的电绝缘材料覆层。
在使用中，当喷射器组件操作成从孔28a分配气体燃料时，电流供应至喷嘴20的套筒50，从而使套筒50变成主电极。喷嘴体22的通常包括钢的非绝缘端起副电极的作用并且由于套筒50使气体电离集中在小环形腔56内，在小环形腔56内及其周围火花A’朝喷嘴体22跳跃。因为产生了火花A’并且火花A’被引导成非常靠近从喷射器喷头28被逐出的气体燃料射流B，所以实现了燃烧室40中气体燃料的有效点火率。
图4示出了本发明的第三实施方式。
如在第二实施方式中那样，类似于图3，喷嘴20包括防热罩60，该防热罩包括围绕主喷嘴体22的圆柱形主体62，短锥体部分64接在该圆柱形主体下面。在本示例中，套筒60的短锥体部分64逐渐变细成环形钳构造。套筒60也包括诸如铜之类的导电材料。套筒60连接至递送电流(未示出)的同轴缆线以便将套筒60转变成主电极。在本示例中，喷嘴20’的圆柱形主喷嘴体22’以短锥体部分22a’绕喷射器喷头28的上部延伸，使得第二开放端26/出口14设置在供从喷射器喷头28逐出气体燃料射流B的孔28a的略上方。套筒60的短锥体部分64包围喷嘴主体22’的短锥体部分22a’并且延伸成位于第二开放端26稍下方，从而创建绕喷射器喷头28在用于射流B的孔28a附近的较小环形空间66。
在使用中，当喷射器组件操作成从孔28a分配气体燃料时，电流供应至套筒60，从而使套筒60变成主电极。喷嘴体22’的通常包括钢的短锥体部分22a’起副电极的作用并且由于套筒60使气体电离集中在暴露主电极的空间66内，在空间66中火花A”朝喷嘴体22的短锥体部分22a’跳跃。因为产生了火花A”并且火花A”被引导成接近孔28a并且因此接近从喷射器喷头28被逐出的气体燃料射流B，所以实现了燃烧室40中气体燃料的良好点火率。
最后，图5示出了本发明的第四实施方式。
喷嘴20如第一实施方式以及第二实施方式中描述地那样构造有绝缘环30。同样，喷嘴20包括防热罩70，该防热罩包括围绕绝缘环30的圆柱形主体72。套筒70包括绝缘覆层。在本示例中，腿78从套筒70的一侧向下延伸并且延伸到喷射器喷头28下方。套筒70与腿78两者都包括诸如铜之类的导电材料以便将腿78转变成主电极。在使用中，当喷射器组件操作成从孔28a分配气体燃料时，如前所述，电流经由附接至套筒70的同轴缆线供应至腿78。腿78使气体电离集中在腿78与喷嘴体22之间的经过喷射器喷头28的空间76内，以在空间76中产生火花A”’。因为当火花A”’朝喷嘴体22跳跃穿过空间76时火花A”’穿过气体燃料射流B，所以实现了燃烧室40中气体燃料的最佳点火率。
借助以上描述的实施方式，大大改善了气体燃料点火并且规避了在燃烧室中安装传统火花塞的困难。
虽然关于气体燃料燃烧发动机示出并且描述了以上实施方式，但是要理解本发明可以应用至其他燃料消耗装置。
虽然已经示出并且描述了一些优选实施方式，但是本领域中的普通技术人员会理解在不脱离本发明的如所附权利要求中限定的范围的情况下可以做出多种变更以及变型。

Claims (15)

1.一种用于将气体燃料供应至气体燃料燃烧发动机的气体燃料喷射器(10)，所述气体燃料喷射器(10)包括适于接纳喷射器组件(28)并将气体燃料供应至该喷射器组件的喷射器壳体(12)，所述喷射器壳体(12)具有：位于第一端的入口；带有位于第二开放端(26、26’)的出口(14)的喷嘴(20、20’)；以及位于所述入口与所述出口(14)之间的室(16)，其特征在于，所述喷射器壳体(12)包括位于所述第二开放端(26、26’)处的点火装置。
2.根据权利要求1所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述喷嘴(20、20’)适于包括：包括所述喷嘴(20、20’)的主电极的所述点火装置。
3.根据权利要求1或2所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述喷嘴(20、20’)包括喷嘴体(22、22’)。
4.根据权利要求2或3所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述喷嘴(20、20’)包括形成围绕所述喷嘴体(22、22’)并且大致沿所述喷嘴体(22、22’)的整个长度的绝缘环(30)的合适的电绝缘材料外覆层。
5.根据权利要求4所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述喷嘴(20、20’)包括防热罩或者绝缘体，所述防热罩或者绝缘体包括围绕所述绝缘环(30)的套筒(50、60、70)。
6.根据权利要求5所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述防热罩/绝缘体套筒(50、60)包括短锥体部分(54、64)，所述短锥体部分(54、64)向下延伸超出位于所述喷嘴(20、20’)的所述第二开放端(26、26’)处的所述出口(14)，以限定略低于所述出口(14)的小环形腔(56、66)，并且所述短锥体部分(54、64)构造成在所述喷射器组件(28)的喷孔(28a)略上方终止。
7.根据权利要求6所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述防热罩/绝缘体套筒(60)的所述短锥体部分(64)逐渐变细成环形钳构造。
8.根据权利要求6或7所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述喷嘴体(22’)包括位于所述第二开放端(26’)处的短锥体部分(22a’)并且所述防热罩/绝缘体套筒(60)的所述短锥体部分(64)包围所述喷嘴体(22’)的所述短锥体部分(22a’)以形成位于其间的较小环形空间(66)。
9.根据权利要求8所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述防热罩/绝缘体套筒(60)的所述短锥体部分(64)构造成：延伸成位于所述喷嘴体(22’)的所述短锥体部分(22a’)的稍下方，从而使较小环形空间(66)大致绕所述喷射器组件(28)的所述喷孔(28a)定位。
10.根据权利要求5所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述防热罩/绝缘体套筒(70)包括从其一侧向下延伸超出所述喷射器组件的喷孔(28a)的腿(78)，以限定位于所述喷射器组件的包括喷孔(28a)的喷头(28)之间的空间。
11.根据权利要求10所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述腿(78)至少部分地在所述喷射器组件的所述喷头(28)下方延伸。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述喷嘴体(22、22’)通过包括导电材料而形成所述主电极。
13.根据权利要求5至11中任一项所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述防热罩/绝缘体套筒(50、60、70)通过包括导电材料而形成所述主电极。
14.根据权利要求10或11所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述腿(78)通过包括导电材料而形成所述主电极。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的气体燃料喷射器(10)，其中，所述导电材料包括铜并且连接至适于将电流递送至此的绝缘同轴缆线。
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