CN109073227A - 用于内燃机的燃料喷射器和分级燃料输送方法 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机(10)的燃料喷射器(26)包括喷射器头(28)，所述喷射器头包括喷嘴(44)、预混合器(48)和分配器(70)，所述分配器被构造成将多种不同的燃料分配到所述预混合器(48)中的不同的燃料供给孔组(58、60、66)。所述燃料喷射器(26)的引燃组件(103)联接到所述预混合器(48)，并且包括用于第一燃料的第一燃料供给通道(110)和用于第二燃料的第二燃料供给通道(111)。多个燃料供给孔组(58、60、66)定位在所述燃料喷射器(26)内，所述燃料供给孔组(58、60、66)可选择性地连接到多个不同的燃料供应装置(20、22、24)，并且它们的位置和尺寸被设定成适应范围广泛的流速，以使得与所述燃料喷射器(26)联接的内燃机(10)能够使用具有一系列沃泊指数和成分的燃料来操作。

Description

用于内燃机的燃料喷射器和分级燃料输送方法

技术领域

本公开一般涉及气体燃料输送和内燃机的操作，更具体地涉及用于通过多种类型的燃料来操作内燃机的设备和方法。

背景技术

是众所周知的，广泛用于车辆推进、发电、用于驱动泵和压缩机，以及用于各种其他应用。燃烧几乎任何可燃燃料都会产生某些排放物，在许多情况下，消除或减少这些排放物的相对量是人们所希望的。具有未燃烧的碳氢化合物和部分燃烧的碳氢化合物的性质的烟雾通常是人们不希望有的，尤其是在人口稠密的区域。已知统称为NOx的各种氮氧化物是烟雾等的众所周知的成因。过去几十年来，发动机操作技术和结构以及先进的废气处理技术的显著进步减少了排放，清洁了空气。例如，所谓的稀燃情况(燃料与化学计量过量的氧气一起燃烧)，以及预混合(燃料和空气在被点火之前首先混合)，已被证实有利地减少了某些排放物。存在引燃燃料、燃烧室形状、颗粒过滤器、通过选择性催化还原(SCR)进行的废气处理以及许多其他技术，用于排放控制和效率优化。

随着对减少排放的兴趣的越来越大，内燃机中传统上不太使用的某些类型的燃料(例如各种形式的生物柴油、重整或瓶装氢燃料、酒精燃料、垃圾填埋气和生物质所产生的气体燃料)种类越来越多，并且采用这种燃料的动机也越来越强烈。对于至少一些应用和发动机设计来说，这种燃料燃烧时所产生的某些类型的排放物减少，并且也越来越多地可用作更传统的燃料(例如石油衍生的碳氢化合物)的替代物。然而，工程师们越来越多地发现，发动机设计、部件和操作技术相对于某些燃料类型或类别可能有好处和优点，但相对于其他燃料类型或类别，应用有限，甚至有缺点。授予Hughes等人的美国专利No.8,991,187涉及“具有贫预喷嘴燃料喷射系统的燃烧器”。Hughes等人似乎公开了一种燃烧器，其括燃料喷嘴、位于燃料喷嘴上游以用于预混燃料流和空气流的贫预喷嘴燃料喷射系统。尽管Hughes等人可以实现他们的既定目标但仍有改进的余地。

发明内容

在一个方面，燃料喷射器包括喷射器头，所述喷射器头具有限定纵向轴线并被构造成与内燃机中的燃烧器流体连接的喷嘴、与喷嘴联接的预混合器，以及与预混合器联接的燃料分配器。所述燃料喷射器还包括与喷射器头联接的多个燃料输送导管。所述预混合器限定多个流动通道，每个流动通道都在上游端与下游端之间延伸，所述上游端在燃料喷射器中形成开口，所述开口被构造成接收进入燃料喷射器中的流入空气。所述预混合器还在其中形成有多个燃料供给孔，所述多个燃料供给孔被定位成将燃料输送到多个流动通道中，并且被布置成邻近对应上游端定位的第一孔组、邻近对应下游端定位的第二孔组，以及第三孔组。所述分配器形成将多个燃料输送导管中的第一个与第一组燃料供给孔和第三组燃料供给孔流体连接的第一燃料通路，以及将多个燃料输送导管中的第二个与第二组燃料供给孔流体连接的第二燃料通路。

在另一方面，燃料喷射器头组件包括预混合器，所述预混合器被构造成与喷嘴联接，并且限定多个流动通道，每个流动通道都在上游端与下游端之间延伸，所述上游端在燃料喷射器头组件中形成开口，所述开口被构造成接收进入燃料喷射器头组件中的流入空气。所述预混合器还在其中形成有多个燃料供给孔，所述多个燃料供给孔被定位成将燃料输送到多个通道中，并且被布置成邻近对应上游端定位的第一孔组、邻近对应下游端定位的第二孔组，以及第三孔组。所述组件还包括与预混合器联接并且具有在其中形成的多个燃料入口的分配器，所述分配器形成将燃料入口中的第一个与第一组燃料供给孔和第三组燃料供给孔流体连接的第一燃料通路，以及将燃料入口中的第二个与第二组燃料供给孔流体连接的第二燃料通路。

在又一方面，一种在内燃机中进行分级燃料输送的方法包括将空气供给到燃料喷射器的预混合器中的多个流动通道中。所述方法还包括将要在内燃机中在预混合器内的上游位置处燃烧的第一比例的气体燃料喷射到进入多个流动通道中的空气流中。所述方法还包括将预混合器内的下游位置处的第二比例的气体燃料喷射到与上游喷射的气体燃料混合的空气流中，以及喷射预混合器内的不同于上游位置和下游位置的第三位置处的第三比例的气体燃料。所述方法还包括将在上游位置、下游位置和第三位置处喷射的混合空气和气体燃料引导通过燃料喷射器的喷嘴并进入内燃机的燃烧器。

附图说明

图1是根据一个实施例的内燃机的一部分的局部剖开的侧视图；

图2是根据一个实施例的燃料喷射器的示意图；

图3是图2的燃料喷射器的一部分的剖开的侧视图；

图4是根据一个实施例的适用于燃料喷射器的旋流器的透视图；

图5是图4的旋流器的剖面视图；

图6是根据一个实施例的适用于燃料喷射器的分配器的后视图；以及

图7是图6的分配器的前视图。

具体实施方式

参考图1，示出了根据一个实施例的内燃机10。在实际的实施策略中，发动机10包括燃气涡轮发动机，其具有壳体或耐压外壳12、燃烧器14和在耐压外壳12内可旋转的轴16。具有压缩机和涡轮机的可旋转部件可以大体上常规的方式联接以与轴16一起旋转。本领域技术人员已知的其他部件，例如齿轮系或齿轮箱，与泵、压缩机、推进器或车辆牵引元件联接的一个或多个驱动轴，可通过轴16的旋转以常规方式驱动。发动机10还包括燃料系统18，所述燃料系统包括多个不同的燃料供应装置20、22和24，所述燃料供应装置可以包含例如多种不同的燃料，包括低BTU或低热值燃料、高BTU或高热值燃料、中等BTU或中等热值燃料。术语“热值”和“卡路里值”在本文中通常可互换使用。每种燃料都可以是气体燃料，或以液体形式储存但可转化成气态形式以用于发动机10的燃料。在某些实施例中，用于将液体燃料转换成气态形式的设备可以是燃料系统18的一部分。在其他情况下，发动机10还可以配备有重整器等，用于产生用于发动机10的氢气和/或富氢燃料。

根据本公开的示例高BTU燃料可包括具有约1000BTU/scf或更高的沃泊指数(Wobbe index)的天然气，而示例中等BTU燃料可为具有约500BTU/scf的沃泊指数的垃圾填埋气，并且示例低BTU燃料可为源自生物质的气体燃料，其含有一氧化碳并且相对富氢，并且沃泊指数为约200BTU/scf或可能更低。如本文所使用的，应当理解的是，诸如较高或较低或中等之类的相对术语应当参照彼此来理解。因此，气体燃料可以被认为相对于第一燃料是“中等”卡路里值燃料，但是也可以被认为相对于第二燃料，是“较高”卡路里值燃料。燃料系统18还包括一个或多个燃料喷射器26，其以大体上常规的方式与发动机10中的燃烧器14联接。在实际的实施策略中，发动机10包括多个相同的燃料喷射器，因此本文对单个燃料喷射器26的描述应当被理解为类似地应用于可能是燃料系统18的一部分的多个燃料喷射器中的任何一个。由于从下面的描述中将会更加明显的原因，燃料系统18被独特地被构造成使用范围广泛的卡路里值燃料(换句话说，一系列沃泊指数燃料)进行操作，并且从使用一种燃料的操作无缝地过渡到使用另一种燃料的操作。如本文进一步描述的，在许多情况下，本公开可广泛适用于使用不同燃料类型的操作，而不会明显降低排放性能，并适合于稀燃、干燃烧策略。

现在还参考图2，燃料系统18还包括燃料流控制机构32，其联接在燃料供应装置20、22和24与燃料喷射器26之间，并且被构造成将燃料供应装置20、22和24中的每一个流体连接到燃料喷射器26，以便利用对应的燃料之一来操作发动机10。在实际的实施策略中，燃料喷射器26包括喷射器主体27，喷射器头28和喷射器杆30是喷射器主体的组成部分。喷射器头28被构造成与燃烧器14联接。如本文进一步描述的，喷射器头28被构造成将包含空气和在任何给定时间供应的气体燃料之一的混合物输送到燃烧器14中。在图1中，实线箭头大致地描绘了气体燃料流，而空心箭头大致地描绘了进入空气。可注意到，空气，例如从发动机10的压缩机供应的压缩空气，被示为从多个不同方向流入喷射器头28，并在输送到燃烧器14内的燃烧空间之前开始与喷射器头28内的气体燃料混合。

如上所述，可以设置机构32，以便能够将多种燃料中的一种不同的燃料供应到燃料喷射器26以输送到燃烧器14。为此，机构32可以包括多种不同的阀和阀体结构、致动器和其他已知的硬件中的任何一种，所述硬件使得进入的气体燃料流能够被切换成另一种进入的气体燃料流，以便在三种或更多种不同的燃料类型之间切换发动机10的操作。本领域技术人员将认识到，期望能够在多种燃料类型之间切换但是使用相同的(多个)燃料喷射器并且不牺牲性能。在实际的实施策略中，喷射器杆30包括多个燃料供应导管，所述多个燃料供应导管与喷射器头28联接的，特别是，将燃料供应装置20、22和24流体连接到喷射器28的主燃料供给组件和引燃燃料供应组件中的每一个，这将在下面进一步描述。在所示实施例中，多个燃料供应导管包括：其中形成有第一燃料通道37的第一燃料供应导管36、其中形成有第二燃料通道(图1中不可见)的第二燃料供应导管38、其中形成有第三燃料通道41和第四燃料通道43的第三燃料供应导管40，以及其中也形成有在图1的剖面视图中不可见的燃料通道的第四燃料供应导管42。

在实际的实施策略中，燃料通道41和43被构造成分别与燃料供应装置22、20和24中的第一个以及燃料供应22、20和24中的第二个流体连接。当使用第一气体燃料来操作发动机10时，燃料通道41和43中的一个可用于向喷射器头28的引燃燃料组件供应燃料，并且当在使用第二气体燃料来操作发动机10时，可以使用燃料通道41和43中的另一个。如本文进一步描述的，其他燃料供应导管36和38和42通常用于向喷射器头28的主燃料供给组件供应燃料。图1和2还示出了喷射器26的某些其他特征，包括配备有把手等的主块34，其被构造成将喷射器26联接到耐压外壳12。

现在还参考图3，示出了喷射器头28的剖面视图，其更详细地示出了喷射器26的特征。如上所述，喷射器头28可包括主燃料供给组件46和引燃燃料供给组件103。主燃料供给组件46被构造成提供空气和来自燃料供应装置20、22和24的多种不同燃料之一的主流，并且可以包括旋流器形式的预混合器48，该预混合器被构造成涡旋包含燃料和空气的混合物，用于输送到燃烧器14，如本文进一步描述的。预混合器48可包括面向燃烧器14的前端49，以及后端51。预混合器48中还具有被构造成接收流入空气的多个流动通道50，以及与流动通道50流体连通的多组燃料供给供给孔58、60和66，每个燃料供给孔都被构造成与多个不同燃料供应装置20、22和24中的至少一个流体连接。

引燃燃料供给组件103被构造成提供空气和多种不同燃料之一的引燃流，并且其中包括多个燃料入口108和109，每个燃料入口都被构造成与燃料供应装置20、22和24中的至少一个(但是通常仅一个)流体连接。引燃燃料组件103中还包括与燃料入口108和109中的每一个流体连接的喷射出口119，以及与喷射出口119流体连接的空气入口122。如本文进一步描述的，将理解的是，燃料供给孔58、60和66可以全部同时与燃料供应装置20、22和24中的同一个流体连接，或者孔58、60和66中的仅一些孔可以同时与燃料供应装置20、22和24中的同一个流体连接。如本文进一步讨论的，还设想了其他配此组合。至少在某些情况下，喷射出口119可以被认为是燃料供给孔。通常，燃料通道41和43中的仅一个将在任何给定时间将燃料输送到引燃组件103，但本公开不严格限制于此。

从下面的描述中可以进一步显而易见的是，多组燃料供给孔和用于将一些燃料供给孔选择性地共同或分开地流体连接到燃料供应装置20、22和24中的任何一个的装置被认为有助于使喷射器26适合于不同的燃料类型，因为对于具有一定卡路里值范围的多种不同燃料中的任何一种，都可以获得诸如燃料流速、燃料输送位置、回火阻力和在整个喷射器26上提供指定压降之类的因素。设想了一些操作实例，其中发动机10使用第一燃料操作一段时间，第一燃料仅通过某些燃料供给孔输送，然后发动机10使用第二燃料操作一段时间，第二燃料通过其他燃料供给孔或所有燃料供给孔输送。

在一个实际实施策略中，引燃燃料供给组件103包括管组件，并且限定纵向轴线200，并且至少部分地位于预混合器48内。流动通道50可围绕纵向轴线200周向布置，并且相对于引燃组件103径向向外布置。更具体地，燃料喷射器26可包括预混合筒90，并且引燃组件103可至少部分地位于在预混合筒90内，并包括外管构件104和内管构件106。可以注意到，预混混合筒是平滑锥形的，并且通过确保朝向燃烧器14的流动加速而有助于最小化或消除再循环区。除了喷射器26的其他特征之外，成形的筒状设计还使其能够与富氢燃料一起使用，而没有显著的回火风险。

内管构件106限定在燃料入口109与喷射出口119之间延伸的第一燃料通道110。第二燃料通道111在内管构件106与外管构件104之间形成，并在燃料入口108与喷射出口119之间延伸。在实际的实施策略中，燃料通道41向燃料入口108馈送，燃料通道43向燃料入口109馈送。引燃组件103，更具体地是其管组件，还包括联接到外管构件106并将管组件支撑在筒90内的尖端件118，以及将内管构件106支撑在外管构件104内的保持件118。尖端腔室126可以部分地由尖端件118以及部分地由内管构件106形成，并被构造成将空气和燃料的引燃流馈送到喷射出口119。在预混合筒90与外管构件104之间形成空气馈送导管100。如上所述在尖端件118中形成的一个或多个空气馈送孔洞122用作将导管100流体连接到腔室126的空气入口。在实际的实施策略中，尖端件118还具有在其中形成的多个冷却空气孔洞120，其将空气从导管100朝向筒90的尖端(未标号)并朝向喷射出口119输送，从而为引燃组件103的更远部分以及筒90提供空气冷却。保持件116具有从第二燃料通道111到腔室126的多个燃料馈送孔洞124。在内管构件106中形成的燃料出口114将燃料从通道110馈送到腔室126中。可以注意到，无论燃料是通过通道110还是通道111供应，都提供冷却空气以与燃料混合。在实际的实施策略中，第二通道111可以提供比第一通道110更大的燃料流动面积。利用相对较低卡路里值的燃料来操作发动机时，由于能量密度降低，通常需要相对较大的流速。例如，当利用富氢生物质衍生燃料来操作发动机10时，引燃燃料供给可包括通过通道111输送燃料，而当利用天然气来操作发动机10时，引燃燃料供给可包括通过通道110输送燃料。可以注意到，在图3的图示中，内管构件106、外管构件104和预混合筒90同轴布置，但本公开并不严格限制于此。

如上所述，预混合器48中包括流动通道50。在实际的实施策略中，流动通道50可以由多个流动引导结构52形成。流动引导结构的几何形状可以与所例示实施例中所示的几何形状不同。现在还参考图4和5，在一个实施例中，结构50可以具有叶片的形式，叶片围绕纵向轴线200周向分布，并被成形和定向成使得流动通道50各自都朝向筒90径向向内延伸。每个流动通道50也在上游端51与下游端53之间延伸，并且可以被定向成使得上游端51径向向外定位，并且下游端53径向向内定位。上游端51在燃料喷射器26中形成开口，所述开口被构造成将流入空气接收到喷射器26中，并且下游端53被构造成将包含空气和喷射的燃料的混合物输送到通道98以输送到燃烧器14中。如上所述，预混合器48可包括多个燃料供给孔，所述多个燃料供给孔被定位成将燃料输送到流动通道50中。在实际的实施策略中，多个燃料供给孔被布置成第一燃料供给孔组58，所述第一燃料供给组被定位成使得每个燃料供给孔都邻近对应的上游端51。第二燃料供给孔组60被定位成邻近对应的下游端53。预混合器48可包括基部47，并且孔组58和60中的每一者都可在基部47中形成。提供第三燃料供给孔组66，其可以在结构50内形成，并且流体地定位在对应的上游端51与下游端53之间，或者距轴线200的径向距离可能与孔58相同。如本文所使用的，应当理解，术语“第一”，“第二”和“第三”不是在限制意义上使用，而仅为了便于描述。因此，为了描述的目的，孔组58可以被认为是第一，孔组66可以被认为是第二，孔组60可以被认为是第三，或者这三个孔组的第一、第二和第三的任何其他组合。

在实际的实施策略中，燃料供给孔58可包括单个孔洞，这些单个孔洞相对于纵向轴线200以恒定半径定位，并且具有在径向向外位置处的围绕纵向轴线200的周向分布，以便将燃料直接喷射到进入通道50的进入的空气流中。孔60也可以包括被类似地布置并且具有在径向向内位置处的周向分布的单个孔洞。在实际的实施策略中，孔66可以在结构52中形成，并可以位于相对于纵向轴线200的恒定半径处，并且在每个结构50内的各个孔组之间具有均匀的圆周间距，并且在每个单独组内具有轴向分布。图4中还示出了在每个叶片52中形成的螺栓孔洞54，其可用于将喷嘴44联接到预混合器48，预混合器限定了被构造成流体连接到燃烧器14的喷嘴开口45。喷嘴44可以与引燃组件103同轴布置，因此喷嘴44或喷嘴开口45可以被理解为限定轴200。图4最佳地示出了向预混合器48的后侧51开口的燃料供给孔58，以及将燃料输送到燃料供给孔66的燃料馈送开口64。在实际的实施策略中，孔组58、60和66可各自具有不同的总流动面积。在另一实际实施策略中，孔66的总流动面积可以大于孔58或孔60中的任一个的总流动面积，孔58的总流动面积可以大于孔60的总流动面积。孔的相对流动面积、尺寸和数量可基于各种因素，包括整个喷射器26上的期望压降。如上所述，通常，较大的总流动面积可用于较低卡路里值的燃料，较小的总流动面积可用于较高卡路里值的燃料。通过下面的描述，多种燃料供给孔可用于多种燃料输送模式的方式将变得更加明显。

现在还参考图6和7，示出了燃料喷射器26的分配器70的后视图和前视图。从图3中可以看出，分配器70联接到预混合器48和引燃组件103。还可以注意到，分配器70形成第一燃料通路62和第二燃料通路68，第一燃料通路将燃料供应导管36、38、40和42中的第一个与燃料供给孔组58和66流体连接，第二燃料通路将燃料供应导管36、38、40和42中的第二个与燃料供给孔组60流体连接。在实际的实施策略中，第一燃料通路62可以由多个燃料供应导管馈送，因此例如导管36和40两者都可以用作向通道62馈送的主要燃料供给导管。虽然在图3中不可见，但是导管42可以向第二燃料通路68馈送。从图7中可以看出，在分配器70中形成有外凹槽72，并且在纵向轴线200的圆周上，纵向轴线穿过分配器70的中央开口78延伸。外凹槽72至少部分地形成燃料通路62，使得从燃料供应装置20、22和24的任一者输送到分配器70的燃料通常可以均匀地供应到孔58和燃料馈送开口64。分配器70还可以包括内凹槽74，内凹槽也在纵向轴线200的圆周上，并且至少部分地形成燃料通路68，使得从燃料供应装置20、22和24中的任何一者输送到分配器70的燃料可通常均匀地供应到孔60。中央开口78可以与燃料供应导管中的将燃料馈送到引燃组件103的导管联接。第二开口80和第三开口82被构造成与向第一燃料通路62馈送的燃料供应导管联接，并接收该导管。第四开口84与向第二燃料通路68馈送的燃料供应导管联接，并接收该导管。如上所述，例如，调节机构32内的阀的位置可以改变供应到燃料供应导管之一的燃料的类型，使得不同的燃料在不同的时间通过共用燃料供应导管输送。在所例示实施例中，多个空气入口76围绕中央开口76周向布置并且向通道100馈送空气。如上所述，开口80和82可用于接收提供主要一次馈送的燃料供应导管，并且开口84可用于接收提供主要二次馈送的燃料供应导管。在任何给定时间不用于输送燃料的燃料供应导管和燃料通路可以用吹扫气体(如氮气或压缩机排出空气吹扫)来进行吹扫。

向各个通道馈送的开口的尺寸和数量的差异至少部分地基于容纳不同尺寸和数量的燃料供应导管，以便适应如本文所述的不同卡路里值燃料的不同流速的需要。相对较低的卡路里值燃料可以通过开口80和82中的每一个馈送到第一燃料通路62，并还通过开口84馈送到第二燃料通路68，并通过开口78馈送到燃料通道41和43中的向引燃组件103馈送的那一个燃料通道。中等卡路里值燃料可以仅通过开口80、82和78馈送。可以仅通过开口84和78馈送相对较高的卡路里值燃料。因此，可以理解，具有较低卡路里值或较低沃泊指数的燃料可以通过所有可用的燃料供给孔喷射，具有中等卡路里值或中等沃泊指数的燃料可以通过一些但不是所有可用的燃料供给孔馈送，具有较高卡路里值的燃料可以通过更少的燃料供给孔馈送。源燃料的这种灵活性可以在没有发动机停机或性能或排放性能降低的情况下实现，通过下面讨论的示例性操作方法，将会更加明显。

工业适用性

总体地参考附图，根据一种策略的发动机10的操作可以包括向发动机10进行分级燃料供给：通过在第一时间将第一气体燃料(例如超低沃泊生物质燃料)通过燃料喷射器26喷射到进入空气流中，以及将第一气体燃料和空气的混合物输送到燃烧器14中，以便使用第一气体燃料来操作发动机10。在这种情况下，多个不同的燃料供应装置中的一个，例如燃料供应装置20，可以通过机构32流体连接到例如第一燃料通路62，以及连接到第二燃料通路68。因此，第一气体燃料的喷射可以通过孔58、孔60和孔66进行。对于本描述而言，孔58和66可以被认为是第一组燃料供给孔，孔66可以被认为是第二组燃料供给孔。喷射孔119可以被认为是第三组。第一气体燃料连续地流到喷射器26，并在喷射器头28中以本文所述的方式与空气混合，然后输送到燃烧器14中。空气可以是例如从燃气涡轮发动机中的压缩机供应的压缩空气。

由于输送第一气体燃料所通过的燃料供给孔可以在预混合器48内，因此进入的空气流和喷射的燃料可以通过与结构/叶片52相互作用而涡旋。通常，涡旋动作将被施加给当前使用的空气和燃料的任何混合物，但是可以理解的是，燃料的流动动力学和流动模式可能会因燃料输送的位置而略有不同。在通过预混合器48中的燃料供给孔喷射第一气体燃料的同时，相同的第一气体燃料可以被供应到引燃组件103。如上所述，可以通过通道100供应较低卡路里值的燃料，而可以通过通道110供应较高卡路里值的燃料。如上所述，气体燃料流速可以使输送到燃烧器14的空气和燃料的混合物是化学计量贫量的。燃烧可以是干式的，因为不采用用于燃烧冷却的水喷射。

当需要切换燃料类型时，可以操作机构32以适当地改变燃料供应装置20、22和24与燃料供应导管36、38、40、42之间的流体连接，以开始使第二气体燃料流向主燃料供给组件46和引燃燃料供给组件103。例如，第二气体燃料可以包括较高卡路里值的燃料，例如，其可以根据第二燃料输送模式在第二时间通过燃料喷射器26喷射到流入的空气流中，并将第二气体燃料和空气的混合物输送到燃烧器中，以便利用第二气体燃料来操作发动机10。在第一种情况下，喷射第一气体燃料可包括通过具有相对较大的总流动面积的多个燃料供给孔(例如孔组58和66)喷射第一气体燃料。在第二种情况下，喷射第二气体燃料可包括通过多个燃料供给孔(例如孔组60)喷射第二气体燃料。任一情况下的燃料输送都可以包括将用于引燃燃料供给的气体燃料输送到引燃组件103，因此喷射出口96可以被认为是用于在多组燃料供给孔之间分配第一气体燃料和分配第二气体燃料以进行喷射的燃料供给孔。在稍后的时间，发动机10可以切换回使用第一气体燃料进行的操作，或者转换到使用第三气体燃料进行的操作。

从前面的描述可以理解，发动机10被配备成利用一系列燃料(包括富氢燃料)以单一燃料喷射器类型操作。现有设计倾向于被定制成使用单一燃料类型，或者至少是沃泊指数范围相对窄的燃料类型进行操作。在本公开中，燃料输送/喷射的布置、燃料供给孔的尺寸以及其他因素实现了这种灵活性。可以设想，对于沃泊指数为约200Btu/scf或可能更低、高达约1500Btu/scf或更高的燃料来说，干式、预混合稀燃操作不会有回火的风险，也不会损害排放性能。

本说明书仅用于说明目的，并且不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围。因此，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的完整和合理范围和精神的情况下，可以对本文公开的实施例进行各种修改。通过查看附图和所附权利要求，其他方面、特征和优点将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种燃料喷射器(26)，包括：

喷射器头(28)，其包括限定纵向轴线并被构造成与内燃机(10)中的燃烧器(14)流体连接的喷嘴(44)、与所述喷嘴(44)联接的预混合器(48)，以及与所述预混合器(48)联接的燃料分配器(70)；

与所述喷射器头(28)联接的多个燃料供应导管(36、38、40)；

所述预混合器(48)限定多个流动通道(50)，每个所述流动通道都在上游端(51)与下游端(53)之间延伸，所述上游端在所述燃料喷射器(26)中形成开口(51)，所述开口被构造成接收进入所述燃料喷射器(26)中的流入空气；

所述预混合器(48)还在其中形成有多个燃料供给孔(58、60、66)，所述多个燃料供给孔被定位成将燃料输送到所述多个流动通道(50)中，并且被布置成邻近对应上游端(51)定位的第一孔组(58)、邻近对应下游端(53)定位的第二孔组(60)，以及第三孔组(66)；并且

所述分配器(70)形成将所述多个燃料供应导管(36)中的第一个与所述第一组燃料供给孔和所述第三组燃料供给孔(58；66)流体连接的第一燃料通路(62)，以及将所述多个燃料供应导管(38)中的第二个与所述第二组燃料供给孔(60)流体连接的第二燃料通路(68)。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器(26)，其中所述预混合器(48)包括多个流动引导结构(52)，所述多个流动引导结构限定所述多个流动通道(50)并且围绕所述纵向轴线周向分布；

其中所述多个流动引导结构(52)包括多个叶片(52)，并且所述第三组燃料供给孔(66)在所述多个叶片(52)内形成；

其中所述多个流动通道(50)被定向成使得所述上游端(51)径向向外定位，并且所述下游端(53)径向向内定位；

其中所述预混合器(48)还包括基部(47)，并且所述多个叶片(52)从所述基部(47)沿轴向突出，并且其中所述第一组燃料供给孔(58)和所述第二组(60)中的每一者都是在所述基部(47)中形成的。

3.根据权利要求1所述的燃料喷射器(26)，其中所述第三组燃料供给孔(66)具有轴向分布，所述第二组(60)具有在径向向内位置处的周向分布，并且所述第一组(58)具有在径向向外位置处的周向分布；

其中所述分配器(70)包括在所述纵向轴线的圆周上并且形成所述第一燃料通路(62)的外凹槽(72)，以及在所述纵向轴线的圆周上并且形成所述第二燃料通路(68)的内凹槽(74)。

4.根据权利要求1所述的燃料喷射器(26)，其中所述分配器(70)包括与所述气体燃料供应导管(40)中的一个联接的中央开口(78)，以及围绕所述中央开口(78)周向定位的多个空气入口(76)；

其中所述气体燃料供应导管(40)中的所述一个具有在其中形成的多个燃料通道(41、43)；

所述燃料喷射器(26)还包括引燃组件(103)，所述引燃组件与所述分配器(70)、所述预混合器(48)和所述喷嘴(44)联接，并且与所述气体燃料供应导管(36、38、40)中的所述一个流体连接。

5.一种燃料喷射器头组件(28)，包括：

预混合器(48)，所述预混合器被构造成与喷嘴(44)联接，并且限定多个流动通道(50)，每个所述流动通道在上游端(51)与下游端(53)之间延伸，所述上游端形成所述燃料喷射器头组件(28)中的开口，所述开口被构造成接收进入所述燃料喷射器头组件(28)的流入空气；

所述预混合器(48)还在其中形成有多个燃料供给孔(58、60、66)，所述多个燃料供给孔被定位成将燃料输送到所述多个流动通道(50)中，并且被布置成邻近对应上游端(51)定位的第一孔组(58)、邻近对应下游端(53)定位的第二孔组(60)，以及第三孔组(66)；以及

分配器(70)，所述分配器与所述预混合器(48)联接并且具有在其中形成的多个燃料入口(80、82、84)，所述分配器(70)形成将所述燃料入口(80)中的第一个与所述第一组燃料供给孔和所述第三组燃料供给孔(58；66)流体连接的第一燃料通路(62)，以及将所述燃料入口(82)中的第二个与所述第二组燃料供给孔(60)流体连接的第二燃料通路(68)。

6.根据权利要求5所述的组件(28)，其中所述第一组燃料供给孔(58)具有在径向向外位置处的周向分布，并且所述第二组燃料供给孔(60)具有在径向向内位置处的周向分布；

其中所述分配器(70)包括在所述纵向轴线的圆周上并且形成所述第一燃料通路(62)的外凹槽(72)，以及在所述纵向轴线的圆周上并且形成所述第二燃料通路(68)的内凹槽(74)；

其中所述流动通道(50)由多个流动引导结构(52)限定；以及其中所述多个流动引导结构(52)包括多个叶片(52)，并且所述第三组燃料供给孔(66)在所述多个叶片(52)内形成。

7.根据权利要求6所述的组件(28)，其中所述第三组燃料供给孔(66)的总流动面积大于所述第一组燃料供给孔或所述第二组燃料供给孔(58；60)中的任一者的总流动面积。

8.根据权利要求6所述的组件(28)，其中所述第一组燃料供给孔(58)的总流动面积大于所述第二组(60)的总流动面积。

9.一种在内燃机(10)中进行分级燃料输送的方法，包括：

将空气馈送道燃料喷射器(26)的预混合器(48)中的多个流动通道(50)；

将要在所述内燃机(10)中在所述预混合器(48)内的上游位置处燃烧的第一比例的气体燃料喷射到进入所述多个流动通道(50)中的空气流中；

将所述预混合器(48)内的下游位置的第二比例的所述气体燃料喷射到与在上游喷射的所述气体燃料混合的所述空气流中；

在所述预混合器(48)内的与所述上游和所述下游位置不同的第三位置处喷射第三比例的所述气体燃料；以及

将在所述上游位置、所述下游位置和所述第三位置处喷射的所述混合空气和气体燃料引导通过所述燃料喷射器(26)的喷嘴(44)并进入所述内燃机(10)的燃烧器(14)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述气体燃料的沃泊指数为约200BTU/scf或更低。