CN109555626A - 用于双燃料发动机的注射喷嘴和双燃料发动机 - Google Patents
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Abstract
一种用于双燃料发动机的汽缸(2)的注射喷嘴(23),其中,经由该注射喷嘴(23),可在液体燃料运行模式中将液体燃料和在气体燃料运行模式中将点燃流体引入到汽缸(2)的燃烧室(9)中,其中,该注射喷嘴(23)包括(注射)喷嘴主体(24),其具有第一注射孔(25)和第二注射孔(26)以及在该(注射)喷嘴主体(24)中可移动地引导的(注射)喷嘴针(27),其中,(注射)喷嘴针(27)与(注射)喷嘴主体(24)之间的相对位置确定了注射孔(25,26),经由其,可在液体燃料运行模式中将液体燃料和在气体燃料运行模式中将点燃流体引入到汽缸(2)的燃烧室(9)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于双燃料发动机的注射喷嘴(injection nozzle)且涉及一种双燃料发动机。
背景技术
从实践中已知双燃料发动机,在其中一方面可燃烧诸如柴油的液体的、可点燃的燃料,另一方面可燃烧诸如天然气的气态低可燃性的燃料。在双燃料发动机的气体模式中,通常将贫气体-空气混合物(lean gas-air mixture)引入到发动机的汽缸中并且由同样引入到汽缸中的点燃能量或点燃流体点燃。
在图1中示出了从现有技术中已知的双燃料发动机1的组件,其中,图1示出了这种双燃料发动机1的汽缸2。汽缸2包括汽缸盖(cylinder head)3。在汽缸2中,由连接杆5引导的活塞4上下移动。在汽缸盖3中安装有注射喷嘴6,通过其,液体燃料、尤其柴油燃料可经由燃料管路7从燃料泵8注射到汽缸2的燃烧室9中。注射喷嘴6、燃料管路7和燃料泵8是燃料供给装置的元件,其用于供给液体燃料到汽缸2的燃烧室9中。尤其当在双燃料发动机的汽缸2中在液体燃料运行模式中将液体燃料、尤其柴油作为燃料燃烧时,该燃料供给装置起作用。于是,为了燃烧液体燃料,可经由入口阀17将增压空气(charge air)另外引入到双燃料发动机1的相应的汽缸2中,其中,在燃料的燃烧期间产生的废气15可经由废气阀18从双燃料发动机1的相应的汽缸2排出。
在双燃料发动机1的汽缸2的燃烧室9中,气体可备选地在另一运行模式中作为燃料燃烧,在气体燃料运行模式中。为此,双燃料发动机1包括混合物形成单元20,在其中形成燃烧空气10和气体的混合物,所述气体经由气体供应管路21提供至混合物形成单元20,其中,该气体-空气混合物经由入口阀17引入到汽缸2的燃烧室9中。在气体的燃烧期间也产生废气15,其可经由废气阀18从汽缸2排出。可借助于点燃流体注射器13引入到汽缸2的另一燃烧室11中的点燃流体用于在双燃料发动机1的气体模式中点燃气体-空气混合物,其中,汽缸2的该另外的燃烧室11经由至少一个连接通道12联接到燃烧室9。备选地,点燃流体也可被直接引入燃烧室9中。在图1中所示的汽缸2的点燃流体注射器13是双燃料发动机1的点燃流体注射系统的一部分,其中,用于双燃料发动机1的每个汽缸2的点燃流体注射系统包括单独的点燃流体注射器13。点燃流体注射器13可经由从点燃流体注射系统的共同点燃流体存储单元22发出的点燃流体管路14来供应点燃流体,其中,点燃流体存储单元22分配有点燃流体供给泵16,其以点燃流体供应点燃流体存储单元22。点燃流体供给泵16可以是电运行的高压泵。点燃流体供给泵16分配有吸入节流阀(suction throttle)19。
因此,从实践中已知的双燃料发动机1一方面包括用于在双燃料发动机1的液体燃料模式中供给液体燃料的燃料供给装置,另一方面,从实践中已知的双燃料发动机1包括独立的点燃流体注射系统,以便在双燃料发动机1的气体燃料模式中将点燃流体引入到双燃料发动机1的汽缸2中,用于燃烧气态燃料。
因此,从实践中已知的双燃料发动机包括两个注射系统、即用于液体燃料的燃料供给装置和用于点燃流体的点燃流体注射系统。点燃流体典型地是液体燃料模式的液体燃料,其在气体燃料模式中可经由点燃燃料注射系统的相应的点燃流体注射器以相对小的量引入到相应的汽缸中。在从实践中已知的双燃料发动机中,用于液体燃料模式的燃料供给装置的注射喷嘴不适合于在气体燃料模式中供给这种少量的液体燃料。然后这就需要两个注射系统,并随其带来双燃料发动机的复杂构造。存在对于一种用于双燃料发动机的新注射喷嘴和一种具有更简单构造的双燃料发动机的需求。
发明内容
由此出发,本发明基于创造一种新型注射喷嘴和一种具有这种注射喷嘴的双燃料发动机的目的。
该目的通过根据权利要求1的注射喷嘴解决。通过根据本发明的注射喷嘴,在液体燃料运行模式中的液体燃料和在气体燃料运行模式中的点燃流体可引入到汽缸的燃烧室中,其中,注射喷嘴包括(注射)喷嘴主体,其具有第一注射孔和第二注射孔以及在(注射)喷嘴主体中可移动地引导的(注射)喷嘴针,其中,(注射)喷嘴针与(注射)喷嘴主体之间的相对位置确定了注射孔,经由其,液体燃料和点燃流体分别在液体燃料运行模式和气体燃料运行模式中可引入到汽缸的燃烧室中。这种注射喷嘴在液体燃料运行模式中可将液体燃料且在气体燃料运行模式中可将点燃液体以所需的精度引入到双燃料发动机的相应的汽缸中。于是不再需要两个注射系统。
根据另一有利的改进方案,在轴向方向上并因此在(注射)喷嘴针的位移方向上看到的第一注射孔离第二注射孔具有限定的距离,其中,在气体燃料运行模式中,(注射)喷嘴针开启第一注射孔并覆盖第二注射孔,并且其中,在液体燃料运行模式中,(注射)喷嘴针开启第一注射孔和第二注射孔。这种注射喷嘴可在液体燃料运行模式中将液体燃料并且在气体燃料运行模式中将点燃流体以所需的精度引入到双燃料发动机的相应的气缸中。于是不再需要两个注射系统。
优选地,第一注射孔具有比第二注射孔更小的注射孔横截面。这对于气体燃料运行模式是有利的,以便在气体燃料运行模式中将少量的点燃流体以高精度引入到双燃料发动机的相应的汽缸中。
根据另一改进方案,(注射)喷嘴针包括喷嘴锥形区段(nozzle cone section)和喷嘴滑块区段(nozzle slider section),其中,喷嘴锥形区段与(注射)喷嘴主体的第一区段相互作用,并且喷嘴滑块区段与(注射)喷嘴主体的第二区段相互作用,其包括第一注射孔和第二注射孔,以这样的方式,使得对于在气体燃料运行模式中的注射操作而言,喷嘴锥形区段从(注射)喷嘴主体的第一区段抬起,并且喷嘴滑块区段开启第一注射孔并覆盖第二注射孔,并且使得对于在气体燃料运行模式中的注射操作而言,喷嘴锥形区段也从(注射)喷嘴主体的第一区段抬起,并且喷嘴滑块区段开启第一注射孔和第二注射孔。尤其当喷嘴锥形区段抵靠(注射)喷嘴主体的第一区段时,注射喷嘴在注射操作之外不起作用。注射喷嘴的这种构造简单并且允许双燃料发动机在两种运行模式中的有效操作。
在权利要求10中限定了双燃料发动机。
附图说明
本发明的另外的优选改进方案从从属权利要求和以下描述中获得。本发明的示例性实施例通过附图更详细地解释,但不限于此。其中:
图1显示了根据现有技术的双燃料发动机的框图;
图2显示了在其第一状态中根据本发明的双燃料发动机的注射喷嘴;
图3显示了在其第二状态中图2的注射喷嘴;
图4显示了在其第三状态中图2,3的注射喷嘴;
图5显示了图2至4的注射喷嘴的(注射)喷嘴针的细节;以及
图6显示了用于图解说明图2至4的注射喷嘴的功能的图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于双燃料发动机的注射喷嘴以及一种双燃料发动机。在此所称呼的本领域技术人员熟悉双燃料发动机的基本构造,其已经参考图1详细解释。因此,在双燃料发动机的液体燃料模式中,将液体、可点燃燃料、诸如例如柴油燃料引入到发动机的汽缸中并在汽缸中燃烧。在气体燃料运行模式中,将气态燃料和本身低可点燃性的空气的混合物引入到双燃料发动机的汽缸中,并经由点燃流体点燃,其中,尤其液体燃料模式的液体燃料用作气体燃料模式中的点燃流体,但该液体燃料在气体燃料模式中以明显低于液体燃料模式中的量引入到汽缸的燃烧室中。
为了使之可能,从实践中已知的双燃料发动机包括两个独立的注射系统,即燃料注射系统,经由其,在液体燃料模式中将液体燃料以相对大的量引入到双燃料发动机的汽缸中;和点燃流体注射系统,经由其,在气体燃料模式中将点燃流体以相对小的量引入到汽缸中。
在此呈现的本发明涉及一种双燃料发动机的汽缸的注射喷嘴,经由其,可在液体燃料运行模式中将液体燃料和在气体燃料运行模式中将点燃流体引入到相应的汽缸2的燃烧室9中,从而因此不需要两个独立的注射系统。
图2至4借助于通过根据本发明的这种注射喷嘴23的片断(extract)示出了横截面,其中,图2至4中的注射喷嘴23在每种情况下以不同的状态示出。图2示出了在如下状态中的注射喷嘴23,在该状态中,没有燃料经由同一注射喷嘴被引入到相应的汽缸的燃烧室9中。图3示出了在如下状态中的注射喷嘴,在该状态中,尤其在气体燃料运行模式中,点燃流体经由同一注射喷嘴被引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。图4示出了在如下状态中的注射喷嘴,在该状态中,在液体燃料模式中,同一注射喷嘴将液体燃料引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。
根据本发明的注射喷嘴23包括(注射)喷嘴主体24,其中,(注射)喷嘴主体24在突出到汽缸2的燃烧室9中的区段24b上包括多个注射孔、即多个第一注射孔25和多个第二注射孔26。在所示优选示例性实施例中,第一注射孔25具有比第二注射孔26更小的注射孔横截面。
此外,根据本发明的注射喷嘴23包括在(注射)喷嘴主体24中可移动地引导的(注射)喷嘴针27。(注射)喷嘴针27与(注射)喷嘴主体24之间的相对位置确定了注射孔25,26,经由其,可在液体燃料运行模式中将液体燃料和在气体燃料运行模式中将点燃流体引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。
在图3中所示的阶段中,即在液体燃料模式的状态中,(注射)喷嘴针27在注射操作期间仅开启(注射)喷嘴主体24的第一注射孔25,从而在图3的相对位置中,在气体燃料模式中,点燃流体然后可经由第一注射孔25引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。在图4的状态中,(注射)喷嘴针27在注射操作期间另外还开启第二注射孔26,其中,在液体燃料运行模式中,液体燃料可经由第一注射孔25并且还经由第二注射孔26两者引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。
在(注射)喷嘴针27的轴向方向上、即在其纵向中心轴线28的方向上看,(注射)喷嘴针27相对于(注射)喷嘴主体24是可移动的。在此,(注射)喷嘴针27具有喷嘴锥形区段27a和喷嘴滑块区段27b。在此,在突出到燃烧室9中的(注射)喷嘴主体24的区段24b内引导喷嘴滑块区段27b,其中,取决于(注射)喷嘴针27相对于(注射)喷嘴主体24的相对位置,该喷嘴滑块区段27b仅开启第一注射孔25(见图2,3)或另外还开启第二注射孔26(见图4)。在此,喷嘴滑块区段27b具有外轮廓27,其在第二注射孔26的区域中与(注射)喷嘴主体24的区段24b的内轮廓30匹配,从而在(注射)喷嘴针27的喷嘴滑块区段27b与(注射)喷嘴主体24的区段24b的这些表面29,30之间提供密封效果。
如已经解释的那样,(注射)喷嘴针27还包括喷嘴锥形区段27a,其与跟随(注射)喷嘴主体的区段24b的(注射)喷嘴主体的区段24a相互作用,即以这样的方式,使得尤其当喷嘴锥形区段27a再次靠在或位于(注射)喷嘴主体24的区段24a上时,(注射)喷嘴针27密封地抵靠(注射)喷嘴主体24,从而无论如何没有燃料或点燃流体可流到注射孔25,26,从而于是在图2的状态中,注射喷嘴23不起作用并且无论如何不会将任何燃料或点燃流体引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。
为了将液体燃料和点燃燃料分别引入到相应的汽缸2的燃烧室9中以用于在液体燃料模式和气体燃料模式中的注射操作,(注射)喷嘴针27的喷嘴锥形区段27a从(注射)喷嘴主体24的区段24a抬起(见图3和4),从而液体燃料和点燃流体于是可经由(注射)喷嘴针27的喷嘴锥形区段27a在注射孔25,26的方向上流动、即在图3的状态中在第一注射孔25的方向上以及在图4的状态中在第一注射孔25的方向且还有第二注射孔26的方向两者上流动,它们在图4中的状态中由(注射)喷嘴针27的喷嘴滑块区段27b一起开启。
因此,根据本发明的注射喷嘴23包括多个注射孔25,26,即引入到(注射)喷嘴主体24的区段24b中的第一注射孔25和第二注射孔26。在轴向方向28上并因此在(注射)喷嘴针27的位移方向上看,第一注射孔25和第二注射孔26彼此间隔开。优选地,第一注射孔25和第二注射孔26具有不同的注射孔横截面。备选地或此外,第一注射孔24的数量也可能小于第二注射孔26的数量。
关于它们的几何形状、尤其关于它们的注射孔横截面和/或它们的数量,第一注射孔25设计用于气体燃料运行,以便在气体燃料模式中将相对少量的点燃流体经由同一注射孔25引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。关于它们的几何形状、尤其关于它们的注射孔横截面和/或它们的数量,第二注射孔26设计成在液体燃料模式中将液体燃料引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。
尤其当注射喷嘴23呈现图2的状态时、即当(注射)喷嘴针27的喷嘴锥形区段27a抵靠(注射)喷嘴主体24的区段24a时,喷嘴滑块区段27b开启第一注射孔25,但没有点燃流体或燃料可经由喷嘴锥形区段27a与(注射)喷嘴主体24的区段24a之间的密封座流动,从而于是在图2的状态中没有发生到相应的汽缸2的燃烧室9中的注射。
尤其当注射喷嘴23呈现图3的状态时,(注射)喷嘴针27的喷嘴锥形区段27a从(注射)喷嘴主体24的区段24a抬起,(注射)喷嘴针27的喷嘴滑块区段27b仅开启第一注射孔25但覆盖第二注射孔26。图3的状态尤其在气体燃料模式中用于将相对少量的点燃流体注射到相应的汽缸2的燃烧室中。在图4的状态中,喷嘴锥形区段27a再次从(注射)喷嘴主体24的区段24a抬起,然而喷嘴滑块区段27b开启两个注射孔,即第一注射孔25和还有第二注射孔26二者,从而在图4的状态中在液体燃料模式中的液体燃料可经由所有注射孔25,26引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。
从图2至5显而易见,(注射)喷嘴针27包括用于液体燃料和点燃流体的引导通道31。在径向外侧,这些引导通道31以第一端部单独终止于注射针27的喷嘴锥形区段27a与喷嘴滑块区段27b之间,并且在第二端部处,这些通道31在轴向外侧共同终止于喷嘴滑块区段27b上,即在(注射)喷嘴主体28的纵向中心轴线28延伸穿过其的区域中。借助于这些引导通道31,尤其当(注射)喷嘴针27的喷嘴锥形区段27a从(注射)喷嘴主体24的区段24a抬起时,液体燃料和点燃流体可从喷嘴滑块区段27的相对位置传导到注射孔25,26。
图6以图表图解说明了在注射操作或注射循环期间,借助于根据本发明的注射器23在一段时间内可引入到相应的汽缸2的燃烧室9中的注射量M。随着时间t,绘制了针对注射量M的两条不同曲线32,33,即,其中曲线32表示针对气体燃料模式的注射量,并且曲线33表示针对液体燃料模式的注射量。
相应的注射操作或注射循环在时间t0开始,其中,在时间t0之前,注射喷嘴23呈现图2的状态。在时间t0与时间t1之间,注射喷嘴23从图2的状态转换到图3的状态,其中,注射喷嘴23在气体燃料模式中呈现图3的状态直到时间t2,并且在时间t2与时间t3之间转换回到图2的状态。因此,在气体燃料模式中,根据曲线32的相对少量的点燃流体经由注射喷嘴23仅使用第一注射孔25引入到相应的汽缸2的燃烧室9中。
在液体燃料运行模式中,从图2的状态开始的注射喷嘴23经由图3的状态转换到图4的状态,即根据图6,以这样的方式,使得从图2的状态开始的在时间t0与t1之间的注射喷嘴23转换到图3的状态,并且保持这种状态直到时间t4。然后在时间t4与t5之间,从图3的状态开始的在液体燃料模式中的注射喷嘴23转换到图4的状态,从而在时间t5开始,液体燃料可经由所有注射孔25,26引入到相应的汽缸的燃烧室9中,其中,在时间t6与t8之间,朝向从图4的状态开始的相应的注射喷嘴23的相应的注射循环的端部,转换回到图2的状态,即在时间t6与t7之间,最初从图4的状态开始到图3的状态,并且随后在时间t7和t8之间,从图3的状态开始到图2的状态。因此,在时间t8,不再有液体燃料可引入到相应的汽缸2的燃烧室9中,因为在时间t8,(注射)喷嘴针27上的喷嘴锥形座27再次抵靠(注射)喷嘴主体24的区段24a。
利用根据本发明的注射喷嘴23,可将在气体燃料模式中的相对少量的点燃流体引入到双燃料发动机1的汽缸2的燃烧室9中。在液体燃料模式中,液体燃料可同样高质量地相对大量地引入到汽缸2的燃烧室9中。因此,同一个注射喷嘴23可因而在液体燃料模式中被用于引入液体燃料并且在气体燃料模式中被用于引入点燃流体,从而可省略用于液体燃料和点燃流体的单独的注射系统。因为这个,可简化双燃料发动机的构造。
Claims (10)
1.一种用于双燃料发动机(1)的汽缸(2)的注射喷嘴(23),其中,经由所述注射喷嘴(23),可在液体燃料运行模式中将液体燃料和在气体燃料运行模式中将点燃流体引入到所述汽缸的燃烧室(9)中,其中,所述注射喷嘴(23)包括(注射)喷嘴主体(24),其具有第一注射孔(25)和第二注射孔(26)以及在所述(注射)喷嘴主体(24)中可移动地引导的(注射)喷嘴针(27),其中,所述(注射)喷嘴针(27)与所述(注射)喷嘴主体(24)之间的相对位置确定了所述注射孔(25,26),经由其,可在所述液体燃料运行模式中将所述液体燃料和在所述气体燃料运行模式中将所述点燃流体引入到所述汽缸(2)的燃烧室(9)中。
2.根据权利要求1所述的注射喷嘴,其特征在于,在所述(注射)喷嘴针(27)的轴向方向上并因此在所述(注射)喷嘴针(27)的位移方向上看,所述第一注射孔(25)离所述第二注射孔(26)具有限定的距离。
3.根据权利要求1或2所述的注射喷嘴,其特征在于,在所述气体燃料运行模式中,所述(注射)喷嘴针(27)开启所述第一注射孔(25)并覆盖所述第二注射孔(26)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的注射喷嘴,其特征在于,在所述液体燃料运行模式中,所述(注射)喷嘴针(27)开启所述第一注射孔(25)和所述第二注射孔(26)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的注射喷嘴,其特征在于,所述第一注射孔(25)具有比所述第二注射孔(26)更小的注射孔横截面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的注射喷嘴,其特征在于,所述(注射)喷嘴针(27)包括喷嘴锥形区段(27a)和喷嘴滑块区段(27b),其中,所述喷嘴锥形区段(27a)与所述(注射)喷嘴主体(24)的第一区段(24a)相互作用,并且所述喷嘴滑块区段(27b)与所述(注射)喷嘴主体(24)的第二区段(24b)相互作用,其包括所述第一注射孔(25)和所述第二注射孔(26),以这样的方式,使得在所述气体燃料运行模式中,所述喷嘴锥形区段(27a)从所述(注射)喷嘴主体(24)的第一区段(24a)抬起,并且所述喷嘴滑块区段(27b)开启所述第一注射孔(25)且覆盖所述第二注射孔(26),并且使得在所述气体燃料运行模式中,所述喷嘴锥形区段(27a)从所述(注射)喷嘴主体(24)的第一区段(24a)抬起,并且所述喷嘴滑块区段(27b)开启所述第一注射孔(25)和所述第二注射孔(26)。
7.根据权利要求6所述的注射喷嘴,其特征在于,尤其当所述喷嘴锥形区段(27a)抵靠所述(注射)喷嘴主体(24)的第一区段(24a)时,所述注射喷嘴不起作用。
8.根据权利要求6或7所述的注射喷嘴,其特征在于,所述(注射)喷嘴针(27)包括用于所述液体燃料和所述点燃流体的引导通道(31)。
9.根据权利要求6所述的注射喷嘴,其特征在于,在第一端部处,在径向外侧,所述引导通道(31)单独终止或开始于所述喷嘴锥形区段(27a)与所述喷嘴滑块区段(27b)之间,并且在第二端部处,在轴向外侧,共同终止或开始于所述喷嘴滑块区段(27b)上。
10.一种双燃料发动机,其中,在所述双燃料发动机的液体燃料运行模式中,为了燃烧液体燃料能够将该液体燃料供给至至少一个汽缸(2)的燃烧室(9),并且其中,在所述双燃料发动机的气体燃料运行模式中,一方面为了燃烧气态燃料能够将该气态燃料供给至所述或每个汽缸(2)的燃烧室(9),且另一方面能够将点燃流体供给至所述燃烧室用于点燃所述气态燃料,其特征在于燃料供给装置,其对于相应的汽缸(2)包括根据权利要求1至9中任一项所述的注射喷嘴(23),经由该注射喷嘴能够在所述液体燃料运行模式中将所述液体燃料和此外在所述气体燃料运行模式中将所述点燃流体引入到相应的汽缸(2)的燃烧室(9)中。
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