雙燃料共軌系統(tǒng)和燃料噴射器的制造方法
【專利摘要】一種雙燃料系統(tǒng)(10)包括多個燃料噴射器(12)，每個燃料噴射器都具有非噴射構型、液體燃料噴射構型、氣體燃料噴射構型和組合燃料噴射構型。每個燃料噴射器(12)都包括帶有限定出從液體燃料入口(33)到排出口(77)的泄漏路徑(148)的一部分的引導部段(141)的液體控制閥部件(140)和帶有限定出從液體燃料入口(33)到排出口(77)的第二泄漏路徑(168)的引導部段(141)的氣體控制閥部件(160)。每個噴射器體部(70)都包括限定出液體噴嘴出口組(90)和氣體噴嘴出口組(99)兩者的末端構件(71)。雙螺線管致動器(100)具有聯(lián)結到液體控制閥部件(140)的第一銜鐵(107)、聯(lián)結到氣體控制閥部件(160)的第二銜鐵(108)、和共用的定子(103)。
【專利說明】雙燃料共軌系統(tǒng)和燃料噴射器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及雙燃料發(fā)動機，并且更特別地涉及用于分別用氣體燃料和液體燃料為發(fā)動機供給燃料的雙燃料共軌系統(tǒng)的燃料噴射器。
【背景技術】
[0002]已知氣體燃料發(fā)動機相對于它們對應的壓燃式發(fā)動機具有清潔燃燒的能力。然而，還眾所周知的是氣體燃料難以實現(xiàn)成功點燃。一些氣體燃料發(fā)動機利用火花塞，而其它發(fā)動機則已知為利用少量被壓縮點燃的餾出柴油燃料以進而點燃更大充量(charge)的氣體燃料。美國專利7，373，931教導了一種雙燃料發(fā)動機，該雙燃料發(fā)動機利用少量壓燃的餾出柴油燃料來點燃更大充量的氣體燃料。該文獻教導了使用帶有嵌套式針型閥部件的燃料噴射器以有利于將氣體和液體兩種燃料從同一噴射器噴射到各個發(fā)動機氣缸內。然而，該噴射器的結構會引起各燃料之間的交叉泄漏、燃料向發(fā)動機氣缸內的泄漏以及疊加的公差，所述疊加的公差在燃料噴射器批量制造時可能引起大幅的性能變化。此外，該噴射器結構固有地根據(jù)燃料是單獨噴射還是同時噴射而要求不同的噴射模式。
[0003]本發(fā)明針對上述的一個或多個問題。

【發(fā)明內容】

[0004]一種雙燃料噴射器包括噴射器體部，該噴射器體部限定出第一噴嘴出口組、第一燃料入口、第二噴嘴出口組、第二燃料入口和排出口。噴射器體部中配置有與第一燃料入口流體連接的第一噴嘴室、與第二燃料入口流體連接的第二噴嘴室、與第一燃料入口流體連接的第一控制室和與第一燃料入口流體連接的第二控制室。第一控制閥部件在噴射器體部中被引導成在與第一閥座接觸以關閉第一控制室和排出口之間的第一流體連接的第一位置和脫開與第一閥座的接觸以開啟第一流體連接的第二位置之間移動。第一控制閥部件包括將第一高壓區(qū)域與第一低壓區(qū)域分離開的第一引導部段。第二控制閥部件在噴射器體部中被引導成在與第二閥座接觸以關閉第二控制室和排出口之間的第二流體連接的第一位置和脫開與第二閥座的接觸以開啟第二流體連接的第二位置之間移動。第二控制閥部件包括將第二高壓區(qū)域與第二低壓區(qū)域分離開的第二引導部段。帶有第一銜鐵的第一螺線管致動器可操作地聯(lián)結到第一控制閥部件，且?guī)в械诙曡F的第二螺線管致動器可操作地聯(lián)結到第二控制閥部件。第一控制閥部件、第二控制閥部件、第一銜鐵和第二銜鐵沿共同中心線移動。
[0005]在另一方面,一種雙燃料系統(tǒng)包括多個燃料噴射器，所述燃料噴射器具有非噴射構型、液體燃料噴射構型、氣體燃料噴射構型和組合燃料噴射構型。每個燃料噴射器都具有液體燃料入口、氣體燃料入口和排出口。氣體燃料共軌與每個燃料噴射器的氣體燃料入口流體連接，且液體燃料共軌與每個燃料噴射器的液體燃料入口流體連接。每個燃料噴射器都包括帶有在噴射器體部中被引導成沿共同中心線移動的引導部段的液體控制閥部件，且引導部段限定出從液體燃料入口到排出口的第一泄漏路徑的一部分。每個燃料噴射器都包括帶有在噴射器體部中被引導成沿共同中心線移動的引導部段的氣體控制閥部件，且引導部段限定出從液體燃料入口到排出口的第二泄漏路徑的一部分。噴射器體部包括限定出液體噴嘴出口組和氣體噴嘴出口組的末端構件。雙螺線管致動器具有沿共同中心線可操作地聯(lián)結到液體控制閥部件的第一銜鐵、沿共同中心線可操作地聯(lián)結到氣體控制閥部件的第二銜鐵、和共用的定子。
[0006]在又一方面，一種操作雙燃料系統(tǒng)的方法包括在發(fā)動機循環(huán)中將氣體燃料和液體燃料分別經(jīng)燃料噴射器的氣體噴嘴出口組和液體噴嘴出口組噴射到發(fā)動機氣缸內。液體燃料是壓縮點燃的。噴射步驟包括使第一銜鐵、第二銜鐵、液體控制閥部件和氣體控制閥部件沿共同中心線移動。液體燃料從液體燃料入口沿第一泄漏路徑泄漏到燃料噴射器的排出口，所述第一泄漏路徑部分地由液體控制閥部件和噴射器體部之間的引導間隙限定。液體燃料也從液體燃料入口沿第二泄漏路徑泄漏到排出口，所述第二泄漏路徑部分地由氣體控制閥部件和噴射器體部之間的引導間隙限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機和雙燃料共軌系統(tǒng)的示意圖；
[0008]圖2是圖1的雙燃料系統(tǒng)的一部分的側視剖視圖；
[0009]圖3是圖1的燃料噴射器之一的頂部的剖視側視圖；
[0010]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一方面的燃料噴射器的底部的剖視側視圖；
[0011]圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的燃料噴射器的剖面?zhèn)纫暤撞恳晥D；以及
[0012]圖6是示出當在雙燃料供給模式和應急運行(跛行，limp home)模式下操作時圖1的雙燃料系統(tǒng)的控制閥位置、氣體和液體燃料軌壓和噴射率與時間的關系的一系列曲線圖。
【具體實施方式】
[0013]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機5采用雙燃料共軌系統(tǒng)10。發(fā)動機5包括限定有多個氣缸7的發(fā)動機殼體6，圖中僅示出一個氣缸。雙燃料系統(tǒng)10包括多個燃料噴射器12 (僅示出一個)，每個燃料噴射器都包括帶末端構件71的噴射器體部70，所述末端構件71安設成在每個發(fā)動機循環(huán)內將氣體燃料和/或液體燃料直接噴射到其中一個發(fā)動機氣缸7內。雙燃料系統(tǒng)10可包括多個外管40和內管50，每個管都在管軸(空心軸，quill) 30和燃料噴射器12之一之間延伸到發(fā)動機殼體6內。每個內管50都被壓擠在相關的管軸30上的錐形座和燃料噴射器12之一上的錐形座之間。因此，每個發(fā)動機氣缸7都具有一個相關的燃料噴射器12、一個外管40、一個內管50和一個管軸30。雙燃料系統(tǒng)10包括氣體燃料共軌16，該氣體燃料共軌經(jīng)管軸30之一和限定于內管50與外管40之間的外通路49與各個燃料噴射器12流體連接。液體燃料共軌14經(jīng)管軸30之一和由內管50限定出的內通路51與各個燃料噴射器12流體連接。
[0014]電子控制器15與各個燃料噴射器12控制通信，以選擇性地控制氣體和液體兩種燃料噴射事件(噴射動作)的正時和量。電子控制器15還與可操作地聯(lián)結成控制氣體燃料共軌16中的壓力的氣體壓力控制裝置20控制通信，而且還與可操作地聯(lián)結成控制液體燃料共軌14中的壓力的液體壓力控制裝置22控制通信。雖然單獨的氣體如甲烷、丙烷等在本發(fā)明的范圍內，但包含多種氣體的混合物的天然氣特別適用于本發(fā)明。此外，針對在發(fā)動機5的壓縮比進行壓縮點燃的能力選擇液體燃料。例如，液體燃料可以是餾出柴油燃料或適合于壓縮點燃以進而點燃其中一個發(fā)動機氣缸7中的一定充量的氣體燃料的某種其它液體燃料。
[0015]在所示的實施例中，天然氣在低溫液化天然氣罐21中維持為液態(tài)?？勺兣帕康蜏乇糜呻娮涌刂破?5控制成泵送液化天然氣通過過濾器和熱交換器，以膨脹成保持在蓄集器中的氣體。根據(jù)本發(fā)明的氣體壓力控制裝置20可包括電子控制閥，所述電子控制閥將受控量的氣體燃料從供給側(蓄集器)供給到氣體燃料共軌16。當發(fā)動機5安裝在諸如礦用卡車等的移動式機器上時，所述的這種天然氣供給策略特別適合。另一方面，如果發(fā)動機5是固定不動的，則氣體壓力控制裝置可連接到可用天然氣源，然后以由電子控制器15控制成維持軌道16中的期望壓力的方式被調節(jié)和/或壓縮并供給到氣體燃料共軌16。
[0016]向液體燃料共軌14的液體燃料供給開始于罐23。在所示的實施例中，液體燃料壓力控制裝置22包括本領域中公知類型的高壓共軌燃料泵，其輸出可由電子控制器15控制成維持液體共軌14中的一定期望壓力。其它替換方案可包括固定排量泵和使一定量的燃料返回罐23以便控制液體燃料共軌14中的壓力的軌壓控制閥。任何這些和其它已知的替換策略都落入本發(fā)明的預期范圍內。
[0017]在發(fā)動機5用于移動式機器中的情況下，本發(fā)明設想液化天然氣罐21的容量比餾出柴油燃料罐23大(容積可大65% )，以便適應當在標準的雙燃料供給構型中操作時兩個罐的預期消耗比率，在所述標準的雙燃料供給構型中，輸送到發(fā)動機5的燃料以質量計可能超過90%的形式是天然氣且小于10%的形式是餾出柴油燃料。罐21和23的這種大小差異還考慮了各種液體的密度以及兩種燃料的不同熱值，并且考慮了天然氣作為液體儲存但作為氣體噴射而餾出柴油燃料作為液體儲存并噴射到發(fā)動機5中的事實。當在與標準操作對應的雙燃料供給模式下操作時，電子控制器15包括配置成與小的壓差對應地將氣體燃料共軌維持在中低壓并將液體燃料共軌14維持在中高壓的雙燃料控制算法。如果發(fā)動機5在應急運行單燃料供給模式下運轉，則電子控制器15可包括配置成與大的壓差對應地將氣體燃料共軌16維持在低壓并將液體共軌14維持在高壓的單燃料控制算法。為了清楚起見，所認定的高壓大于中高壓，中高壓大于中低壓，中低壓大于低壓。
[0018]參照圖2，雙燃料共軌系統(tǒng)10可包括使各個燃料噴射器12都分別與液體共軌14和氣體共軌16流體連接的共軸管軸組件118。雖然本發(fā)明的構思可適用于用于不同類型發(fā)動機的各種燃料，但所示的實施例特別適合于利用供壓縮點燃的餾出柴油燃料的氣體燃料發(fā)動機。換言之，與雙燃料共軌系統(tǒng)10相關的發(fā)動機可主要燃燒從第二共軌16供給的液化天然氣，并且在燃燒事件期間是通過壓縮點燃來自共軌14的較小充量的餾出柴油燃料來點燃發(fā)動機燃燒空間中的該液化天然氣充量的。
[0019]共軸管軸組件118包括至少部分地定位在套體(block) 120中的管軸30。該管軸包括在與第一共軌14流體連接的第一燃料入口 33和第一燃料出口 34之間延伸的第一燃料通路32。管軸30還限定有在與第二共軌16流體連接的第二燃料入口 36和第二燃料出口 37之間延伸的第二燃料通路35。利用已知的硬件(例如，配接件)和技術來使管軸30與軌道14和16流體連接。來自第一共軌14的燃料經(jīng)內管50經(jīng)由內通路51移動通過發(fā)動機殼體6(發(fā)動機缸蓋)，而來自第二共軌16的燃料在限定于內管50和外管40之間的外通路49中移動到燃料噴射器12。內管50可為本領域技術人員熟悉的結構，因為內管50包括被壓擠在管軸30的錐形座38和燃料噴射器12的內錐形座55之間的圓形或錐形端部。因此，內管50內的流體通路51在管軸30的第一燃料出口 34和燃料噴射器12的內燃料入口 57之間延伸?？刹慌c內管50接觸的外管40具有比內管50的外徑大的內徑，以便限定出在一個端部向管軸30的第二燃料出口 37開口且在另一個端部向燃料噴射器12的外燃料入口 48開口的長形外通路49。外管40包括被壓擠成與燃料噴射器12的外錐形座46密封接觸的圓形或錐形端部。外燃料入口 48在管40的內徑與內管50的外表面之間開口。因此，燃料噴射器12限定出同心地包圍內錐形座55的外錐形座46。此外，燃料噴射器12包括由內錐形座55和外錐形座46包圍的內燃料入口 57，以及位于內錐形座55和外錐形座46之間的外燃料入口 48。
[0020]外管40被壓擠在管軸30和燃料噴射器12之間。具體地，外管40包括與外錐形座46密封接觸的圓形或錐形端部和接納在由管軸30限定出的孔中的相對端部。外管40的一個端部41經(jīng)由位于外管40和管軸30之間的空間45中的O形圈80密封。O形圈80由襯環(huán)86克服來自第二共軌16的壓力保持就位，所述襯環(huán)86由螺接于管軸30的罩帽87保持就位。外管40通過由包括與載荷臺肩42接觸的接觸面64的壓縮載荷調節(jié)器60施加在載荷臺肩42上的軸向力壓擠在燃料噴射器12的外座46上。壓縮載荷調節(jié)器60包括與由套體120的基部121限定出的一組內螺紋匹配的外螺紋65并且包括位于套體120的中空內部124中的工具接合面62，以有利于調節(jié)外管40上的壓縮載荷。因此，通過使用壓縮載荷調節(jié)器60將外管40上的壓縮載荷設定為高于預定閾值以有利于外錐形座46處的密封并通過用O形圈80密封另一個端部來抑制第二燃料從共軌16向大氣的泄漏。
[0021]包括與由套體120的基部121限定出的內螺紋匹配的螺紋68的分開的載荷調節(jié)器66有利于在內管50的相對兩端處的密封。載荷調節(jié)器66包括位于套體20外側的工具接合面67，該工具接合面67有利于壓縮載荷調節(jié)器66沿共同中心線54的移動。換言之，壓縮載荷調節(jié)器66沿共同中心線54推靠在管軸30上，以將內管50壓擠在管軸30的錐形座38和燃料噴射器12的錐形座55之間。由于外管40的一個端部41可在管軸30內滑動，故內管50和外管40上相應的壓縮載荷可被獨立地調節(jié)，以更好地確保在所有錐形座38、55和46處的適當密封。因此，通過使用壓縮載荷調節(jié)器66將內管50上的壓縮載荷設定為高于預定閾值來抑制源自共軌14的第一燃料泄漏到第二燃料中。此外，來自共軌16的第二燃料泄漏到來自共軌14的第一燃料中可包括將共軌14中的壓力設定成高于共軌16中的壓力。外管40、內管50、壓縮載荷調節(jié)器60、壓縮載荷調節(jié)器66、錐形座38、內錐形座55和外錐形座46全部共用共同中心線54。除關于附圖所述的密封策略以外的用于內管50和外管40中的一者或兩者的其它密封策略也落入本發(fā)明的預期范圍內。
[0022]如圖所示，管軸30可至少部分地位于套體120內，所述套體120包括基部121和可通過多個緊固件126附裝到基部121上的罩蓋122?；?21可包括有利于經(jīng)由螺栓128將套體120附裝到發(fā)動機缸蓋(缸體6)上的凸緣。如圖中所示，管軸30的第一燃料入口33和第二燃料入口 36可位于套體120外側。可包括墊片127，以調節(jié)錐形座38與錐形座57之間的距離，從而補償燃料系統(tǒng)和發(fā)動機構件中的幾何公差。經(jīng)O形圈80泄漏到套體120的中空內部124中的任何第二燃料可經(jīng)由通氣口 123向大氣排出。因而，在共軌16中的燃料不是處于大氣壓的氣體的情況下可免去通氣口 123。除通氣口 123外，中空內部24可經(jīng)由與管軸30和套體120接觸并包圍第一燃料通路32的O形圈81基本上封閉。此外，第二 O形圈82可與管軸30和套體120接觸，并包圍第二燃料通路35。因此，通氣口 123在套體120的中空內部124和暴露于大氣的外表面125之間延伸。
[0023]共軸管軸組件118還可包括凸緣83、套環(huán)85和螺栓84，以有利于管軸30與共軌14之間的密封流體連接。雖然共軸管軸組件118被示出為包括分開的套體120和管軸30，但本領域技術人員應了解，這兩個構件的功能和結構可合并為單個構件而不脫離本發(fā)明。
[0024]現(xiàn)參照圖3-5，每個燃料噴射器12都包括兩個控制閥，所述控制閥經(jīng)由與電子控制器15控制通信的相應電動致動器被個別地致動。這樣，每個燃料噴射器12都可視為具有非噴射構型、液體燃料噴射構型、氣體燃料噴射構型和組合燃料噴射構型。在所示的實施例中，所述兩個控制閥都是開啟和關閉通往低壓排出口 77的相應通路的三通閥。如圖1所示，排出口 77經(jīng)由排出回流管路24與罐23流體連接。因此，本領域技術人員將認識到，以本領域公知的方式使用液體燃料作為液壓介質來執(zhí)行燃料噴射器12的所有控制功能。圖4和圖5示出燃料噴射器12的底部的兩種不同形式。圖4示出燃料噴射器具有同心的氣體噴嘴出口組90a和液體燃料噴嘴出口組96a的形式，而圖5示出氣體噴嘴出口組90b與液體燃料噴嘴出口組96b并排布置的構型。使用相同的標號來識別兩種不同燃料噴射器形式中的相同特征，但標號在圖4的雙同心構型的情形中包括“a”，而在圖5的并置形式的情形中包括標記“b”。在兩種形式中，相應的氣體針型閥部件73和液體針型閥部件76在不同位置座靠在噴射器體部70的同一末端構件71上。因此,在圖4的實施例中,氣體和液體針型閥部件73a、76a沿共同中心線13a移動，而在圖5的形式中，氣體和液體針型閥部件73b、76b與共同中心線13b平行但偏離地移動。
[0025]通過使與電子控制器15控制通信的第一螺線管致動器101通電和斷電來控制液體燃料噴射事件。第一螺線管致動器101包括線圈105和通過推桿142沿共同中心線13可操作地聯(lián)結到液體控制閥部件140的第一銜鐵107。液體控制閥部件140可被限制成根據(jù)螺線管致動器101的通電狀態(tài)在第一閥座145和第二閥座146之間移動。當螺線管致動器101斷電時，液體閥部件140被向上偏壓成與閥座145接觸而關閉液體控制室95和排出口 77之間的流體連接。當處于該位置時，液體控制閥部件140不與閥座146的接觸而開啟液體控制室95和高壓區(qū)域144之間的流體連接，所述高壓區(qū)域144經(jīng)由圖3中不可見的通路與液體燃料入口 57(圖2)流體連接。
[0026]在所示的實施例中，閥座145是形成在由更適合承受來自液體閥部件140的反復沖擊的硬化材料制成的板154的表面上的平的閥座。下閥座146可形成在包括接納液體閥部件140的引導部段141的引導孔并且可在其頂面與板154接觸的引導件150上。引導部段141部分地限定出將高壓區(qū)域144與低壓區(qū)域143分離開的引導間隙149。換言之，高壓區(qū)域144經(jīng)由未示出的通路與液體燃料入口 57(圖2)流體連接，而低壓區(qū)域143也經(jīng)由圖3的剖視圖中不可見的通路與排出口 77流體連接。高壓區(qū)域144和低壓區(qū)域143之間的壓力梯度提供將液體燃料入口 57與排出口 77流體連接的泄漏路徑。在所示的實施例中，第一閥座145被示出為平的閥座，而第二閥座146被示出為錐形的閥座，但本領域技術人員應了解，該組合可顛倒或者兩個閥座都可以是平的或錐形的或任何其它變換而不脫離本發(fā)明。
[0027]當?shù)谝宦菥€管致動器101通電時，銜鐵107被吸向線圈105，從而使推桿142向下移動而將液體控制閥部件140從與閥座145接觸的位置向下推動到與閥座146接觸的位置。當此發(fā)生時，液體控制室95和排出口 77之間的流體連接開啟，使液體控制室95內的壓力下降，從而允許液體針型閥部件76向上移動到打開位置以開始液體噴射事件。液體噴射事件如此結束:使第一螺線管致動器101斷電以允許彈簧將液體控制閥部件140從與錐形的閥座146接觸向上推動至與平的閥座145接觸，從而關閉液體控制室95和排出口 77之間的流體連接并且開啟液體控制室95和高壓空間144之間的流體連接。這使得液體控制室95內的壓力上升以幫助向下推動液體針型閥部件76而關閉液體噴嘴出口組96，從而結束液體噴射事件。本領域技術人員應了解，盡管液體控制閥部件140的移動可用于改變液體控制室95內的壓力，但液體噴嘴室99通過其經(jīng)由液體噴嘴供給通路98與液體共軌14的不受阻礙的流體連接而始終處于液體軌壓。
[0028]盡管不是必要的，但液體控制室95也可經(jīng)由Z孔口 112始終與液體噴嘴供給通路98及由此液體共軌14流體連接。因此，當?shù)谝宦菥€管致動器101斷電時，液體控制室95可借道高壓區(qū)域144、經(jīng)錐形的座146并通過壓力通路147以及經(jīng)由液體噴嘴供給通路98和Z孔口 112并行地與高壓液體燃料入口 57流體連接。如上所述，這兩個通路中的一個通路一也就是包括壓力通路147的通路一在螺線管致動器101通電以使液體控制閥部件140從與平的閥座145接觸向下移動成與錐形的閥座146接觸時關閉。當螺線管致動器101再次斷電時，超程(over travel)特征可允許銜鐵107和推桿142在液體控制閥部件140已與平的閥座145接觸之后繼續(xù)向上移動，以抑制閥跳動和可能的、非期望的二次噴射。短時間后，推桿142將恢復與液體控制閥部件140接觸，從而使燃料噴射器12返回重置構型以準備后續(xù)的液體燃料噴射事件。
[0029]氣體噴射事件通過使第二螺線管致動器102通電和斷電以使氣體控制閥部件160在與第一閥座165接觸和與第二閥座166接觸之間移動而被控制。第二螺線管致動器包括線圈106，該線圈106可通電以使銜鐵108移動，所述銜鐵108可附裝成隨氣體控制閥部件160移動。第一螺線管致動器101和第二螺線管致動器102可共同被視為雙螺線管致動器100，其中每個螺線管致動器101、102都包括單獨的線圈105、106，但在它們的結構中采用共用的定子103。當?shù)诙菥€管致動器102斷電時，銜鐵108和氣體控制閥部件160可被向下偏壓到氣體控制閥部件160與第一閥座165接觸的位置以開啟高壓區(qū)域164和氣體控制室92之間經(jīng)由壓力通路167的流體連接。當處于該位置時，高壓占主導并且氣體控制室92和氣體控制閥部件73將朝關閉氣體噴嘴出口組90的位置被向下偏壓。
[0030]當?shù)诙菥€管致動器102通電時，銜鐵108和氣體控制閥部件160移動成與第一閥座165分開而與第二閥座166接觸，以開啟氣體控制室92和排出口 77之間經(jīng)由推桿142和噴射器體部70之間的大間隙的流體連接。這允許氣體控制室92中的壓力下降，從而允許氣體針型閥部件73向上提升以開啟氣體噴嘴出口組90，從而開始氣體噴射事件。氣體噴射事件可如此結束:使第二螺線管致動器102斷電以使得氣體控制閥部件160向下移動成與第二閥座166分開而重新與第一閥座165接觸，以關閉氣體控制室92和排出口 77之間的流體連接，并且再開啟高壓區(qū)域164和氣體控制室92之間經(jīng)由壓力通路167的流體連接。盡管不是必要的，但第一閥座165可以是形成在由耐受來自氣體控制閥部件160的反復沖擊的適當材料制成的板159上的平的閥座。第二閥座166可以是形成在引導件155上的錐形的閥座，所述引導件155是噴射器體部170的一部分。因此，氣體控制閥部件160可視為被限制成在平的閥座165和錐形的閥座166之間移動。然而，本領域技術人員應了解，所述閥座的形狀可顛倒或者兩個閥座都可以是平的或錐形的或某種其它變換而不脫離本發(fā)明。
[0031]引導件155和引導件157限定出接納氣體控制閥部件160的引導部段161的引導孔156。引導部段161部分地限定出將高壓區(qū)域164與低壓區(qū)域163分離開的引導間隙169。因此，引導間隙169中存在壓力梯度。高壓區(qū)域164可經(jīng)由圖3的剖視圖中未示出的通路與液體燃料入口 57(圖2)流體連接。低壓區(qū)域163也可經(jīng)由圖3的剖視圖中不可見的通路與排出口 77流體連接。因此，引導間隙169提供液體燃料入口 57與排出口 77之間的第二泄漏路徑。
[0032]盡管不是必要的，但氣體控制室92也可經(jīng)由Z孔口 113始終與液體燃料入口 57流體連接，所述Z孔口 113經(jīng)由圖3-5的剖視圖中不可見的通路與液體噴嘴供給通路98流體連接。因此，當?shù)诙菥€管致動器102斷電時，氣體控制室92可經(jīng)兩個并行的通路與液體燃料入口 57流體連接，第一通路包括Z孔口 113，而第二通路包括壓力通路167和高壓區(qū)域164。這兩個通路中的一個通路在第二螺線管致動器102通電以使液體控制閥部件160移動到與錐形的閥座166接觸的位置時關閉，以關閉與高壓區(qū)域164的流體連接。氣體噴嘴室91 (圖4和5)經(jīng)由圖3-5的剖視圖中不可見的通路始終與氣體噴嘴供給通路97及由此氣體燃料入口 48(圖2)流體連接。
[0033]當燃料噴射器12處于非噴射構型時，兩個螺線管致動器101和102都將斷電。當處于液體燃料噴射構型時，第一螺線管致動器101將通電，但第二螺線管致動器102將保持斷電。在氣體燃料噴射事件期間，第一螺線管致動器101保持斷電，而第二螺線管致動器102變成通電。在組合噴射事件期間，兩個螺線管致動器101和102將通電。這些構型中的每個構型都包括如上所述的銜鐵107和108的定位、控制閥部件140和160的定位以及針型閥部件76和73的定位。在本結構中，液體控制閥部件140、氣體控制閥部件160、第一銜鐵107和第二銜鐵108全都沿共同中心線13移動，以有利于液體燃料和氣體燃料噴射事件。
[0034]為了更好地有利于制造和組裝的便易性，引導件150和板154可以是構成噴射器體部70的一部分的噴射器組件的部分，使得在組裝噴射器體部70時這些構件以已知的方式被壓緊在一起。另一方面，板159、引導件155和引導件157也可視為噴射器體部70的一部分，但可接納在一腔室中并利用螺母158被壓緊在一起，如圖3中最佳所示。盡管這些結構不是必要的，但它們可輔助制造和組裝。此外，盡管不是必要的，但壓力通路147和167的大部分長度可平行于共同中心線13延伸，與穿過噴射器體部70以不定的角度傾斜的通道相比再次潛在地降低了與制造有關的成本。壓力通路147在液體控制室95與液體控制閥部件140之間延伸并且可具有任何適當?shù)娜∠蚧蜷L度而不脫離本發(fā)明。此外，在氣體控制室92和氣體控制閥部件160之間延伸的壓力通路167也可具有任何適當?shù)拈L度和取向而不脫離本發(fā)明。
[0035]在燃料噴射器12的兩種形式中，氣體針型閥部件73完全位于具有引導面75的噴射器體部70的內部，所述引導面75在氣體控制室92和氣體噴嘴室91之間在噴射器體部70的引導構件72中延伸。氣體噴嘴室91始終與氣體燃料共軌16流體連接，并且因此處于與氣體燃料共軌16大致相同的壓力。氣體針型閥部件73的引導部段74和引導構件72限定出經(jīng)由分支通路始終與液體共軌14流體連接的環(huán)形容積94的一部分，所述分支通路與液體噴嘴供給通路98流體連接。該結構可由于液體共軌14通常處于比氣體共軌16高的壓力而有助于維持引導間隙93中的潤滑性。
[0036]工業(yè)話用件
[0037]本發(fā)明的雙燃料共軌系統(tǒng)10 —般適用于在相關發(fā)動機的燃燒空間中利用兩種燃料的任何發(fā)動機。這兩種燃料可以是處于兩種不同壓力下的相同燃料，或者可如所示的實施例中那樣是不同的燃料。盡管本發(fā)明可適用于利用適當燃料的火花點火式發(fā)動機，但本發(fā)明特別適用于利用經(jīng)由源自共軌14的小充量餾出柴油燃料的壓縮點燃來點燃的較大充量的天然氣的氣體燃料發(fā)動機。本發(fā)明的同軸管軸組件118可有利于兩種燃料經(jīng)由穿過與發(fā)動機5的每個燃料噴射器12相關的發(fā)動機缸蓋的單個孔移動到安裝在發(fā)動機5的缸蓋6中的燃料噴射器12。這種策略保留了發(fā)動機中和發(fā)動機周圍的寶貴空間，并且還可有利于改裝應用。
[0038]通過采用與發(fā)動機缸蓋的外表面螺栓連接的套體120，可利用分開的載荷調節(jié)器60和66來獨立地將內管50和外管40分別裝載到燃料噴射器12的錐形座57和46上，以抑制燃料之間的燃料泄漏并抑制燃料泄漏到燃料噴射器12外側的大氣，同時考慮了與各個燃料噴射器流體連接相關的略微尺寸差異。
[0039]當操作時，處于第一壓力下的第一燃料(餾出柴油)從第一共軌14移動通過第一燃料通路32、通過內管50并進入燃料噴射器12。處于第二壓力下的氣體燃料從氣體共軌16移動通過第二燃料通路35、通過外管40和內管50之間的外通路49并進入燃料噴射器
12?？赏ㄟ^將液體共軌14中的壓力設定為中高壓(可為約40MPa)并且將氣體共軌16中的壓力設定為更低的中低壓(可為約35MPa)來抑制氣體燃料向液體燃料的泄漏。(抑制)液體燃料向氣體燃料中的泄漏包括使用壓縮載荷調節(jié)器66將內管50上的壓縮載荷設定成高于第一預定閾值，以在管50的兩個端部上產(chǎn)生適當?shù)拿芊饬??？赏ㄟ^使用第二載荷調節(jié)器60將外管40上的壓縮載荷設定成高于第二預定閾值以在外管40和燃料噴射器12之間形成密封來抑制第二燃料向大氣的泄漏?？赏ㄟ^設置與外管40接觸的至少一個O形圈(如O形圈80)來抑制氣體燃料向大氣的泄漏。不過，本領域技術人員應了解，可利用其它同心管供給裝置而不脫離本發(fā)明。然而，在所示的實施例中，可通過利用第一和第二壓縮載荷調節(jié)器60和66個別地分別調節(jié)外管40和內管50中的壓縮載荷來適應發(fā)動機5和燃料系統(tǒng)10的各種構件的泄漏和幾何公差變動。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的燃料系統(tǒng)10還包括與已知的雙燃料系統(tǒng)相比提供優(yōu)點的若干細小功能。這些功能包括經(jīng)由分開的閥和分開的電動致動器為氣體和液體系統(tǒng)中的每一者進行獨立的噴射控制。因此，燃料噴射器12可被控制成僅噴射氣體燃料，僅噴射液體燃料，同時噴射氣體和液體兩種燃料，當然在不發(fā)生噴射時具有非噴射模式。雖然通常通過將液體燃料共軌14維持在比氣體燃料共軌16高的壓力來抑制氣體燃料遷移到液體燃料中，但其它細小但重要的特征有助于防止這種泄漏。還通過使液體燃料供給位于內管50中并且使向噴射器12的氣體燃料供給位于內管50與外管40之間的外通路49中來抑制交叉泄漏問題。通過使這些通道同心地定位，可經(jīng)由貫通發(fā)動機缸體6 (缸蓋)的一個通路而不是兩個通路為各個燃料噴射器12供給兩種燃料。燃料噴射器12內的運動構件的潤滑可通過暴露于液體柴油燃料來維持。例如，與氣體針型閥部件73相關的引導間隙93可用液體柴油燃料維持以維持潤滑，即使氣體針73的一個端部始終暴露于氣體噴嘴室91內的氣體燃料。[0041]通過利用同心供給策略，本發(fā)明的燃料系統(tǒng)10提供了以最低限度的發(fā)動機缸蓋修改來改造已有的發(fā)動機的潛在機會。兩種形式的燃料噴射器12的結構還通過將氣體燃料噴嘴出口 90和液體燃料噴嘴出口 96兩者定位在單個末端構件71中而不是經(jīng)由本領域中已知類型的某種嵌套式針策略來抑制氣體燃料泄漏到發(fā)動機氣缸內。因此，本發(fā)明的燃料噴射器12可通過氣體和液體針結構中的每一者在它們的移動、坐靠和偏壓特征方面完全獨立來避免疊加公差和其它不確定性。該策略可更好地實現(xiàn)與相同的控制信號一致地工作的燃料噴射器的批量生產(chǎn)。最后，本發(fā)明的發(fā)動機5設想出通常的雙燃料供給模式和僅噴射液體燃料的應急運行模式兩者。例如，如果氣體燃料系統(tǒng)中發(fā)生故障或者氣體燃料供給耗盡，則電子控制器15可致使或允許發(fā)動機從雙燃料供給模式(雙燃料控制算法)切換到應急運行模式(單燃料控制算法)。
[0042]如圖6中最佳所示，雙燃料供給模式的特征可在于大的氣體噴射量138和液體燃料的少量噴射135。另一方面，應急運行模式的特征可在于不噴射氣體但噴射大量液體燃料136。此外，通常的雙燃料供給模式的特征在于氣體共軌16和液體共軌14分別被維持在中低壓和中高壓。另一方面，應急運行模式的特征可在于允許氣體燃料共軌衰減至或維持在低壓，同時液體共軌14中的壓力上升至高壓133 (可大于IOOMPa)。當在雙燃料供給模式下操作時，噴射量相對較小的液體餾出柴油燃料被壓縮點燃，以進而點燃至少部分地在先前噴射到發(fā)動機氣缸內的相對較大充量的氣體燃料。另一方面，在應急運行模式期間，發(fā)動機5 —定程度上充當傳統(tǒng)柴油發(fā)動機，其中相對較大量的液體燃料以已知的方式在壓縮沖程的上止點或其附近噴射，以在噴射后瞬間點燃。
[0043]所公開的燃料系統(tǒng)10的仍將落入本發(fā)明的預期范圍內的一些變型可包括Z孔口112和113中的一者或兩者的免除?；蛘撸杀Ａ鬦孔口 112和/或113，但可免除高壓錐形座146和/或166。因此，雙向控制閥也將落入本發(fā)明的預期范圍內。盡管這些替換方案和它們的各種變換可落入本發(fā)明的范圍內，但所公開的利用三向控制閥和位于相應的控制室95和92與液體燃料入口 57之間的兩個并行通路的策略可允許更陡然地結束噴射事件，并且可允許在噴射事件之后壓力上升和構件回歸它們的噴射前構型，以縮短噴射事件之間的停留時間。在另一種替換形式中，可免除一個或兩個板154和159并且相應的閥座145和165可形成在另一個噴射器體部構件上。然而，通過利用單獨的板，可選擇耐受來自相應的控制閥部件140和160的反復沖擊的材料并且更容易地提供表面拋光而不降低閥操作的效力。又一個替換方案可以是將設計調節(jié)成使得控制閥部件140和160是相同的構件，并且僅僅以顛倒的取向安裝在相應的燃料噴射器12中。例如，如果兩個控制閥部件140和160與控制閥部件160中一樣是中空的，可通過利用用于燃料噴射器12的兩個特征的相同構件實現(xiàn)一定的成本節(jié)省。將落入本發(fā)明的預期范圍內的又一個替換實施例是將推桿142附裝在控制閥部件140上或由單個部件形成兩者。這種替換方案可消除一個構件并且潛在地消除超程特征，且可使設定第一螺線管致動器101的初始和最終氣隙更困難，但這種替換方案仍將落入本發(fā)明的范圍內。又一個替換方案是將螺線管致動器101和102完全分離開而不是如圖所示利用形成在共用的定子103周圍的雙螺線管致動器100。通過組織全部的控制閥和螺線管致動器特征沿共同中心線13移動，可消除諸如杠桿的不希望的偏心機構而不犧牲性能。本領域技術人員應了解，沿引導間隙149和169的非期望泄漏的量可一定程度上通過在最大限度地減少泄漏的同時選擇有利于良好操作的引導間隙長度和徑向間隙來控制。然而，通過采用允許從高壓液體燃料入口 57泄漏一些燃料到排出口 77的設計，就可制造性和組裝的容易性以及由此可能的成本降低而言獲得了其它細小優(yōu)點，其重要性可超過可能存在的任何泄漏代價。通過將每個控制閥部件140和160利用為被限制成在平的閥座145、165和錐形的閥座146、166之間移動，本領域技術人員應了解，可容忍兩個閥座之間的一些失準，其對性能的損害很小或沒有損害。例如，如果閥部件被限制成在兩個錐形的座之間移動，則可能需要另外的引導特征并伴隨相關的公差的疊加等。
[0044]本說明書僅基于說明的目的，并且不應該被解釋為以任何方式使本公開內容的范圍變窄。因此，本領域技術人員應了解，可對當前公開的實施例作出各種改型而不脫離本發(fā)明的完整和合理的范圍和精神。其它方面、特征和優(yōu)點將在審閱附圖和所附權利要求后變得顯而易見。
【權利要求】
1.一種雙燃料噴射器(12)，包括: 噴射器體部(70)，所述噴射器體部限定出第一噴嘴出口組(90)、第一燃料入口(33)、第二噴嘴出口組(96)、第二燃料入口(36)和排出口(77)并且在其中配置有與所述第一燃料入口(33)流體連接的第一噴嘴室(91)、與所述第二燃料入口(36)流體連接的第二噴嘴室(99)、與所述第一燃料入口(33)流體連接的第一控制室(92)和與所述第一燃料入口(33)流體連接的第二控制室(95)； 第一控制閥部件(140)，所述第一控制閥部件在所述噴射器體部(70)中被引導成在與第一閥座(145)接觸以關閉所述第一控制室(92)和所述排出口(77)之間的第一流體連接的第一位置和脫開與所述第一閥座(145)的接觸以開啟所述第一流體連接的第二位置之間移動，并且包括將第一高壓區(qū)域(144)與第一低壓區(qū)域分離開的第一引導部段(74)； 第二控制閥部件(160)，所述第二控制閥部件在所述噴射器體部(70)中被引導成在與第二閥座(146)接觸以關閉所述第二控制室(95)和所述排出口(77)之間的第二流體連接的第一位置和脫開與所述第二閥座(146)的接觸以開啟所述第二流體連接的第二位置之間移動，并且包括將第二高壓區(qū)域(164)與第二低壓區(qū)域分離開的第二引導部段(141)；第一螺線管致動器(101)，所述第一螺線管致動器帶有可操作地聯(lián)結到所述第一控制閥部件(140)的第一銜鐵(107)； 第二螺線管致動器(102)，所述第二螺線管致動器帶有可操作地聯(lián)結到所述第二控制閥部件(160)的第二銜鐵(108);以及 所述第一控制閥部件(140)、所述第二控制閥部件(160)、所述第一銜鐵(107)和所述第二銜鐵(108)沿共同中心線(13)移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙燃料噴射器(12)，其中，所述第一螺線管致動器(101)和所述第二螺線管致動器(102)具有單獨的線圈(105，106)但共享共用的定子(103)。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙燃料噴射器(12)，其中，所述第一燃料入口(33)由內錐形座(55)和外錐形座(46)包圍； 所述第二燃料入口(36)在所述外錐形座(46)和所述內錐形座(55)之間開啟；所述第一噴嘴出口組(90)和所述第二噴嘴出口組(96)由所述噴射器體部(70)的末端構件(71)限定；當所述第一和第二控制閥部件(140，160)處于它們各自的第一位置時，所述第一和第二控制室(92，95)中的每一者都經(jīng)兩個并行的通路與所述第一燃料入口(33)流體連接；第一壓力通路(147)在所述第一控制室(92)和所述第一控制閥部件(140)之間延伸；第二壓力通路(167)在所述第二控制室(95)和所述第二控制閥部件(160)之間延伸；并且 所述第一壓力通路(147)和所述第二壓力通路(167)的大部分長度平行于所述共同中心線(13)定向。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙燃料噴射器(12)，其中，所述第一控制閥部件(140)被限制成在第一平的閥座(145)和第一錐形的閥座(166)之間移動；并且 所述第二控制閥部件(160)被限制成在第二平的閥座(165)和第二錐形的閥座(166)之間移動。
5.根據(jù)權利要求4所述的雙燃料噴射器(12)，其中，所述噴射器體部(70)包括第一引導件(150)， 所述第一引導件包括所述第一錐形的閥座(166)并且限定出接納所述第一引導部段(74)的第一引導孔(151)； 所述噴射器體部(70)包括第二引導件(155)，所述第二引導件包括所述第二錐形的座并且限定出接納所述第二引導部段(141)的第二引導孔(156)； 所述噴射器體部(70)包括第一板(154)，所述第一板與所述第一引導件(150)接觸并且包括所述第一平的閥座(145)； 所述噴射器體部(70)包括第二板(159)，所述第二板與所述第二引導件(155)接觸并且包括所述第二平的閥座(165)； 所述第一螺線管致動器(101)和所述第二螺線管致動器(102)具有單獨的線圈(105，106)但共享共用的定子(103)； 所述第一燃料入口(33)由內錐形座(55)和外錐形座(46)包圍； 所述第二燃料入口(36)在所述第一共軌錐形座(38)和所述第二共軌錐形座之間開啟; 所述第一噴嘴出口組(90)和所述第二噴嘴出口組(96)由所述噴射器體部(70)的末端構件(71)限定；當所述第一和第二控制閥部件(140，160)處于它們各自的第一位置時，所述第一和第二控制室(92，95)中的每一者都經(jīng)兩個并行的通路與所述第一燃料入口(33)流體連接；第一壓力通路(147)在所述第一控制室(92)和所述第一控制閥部件(140)之間延伸；第二壓力通路(167)在所述第二控制室(95)和所述第二控制閥部件(160)之間延伸；并且 所述第一壓力通路(147)和所述第二壓力通路(167)的大部分長度平行于所述共同中心線(13)定向。
6.一種雙燃料系統(tǒng)(10)，包括: 多個燃料噴射器(12)，所述燃料噴射器具有非噴射構型、液體燃料噴射構型、氣體燃料噴射構型和組合燃料噴射構型，并且每個所述燃料噴射器(12)都具有液體燃料入口(33)、氣體燃料入口 (36)和排出口 (77)； 氣體燃料共軌(14)，所述氣體燃料共軌與每個所述燃料噴射器(12)的所述氣體燃料入口(33)流體連接； 液體燃料共軌(16)，所述液體燃料共軌與每個所述燃料噴射器(12)的所述液體燃料入口(36)流體連接； 每個所述燃料噴射器(12)都包括帶有引導部段(74)的液體控制閥部件(140)，所述引導部段(74)在所述噴射器體部(70)中被引導成沿共同中心線(13)移動，并且所述引導部段(74)限定出從所述液體燃料入口(33)到所述排出口(77)的第一泄漏路徑(148)的一部分； 每個所述燃料噴射器(12)都包括帶有引導部段(161)的氣體控制閥部件(160)，所述引導部段(161)在所述噴射器體部(70)中被引導成沿所述共同中心線(13)移動，并且所述引導部段(161)限定出從所述液體燃料入口到所述排出口(77)的第二泄漏路徑(168)的一部分； 所述噴射器體部(70)包括末端構件(71)，所述末端構件限定出液體噴嘴出口組(96)和氣體噴嘴出口組(90);和 雙螺線管致動器(100)，所述雙螺線管致動器帶有沿所述共同中心線(13)可操作地聯(lián)結到所述液體控制閥部件(140)的第一銜鐵(107)、沿所述共同中心線(13)可操作地聯(lián)結到所述氣體控制閥部件(160)的第二銜鐵(108)、和共用的定子(103)。
7.根據(jù)權利要求6所述的雙燃料系統(tǒng)(10)，其中，所述液體控制閥部件(140)和所述氣體控制閥部件(160)中的每一者都被限制成在平的閥座(145)和錐形的閥座(146)之間移動；并且 所述氣體燃料共軌(14)和所述液體燃料共軌(16)經(jīng)分別由一對同心管(40，50)限定出的外通路和內通路(51)與每個所述燃料噴射器(12)流體連接。
8.根據(jù)權利要求6所述的雙燃料系統(tǒng)(10)，包括與氣體壓力控制裝置(20)、液體壓力控制裝置(22)和每個所述燃料噴射器(12)控制通信的電子控制器(15)，并且包括構造成維持所述液體燃料共軌(14)和所述氣體燃料共軌(16)之間的小壓差的雙燃料控制算法以及構造成維持所述液體燃料共軌(14)和所述氣體燃料共軌(16)之間的大壓差的單燃料控制算法。
9.根據(jù)權利要求6所述的雙燃料系統(tǒng)(10)，其中，所述噴射器體部(70)包括第一引導件(150)，所述第一引導件包括第一錐形的閥座(146)并且限定出接納所述液體控制閥部件(140)的引導部段的第一引導孔(151)； 所述噴射器體部包括第二引導件(155)，所述第二引導件包括第二錐形的座(166)并且限定出接納所述氣體控制閥部件(160)的引導部段(156)的第二引導孔(155)； 所述噴射器體部(12)包括第一板(154)，所述第一板與所述第一引導件(150)接觸并且包括第一平的閥座(145);并且 所述噴射器體部包括第二板(159)，所述第二板與所述第二引導件(155)接觸并且包括第二平的閥座(165)。
10.一種操作雙燃料系統(tǒng)(10)的方法，包括以下步驟: 在發(fā)動機循環(huán)中分別經(jīng)燃料噴射器(12)的氣體噴嘴出口組(90)和液體噴嘴出口組(96)將氣體燃料和液體燃料噴射到發(fā)動機氣缸(7)中； 壓縮點燃所述液體燃料； 其中，所述噴射步驟包括使第一銜鐵(107)、第二銜鐵(108)、液體控制閥部件(140)和氣體控制閥部件(160)沿共同中心線(13)移動； 使液體燃料從液體燃料入口(33)沿第一泄漏路徑(148)泄漏到所述燃料噴射器(12)的排出口(77)，所述第一泄漏路徑部分地由所述液體控制閥部件(140)和所述噴射器體部(12)之間的引導間隙(149)限定；以及 使液體燃料從所述液體燃料入口(33)沿第二泄漏路徑(168)泄漏到所述燃料噴射器的所述排出口(77)，所述第二泄漏路徑部分地由所述氣體控制閥部件(160)和所述噴射器體部(12)之間的引導間隙(169)限定。
【文檔編號】F02M41/00GK103930661SQ201280055448
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月8日 優(yōu)先權日:2011年11月11日
【發(fā)明者】H·金, M·F·索馬斯, X·丁, D·科爾德倫 申請人:卡特彼勒公司