用于雙燃料的單致動器燃料噴射器的制造方法
【專利摘要】公開燃料噴射器，其能夠?qū)⒁后w燃料和氣體燃料同時輸送至壓燃發(fā)動機的燃燒室(33)。燃料經(jīng)由分離的通路被順序地輸送至針控制閥腔(32)。加壓液體燃料的輸送通過針對每個燃料噴射器(10)提供的單致動器致動。與致動器結(jié)合的液體燃料單向閥(34)控制先導(dǎo)液體燃料到針控制閥腔(32)的輸送。在液體燃料被輸送至針控制閥腔(32)之后，氣體燃料在比液體燃料低的壓力下被供應(yīng)，并且在沒有單獨的致動器的情況下，氣體燃料被供應(yīng)至燃料噴射器(10)。當(dāng)針控制閥腔(32)中的壓力上升至如液體燃料在噴射事件之后被充量至腔(32)的預(yù)定水平時，氣體燃料通道(28)中的單向閥(34)關(guān)閉氣體燃料的供應(yīng)(27)。
【專利說明】用于雙燃料的單致動器燃料噴射器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將兩種燃料輸送至直噴內(nèi)燃發(fā)動機的設(shè)備和方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有單致動器的燃料噴射器，其能夠?qū)⒁后w燃料和氣體燃料經(jīng)過噴嘴出口輸送至燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]柴油發(fā)動機是壓燃發(fā)動機的最受歡迎的類型。柴油發(fā)動機將燃料直接引入燃燒室。柴油發(fā)動機是非常有效的，因為它們提供高壓縮比而不敲缸，敲缸是燃料混合物在燃燒室內(nèi)的過早爆震。由于柴油發(fā)動機將燃料直接引入燃燒室，燃料噴射壓力必須比燃燒室內(nèi)的壓力大。對于諸如柴油的液體燃料，壓力必須顯著較高，使得燃料被霧化用于有效燃燒。
[0003]柴油發(fā)動機由于其極好的動力、性能、效率和可靠性的組合而在產(chǎn)業(yè)中受到青睞。例如，與汽油燃料、火花點燃發(fā)動機相比，柴油發(fā)動機的操作費用通常更廉價，特別是在大量燃料被使用的商業(yè)應(yīng)用中。但是，柴油發(fā)動機的一個缺點是污染，諸如顆粒物質(zhì)(煤煙)和NOx氣體，其受到要求NOx排放隨著時間逐漸減少的不斷嚴(yán)格的規(guī)定。為了符合這些不斷嚴(yán)格的規(guī)定，發(fā)動機制造商研發(fā)催化轉(zhuǎn)化器和其它后處理裝置以從柴油排氣流中移除污染物。
[0004]還引入對柴油燃料的改進，以減少柴油燃料中的硫含量，從而用于防止硫使催化轉(zhuǎn)化器的催化劑去活化并且用于減少空氣污染。還進行研究來改進燃燒效率以減少發(fā)動機排放，例如通過對發(fā)動機控制策略進行細(xì)化。但是，這些方式中的大部分會增加發(fā)動機的基本費用和/或操作成本。
[0005]已涉及其它最新開發(fā)，用諸如像天然氣、純甲烷、丁烷、丙烷、氫氣及其混合物的清潔燃燒氣體燃料來替代一些柴油燃料。由于氣體燃料典型地不在與柴油燃料相同的溫度和壓力下自動點燃，因此少量先導(dǎo)柴油燃料能夠被引入燃燒室以自動點燃并觸發(fā)氣體燃料的點燃。用于消耗車載氣體燃料的另一種方式涉及將氣體燃料在相對低的壓力下引入發(fā)動機的進氣歧管。但是，這種方式已無法匹配當(dāng)前可獲得的柴油發(fā)動機的性能和效率，尤其在高的氣體:柴油比下。因此，將期望的是，柴油燃料和氣體燃料被同時輸送至燃燒室，其中，柴油用作先導(dǎo)燃料。
[0006]但是，與輸送用于直接噴射到內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中的兩種不同燃料相關(guān)的一個問題是缺乏用于每個氣缸兩個燃料噴射器的物理空間和燃料噴射器附近用以提供除了用于將從噴射器泄漏的燃料帶走的排出管線之外的兩個燃料軌的空間。對每個氣缸兩個致動器的需求增加空間問題。因此，需要提供一種用于將兩種不同燃料噴射到燃燒室中的更大空間效率設(shè)計的需求，而不增加到和自燃料噴射器的布管的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題，公開一種燃料噴射器，其包括噴射器主體，噴射器主體限定液體燃料入口、氣體燃料入口和噴嘴出口。燃料噴射器還包括設(shè)置在形成于噴射器主體中的腔內(nèi)的針控制閥。針控制閥包括近端和遠(yuǎn)端。遠(yuǎn)端鄰近噴嘴出口設(shè)置并且包括閉合表面。腔包括用于可釋放地接合閉合表面并且用于可釋放地密封噴嘴出口的閥座。燃料噴射器還包括設(shè)置在噴射器主體內(nèi)并且與液體燃料入口和腔選擇性連通的液體燃料控制閥。燃料噴射器還包括用于使液體燃料控制閥在打開位置和閉合位置之間運動的致動器，在該打開位置處，液體燃料控制閥提供液體燃料入口和腔之間的連通，在該閉合位置處，液體燃料控制閥使液體燃料入口與腔隔離。氣體燃料入口與腔直接連通。
[0008]公開另一種燃料噴射器，其包括噴射器主體，噴射器主體限定液體燃料入口、氣體燃料入口、排放口、噴嘴出口、液體燃料控制閥腔、液體燃料通道、氣體燃料通道和針控制閥腔。燃料噴射器還包括設(shè)置在液體燃料控制閥腔內(nèi)并且與液體燃料入口、液體燃料通道和排放口選擇性連通的液體燃料控制閥。液體燃料控制閥可在液體燃料入口和液體燃料通道與液體燃料控制閥腔隔離并且排放口與液體燃料控制閥腔連通的閉合位置之間運動。液體燃料控制閥還可運動至液體燃料入口經(jīng)過液體燃料控制閥腔與液體燃料通道連通并且排放口與液體燃料控制閥腔隔離的打開位置。液體燃料控制閥腔通過液體燃料通道連接至針控制閥腔。液體燃料通道包括當(dāng)液體燃料控制閥處于閉合位置時關(guān)閉液體燃料通道的液體燃料單向閥。氣體燃料入口通過氣體燃料通道連接至針控制閥腔。氣體燃料通道包括當(dāng)液體燃料控制閥處于閉合位置時關(guān)閉氣體燃料通道的氣體燃料單向閥。燃料噴射器還包括設(shè)置在針控制閥腔內(nèi)的針控制閥。針控制閥包括近端和鄰近噴嘴出口設(shè)置的遠(yuǎn)端。遠(yuǎn)端包括閉合表面，并且針控制閥腔包括用于可釋放地接合閉合表面并且用于可釋放地密封噴嘴出口的閥座。燃料噴射器還包括用于使液體燃料控制閥在打開位置和閉合位置之間運動的單致動器。
[0009]還公開一種使用具有單致動器的單燃料噴射器將液體燃料和氣體燃料輸送至燃燒室的方法。該方法包括提供包括噴射器主體的燃料噴射器，噴射器主體限定液體燃料入口、氣體燃料入口和噴嘴出口。燃料噴射器還包括設(shè)置在形成于噴射器主體中的腔內(nèi)的針控制閥。腔在一端處包括噴嘴出口并且在另一端處包括偏置室，其中，針控制閥設(shè)置在噴嘴出口和偏置室之間。針控制閥包括設(shè)置在針控制閥的面向噴嘴出口的遠(yuǎn)端處的閉合表面，用于可釋放地密封噴嘴出口。針控制閥還包括面向偏置室的近端。燃料噴射器還包括設(shè)置在噴射器主體內(nèi)并且借助于液體燃料通道與液體燃料入口和腔選擇性連通的液體燃料控制閥。液體燃料通道還連接至液體燃料流動通道。液體燃料流動通道與偏置室連通。燃料噴射器還包括用于使液體燃料控制閥在打開位置和閉合位置之間運動的致動器，在打開位置處，液體燃料控制閥提供液體燃料入口和液體燃料通道以及液體燃料流動通道之間的連通，在閉合位置處，液體燃料控制閥使液體燃料入口與液體燃料通道和液體燃料流動通道隔離。氣體燃料入口經(jīng)過氣體燃料通道與腔連通。液體燃料通道包括液體燃料單向閥，當(dāng)液體燃料控制閥關(guān)閉時，液體燃料單向閥關(guān)閉液體燃料通道，由此提供液體燃料通道、液體燃料流動通道和排放口之間的連通。氣體燃料通道包括氣體燃料單向閥，當(dāng)腔中的壓力在液體燃料控制閥關(guān)閉之后降至預(yù)定水平以下時，氣體燃料單向閥關(guān)閉。該方法包括當(dāng)液體燃料控制閥處于打開位置時，將液體燃料輸送經(jīng)過液體燃料控制閥、經(jīng)過液體燃料單向閥并到腔中，并且將氣體燃料輸送經(jīng)過氣體燃料單向閥并到腔。該方法還包括致動致動器以關(guān)閉液體燃料控制閥，由此在排放口與液體燃料通道和液體燃料流動通道之間提供連通，從而關(guān)閉液體燃料單向閥，減小偏置室中的壓力，由此提升針控制閥的閉合表面離開噴嘴出口并且關(guān)閉氣體燃料單向閥。
[0010]在上述實施方式中的任意一種或多種中，腔可以包括連接至氣體燃料入口的上室和與液體燃料控制閥連通的下室。下室可以設(shè)置在噴嘴出口和上室之間。
[0011 ] 在上述實施方式中的任意一種或多種中，液體燃料可以在比氣體燃料高的壓力下被供應(yīng)。
[0012]在上述實施方式中的任意一種或多種中，液體燃料和氣體燃料可以彼此隔離，直到它們到達腔。
[0013]在上述實施方式中的任意一種或多種中，致動器可以是螺旋管組件或致動器可以是壓電致動器。
[0014]在上述實施方式中的任意一種或多種中，液體燃料控制通道可以將液體燃料控制閥連接至腔，并且液體燃料通道也可以連接至液體燃料流動通道。腔可以在噴嘴出口和偏置室之間延伸，其中，針控制閥的遠(yuǎn)端面向噴嘴出口，并且針控制閥的近端面向偏置室。偏置室可以與液體燃料流動通道連通，用于偏置針控制閥朝向噴嘴出口。在該構(gòu)思的進一步細(xì)化中，偏置室還可以容納偏置針控制閥朝向噴嘴出口的針控制閥彈簧。
[0015]在上述實施方式中的任意一種或多種中，燃料噴射器還可以包括將氣體燃料入口連接至腔的氣體燃料通道。液體燃料控制閥還可以連接至液體燃料旁通通道。液體燃料旁通通道可以將液體燃料控制閥連接至氣體燃料通道，其中，旁通單向閥設(shè)置在液體燃料旁通通道中。旁通單向閥可以被偏置朝向當(dāng)氣體燃料通道中存在足夠壓力時使液體燃料控制閥與氣體燃料通道隔離的閉合位置。因此，如果氣體燃料通道中的壓力降至預(yù)定水平以下，旁通單向閥打開以提供液體燃料控制閥和氣體燃料通道之間的連通。
[0016]在上述實施方式中的任意一種或多種中，腔還可以包括連接至氣體燃料入口并與液體燃料控制閥連通的上室。針控制閥可以包括沿著針控制閥設(shè)置的至少一個螺旋槽，以促進液體燃料和氣體燃料在腔中的混合。在該構(gòu)思的進一步細(xì)化中，至少一個螺旋槽可以鄰近上室沿著針控制閥設(shè)置，使得進入上室的氣體燃料和液體燃料接合至少一個螺旋槽。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的燃料噴射器的局部剖視示意圖，其中，液體燃料控制閥處于打開位置，液體燃料單向閥處于打開位置，氣體燃料單向閥處于閉合位置并且針控制閥處于閉合位置，由此圖示隨著腔裝載有液體燃料的燃料噴射器。
[0018]圖2是圖1中公開的燃料噴射器的局部剖視示意圖，但其中，液體燃料控制閥處于閉合位置，液體燃料單向閥處于閉合位置，氣體燃料單向閥處于打開位置并且針控制閥處于打開位置，由此圖示在腔已裝載有液體燃料之后并且在噴射事件過程中，隨著腔裝載有氣體燃料的燃料噴射器。
[0019]圖3是另一種公開的燃料噴射器的局部剖視圖，其中，如圖1中，液體燃料控制閥處于打開位置，液體燃料單向閥處于打開位置，氣體燃料單向閥處于閉合位置并且針控制閥處于閉合位置，由此圖示隨著腔裝載有液體燃料的燃料噴射器，并且還圖示將液體燃料源與氣體燃料源連結(jié)用于在氣體燃料源供應(yīng)被中斷或以不充足的壓力供應(yīng)時使用的旁通通道。
[0020]圖4是圖3中所示的燃料噴射器的局部剖視圖，其中，液體燃料控制閥處于閉合位置，液體燃料單向閥處于閉合位置，氣體燃料單向閥處于打開位置并且針控制閥處于打開位置，由此圖示在腔已裝載有液體燃料之后并且在噴射事件過程中，隨著腔裝載有氣體燃料的燃料噴射器。
[0021]圖5是另一種公開的燃料噴射器的局部剖視圖，其中，如圖1和3中，液體燃料控制閥處于打開位置，液體燃料單向閥處于打開位置，氣體燃料單向閥處于閉合位置并且針控制閥處于閉合位置，由此圖示隨著液體燃料裝載入針控制閥腔的燃料噴射器，并且還圖示用于混合被順序地輸送至針控制閥腔的上室的液體燃料和氣體燃料的位于針控制閥上的螺旋槽的使用。
[0022]圖6是圖5中所示的燃料噴射器的另一局部剖視圖，其中，液體燃料單向閥處于閉合位置，液體燃料單向閥處于閉合位置，氣體燃料單向閥處于打開位置并且針控制閥處于打開位置，由此圖示在腔已裝載有液體燃料之后并且在噴射事件過程中，隨著腔裝載有氣體燃料的燃料噴射器。
【具體實施方式】
[0023]在本發(fā)明中，“氣體燃料”被廣義地限定為在大氣壓和環(huán)境溫度下處于氣相的任何可燃燃料。
[0024]現(xiàn)在參照圖1，電子致動的燃料噴射器10包括噴射器主體11，噴射器主體11包括如它們將在噴射事件開始之前那樣定位的各種運動部件。噴射器主體11包括接收來自諸如燃料軌的液體燃料供應(yīng)13的液體燃料的液體燃料入口 12，液體燃料供應(yīng)13還可以包括用于在預(yù)定壓力下將液體燃料輸送至液體燃料入口 12的泵(未示出)。例如，可以是柴油燃料的液體燃料可以在大約40MPa(5802psi)的壓力下經(jīng)過液體燃料入口 12輸送，雖然用于液體燃料的入口壓力可以變化很大，例如從大約30MPa(4341psi)到大約50MPa(7252psi)。因此，液體燃料供應(yīng)13可以包括用于在期望壓力下將液體燃料輸送至液體燃料入口 12的容器(未示出)以及泵(未示出)或其它機構(gòu)。
[0025]噴射器主體11還包括容納液體燃料控制閥15的液體燃料單向閥腔14。液體燃料控制閥15在圖1中被示出為處于打開位置，由此借助于設(shè)置在液體燃料控制閥15中的凹槽17和設(shè)置在噴射器主體11中的凹槽18提供液體燃料入口 12和液體燃料通道16之間的連通。液體燃料控制閥15可以聯(lián)接至螺線管組件21，該螺線管組件21例如可以包括電樞22、線圈24和彈簧25。螺線管組件21還可以連結(jié)至用于激勵線圈24的電源29，這致使電樞22克服彈簧25的偏置向上并且將液體燃料控制閥15從圖1中所示的打開或液體燃料加載位置向上拉至圖2中所示的閉合或氣體燃料加載位置。在圖1中，不向螺線管組件21供應(yīng)電流；彈簧25松弛并且電樞22將液體燃料控制閥15推至打開位置。在圖2中，電流供應(yīng)至螺線管組件21，彈簧25被壓縮并且電樞22將液體燃料控制閥15拉至閉合位置。
[0026]返回圖1，噴射器主體11還可以包括接收來自氣體燃料供應(yīng)27的氣體燃料的氣體燃料入口 26。氣體燃料供應(yīng)27可以是可以處于液體或超臨界狀態(tài)的氣體燃料的加壓供應(yīng)或容器，并且還可以包括用于在期望壓力下將氣體燃料輸送至氣體燃料入口的泵(未示出)。在一種實施方式中，氣體燃料在比液體燃料被輸送至液體燃料入口 12低的壓力下被輸送至氣體燃料入口 26。用于氣體燃料的一個示例性壓力是大約25MPa(3626psi)，但氣體燃料入口 26壓力可以從大約15MPa(2176psi)變化到大約35MPa (5076psi)。氣體燃料入口26可以連接至通向針控制閥腔32的上室31的氣體燃料通道28。針控制閥腔32還可以包括在上室31連接至氣體燃料通道28或與氣體燃料通道28連通的同時可以聯(lián)接至液體燃料通道16或與液體燃料通道16連通的下室33。
[0027]液體燃料通道16包括液體燃料單向閥34，同時氣體燃料通道28包括氣體燃料單向閥35。隨著如圖1中所示液體燃料控制閥15處于打開位置或液體加載位置，液體燃料被從液體燃料供應(yīng)13輸送經(jīng)過液體燃料入口 12、穿過液體燃料控制閥15、經(jīng)過液體燃料通道
16、穿過液體燃料單向閥34并到針控制閥腔32的下室33。
[0028]液體燃料還經(jīng)過連接至偏置室37或與偏置室37連通的液體燃料流動通道36連通。偏置室37還可以包括偏置彈簧38。與偏置彈簧38的偏置力結(jié)合經(jīng)由穿過液體燃料流動通道36的加壓液體燃料提供至偏置室37的壓力將針控制閥41朝向如圖1 (和圖3和5)中所示的閉合位置或朝向噴嘴出口 42偏置。針控制閥41可以包括遠(yuǎn)端43和近端44。針控制閥41的遠(yuǎn)端43還可以包括閉合表面45，其接合形成在針控制閥腔32中鄰近噴嘴出口42的座46。閉合表面45和座46的接合在噴射事件之前將噴嘴出口 42與設(shè)置在針控制閥腔32中的液體燃料和氣體燃料隔離。圖1還圖示排放口 47，其功能將結(jié)合圖2更詳細(xì)地描述。
[0029]現(xiàn)在參照圖2，電流已供應(yīng)至螺線管組件21，電樞22和液體燃料控制閥15被向上抽吸，以使液體燃料控制閥15運動至閉合位置。在閉合位置中，液體燃料控制閥15的密封表面51接合液體燃料單向閥腔14的錐形閥座52，由此關(guān)閉液體燃料入口 12和液體燃料通道16之間的流動。
[0030]對于噴射事件，液體燃料和氣體燃料可以以下述方式供應(yīng)至針控制閥腔32。首先，隨著液體燃料控制閥15如圖1中所示處于打開位置并且沒有電流經(jīng)由電源29被供應(yīng)至螺線管組件21，液體燃料經(jīng)由液體燃料供應(yīng)13經(jīng)過液體燃料入口 12供應(yīng)。液體燃料行進經(jīng)過液體燃料入口 12、穿過液體燃料控制閥15并進入液體燃料通道16以及液體燃料流動通道36。此時，液體燃料被加壓，一個示例性壓力為大約40MPa。加壓的液體燃料行進向液體燃料通道16下方、進入液體燃料流動通道36并進入偏置室37。與偏置彈簧38結(jié)合的偏置室37中的加壓燃料保持針控制閥41處于如圖1中所示的閉合位置。仍參照圖1，加壓液體燃料還在其到達針控制閥腔32的下室33之前克服液體燃料單向閥34的偏置。隨著加壓液體燃料進入室33，腔32中的壓力積累并且氣體燃料單向閥關(guān)閉。液體燃料繼續(xù)進入腔32的下室33，直到其在之前噴射事件之后達到與保留在腔32中的氣體的靜態(tài)壓力平衡。
[0031]輸送至腔32的液體燃料的量可以通過操縱液體燃料和氣體燃料之間的壓差來操縱。具體地，如果Λ P等于液體燃料的壓力減氣體燃料的壓力Pe，增加Λ P將增加輸送至腔32的液體燃料的量，并且減小Λ P將減小輸送至腔32的液體燃料的量。
[0032]在針控制閥腔32的下室33以液體燃料充量時，電流被供應(yīng)至螺線管組件21并且液體燃料控制閥15閉合或向上運動至氣體加載位置，如上面討論和圖2中所示的。液體燃料控制閥15的閉合通過使液體燃料通道16和液體燃料流動通道36暴露于如圖2中所示的排放口 47來降低這兩個通道中的壓力。隨著單向閥34和偏置室37后面的壓力經(jīng)過排放口 47傾降，單向閥34閉合并且針控制閥41打開，這進一步降低針控制閥腔32中的壓力并且打開氣體燃料單向閥35。隨著噴射事件開始，氣體燃料行進經(jīng)過通道28、穿過單向閥34并進入針控制閥腔32的上室31。[0033]隨著電流繼續(xù)流過線圈24，液體燃料控制閥15被保持在如圖2中所示的閉合或氣體加載位置并且氣體燃料繼續(xù)進入腔32。在圖2的閉合或氣體加載位置中，讀者將注意到液體燃料流動通道36暴露于排放口 47降低偏置室37中的壓力。通過偏置室37中降低的壓力，設(shè)置在針控制閥腔32的上室31中的氣體燃料作用在提升液壓表面57上，導(dǎo)致針控制閥41克服彈簧38的偏置向上運動，由此打開針控制閥41用于噴射事件。此時，氣體燃料單向閥35打開并且針控制閥腔32中的加壓液體燃料和氣體燃料經(jīng)由噴嘴出口 42離開燃料噴射器10。
[0034]在噴射事件過程中輸送至氣缸的氣體燃料的量可以通過控制螺線管組件21被供能的持續(xù)時間來操縱。增加線圈24被供能的時間將增加在噴射事件過程中輸送的氣體的量；減少線圈24被供能的時間將減小在噴射事件過程中輸送的氣體的量。
[0035]當(dāng)線圈24被去能時，噴射事件停止。隨著彈簧25朝向其松弛位置縮回并且液體燃料控制閥15返回至圖1中所示的閉合位置，電樞22向上運動。隨著液體燃料單向閥34仍閉合，偏置腔37中的壓力積累，其與彈簧38結(jié)合關(guān)閉針控制閥41。針控制閥41關(guān)閉之后，隨著通道16中的壓力積累，液體燃料單向閥34打開。通道16和36可以被設(shè)計有適當(dāng)?shù)南拗坪烷g隙，以確保針控制閥41在液體燃料單向閥34打開之前關(guān)閉，使得沒有液體燃料在噴射事件結(jié)束時被輸送。液體燃料意于用作用于氣體燃料的先導(dǎo)或點燃燃料，因為氣體燃料在通過傳統(tǒng)柴油發(fā)動機壓縮并點燃時易于敲缸。
[0036]隨著液體燃料再充量進腔32的室33時，腔32中的壓力積累并且氣體燃料單向閥35關(guān)閉。液體燃料和氣體燃料如上所述被順序地再供應(yīng)至針控制閥腔32。
[0037]轉(zhuǎn)向圖3和4，燃料噴射器100被示出有液體燃料旁通通道61。當(dāng)氣體燃料的供應(yīng)被中斷或耗盡時或者如果氣體燃料供應(yīng)經(jīng)歷低壓(這在冷天起動的情況下會出現(xiàn))，通道61將液體燃料供應(yīng)至氣體燃料通道28。在圖3和4中所示的實施方式中，液體燃料用作耗盡的氣體燃料的替代，其允許操作員使設(shè)備回到基地或氣體燃料供應(yīng)站。
[0038]液體燃料旁通通道61包括旁通單向閥62，只要氣體燃料通道28中存在壓力，旁通單向閥62就保持閉合。氣體燃料通道28裝備有附加單向閥63。當(dāng)氣體燃料的供應(yīng)27被中斷或氣體燃料供應(yīng)27變?yōu)楹谋M時，氣體燃料通道26、28中的壓力將下降，導(dǎo)致旁通單向閥62如圖4中所示打開。在圖4中所示的打開位置中，并且隨著液體燃料控制閥15運動至閉合位置，液體燃料入口 12與液體燃料旁通通道61連通，由此將液體燃料供應(yīng)至通道28。通道28中加壓液體燃料的存在打開單向閥35并且允許液體燃料進入針控制閥腔32的上室31。因此，即使氣體燃料的供應(yīng)被中斷，對于適當(dāng)?shù)膰娚涫录?，充足的液體燃料量經(jīng)過兩個通道28和16供應(yīng)。再次，圖3-4的燃料噴射器100對于氣體燃料的壓力低的冷起動狀態(tài)或者在氣體燃料供應(yīng)耗盡并且需要液體燃料(例如柴油)使車輛運輸回到基地或氣體燃料供應(yīng)站的情況中有用。
[0039]轉(zhuǎn)向圖5和6，公開另一燃料噴射器200，液體燃料通道160的路徑能夠?qū)⒁后w燃料輸送至針控制閥腔32的上室31。氣體燃料通道28的路徑也能夠?qū)⑷剂陷斔椭辽鲜?1。為了增強液體燃料和氣體燃料的混合，圍繞針控制閥141的中間區(qū)段設(shè)置一個或多個螺旋槽64。由螺旋槽64提供的增強的混合提供改進的液體燃料的霧化。
[0040]工業(yè)實用性
[0041]公開改進的燃料噴射器，其能夠?qū)⒁后w燃料和氣體燃料同時輸送至壓燃發(fā)動機的燃燒室，盡管液體燃料和氣體燃料被順序地且單獨地輸送至針控制閥腔。例如，公開燃料噴射器，其能夠輸送作為先導(dǎo)液體的液體柴油燃料連同在大氣壓和環(huán)境溫度下為氣體的諸如天然氣或其它可獲得的燃料的氣體燃料。燃料經(jīng)由單獨的通路被輸送至針控制閥腔。加壓液體燃料的輸送及隨后氣體燃料的輸送通過針對每個燃料噴射器提供的單致動器致動。致動器可以是螺線管類型或壓電類型或其它適當(dāng)?shù)闹聞悠?，如本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的。液體燃料控制閥與致動器和液體燃料單向閥結(jié)合控制先導(dǎo)液體燃料到針控制閥腔的輸送。
[0042]隨著液體燃料控制閥打開或處于液體燃料加載位置，液體燃料穿過打開的液體燃料單向閥被充量至針控制閥腔，并且氣體燃料單向閥閉合(其也用以在噴射事件之后關(guān)閉氣體燃料的供應(yīng))。在針控制閥腔中的液體燃料在之前噴射事件之后達到與留在腔中的氣體靜態(tài)壓力平衡之后，供應(yīng)至致動器的電流切斷液體燃料到液體燃料通道的供應(yīng)并且液體燃料控制閥關(guān)閉。液體燃料單向閥和偏置腔上游的通道中的減小的壓力致使液體燃料單向閥關(guān)閉并且針控制閥打開。作為針控制閥打開的結(jié)果的針控制閥腔中的降低的壓力致使氣體燃料單向閥打開。氣體燃料可以在比液體燃料低的壓力下經(jīng)過氣體燃料單向閥被供應(yīng)，并且在不需要單獨的致動器的情況下供應(yīng)至燃料噴射器。隨著針控制閥打開，針控制閥腔中的液體燃料和氣體燃料噴射到燃燒室內(nèi)。因此，液體燃料和氣體燃料被順序地輸送至針控制閥腔，但被同時噴射到燃燒室內(nèi)。在噴射事件結(jié)束時，通過液體燃料控制閥隨著到致動器的電流被切斷而打開，針控制閥首先關(guān)閉，隨后液體燃料單向閥打開并且程序再次開始。
[0043]本發(fā)明的燃料噴射器使用單致動器將液體燃料和氣體燃料輸送至燃燒室。本發(fā)明的設(shè)計簡單并且與競爭設(shè)計相比包括減少數(shù)量的零部件，由此降低成本且改進包裝。單控制閥用于將先導(dǎo)液體燃料輸送至針控制閥腔。
[0044]輸送至針控制閥腔的液體先導(dǎo)燃料的量可以與液體(例如，40MPa)燃料軌和氣體(例如，25MPa)燃料軌之間的壓差成比例，由此可以通過操縱ΛΡ( = Pl-Pg ;隨著ΛΡ增加，輸送的液體燃料的量增加；隨著△ P減少，輸送的液體燃料的量減少)來操縱。對于螺線管類型的致動器，輸送的氣體燃料的量可以通過操縱向致動器供應(yīng)電流的持續(xù)時間來操縱，即，增加供能時間將增加輸送的氣體的量；減少供能時間將減少輸送的氣體的量。當(dāng)然，螺線管致動器可以被設(shè)計成以像壓電致動器相反的方式操作，并且由此供能持續(xù)時間和輸送的氣體燃料的量之間的反向關(guān)系可以應(yīng)用(即，減少供能時間將增加輸送的氣體的量；增加供能時間將減少輸送的氣體的量)。
[0045]在氣體供應(yīng)被中斷的情況下，與液體燃料旁通通道和旁通單向閥結(jié)合的氣體燃料通道中的附加單向閥使得液體燃料能夠經(jīng)過液體燃料通道和氣體燃料通道輸送至針控制閥腔。該“跛行回家”特征在氣體燃料供應(yīng)被中斷或不可獲得時或在氣體燃料的壓力可能不足時的冷態(tài)起動狀態(tài)過程中是有利的。為了一旦氣體被重新引入而重新設(shè)置旁通閥，可能需要在一段時間使壓差最小化，以允許氣體再次開始流至噴嘴。
[0046]液體燃料和氣體燃料也可以通過圍繞針控制閥布置螺旋槽而在針控制閥腔中預(yù)混合，這將隨著液體燃料和氣體燃料進入腔增加針控制閥腔中的湍流。液體燃料也可以在鄰近氣體燃料噴射到針控制閥腔中的點的位置處或在用于增加的湍流和改進的混合的升高位置處噴射到針控制閥腔中。
[0047] 最后，還將注意到，第二流體(即，氣體燃料)也可以是在比先導(dǎo)液體燃料低的壓力下供應(yīng)的第二液體燃料。因此，比柴油輕的燃料可以替代氣體燃料。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料噴射器(10),包括: 噴射器主體(11)，其限定液體燃料入口(12)、氣體燃料入口(26)和噴嘴出口 ； 設(shè)置在形成于噴射器主體(11)中的腔(32)內(nèi)的針控制閥(141)，針控制閥(141)包括近端(44)和遠(yuǎn)端(43)，遠(yuǎn)端(43)鄰近噴嘴出口設(shè)置，遠(yuǎn)端(43)包括用于可釋放地接合閉合表面(45)并且用于可釋放地密封噴嘴出口的閥座(46)； 設(shè)置在噴射器主體(11)內(nèi)并且與液體燃料入口(12)和腔(32)選擇性連通的液體燃料單向閥(34)； 致動器，其用于使液體燃料單向閥(34)在打開位置和閉合位置之間運動，在該打開位置處，液體燃料單向閥(34)提供液體燃料入口(12)和腔(32)之間的連通，在該閉合位置處，液體燃料單向閥(34)使液體燃料入口(12)與腔(32)隔離； 氣體燃料入口(26)與腔(32)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料噴射器(10)，其中，腔(32)還包括連接至氣體燃料入口(26)的上室(31)和與液體燃料單向閥(34)連通的下室(33)，下室(33)設(shè)置在噴嘴出口和上室(31)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料噴射器(10)，其中，液體燃料以比氣體燃料高的壓力被供應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的燃料噴射器(10)，其中，液體燃料和氣體燃料彼此隔離，直到它們到達腔(32)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃料噴射器(10)，其中，致動器包括螺線管組件(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的燃料噴射器(10)，其中，致動器包括壓電致動器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的燃料噴射器(10)，其中，液體燃料通道(16)將液體燃料單向閥(34)連接至腔(32)，液體燃料通道(16)還連接至液體燃料流動通道(36)， 腔(32)在噴嘴出口和偏置室(37)之間延伸，其中，針控制閥(141)的遠(yuǎn)端(43)面向噴嘴出口并且針控制閥(141)的近端(44)面向偏置室(37)，偏置室(37)與液體燃料流動通道(36)連通，用于使針控制閥(141)朝向噴嘴出口偏置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料噴射器(10)，其中，偏置室(37)還容納針控制閥(141)彈簧(25)，其使針控制閥(141)朝向噴嘴出口偏置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的燃料噴射器(10)，其中，氣體燃料通道(28)將氣體燃料入口(26)連接至腔(32)， 液體燃料單向閥(34)還連接至液體燃料旁通通道(61)，液體燃料旁通通道(61)將液體燃料單向閥(34)連接至氣體燃料通道(28)，其中，旁通單向閥(62)設(shè)置在液體燃料旁通通道(61)中，旁通單向閥(62)被朝向使液體燃料單向閥(34)與氣體燃料通道(28)隔離的閉合位置偏置， 其中，如果氣體燃料通道(28)中的壓力降至預(yù)定水平以下，旁通單向閥(62)打開以提供液體燃料單向閥(34)和氣體燃料通道(28)之間的連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的燃料噴射器(10)，其中，針控制閥(141)包括沿著針控制閥(141)設(shè)置的至少一個螺旋槽，以促進液體燃料和氣體燃料在腔(32)中的混口 ο
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的燃料噴射器(10)，其中，被輸送至腔(32)的液體燃料與氣體燃料之比與液體燃料入口(12)處液體燃料的壓力和氣體燃料入口(26)處氣體燃料的壓力之差成比例。
12.一種使用具有單致動器的單燃料噴射器(10)將液體燃料和氣體燃料輸送至燃燒室(33)的方法，該方法包括:提供包括噴射器主體(11)的燃料噴射器(10)，噴射器主體(11)限定液體燃料入口(12)、氣體燃料入口(26)和噴嘴出口，燃料噴射器(10)還包括設(shè)置在形成于噴射器主體(11)中的腔(32)內(nèi)的針控制閥(141)，腔(32)在一端處包括噴嘴出口并且在另一端處包括偏置室(37)，其中，針控制閥(141)設(shè)置在噴嘴出口和偏置室之間，針控制閥(141)包括設(shè)置在針控制閥(141)的面向噴嘴出口的遠(yuǎn)端(43)處的閉合表面(45)，用于可釋放地密封噴嘴出口，針控制閥(141)還包括面向偏置室(37)的近端(44)，燃料噴射器(10)還包括設(shè)置在噴射器主體(11)內(nèi)并且借助于液體燃料通道(16)與液體燃料入口(12)和腔(32)選擇性連通的液體燃料單向閥(34)，液體燃料通道(16)還連接至液體燃料流動通道(36)，液體燃料流動通道(36)與偏置室(37)連通，燃料噴射器(10)還包括用于使液體燃料單向閥(34)在打開位置和閉合位置之間運動的致動器，在打開位置處，液體燃料單向閥(34)提供液體燃料入口(12)、液體燃料通道(16)和液體燃料流動通道(36)之間的連通，在閉合位置處，液體燃料單向閥( 34)使液體燃料入口(12)與液體燃料通道(16)和液體燃料流動通道(36)隔離，氣體燃料入口(26)經(jīng)過氣體燃料通道(28)與腔(32)連通，當(dāng)液體燃料單向閥(34)關(guān)閉時，液體燃料單向閥(34)關(guān)閉液體燃料通道(16)，由此提供液體燃料通道(16)、液體燃料流動通道(36)和排放口(47)之間的連通，氣體燃料通道(28)包括氣體燃料單向閥(35)，當(dāng)腔(32)中的壓力在液體燃料單向閥(34)關(guān)閉之后上升至預(yù)定水平以上時，氣體燃料單向閥(35)關(guān)閉； 當(dāng)液體燃料單向閥(34)處于打開位置時，將液體燃料輸送經(jīng)過液體燃料單向閥(34)、經(jīng)過液體燃料單向閥(34)并到腔(32)，并且將氣體燃料輸送經(jīng)過氣體燃料單向閥(35)并到腔(32)； 致動致動器以關(guān)閉液體燃料單向閥(34)，由此在排放口(47)與液體燃料通道(16)和液體燃料流動通道(36)之間提供連通，從而關(guān)閉液體燃料單向閥(34)，減小偏置室(37)中的壓力，由此提升針控制閥(141)的閉合表面(45)離開噴嘴出口并且關(guān)閉氣體燃料單向閥(35)。
【文檔編號】F02M43/04GK103958878SQ201280055866
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】D·R·科爾德倫 申請人:卡特彼勒公司