用于雙燃料發(fā)動機的氣體配量閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于雙燃料發(fā)動機(17)的氣體配量閥(1)，其具有可移位的阻塞體(6)，該阻塞體在貼靠到閥座(5)上的位置中關(guān)閉氣體配量閥(1)并且在從閥座(5)抬起的位置中打開氣體配量閥(1)。氣體配量閥(1)能在氣體運行模式中和在液態(tài)燃料運行模式中操縱，在氣體運行模式中，氣體配量閥(1)將燃料氣體通過氣體通道(13)配量到雙燃料發(fā)動機(17)的進氣管(15)中，在液態(tài)燃料運行模式中，氣體配量閥(1)克服在進氣管(15)中存在的壓力保持密封地關(guān)閉。閥座(5)沿著閥座引導(dǎo)部(4)可移動地設(shè)置，閥座(5)在氣體運行模式中由于氣體通道(13)中的燃料氣體壓力而遠離阻塞體(6)地壓靠到氣體配量閥(1)中的止擋(20)上并且保持在該閥座的適合運行的位置中，并且閥座(5)在液態(tài)燃料運行模式中由進氣管(15)中的壓力密封地壓靠到阻塞體(6)上。
【專利說明】
用于雙燃料發(fā)動機的氣體配量閥
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于雙燃料發(fā)動機的氣體配量閥，該氣體配量閥具有可移位的阻塞體，該阻塞體在貼靠到閥座上的位置中關(guān)閉氣體配量閥并且在從閥座抬起的位置中打開氣體配量閥，其中，所述氣體配量閥能在氣體運行模式中和在液態(tài)燃料運行模式中操縱，在所述氣體運行模式中，所述氣體配量閥將燃料氣體通過氣體通道配量到雙燃料發(fā)動機的進氣管中，在所述液態(tài)燃料運行模式中，所述氣體配量閥克服在所述進氣管中存在的壓力保持密封地關(guān)閉。
【背景技術(shù)】
[0002]這種類型的氣體配量閥例如用作用于大型燃氣發(fā)動機的進氣管增壓裝置，該進氣管增壓裝置可以在兩種運行方式中運行，亦即一方面以燃料氣體運行(氣體運行模式)并且另一方面以液態(tài)燃料運行(液態(tài)燃料運行模式)。根據(jù)發(fā)動機，作為液態(tài)燃料可以使用例如柴油、生物柴油、燃油、重油等等，對于氣體運行模式，作為燃料氣體可以使用例如天然氣、沼氣、生物氣等等。在用于液化天然氣油輪的發(fā)動機中，從所運輸?shù)囊夯烊粴?LNG)中提取用于氣體運行模式的燃料氣體，從而自身的裝載也用作動力燃料。
[0003]可以在氣體運行模式和液態(tài)燃料運行模式中運行的發(fā)動機通常稱為雙燃料發(fā)動機，其中，不僅大排量發(fā)動機、而且較小的發(fā)動機例如為了運行小型發(fā)電站或發(fā)電機可以構(gòu)造為雙燃料發(fā)動機。
[0004]在按照所謂的“端口-燃料-原理”(Ported-Fuel-Prinzip)工作的雙燃料發(fā)動機中，在氣體運行模式中將燃料氣體引入到發(fā)動機的進氣管中。與此不同，也存在將燃料氣體直接地引入到燃燒室中的發(fā)動機，但這要求氣體配量閥的完全另外的特性。
[0005]在按照端口-燃料-原理”工作的雙燃料發(fā)動機中，在氣體運行模式中，氣體配量閥調(diào)節(jié)燃料氣體到發(fā)動機的進氣管中的輸送，在那里，燃料氣體被混入通過渦輪增壓機壓縮的增壓空氣。在此，在氣體配量閥中的燃料氣體壓力明顯高于通過渦輪機的空氣增壓，從而氣體配量閥的關(guān)閉體在閥位置關(guān)閉的情況下總是固定地壓靠到閥座的止擋面上。由此，對于關(guān)閉體僅必須(例如通過復(fù)位彈簧)施加小的復(fù)位力。為了借助電磁體打開閥，關(guān)閉體克服復(fù)位彈簧和燃料氣體壓力的共同作用的力從閥座抬起，從而燃料氣體能夠配量地流入到進氣管中。
[0006]在液態(tài)燃料運行模式中，燃料氣體的輸送中斷并且氣體配量閥關(guān)閉。通過中斷氣體供應(yīng)，氣體配量閥的內(nèi)部中的壓力降低，但同時進氣管中的壓力保持大小不變，因為雙燃料發(fā)動機還處于運行中并且被供以液態(tài)燃料。因此，僅比較微小尺寸的復(fù)位彈簧將關(guān)閉元件壓到閥座上。因為復(fù)位彈簧在氣體運行模式中克服磁鐵工作，因此，彈簧力受限制并且因此在增壓空氣的增壓和閥內(nèi)部中的壓力之間的最大壓差也受限制。因此，在進氣壓力高的情況下，關(guān)閉元件可以從閥座抬起并且被壓縮的空氣和污物可能侵入到閥中。在傳統(tǒng)的閥中，抬起可能例如已經(jīng)在壓差為0.5巴時逆著主方向發(fā)生。
[0007]由具體的本發(fā)明的
【申請人】提交的AT509737 Al公開了一種用于將氣態(tài)的動力燃料輸送到內(nèi)燃機的增壓空氣流中的干式運轉(zhuǎn)的氣閥。所述閥特別是研發(fā)用于大型發(fā)動機并且也可以用于雙燃料發(fā)動機，但是其中，可能出現(xiàn)上面提出的問題。這種類型的閥的可轉(zhuǎn)換的壓差大約處于10巴(在沒有壓力平衡的情況下)，其中，該值此外與閥類型和閥座中的流動狹縫的數(shù)量有關(guān)。增壓空氣壓力通常處于O和9巴[g]之間的范圍內(nèi)并且燃料氣體壓力處于O和10巴[g]之間的范圍內(nèi)，其中，燃料氣體壓力在氣體運行中相應(yīng)地調(diào)節(jié)到恰好存在的增壓空氣壓力上。
[0008]與將燃料氣體吹入到增壓空氣中的氣體配量閥相反，存在如下氣體配量閥，該氣體配量閥設(shè)置用于將氣體直接配量到燃燒室中。因為在雙燃料發(fā)動機中燃燒室中的壓力可能為直至200巴(在純?nèi)細獍l(fā)動機中直至大約150巴)，所以這些閥具有與將燃料氣體引入到增壓空氣中的氣體配量閥完全不同的結(jié)構(gòu)。對于噴射到燃燒室中來說，氣體配量閥必須具有附加的止回閥，以便阻止在點燃之后不出現(xiàn)從燃燒室到燃料氣體閥中的逆火。
[0009]同樣由具體的本發(fā)明的
【申請人】提交的AT502512 A4公開了一種這樣的用于往復(fù)式燃氣發(fā)動機的燃燒室的燃料氣體閥，其中，止回閥整合到燃料氣體閥中。該燃料氣體閥具有可運動的閥座板，該閥座板由單獨的止回彈簧壓靠到止擋上，并且作為止回閥起作用，以便阻止在燃燒室側(cè)的壓力峰值時(例如在點燃之后)打開閥。在此，用于閥座板的止回彈簧必須比用于關(guān)閉體的閥彈簧強得多地構(gòu)造，因為作為止回閥起作用的閥座板必須在每次偏轉(zhuǎn)之后快速地回到其工作位置中，以便確保燃料氣體閥在接下來的進氣循環(huán)中及時打開。這種類型的閥的可調(diào)節(jié)的壓差通常處于17.5巴[g]。
[0010]在將燃料氣體直接配量到燃燒室中的燃料氣體閥(例如AT502512A4的閥)和將燃料氣體配量到進氣管中的、并且是本說明書的主題的氣體配量閥(這種閥也稱為“端口燃料注射器”)之間的主要的功能上的區(qū)別在于，直接噴射是高動態(tài)的過程，該過程必須發(fā)生在每個換氣(Ladungswechsel)的過程中，而在將燃料氣體供給到進氣管中的情況下涉及準靜態(tài)的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]具體的本發(fā)明的目的在于，實現(xiàn)一種用于雙燃料發(fā)動機的氣體配量閥，該氣體配量閥保證安全的氣體運行模式并且此外保證在雙燃料發(fā)動機的液態(tài)燃料運行模式期間氣體配量閥總是關(guān)閉并且保持密封。
[0012]按照本發(fā)明，該目的通過一種文首提及類型的氣體配量閥得以實現(xiàn)，在該氣體配量閥中，所述閥座沿著閥座引導(dǎo)部可移動地設(shè)置，其中，所述閥座在氣體運行模式中由于氣體通道中的燃料氣體壓力而遠離所述阻塞體地壓靠到氣體配量閥中的止擋上并且保持在該閥座的適合運行的位置中，并且其中，所述閥座在液態(tài)燃料運行模式中由所述進氣管中的壓力密封地壓靠到所述阻塞體上。阻塞體在液態(tài)燃料運行模式中通常在關(guān)閉的位置中由閥門彈簧壓靠到閥座上，該閥座由此壓靠到止擋上。只要進氣管中的壓力變得這樣大，使得從進氣管而來作用到閥座上的力超過閥門彈簧的力，閥座就遠離止擋移動并且同樣克服閥門彈簧的力將阻塞體推到閥內(nèi)部中。一旦阻塞體已經(jīng)達到其最大偏轉(zhuǎn)，就達到最大偏轉(zhuǎn)位置。當進氣管中的壓力減少時，閥門彈簧能夠?qū)ㄗ枞w和閥座的單元又壓回到初始位置中，直至閥座又貼靠在止擋上。在閥座整體移動期間，阻塞體保持固定地壓靠到閥座上。由此，阻塞體從閥座上不期望地抬起是不可能的，并且在液態(tài)燃料運行模式期間由此引起地打開閥是不可能的。
[0013]在一個有利的實施方式中，所述閥座可以具有朝向所述阻塞體定向的并且從該閥座伸出的關(guān)閉體引導(dǎo)部，所述阻塞體可移動地支承在該關(guān)閉體引導(dǎo)部上。這不僅實現(xiàn)了由AT 509737A1已知的在氣體運行模式中的優(yōu)點，而且此外具有如下按照本發(fā)明的優(yōu)點:在液態(tài)燃料運行模式中，包括閥座、關(guān)閉體引導(dǎo)部和關(guān)閉體的單元共同運動，并且在閥座的引導(dǎo)部和關(guān)閉體的引導(dǎo)部之間可能不出現(xiàn)容許誤差，該容許誤差可能在閥座的運動期間妨礙在閥座上的緊密性。
[0014]以有利的方式，所述閥座可以構(gòu)造為圓形的、同心的多個狹縫。在此，關(guān)閉體具有相應(yīng)數(shù)量的同心的環(huán)，這些環(huán)通過繞周邊分布的徑向段相互連接，并且為了關(guān)閉閥壓靠到閥座的同心的狹縫上并且密封所述狹縫。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)最小的閥行程。
[0015]在本發(fā)明的另一個有利的構(gòu)造方案中，所述關(guān)閉體可以與錨板連接，該錨板由電磁體操縱。在此，以有利的方式，所述電磁體設(shè)置在磁體基座中，該磁體基座居中地設(shè)置在所述氣體通道中。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)非常緊湊的結(jié)構(gòu)方式。
[0016]在一個有利的實施方案中，所述氣體配量閥可以是干式運轉(zhuǎn)的氣體配量閥。
[0017]按照本發(fā)明，以有利的方式在所述閥座引導(dǎo)部中在所述止擋的兩側(cè)上分別設(shè)置有密封元件，以便保護止擋免遭污物。
【附圖說明】
[0018]下面參考附圖1至3詳細闡述具體的本發(fā)明，所述附圖示例地、示意地并且不受限制地示出本發(fā)明的有利的構(gòu)造方案。附圖中:
[0019]圖1以沿著主軸的剖視圖示出按照本發(fā)明的氣體配量閥；
[0020]圖2示出配備有氣體配量閥的雙燃料發(fā)動機的氣缸的示意圖；以及
[0021]圖3示出配備有氣體配量閥的雙燃料發(fā)動機的氣缸的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]在圖1中示出的按照本發(fā)明的氣體配量閥I具有殼體2，在該殼體中設(shè)置有氣體通道13，該氣體通道由所配量的燃料氣體流過。燃料氣體穿過氣體入口 12到達氣體配量閥I中，流過氣體通道13并且穿過氣體出口 14到達進氣管15中，該進氣管引導(dǎo)到雙燃料發(fā)動機17 (圖3)的燃燒室16。在氣體出口 14的區(qū)域中設(shè)有閥座5，該閥座具有圓形的、同心的多個狹縫8，所述狹縫可以由關(guān)閉體6選擇性地關(guān)閉和開啟。關(guān)閉體6具有相應(yīng)數(shù)量的同心的環(huán)25，所述環(huán)通過繞周邊分布的徑向段相互連接，并且為了關(guān)閉閥而壓靠到閥座5的同心的狹縫8上并且密封所述狹縫。
[0023]為了操縱在圖1中示出的氣體配量閥I，在氣體通道13中設(shè)置有磁體基座18，在該磁體基座中設(shè)有電磁體7 ο當電磁體7被激活時，該電磁體7克服復(fù)位彈簧9的力將錨板11和與基該礎(chǔ)板11連接的關(guān)閉體6拉到打開的閥位置中。在關(guān)閉體6上設(shè)置有止擋環(huán)21，該止擋環(huán)在打開的閥位置中貼靠到磁體基座18的止擋面22上。只要電磁體7被去激活，包括錨板
11、止擋環(huán)22和關(guān)閉體6的單元就由復(fù)位彈簧9壓離電磁體7，并且關(guān)閉體6貼靠到閥座5上。閥座5可移動地支承在閥座引導(dǎo)部4中并且由燃料氣體的壓力壓靠到止擋20上，從而閥座5的位置在雙燃料發(fā)動機17的氣體運行模式期間總是限定的。閥座引導(dǎo)部4和止擋20構(gòu)造在閥座套3的內(nèi)壁上，該閥座套與殼體2連接。
[0024]圖1中示出的位置相應(yīng)于在氣體運行模式中的關(guān)閉的閥位置，其中，止擋環(huán)21和磁體基座18的止擋面22之間的間距相應(yīng)于閥間隙X。
[0025]閥座5的面對關(guān)閉體6的表面與閥座5的面對進氣管15的表面的比例這樣選擇，使得燃料氣體的由氣體通道13作用到閥座5上的壓力在氣體運行模式期間沿軸向方向總是對閥座5施加與由進氣管15中的最大壓力沿反方向施加到閥座5上的力相比更大的力。由此保證，閥座5在氣體運行模式期間總是保持在通過止擋20限定的位置中，從而閥座5的功能相應(yīng)于在傳統(tǒng)氣體配量閥中的固定的閥座的功能。由此，使閥座5朝止擋20那邊預(yù)緊的附加的張緊裝置或彈簧不是必需的。
[0026]在閥座5的中間設(shè)置有銷軸狀的關(guān)閉體引導(dǎo)部10，該關(guān)閉體引導(dǎo)部與閥座5固定地連接并且從閥座5朝錨板那邊伸出。在打開和關(guān)閉氣體配量閥I時，關(guān)閉體6在關(guān)閉體引導(dǎo)部10上滑動并且在打開運動和關(guān)閉運動期間由該關(guān)閉體引導(dǎo)部定位、定心和引導(dǎo)。
[0027]在雙燃料發(fā)動機17的液態(tài)燃料運行模式期間，電磁體7被去激活并且復(fù)位彈簧9將關(guān)閉體6壓靠到閥座5上，從而氣體配量閥I保持關(guān)閉。當燃料氣體供應(yīng)被關(guān)閉時，氣體通道13中的氣體壓力減小。因此，關(guān)閉體6僅僅以復(fù)位彈簧9的力壓到閥座5上，其中，在以液態(tài)燃料運行雙燃料發(fā)動機17時還保持進氣管15中的壓力。在傳統(tǒng)的閥中，在進氣管壓力和閥內(nèi)部中的氣體壓力之間的壓差和在運行渦輪增壓機時產(chǎn)生的壓力峰值于是可能導(dǎo)致:通過閥座的狹縫作用到關(guān)閉體上的壓力超過復(fù)位彈簧的力，這在傳統(tǒng)換氣閥中會導(dǎo)致關(guān)閉體從閥座抬起，并且增壓空氣與包含在其中的污物會侵入到氣體配量閥中，由此，該氣體配量閥可能承擔損害。因為復(fù)位彈簧的較高的彈簧力也會要求電磁體的較大的尺寸，因此考慮:彈簧力保持盡可能小，以便將氣體配量閥的成本和尺寸減小到最低程度。因此，增大彈簧力通常是不期望的。
[0028]反之，在圖1中示出的按照本發(fā)明的氣體配量閥I中，閥座5通過止擋20僅克服朝進氣管15方向的運動被固定。因為進氣管15中的壓力不僅作用到關(guān)閉體6的環(huán)25的由于閥座5的狹縫8而處于開敞的面上，而且作用到可運動的閥座5的朝向進氣管15定向的大得非常多的面，即使在復(fù)位彈簧9的張緊力更確切地說小的情況下，進氣管15中的壓力也不可能使關(guān)閉體6從閥座5抬起，因為閥座5會繼續(xù)壓靠到關(guān)閉體6上，并且閥座5與關(guān)閉體引導(dǎo)部10和關(guān)閉體6—起作為一個單元軸向朝向閥內(nèi)部運動，直至止擋環(huán)21靠在磁體基座18的止擋面22上。如果進氣管15中的壓力再次減少，則復(fù)位彈簧將包括關(guān)閉體6、閥座5和關(guān)閉體引導(dǎo)部10的單元又壓回到初始位置，在該初始位置中閥座5靠在止擋20上。在包括關(guān)閉體6、閥座5和關(guān)閉體引導(dǎo)部10的單元整體偏轉(zhuǎn)運動時，在液態(tài)發(fā)動機燃料運行模式期間確保氣體配量閥的密封功能。
[0029]閥座引導(dǎo)部4相對于閥座5借助于兩個密封元件23、24進行密封，所述密封元件分別設(shè)置在止擋20的階梯部的上方和下方。密封元件23、24優(yōu)選是O形環(huán)，所述O形環(huán)設(shè)置在閥座5的周面上的環(huán)形槽中。除了密封功能之外，密封元件23、24在閥座5運動時還作為用于污物的刮擦器起作用，所述污物侵入到閥座5和閥座套3之間的縫隙中。為了確保密封功能，雖然單個的密封元件就足夠，但有利的是，從兩側(cè)保護止擋20免遭污物，因為在污物貼靠在止擋20上時，不再精確地限定閥座5的靜止位置(亦即在氣體運行模式期間的位置)，并且如果閥座傾斜地設(shè)置在閥座引導(dǎo)部4中，則在阻塞體完全抬起的情況下，關(guān)閉體6和閥座之間的間距發(fā)生改變或者甚至(徑向觀察)是不均勻的。
[0030]圖2示出配備有按照本發(fā)明的氣體配量閥I的雙燃料發(fā)動機17的氣缸31的示意圖。氣體配量閥I在進氣管中恰好設(shè)置在換氣閥19的上游。氣體配量閥I在圖2中示意性示出，其中，氣體輸送裝置的可能的技術(shù)上的實施方案對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，該氣體輸送裝置例如可以構(gòu)造為包圍進氣管15的環(huán)形管道，該環(huán)形管道具有通到進氣管15中的開口。換氣閥19在吸氣循環(huán)中按照活塞27的位置以已知的方式打開和關(guān)閉通往氣缸31的燃燒室16的入口。換氣閥19由凸輪軸28操縱。第二凸輪軸28’操縱第二換氣閥19’，以便在排氣循環(huán)中將排氣排出到排氣管道29中。在氣體配量閥I被去激活的液態(tài)燃料運行模式期間，通過直接噴射裝置29將液態(tài)的燃料以已知的方式直接噴射到燃燒室16中。
[0031]圖3示出配備有氣體配量閥的雙燃料發(fā)動機17的示意圖，該雙燃料發(fā)動機具有六個氣缸，所述氣缸分別按照圖2構(gòu)造。增壓空氣通過共同的增壓空氣輸送裝置30經(jīng)由各個進氣管15供應(yīng)給氣缸31。在每個進氣管15上設(shè)置有一個氣體配量閥I，該氣體配量閥在氣體運行模式中將燃料氣體供應(yīng)給氣缸31，并且每個氣缸還設(shè)有一個用于液態(tài)燃料運行的直接噴射裝置26。
[0032]附圖標記
[0033]I氣體配量閥
[0034]2殼體
[0035]3閥座套
[0036]4閥座引導(dǎo)部
[0037]5閥座
[0038]6關(guān)閉體
[0039]7電磁體
[0040]8狹縫[0041 ] 9 復(fù)位彈簧
[0042]10關(guān)閉體引導(dǎo)部
[0043]11錨板
[0044]12氣體入口
[0045]13氣體通道
[0046]14氣體出口
[0047]15進氣管
[0048]16燃燒室
[0049]17雙燃料發(fā)動機
[0050]18磁體基座
[0051]19、19，換氣閥
[0052]20止擋
[0053]21止擋環(huán)
[0054]22止擋面
[0055]23氣體通道側(cè)的密封元件
[0056]24進氣管側(cè)的密封元件
[0057]25環(huán)
[0058]26直接噴射裝置
[0059]27活塞
[0060]28、28’ 凸輪軸[0061 ]29排氣管道
[0062]30增壓空氣輸送裝置
[0063]31氣缸
【主權(quán)項】
1.用于雙燃料發(fā)動機(17)的氣體配量閥(I)，該氣體配量閥具有可移位的阻塞體(6)，該阻塞體在貼靠到閥座(5)上的位置中關(guān)閉氣體配量閥(I)并且在從閥座(5)抬起的位置中打開氣體配量閥(I)，其中，所述氣體配量閥(I)能在氣體運行模式中和在液態(tài)燃料運行模式中操縱，在所述氣體運行模式中，所述氣體配量閥(I)將燃料氣體通過氣體通道(13)配量到雙燃料發(fā)動機(17)的進氣管(15)中，在所述液態(tài)燃料運行模式中，所述氣體配量閥(I)克服在所述進氣管(15)中存在的壓力保持密封地關(guān)閉，其特征在于，所述閥座(5)沿著閥座引導(dǎo)部(4)可移動地設(shè)置，其中，所述閥座(5)在氣體運行模式中由于氣體通道(13)中的燃料氣體壓力而遠離所述阻塞體(6)地壓靠到氣體配量閥(I)中的止擋(20)上并且保持在該閥座的適合運行的位置中，并且其中，所述閥座(5)在液態(tài)燃料運行模式中由所述進氣管(15)中的壓力密封地壓靠到所述阻塞體(6)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體配量閥(I)，其特征在于，所述閥座(5)具有朝向所述阻塞體(6)定向的并且從該閥座(5)伸出的關(guān)閉體引導(dǎo)部(10)，所述阻塞體(6)可移動地支承在該關(guān)閉體引導(dǎo)部上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項所述的氣體配量閥(I)，其特征在于，所述閥座(5)構(gòu)造為圓形的、同心的多個狹縫(8)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的氣體配量閥(I)，其特征在于，所述阻塞體(6)與錨板(11)連接，該錨板由電磁體(7)操縱。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的氣體配量閥(I)，其特征在于，所述電磁體(7)設(shè)置在磁體基座(17)中，該磁體基座居中地設(shè)置在所述氣體通道(13)中。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的氣體配量閥(I)，其特征在于，所述氣體配量閥(I)是干式運轉(zhuǎn)的氣體配量閥。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的氣體配量閥(I)，其特征在于，在所述閥座引導(dǎo)部(4)中在所述止擋(20)的兩側(cè)上分別設(shè)置有密封元件(23、24)。
【文檔編號】F02M21/02GK105909425SQ201610097154
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月23日
【發(fā)明人】M·肯策爾, C·布蘭德爾
【申請人】賀爾碧格壓縮機技術(shù)控股有限公司