用于將氣體燃料噴射到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的燃料閥及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于具有氣體燃料供給系統(tǒng)的壓燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料閥，尤其涉及用于具有氣體燃料供給系統(tǒng)的大型低速單流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料閥。
【背景技術(shù)】
[0002]十字頭式大型低速二沖程壓燃式(柴油)發(fā)動(dòng)機(jī)通常在大型船舶的推進(jìn)系統(tǒng)中使用或者在發(fā)電廠中用作原動(dòng)機(jī)。非常經(jīng)常地，這些發(fā)動(dòng)機(jī)靠重燃料油或者燃料油運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0003]當(dāng)前，需要大型二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠適應(yīng)替代性類型的燃料，諸如燃?xì)?、煤漿、石油焦等，尤其是燃?xì)狻?br>[0004]諸如天然氣的氣體燃料當(dāng)用作用于大型低速單流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料時(shí)當(dāng)與例如將重燃料油用作燃料時(shí)相比是在排放氣體中產(chǎn)生的顯著較低等級(jí)的硫組分、NOx和C02的相對(duì)清潔燃料。
[0005]然而，在大型低速單流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中使用氣體燃料時(shí)存在一些問(wèn)題。這些問(wèn)題中的一個(gè)是當(dāng)噴射到燃燒室中時(shí)氣體自燃的自發(fā)性與可預(yù)測(cè)性并且二者在壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中受控是重要的。因此，現(xiàn)有的大型低速單流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)利用與氣體燃料的噴射同時(shí)的油或其它點(diǎn)火液體的先導(dǎo)噴射以確保氣體燃料的可靠且適當(dāng)定時(shí)的點(diǎn)燃。
[0006]大型低速單流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)通常用于推進(jìn)大型遠(yuǎn)洋貨輪并且因此可靠性是至關(guān)重要的。這些發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料操作仍是相對(duì)近期的發(fā)展并且氣體操作的可靠性仍未達(dá)到傳統(tǒng)燃料的等級(jí)。因此，現(xiàn)有的大型低速二沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都是二重燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，具有用于基于氣體燃料運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料系統(tǒng)以及用于基于燃料油運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料系統(tǒng)使得它們能夠被操作為僅基于燃料油以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0007]由于這些發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的大直徑，因此它們通常在缸體的每個(gè)缸體蓋中設(shè)有圍繞中心排放閥以約120°的角度分離的三個(gè)燃料噴射閥。因此，通過(guò)雙重燃料系統(tǒng)每個(gè)缸體將具有三個(gè)氣體燃料閥并且每個(gè)缸體將具有三個(gè)燃料油閥以及靠近相應(yīng)氣體噴射閥布置的一個(gè)燃料油噴射閥以確保氣體燃料的可靠的點(diǎn)火并且由此，缸體的頂蓋是相對(duì)擁擠的位置。
[0008]在現(xiàn)有的雙重燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料油閥已經(jīng)被用于在氣體燃料操作過(guò)程中提供先導(dǎo)油噴射。這些燃料油閥的尺寸設(shè)計(jì)為使得能夠按照用于以僅在燃料油上以全載荷運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)要求的數(shù)量傳送燃料油。然而，在先導(dǎo)噴射中噴射的油的數(shù)量應(yīng)該盡可能小以獲得排放的期望的減少。還能夠傳送以全載荷運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的大的量的全尺寸燃料噴射系統(tǒng)的此少量劑量造成了重大技術(shù)問(wèn)題，并且在實(shí)踐中非常難以實(shí)現(xiàn)并且因此在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)中先導(dǎo)油劑量已經(jīng)在每個(gè)油噴射事件具有比期望尤其在中等以及低載荷更大的數(shù)量?？梢蕴幚硇〉南葘?dǎo)數(shù)量的額外的小噴射系統(tǒng)的另選物是相當(dāng)復(fù)雜且昂貴的。此外，額外的小先導(dǎo)油噴射閥使得缸體的頂蓋甚至更加擁擠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在此背景上，本申請(qǐng)的目的是提供克服或者至少減少了上面指出問(wèn)題的用于壓燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料閥。
[0010]根據(jù)一個(gè)方面通過(guò)提供用于將氣體燃料噴射到壓燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的燃料閥實(shí)現(xiàn)了此目的，燃料閥包括:具有后端與前端的細(xì)長(zhǎng)燃料閥殼體；噴嘴，該噴嘴具有細(xì)長(zhǎng)噴嘴本體，細(xì)長(zhǎng)噴嘴本體具有形成連接到噴嘴孔的室的中空內(nèi)部，噴嘴布置在燃料閥殼體的前端，室具有細(xì)長(zhǎng)形狀，室的一個(gè)縱向端形成用于氣體燃料與點(diǎn)火液體的入口端口并且噴嘴孔在室的另一個(gè)縱向端附近連接到室，氣體燃料入口端口，其在細(xì)長(zhǎng)燃料閥殼體中以連接到高壓氣體燃料源；點(diǎn)火液體入口端口，用于連接到點(diǎn)火液體源；用于在氣體燃料入口端口與點(diǎn)火空間之間建立定時(shí)流體連接的裝置；以及構(gòu)造為將限定量的點(diǎn)火液體定時(shí)地傳送到室以在室內(nèi)部點(diǎn)燃?xì)怏w燃料的裝置。
[0011 ] 通過(guò)將限定量的點(diǎn)火液體傳送到噴嘴中的室，可以實(shí)現(xiàn)噴嘴中室內(nèi)部的氣體燃料的可靠且受控的點(diǎn)火，同時(shí)使用簡(jiǎn)單裝置來(lái)傳送點(diǎn)火液體并且點(diǎn)火液體消耗少由此改進(jìn)了排放水平。
[0012]在第一方面的第一可能實(shí)施中，構(gòu)造為用于定時(shí)地將限定量的點(diǎn)火液體傳送到室的裝置被配置為傳送受控量的點(diǎn)火液體。
[0013]在第一方面的第二可能實(shí)施中，點(diǎn)火液體的限定且受控的數(shù)量顯著少于室的體積。
[0014]在第一方面的第三可能實(shí)施中，燃料閥構(gòu)造為正好在氣體燃料以前將限定量的點(diǎn)火液體傳送到室。
[0015]在第一方面的第四可能實(shí)施中，燃料閥構(gòu)造為在氣體燃料開始傳送時(shí)將限定量的點(diǎn)火液體傳送到室。
[0016]在第一方面的第五可能實(shí)施中，限定量的點(diǎn)火液體在允許氣體燃料進(jìn)入到室以前添加至氣體燃料并且其中氣體燃料與點(diǎn)火液體經(jīng)由一個(gè)且相同的端口進(jìn)入室。
[0017]在第一方面的第六可能實(shí)施中，限定量的點(diǎn)火液體與氣體燃料經(jīng)由不同的端口傳送到室。
[0018]在第一方面的第七可能實(shí)施中，室具有細(xì)長(zhǎng)形狀，室的一個(gè)縱向端形成用于氣體燃料與點(diǎn)火液體的入口端口并且噴嘴孔在室的另一個(gè)縱向端附近連接到室。
[0019]在第一方面的第八可能實(shí)施中，噴嘴構(gòu)造為在300°C以上的溫度操作。
[0020]在第一方面的第九可能實(shí)施中，噴嘴包括基部與細(xì)長(zhǎng)噴嘴本體，噴嘴通過(guò)其基部連接到細(xì)長(zhǎng)閥殼體的前端，并且噴嘴包含具有靠近尖端布置的噴嘴孔的閉合尖端。
[0021]此外根據(jù)第二方面通過(guò)提供壓燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了上面的目的，該縮點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有多個(gè)缸體、高壓氣體燃料供給系統(tǒng)、高壓點(diǎn)火液體供給系統(tǒng)以及根據(jù)第一實(shí)施到第九實(shí)施中任一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)氣體燃料閥，該氣體燃料閥設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體蓋中并且連接到高壓氣體燃料供給系統(tǒng)且連接到點(diǎn)火液體供給系統(tǒng)。
[0022]在第二方面的第一可能實(shí)施中，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造為在點(diǎn)火液體的協(xié)助下并且在不使用其它點(diǎn)火裝置的情況下壓燃噴射的氣體燃料。
[0023]在第二方面的第二可能實(shí)施中，發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造為當(dāng)氣體燃料進(jìn)入噴嘴內(nèi)部的室時(shí)點(diǎn)燃?xì)怏w燃料。
[0024]在第二方面的第三可能實(shí)施中，氣體燃料源將所述氣體燃料以高壓傳送到燃料閥，并且其中點(diǎn)火液體源構(gòu)造為以高于氣體燃料源壓力的壓力傳送點(diǎn)火液體。
[0025]此外根據(jù)第三方面通過(guò)提供用于在自燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中噴射以及點(diǎn)燃?xì)怏w燃料的方法實(shí)現(xiàn)了上面目的，自燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有燃料閥，燃料閥具有用于將氣體燃料噴射到自燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的燃料閥殼體，燃料閥包括噴嘴，此噴嘴包括具有形成室的中空內(nèi)部的細(xì)長(zhǎng)噴嘴本體以及連接到室的噴嘴孔，噴嘴布置在燃料閥殼體的前端，并且室具有細(xì)長(zhǎng)形狀，室的一個(gè)縱向端形成用于氣體燃料與點(diǎn)火液體的入口端口并且噴嘴孔在室的另一個(gè)縱向端附近連接到室，此方法包括:將高壓氣體燃料傳送到燃料閥；通過(guò)定時(shí)打開燃料閥(50)開始噴射事件由此允許氣體燃料經(jīng)由噴嘴中的室流動(dòng)到燃燒室；正好在噴射事件以前或期間將噴射液體傳送到噴嘴中的室由此致使室內(nèi)部的氣體燃料的點(diǎn)火；以及通過(guò)閉合氣體閥結(jié)束噴射事件。
[0026]在第三方面的第一可能實(shí)施中，此方法還包括將氣體燃料以第一高壓傳送到燃料閥并且將點(diǎn)火燃料以第二高壓傳送到燃料閥，第二高壓高于第一高壓。
[0027]在第三方面的第二可能實(shí)施中，此方法還包括在噴射事件開始前混合氣體燃料與點(diǎn)火液體并且將氣體燃料與點(diǎn)火液體同時(shí)傳送到室。
[0028]在第三方面的第三可能實(shí)施中，此方法還包括分別將氣體燃料與點(diǎn)火液體傳送到室。
[0029]此外根據(jù)第四方面通過(guò)提供操作壓燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的方法實(shí)現(xiàn)了上述目的，該方法包括:將加壓氣體燃料以第一高壓供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料閥，燃料閥包括閥殼體，燃料閥具有中空噴嘴，中空噴嘴具有細(xì)長(zhǎng)噴嘴本體，細(xì)長(zhǎng)噴嘴本體具有將噴嘴中的室連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體中的燃燒室的多個(gè)噴嘴孔，噴嘴布置在燃料閥殼體的前端，并且室具有細(xì)長(zhǎng)形狀，室的一個(gè)縱向端形成用于氣體燃料與點(diǎn)火液體的入口端口并且噴嘴孔在室的另一個(gè)縱向端附近連接到室，將點(diǎn)火液體以第二高壓供給到燃料閥，第二高壓高于第一高壓；通過(guò)與在中空噴嘴上方的閥座配合的可移動(dòng)閥針控制氣體燃料的噴射，燃料室布置在閥座上方；通過(guò)氣體燃料加壓燃料室；通過(guò)從閥座提升軸向可移動(dòng)閥針開始?xì)怏w燃料噴射事件，正好在噴射事件以前或者在噴射事件期間將少量點(diǎn)火液體傳送到室；以及通過(guò)將軸向可移動(dòng)閥針向回移動(dòng)到閥座結(jié)束噴射事件。
[0030]在第四方面的第一可能實(shí)施中，在點(diǎn)火液體的協(xié)助下在室內(nèi)部點(diǎn)燃?xì)怏w燃料。
[0031]在第四方面的第二可能實(shí)施中，貫穿發(fā)動(dòng)機(jī)周期噴嘴保持在300°C以上。
[0032]此外根據(jù)第五方面通過(guò)提供在用于在自燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中噴射與點(diǎn)燃?xì)怏w燃料的方法中，將船用油或發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油或燃料油用作點(diǎn)火液體實(shí)現(xiàn)了上述目的，自燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有燃料閥，燃料閥用于將氣體燃料噴射到自燃式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中，燃料閥包括噴嘴，此噴嘴具有形成室的中空內(nèi)部以及連接到室的噴嘴孔，該方法包括:將高壓氣體燃料傳送到燃料閥；通過(guò)定時(shí)打開燃料閥開始噴射事件由此允許氣體燃料經(jīng)由噴嘴中的室流動(dòng)到燃燒室；就在噴射事件以前或期間將噴射液體傳送到噴嘴中的室由此協(xié)助室內(nèi)部的氣體燃料的受控點(diǎn)燃；以及通過(guò)閉合氣體閥結(jié)束噴射事件。
[0033]在第五方面的第一實(shí)施中，此方法還包括將氣體燃料以第一高壓傳送到燃料閥并且將點(diǎn)火燃料以第二高壓傳送到燃料閥，第二高壓高于第一高壓。
[0034]在第五方面的第二實(shí)施中，此方法還包括在開始噴射事件以前混合氣體燃料與點(diǎn)火液體并且將氣體燃料與點(diǎn)火液體同時(shí)傳送到室。
[0035]在第五方面的第三實(shí)施中，此方法還包括分別將氣體燃料與點(diǎn)火液體傳送到室。
[0036]在第五方面的第四實(shí)施中，在點(diǎn)火液體的協(xié)助下在室內(nèi)部點(diǎn)燃?xì)怏w燃料。<