用于將氣體燃料噴射到自燃式內(nèi)燃發(fā)動機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)的自燃式內(nèi)燃發(fā)動機的氣體燃料閥，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)動機的氣體燃料閥。
【背景技術(shù)】
[0002]十字頭式大型低速二沖程自燃(柴油)發(fā)動機通常在大型船舶的推進(jìn)系統(tǒng)中使用或者在發(fā)電廠中用作原動機。非常經(jīng)常地，這些發(fā)動機靠重燃料油或者燃料油運轉(zhuǎn)。
[0003]當(dāng)前，需要大型二沖程柴油發(fā)動機能夠適應(yīng)替代性類型的燃料，諸如燃?xì)狻⒚簼{、石油焦等，尤其是然氣。
[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)動機的燃料時當(dāng)與例如將重燃料油用作燃料時相比是在排放氣體中產(chǎn)生的顯著較低等級的硫組分、NOx^P CO 2的相對清潔燃料。
[0005]然而，在大型低速單流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃發(fā)動機中使用氣體燃料時存在一些問題。這些問題中的一個是當(dāng)噴射到燃燒室中時氣體自燃的自發(fā)性與可預(yù)測性并且二者在壓燃發(fā)動機中受控是重要的。因此，現(xiàn)有的大型低速單流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃發(fā)動機利用與氣體燃料的噴射同時的油或其它點火液體的先導(dǎo)噴射以確保氣體燃料的可靠且適當(dāng)定時點燃。
[0006]大型低速單流渦輪增壓二沖程內(nèi)燃發(fā)動機通常用于推進(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)動機的氣體燃料操作仍是相對近期的發(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。因此，現(xiàn)有的大型低速二沖程柴油發(fā)動機都是二重燃料發(fā)動機，具有用于基于氣體燃料運轉(zhuǎn)的燃料系統(tǒng)以及用于基于燃料油運轉(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轉(zhuǎn)。
[0007]由于這些發(fā)動機的燃燒室的大直徑，因此它們通常每個缸體設(shè)有圍繞中心排放閥以約120°的角度分離的三個燃料噴射閥。因此，通過雙重燃料系統(tǒng)每個缸體將具有三個氣體燃料閥并且每個缸體將具有三個燃料油閥以及靠近相應(yīng)氣體噴射閥布置的一個燃料油噴射閥以確保氣體燃料的可靠點燃并且由此，缸體的頂蓋是相對擁擠的位置。
[0008]在現(xiàn)有的雙重燃料發(fā)動機中燃料油閥已經(jīng)被用于在氣體燃料操作過程中提供先導(dǎo)油噴射。這些燃料油閥的尺寸設(shè)計為使得能夠按照用于以僅在燃料油上以全載荷運轉(zhuǎn)發(fā)動機要求的數(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)問題，并且在實踐中非常難以實現(xiàn)并且因此在現(xiàn)有發(fā)動機中先導(dǎo)油劑量已經(jīng)在每個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，本申請的目的是提供克服或者至少減少了上面指出問題的用于自燃式內(nèi)燃發(fā)動機的燃料閥。
[0010]根據(jù)一個方面通過提供用于將氣體燃料噴射到自燃式內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中的燃料閥實現(xiàn)了此目的，燃料閥包括:具有后端與前端的細(xì)長燃料閥殼體；噴嘴，其具有通向噴嘴內(nèi)部的針閥壓力室空間的多個噴嘴孔，噴嘴布置在細(xì)長閥殼體的前端；氣體燃料入口端口，其在細(xì)長燃料閥殼體中以連接到高壓氣體燃料源；軸向可移動閥針，其可滑動地容納在細(xì)長閥殼體的縱向孔中，軸向可移動閥針具有閉合位置與打開位置；軸向可移動閥針在閉合位置中放置在閥座上并且軸向可移動閥針在打開位置中從閥座提升，閥座布置在燃料室與出口端口之間，燃料室流體地連接到氣體燃料入口端口，出口端口流體地連接到噴嘴中的針閥壓力室空間；致動系統(tǒng)，其用于在閉合位置與打開位置之間可控制地移動軸向可移動閥針；點火液體入口端口，用于連接到高壓點火液體源；以及點火液體供給導(dǎo)管，其將點火液體入口端口連接到燃料室，點火液體供給導(dǎo)管包括固定流量限制器，固定流量限制器構(gòu)造為使從點火液體入口端口到燃料室的點火液體的流動節(jié)流，以便當(dāng)閥針放置在閥座上時允許少量點火液體作為恒定流量的點火液體通過固定流量限制器以積聚在閥座上方的燃料室中。
[0011]在其中閥針放置在閥座上的發(fā)動機循環(huán)的期間中，通過點火液體向燃料室的受控的緩慢且持續(xù)的傳送，可以在閥座的正上方的氣體燃料室的底部處形成點火液體的小儲液器。當(dāng)閥針在發(fā)動機循環(huán)中在適當(dāng)時間點提升時，在燃料室中的高壓氣體燃料朝向噴嘴的中空內(nèi)部流動，即到針閥壓力室空間中。在燃料閥的閉合期間過程中沉積在閥座上方的少量點火液體在氣體燃料之前被推動并且由此點火液體就在氣體燃料之前進(jìn)入噴嘴中的針閥壓力室空間。由于在燃燒室中的清掃空氣的壓縮因而已經(jīng)存在于針閥壓力室空間中的熱壓縮空氣、點火液體與氣體燃料的結(jié)合，致使已經(jīng)在噴嘴內(nèi)部點燃。
[0012]在第一方面的第一可能實施中，固定流量限制器是固定孔流量控制元件。
[0013]在第一方面的第二可能實施中，軸向可移動閥針可滑動地容納在縱向孔中，軸向可移動閥針與縱向孔之間具有間隙，并且其中間隙在縱向孔的一端處通向燃料室并且其中點火液體導(dǎo)管將點火液體傳送到該間隙并且其中此間隙形成固定流量限制器。
[0014]在第一方面的第三可能實施中，點火液體用作間隙中的密封液體。
[0015]在第一方面的第四可能實施中，點火液體供給導(dǎo)管從點火液體入口端口延伸到通向縱向孔的端口以將點火液體傳送到縱向孔與軸向可移動閥針之間的間隙。
[0016]在第一方面的第五可能實施中，點火液體源的壓力高于氣體燃料源的壓力。
[0017]在第一方面的第六可能實施中，軸向可移動閥針可操作地連接到可滑動地容納在殼體中的軸向可移動的致動活塞并且與殼體一起限定致動室，致動室流體地連接到控制端口以連接到控制油源。
[0018]在第一方面的第七可能實施中，軸向可移動閥針從縱向孔突出到燃料室中使得燃料室圍繞軸向可移動閥針的一部分。
[0019]在第一方面的第八可能實施中，點火液體供給導(dǎo)管在殼體中延伸并且通過軸向可移動的閥針以將點火液體端口流體地連接到間隙。
[0020]在第一方面的第九可能實施中，噴嘴包括基部與細(xì)長噴嘴本體，并且其中噴嘴通過其基部連接到細(xì)長閥殼體的前端，并且其中噴嘴具有閉合尖端，噴嘴孔靠近所述尖端布置。
[0021 ] 此外根據(jù)第二方面通過提供自燃式內(nèi)燃發(fā)動機實現(xiàn)了上面的目的，該自燃式內(nèi)燃發(fā)動機具有多個缸體、高壓氣體燃料供給系統(tǒng)、高壓點火液體供給系統(tǒng)、根據(jù)第一方面的一個或多個燃料閥，該燃料閥設(shè)置在發(fā)動機的缸體處并且連接到高壓氣體燃料供給系統(tǒng)且連接到點火液體供給系統(tǒng)。
[0022]在第二方面的第一可能實施中，發(fā)動機構(gòu)造為在燃料室中積聚的點火液體的協(xié)助下并且在不使用其它點火裝置的情況下自點燃噴射氣體燃料。
[0023]在第二方面的第二可能實施中，發(fā)動機構(gòu)造為當(dāng)氣體燃料進(jìn)入噴嘴內(nèi)部的針閥壓力室空間時點燃?xì)怏w燃料。
[0024]在第二方面的第三可能實施中，氣體燃料源以高壓將氣體燃料傳送到燃料閥，并且其中點火液體源構(gòu)造為傳送點火液體并且壓力高于氣體燃料源的壓力。
[0025]此外根據(jù)第三方面通過提供操作自燃式內(nèi)燃發(fā)動機的方法實現(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)動機的燃料閥，燃料閥具有中空噴嘴，中空噴嘴具有將噴嘴的內(nèi)部連接到發(fā)動機的缸體中的燃燒室的多個噴嘴孔；將點火液體以第二高壓供給到燃料閥，第二高壓高于第一高壓；通過與在中空噴嘴上方的閥座配合的可移動閥針控制氣體燃料的噴射，燃料室布置在閥座上方；通過加壓氣體燃料加壓燃料室；將點火液體的少量連續(xù)流傳送到燃料室并且在其中軸向可移動閥針放置在閥座上期間允許點火液體積聚在閥座上方；通過從閥座提升軸向可移動閥針開始?xì)怏w燃料噴射事件，由此致使積聚的點火液體正好在氣體燃料之前進(jìn)入中空噴射噴嘴。
[0026]在第三方面的第一可能實施中，在點火液體的協(xié)助下在噴嘴內(nèi)部點燃?xì)怏w燃料。
[0027]在噴嘴的第三方面的第二可能實施中，貫穿發(fā)動機循環(huán)噴嘴保持在300°C以上。
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