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CN100416080C - 带有双路液压流体控制阀的气态和液态燃料喷射器 - Google Patents

带有双路液压流体控制阀的气态和液态燃料喷射器 Download PDF

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CN100416080C CNB018082890A CN01808289A CN100416080C CN 100416080 C CN100416080 C CN 100416080C CN B018082890 A CNB018082890 A CN B018082890A CN 01808289 A CN01808289 A CN 01808289A CN 100416080 C CN100416080 C CN 100416080C
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Abstract

一种将气态燃料和液态燃料分开喷射到内燃机燃烧室的液压致动双燃料喷射器(1)。该喷射器包括：(a)喷射器主体；(b)用于加压液压流体的液压流体入口(7)，所述液压流体有足够的压力以保持密封并防止气态燃料泄漏入液压流体；(c)用于第一液态燃料的第一燃料入口(6)；(d)设置于喷射器主体内并与第一燃料入口(6)流体连通的第一喷射阀(16)，用于控制第一液态燃料经第一燃料喷射口(15)的喷射；(e)用于第二气态燃料的第二入口(23)；(f)与第二入口(23)流体连通的第二喷射阀(17)，用于控制第二气态燃料经第二燃料喷射口(4)的喷射；(g)第一双路控制阀(3)，该阀控制液压流体的流动，以致动第一喷射阀(16)；(h)第二控制阀(2)，该阀控制液压流体的流动，以致动第二喷射阀(17)；(i)在喷射器主体内的计量装置(15)，用于计量由第一喷射阀(16)喷射的第一液态燃料的量；以及(j)喷射器主体内的流体密封空腔(22)，其防止第二气态燃料泄漏。

Description

带有双路液压流体控制阀的气态和液态燃料喷射器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的新型液压致动双燃料喷射器，更具体地说，该应用涉及一种液压致动喷射器，用于在不同时间将受控量的第一燃料和第二燃料喷入内燃柴油机中。
背景技术
由于可方便取用，成本低且具有能够减少颗粒排放的潜力，天然气是用作柴油发动机燃料的一种有前景的备选燃料。已知的将传统柴油燃料发动机(即，压燃式发动机)转变为消耗天然气的发动机的公知方法大体有三种：
(1)将发动机转变为理想配比或稀燃火花点火发动机；
(2)利用“双燃料”技术将发动机转变为天然气发动机，其中，天然气与吸入空气的全部或一部分混合，并由压缩冲程的结束时喷入的柴油点火；和
(3)将发动机转变为直接将天然气燃料喷入带有点火源的燃烧室。
因为直接喷射法是唯一的可保持内在的有利工作特点和传统柴油燃料发动机的高效率的方法，所以它是优选方法。
将燃料直接喷射到发动机气缸中的最大优点在于它使得在整个载荷范围内高效并稳定燃烧。这是因为燃烧发生在局部区域，该区域中燃料-空气比处于规定的可燃性极限内。当诸如天然气的气态燃料替代柴油时，该气态燃料超过柴油的优点在于它不要求雾化成微米大小的液滴，所以也不需要非常高的喷射压力。对于柴油喷射，需要高达1000个大气压的压力来实现最高效的工作。对于如天然气这样的气态燃料，200个大气压已经够用了。天然气直接喷射的主要困难是天然气不能像柴油那样在通常温度和柴油机压力范围内自燃。为了克服这个困难，必须提供另一个点火源。点火源的示例为：(a)与天然气一同或分开喷射的少量自点火的引燃柴油，和(b)电热塞或灼热表面等。出于经济原因，希望能够限制对发动机的必要改动。在这一方面，较为有利的结构采用双燃料喷射器，该喷射器像传统单燃料喷射器一样能够配装入相同的开口，从而引燃燃料和气态燃料二者都可以喷射到燃烧室中，而不需改动发动机本体或气缸盖。
为促进使用直接喷射天然气燃料发动机，需要液压致动的双燃料喷射器，以便气态燃料和引燃燃料的引入能够得以独立控制。
发明内容
双燃料喷射器单独将第一燃料和第二燃料喷射到内燃机燃烧室中，其中，通过与所述燃烧室相关联的发动机的工作，所述第一燃料是在所述燃烧室内可自燃的一种燃料，而所述第二燃料是可在所述燃烧室内燃烧的一种燃料。该喷射器包括：
(a)喷射器主体；
(b)形成于喷射器主体内的液压流体入口，用于使来自液压流体源的加压液压流体能够引入喷射器主体的内部，液压流体的压力稍高于喷射器主体内气态燃料的压力，以保持密封并防止气态燃料泄漏到液压流体内；
(c)形成于喷射器主体内的第一燃料入口，用于使第一燃料能够引入喷射器主体内部；
(d)第一喷射阀，该阀位于喷射器主体内并与第一燃料入口流体连接，以用于控制第一燃料从喷射器经至少一个第一燃料喷射口或孔喷射；
(e)形成在喷射器主体内的第二燃料入口，用于使第二燃料能够引入喷射器主体的内部；
(f)第二喷射阀，该阀位于喷射器主体内并与第二燃料入口流体连接，以用于控制第二燃料从喷射器经至少一个第二燃料喷射口或孔喷射；
(g)第一双路控制阀，用于控制液压流体流动，以致动第一喷射阀；
(h)第二控制阀，用于控制液压流体的流动，以致动第二喷射阀；
(i)计量装置，该装置位于喷射器主体内，用于测量第一喷射阀所喷射的第一燃料的量；
(j)增压器装置，该装置位于喷射器主体内，用来增加第一燃料的压力；以及
(k)喷射器主体内的密封，用于防止第二燃料泄漏到第一燃料内。
第一控制阀优选地是电子控制并电气操纵的。例如，在一个优选实施例中，第一控制阀由电子控制且电气操纵的螺线管控制。第二控制阀也可以是电子控制和电气操纵的双路阀。
由双燃料喷射器喷射的两种燃料可以是用于触发燃烧的引燃燃料和发动机燃料主体的主燃料。例如，当第一燃料是引燃燃料时，它可以是液态燃料，如柴油，该燃料能在比主燃料低的温度和压力下自点火。在一个优选实施例中，主燃料是高压气态燃料，例如，天然气，丙烷或氢气，该燃料燃烧更清洁并产生比等量的柴油(基于能量)少的NOx和颗粒物质。当引燃燃料是液态燃料，如柴油时，它也可以用作液压流体，这是因为它可以容易地从引燃燃料供应系统中所获取。
喷射器的一个优选配置采用作为针阀的第一喷射阀。该针阀的一个优选实施例通过利用第一喷射阀内的增压的引燃燃料的压力来喷射第一燃料，以提供一个将阀针提离阀座的开启力，从而第一燃料可以通过第一燃料喷射口喷射。阀针优选地远离阀座而提升到针阀阀体内，但是，针阀也可以沿燃烧室(已知的提升阀型)的方向提离阀座。关闭力优选地由弹簧，例如机械螺旋弹簧提供。
第二喷射阀优选地也是针阀。在一个优选实施例中，高压液压流体引入与第二喷射阀相连的液压流体腔室以提供关闭力。当液压流体从液压流体腔室内排出时，喷射器主体的空腔内的第二燃料的压力作用在阀针上以提供将阀针提离第二喷射阀的阀座的打开力。在另一优选实施例中，弹簧用于提供关闭力，高压液压流体被引入与第二喷射阀相连的腔室以提供打开力。在这个实施例中，当液压流体从液压流体腔室内排出时，第二喷射阀返回关闭位置。
喷射器主体内设置的密封优选地是包括设置于喷射阀中空腔内的液压流体的流体密封。该密封通过用压力比第二燃料高的液压流体充满空腔来工作以防止第二燃料的泄漏。该空腔形成于喷射器主体和第二喷射阀的阀针之间并防止第二燃料经喷射器主体和可移动的阀针之间的缝隙泄漏。用于填充流体密封的液压流体最好与用来致动第一和第二针阀的液压流体相同。
在喷射器的一个优选配置中，第一针阀和第二针阀是同心的，且第一针阀为内阀，而第二针阀设置在围绕第一针阀的环形空间内。在这种配置中，第一针阀的阀体优选地作为第二针阀的阀针。在这种配置中，第二燃料经位于喷射器主体尖端的口喷射，而第一燃料经位于第二针阀尖端的口喷射。
计量装置优选地与增压器装置集成一体。在一个优选实施例中，增压器包括一个置于气缸内的活塞，且活塞的一侧面对充满高压液压流体的腔室，活塞的另一侧面对与向第一喷射阀供应第一燃料的流体通路流体连通的腔室。第一燃料通过抽入与增压器活塞相连的燃料腔室的燃料量来测量。这个量由活塞的运动和活塞移动多远而扩大燃料室的容积来决定。当高压液压流体引入活塞相对侧的腔室时，第一燃料的压力得以增加，导致活塞运动，从而扩大液压流体腔室的体积并减小燃料室的体积。所以，燃料室内的燃料被压缩，增大了流体通路内和第一喷射阀内的第一燃料的压力。用单路单向阀防止加压第一燃料流入增压器上游的流体通路中。当液压流体从与增压器活塞相连的液压流体腔室排出时，活塞运动来减小液压流体腔室的体积，同时将另一定量量的第一燃料抽入燃料室中，以供下一个喷射事件。以这种方式，液压流体用来致动增压器，而不用来直接控制第一喷射阀，这样做又提高了第一燃料的压力，从而操纵第一喷射阀。
在喷射器的另一个实施例中，增压器活塞作用为三路阀，用于从液压致动室接纳或排出液压流体。
将液态燃料和气态燃料单独喷射到内燃机燃烧室内的液态和气态燃料喷射器的另一实施例，其中通过所述发动机的工作，所述液态燃料为在所述燃烧室内可自燃的一种，而所述气态燃料为在所述燃烧室内可燃烧的一种燃料，所述喷射器包括：
(a)喷射器主体，该喷射器主体包括形成于其中的：
至少一个液压流体入口，用于将液压流体导入设置在喷射器主体内部的液压流体通路中；
液态燃料入口；
气态燃料入口；和
至少一个排出口，用于将液压流体从喷射器主体内排出；
(b)流态燃料喷射阀，该阀可通过弹簧保持在关闭位置，并当流态燃料喷射阀内的液态燃料压力足以提供可克服弹簧施加的关闭力的打开力时，该阀开启而将液态燃料喷入燃烧室，其中，液压流体压力用来控制液态燃料压力；
(c)第一液压致动系统，用于控制液态燃料喷射阀内的液态燃料压力，该第一液压致动系统包括：
第一液压流体腔室，其中，通过控制第一液压流体腔室内液压流体压力控制液态燃料喷射阀内的液态燃料压力；
第一液压流体通路，该通路与第一液压流体腔室流体相连，其中，使用双路阀来控制经第一液压流体通路的液压流体流动；和
第二液压流体通路，该通路与第一液压流体腔室流体连通，其中，使用小孔来控制经第二液压流体通路的液压流体流动；其中，第一和第二液压流体通路中的一个与至少一个液压流体入口流体连通，而第一和第二液压流体通路中的另一个与至少一个液压流体排出口流体连通；
(d)气态燃料喷射阀，用于控制经气态燃料喷射口并进入燃烧室的气态燃料的喷射，气态燃料喷射阀由第二液压致动系统液压致动，该第二液压致动系统与喷射器主体内的至少一个液压流体通路流体连通；和
(e)防止喷射器主体内的气态燃料泄漏的密封。
该液态和气态燃料喷射器还包括用来测量引入液态燃料喷射阀的液态燃料的量的计量装置。该计量装置可以包括，例如，置于气缸内的活塞。第一液压流体腔室内的液压流体压力作用在活塞的一侧，当活塞运动以减小燃料室的体积时，活塞另一侧的燃料室内所计量的液态燃料受压，从而增加了所计量的液态燃料的压力。
液态和气态燃料喷射器优选地包括一个气态燃料喷射阀，其可以通过提高第二液压流体腔室内液压流体压力在打开位置和关闭位置之间工作。此外，液态和气态燃料喷射器还可以包括第二液压致动器系统，用于控制第二液压流体腔室内的液压流体压力。例如，第二液压致动器系统可以包括：
第三液压流体通路，该通路与第二液压流体腔室流体相连，其中，使用双路阀来控制经第三液压流体通路的液压流体的流动；和
第四液压流体通路，该通路与第二液压流体腔室流体相连，其中，使用小孔来控制经第四液压流体通路的液压流体的流动；
其中，第三和第四液压流体通路中的一个与液压流体入口中的至少一个流体相连，而第三和第四液压流体通路的另一个与至少一个液压排出口流体相连。
附图说明
附图示出了本发明的特定优选实施例，但不应认为从任何方面限制本发明的精髓和范围：
图1和图2示出了双螺线管双燃料喷射器的正视图和侧视图；
图3、图4和图5分别示出了图1和图2从外部示出的双螺线管双燃料喷射器的第一实施例沿剖面线C-C，A-A和B-B取得的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。喷射器的该实施例用高压液压流体来将气态燃料阀保持在关闭位置；
图6、图7和图8分别示出了图1和图2从外部示出的双螺线管双燃料喷射器的第二实施例沿剖面线C-C，A-A和B-B截取的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。喷射器的该实施例用高压液压流体来打开气态燃料阀；
图9、图10和图11分别示出了图1和图2从外部示出的双螺线管双燃料喷射器的第三实施例沿剖面线C-C，A-A和B-B截取的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。喷射器的该实施例示出一种引燃燃料与液压流体不同的喷射器；
图12和图13示出单螺线管双燃料喷射器的正视图和侧视图；
图14、图15和图16分别示出了图12和13从外部示出的单螺线管双燃料喷射器的第一实施例沿剖面线C-C，A-A和B-B截取的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。喷射器的该实施例使用高压液压流体将气态燃料阀保持在关闭位置，并使用增压器-柱塞，其功能为三路滑阀；
图17、图18和图19分别示出了图12和13从外部示出的单螺线管双燃料喷射器的第四实施例沿剖面线C-C，A-A和B-B的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。喷射器的该实施例使用高压液压流体来打开气态燃料阀，并使用增压器-柱塞，其功能为三路滑阀。
具体实施方式
双燃料喷射器能够顺序地将液态引燃燃料和主高压气态燃料喷入内燃机的燃烧室中。在优选实施例中，双燃料喷射器利用液压流体的恒定高压源(共线)和一个或两个电气操纵的电子控制液压流体控制阀来工作。在一个优选实施例中，喷射器具有如下的元件：
-一个入口，用于从恒压源(共线)接收加压液压流体；
-两个同心的针阀，燃料喷射口位于喷射器尖端的附近，用于支配两种不同燃料喷射到发动机燃烧室中；
-电子控制的电气操纵阀，该阀控制液压流体的流动，以致动引燃燃料针阀；
-用于引燃燃料的计量装置，带有相关的再填充机构；
-液压或电气操纵的液压流体控制阀，该阀控制液压流体的流动以致动气态燃料针阀；
-用于高压气态燃料的入口；以及
-流体密封，用于防止高压气态燃料泄漏到液压致动流体，该流体密封填充以加压的液压流体，该流体基本上被约束在流体密封内。
在本喷射器的一个优选实施例中，液态燃料计量及喷射机构以及气态燃料计量及喷射系统都容纳在喷射器主体中。此外，加压液压流体的同一源可用于下面的某些或全部目的：控制阀的致动，流体密封和引燃燃料。
包括上述优选元件的许多实施例可用来实现希望的目标。相应地，尽管这些不同的实施例共同具有上述的公共元件，但对于喷射器的特定方面，例如以下方面，每个实施例可以使用一个或多个的备选配置，例如：
-用于气态燃料针阀的液压流体致动的另一种配置(例如，如果液压流体系统存在压力流失，气态燃料针阀可以被偏压而不能到达打开或关闭位置)；
-用于计量装置致动的另一种配置；和
-采用与液压流体不同的引燃燃料的另一种配置。
参照附图，图1和图2示出了本发明的一个实施例的正视图和侧视图，其中，使用了两个电气操纵的电子控制液压流体控制阀，一个控制引燃燃料的喷射，而一个控制主气态燃料的喷射。具体地说，图1示出了双燃料喷射器1外部的前视图，且双螺线管2和3位于顶部而气态燃料喷射口4和液态燃料喷射口5位于底部。螺线管2和3提供用于电气操纵液压流体控制阀的装置。可使用传统的电子控制来控制螺线管2和3的触发，以控制两种不同燃料喷射到燃烧室的时刻。图2示出了双燃料喷射器1的侧视图，且螺线管2位于顶部，在图2中，螺线管3隐藏在螺线管2后。
图3到图11示出了双燃料喷射器的不同实施例的内部。因为如图1和图2所示的喷射器1的外部与图3到图11所示的内部实施例的相同，为了达到简洁并删除冗余的目的，图1和图2不再重复，例如，双燃料喷射器的内部结构可以例如是在下面关联图3到图11的讨论中的如实施例1(a)、1(b)和1(c)中原理上示出并论述的三种结构中的一种。
1(a)利用高压液压流体关闭气态燃料针阀的双螺线管双燃料喷射器
图3、图4和图5分别示出了如图1和图2从外部所示的双螺线管双燃料喷射器的第一实施例沿剖面线C-C，A-A和B-B截取的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。实施例1(a)利用高压液压流体将气态燃料阀保持在关闭位置。
图3、图4和图5详细示出了双燃料喷射器1的实施例1(a)内部结构。在这个实施例中，喷射器1有三个流体入口6、7和8，两个排出口9和10，顶部安装的气态燃料控制螺线管2和顶部安装的引燃燃料控制螺线管3。喷射器1包括气态燃料控制阀11和位于气态燃料控制螺线管2下的气态燃料控制阀弹簧12。喷射器1还包括引燃燃料控制阀13和位于引燃燃料控制螺线管3下的引燃燃料控制阀弹簧14。在实施例1(a)中，阀11和阀13是双路阀并被偏压在使它们关闭的位置，阻塞了分别通向排出口9和10的液压流体通路(如图4所示)。喷射器1还包括引燃燃料增压器15，如图3和图4所示。增压器15与引燃燃料控制阀13相连并位于其下。
如图3特别示出的那样，单向阀30与增压器15相连。流体通路19，参见图3和图5，经过单向阀30将引燃燃料入口6连接到增压器15，即，单向阀允许引燃燃料从流体通路进入增压器15之下的空间27的单向流动。
喷射器1具有两个同心放置的针阀。内针阀是引燃燃料针阀16。引燃燃料针阀16被针阀弹簧18和液压流体腔室20内的液压流体压力偏压到关闭位置。外同心针阀是气态燃料针阀17，该阀设置于围绕针阀16的环形空间内。在喷射阀1的尖端、喷射阀主体内形成有一系列气态燃料喷射口。引燃燃料喷射口5形成在气态燃料针阀17尖端的中空体内。喷射口4和5以及相关的针阀16和17的端部位于喷射器1的尖端，以便将气态燃料和引燃燃料直接喷入发动机的燃烧室(没有示出)。
液压流体腔室20位于气态燃料控制阀11和气态燃料针阀17之间。针阀弹簧18绕引燃燃料针阀的挡块21设置，该挡块21位于引燃燃料针阀16上方。液压流体通路将液压流体腔室20连接到液压流体入口8；流体通路内的设置的小孔8a限制液压流体流入液压流体腔室20内。当螺线管2被触发来打开气态燃料控制阀11时，由于小孔8a对自液压流体入口8的流动的限流造成液压流体通过排出口10排放比它被重新充满要快，从而使液压流体腔室20内的压力减小。
气态燃料空腔22位于喷射器1的底部区域内并环绕气态燃料针阀17的下部。气态燃料经入口23供给到空腔22。喷射器1内，特别是气态燃料空腔22和喷射器1主体内的其他空腔之间的不同压力被流体密封密封，该流体密封包括设置于流体密封空腔24内的液压流体，图4和图5中可以清楚看出。
双燃料喷射器实施例1(a)的工作
经发动机驱动的泵(共线系统)增压到基本恒定水平的液压流体经口7和8引入到喷射器1(参见图4和图5)内。引燃燃料经入口6进入。在一个优选配置中，引燃燃料和液压流体相同并同时从共线系统供应到喷射器1。
在图4和图5所示的双路阀配置中，入口7和8始终与相应的腔室25和腔室20流体连通。在喷射事件之间，气态燃料针阀17和引燃燃料针阀16在关闭位置，在该位置，它们防止流体通过相应的喷射口4和5。当腔室25和20内的流体压力基本上与经相应的口7和8引入的液压流体压力相等时，气态燃料控制阀11和引燃燃料控制阀13都在关闭位置。来自入口6的加压引燃燃料也通过流体通路19填充增压器15下的空间(参见图3)。但是，当引燃燃料控制阀13关闭时，由于增压活塞面向腔室25的表面积大于增压器面向空间27的表面积，因此增压器15处于使腔室25体积最大并使腔室27的体积最小的位置(如图3和图4所示)。
引燃燃料入口6也为流体密封空腔24供应加压流体(引燃燃料)，在流体密封空腔处，引燃燃料围绕气态燃料针阀17的可运动阀针提供流体密封。当引燃燃料用做密封时，它被加压到稍大于燃料空腔22内的主气态燃料的压力的压力，以防止气态燃料经流体密封空腔24泄漏(参见图4和图5)。
在喷射事件之间，当喷射器1不喷射任何燃料时，气态燃料控制螺线管2和引燃燃料控制螺线管3(参见图4)被断电。如上所讨论的，位于螺线管2和3下的相应的气态燃料控制阀11和引燃燃料控制阀13处于关闭位置。控制阀11和13由相应的螺旋弹簧12和14偏压到关闭位置。通过口8输送到腔室20内的加压液压流体将外同心气态燃料针阀17保持在关闭位置，也可以辅助将内同心引燃燃料针阀6保持在关闭位置。容纳弹簧18的隔室也可以与腔室20流体连通或与腔室20密封。当弹簧隔室与腔室20流体连通时，隔室内的压力大约等于腔室20内的压力。当弹簧隔室与腔室20密封时，隔室内的压力可以，例如，与入口7或排出口9处的液压流体压力相同。根据弹簧隔室内的压力，施加在引燃燃料针阀16上的关闭力的全部或大部分由针阀螺旋弹簧18提供。
由喷射器1对引燃燃料计量是通过以下所述的两种方式之一来进行的。在两种方法中，引燃燃料螺线管13首先供能以导致引燃燃料控制阀13移动到打开位置。在引燃燃料控制螺线管3供能时，控制阀13将增压器15上的腔室25与排出口9相连；这导致液压流体从腔室25内的排放比它经小孔7a重新充满更快，小孔7a位于将腔室25和液压流体入口7连接的流体通路内。通过从腔室25内排出液压流体，增压器上方的压力减小到明显低于空间27内的加压引燃燃料压力的压力，导致增压器15运动而减小腔室25的大小并扩大空间27的大小。空间27以通过开启单向阀30流入的引燃燃料填充。
在第一引燃燃料计量方法中，当将所需量的引燃燃料已经引入增压器15下方的空间27时，螺线管3断电。然后，螺线管3断电，由此，引燃燃料控制阀13在引燃燃料控制阀弹簧14的作用下返回到的关闭位置，关闭从腔室25到排出口9的通路。相应地，随着来自入口7的液压流体充进腔室25，液压压力重新施加在增压器5的顶部。腔室25内恢复的流体压力颠倒了增压器15的方向，以使其运动来扩大腔室25并压缩空间27内的引燃燃料。增压器15下的空间27内和流体通路26内的引燃燃料的压力提高。流体通路26将单向阀30流体连接到引燃燃料针阀16上。在流体通路26内提高的引燃燃料压力使单向阀30关闭。流体通路26内提高的引燃燃料压力提高了引燃燃料针阀16内的引燃燃料压力。所提高的引燃燃料压力可以用来克服针阀弹簧18的偏压以打开引燃燃料针阀16，由此可以通过螺线管3的断电来触发引燃燃料喷射，这是因为在优选配置中，基本上在引燃燃料控制阀13关闭后立即开始引燃燃料喷射。根据第一种引燃燃料计量方法，所计量的引燃燃料的量通过控制扩大空间27的容积来得到控制。当增压器反转方向减小空间27的容积时，对于每个燃料喷射事件的引燃燃料每次计量量的空间27的体积由增压器15活塞的位置来决定。相应地，计量步骤必须在引燃燃料喷射前立即执行，这是因为引燃燃料基本上在增压器15的方向颠倒后立即喷射(即，当螺线管3断电时)。
在第二种引燃燃料计量方法中，增压器15移动，直到它到达腔室25的端部并不能进一步移动为止(即，第二种方法没有提供控制引燃燃料的量的选择，对于每个喷射事件，通过控制增压器15的移动，以在其到达腔室25的端部前颠倒方向来计量引燃燃料，正如第一种方法)。根据第二种方法，计量装置用来计量出基本上恒定量的引燃燃料。在第二种方法中，计量阶段(挡空间27扩大时)可以在引燃燃料喷射事件前很好地执行。
前面的两种引燃燃料测量方法的任一种中，随着螺线管3断电且引燃燃料控制阀13在弹簧14作用下关闭而开始喷射引燃燃料。增压器15上方的压力随之增加，从而导致增压器15移动来扩大腔室25的体积。增压器下方的增压的引燃燃料压力提高，并通过流体通路26(参见图4)传送。当引燃燃料针阀16内的引燃燃料压力足够高而提供比弹簧所施加的关闭力大的力时，引燃燃料针阀16打开。接下来，所计量的引燃燃料经气态燃料针阀17尖端的喷射口5喷入发动机燃烧室(没有示出)。内引燃燃料针阀16向上的运动受到限制针阀弹簧18压缩的机械挡块21的限制。
当增压器15到达其运动的末端并且引燃燃料的计量量输送到引燃燃料阀16时，随着引燃燃料经喷射口5喷入燃烧室，空间27内的一些压力减轻。引燃燃料针阀16内的引燃燃料的压力最终降低到过低而不能将引燃燃料针阀16保持在打开位置的压力。引燃燃料针阀16随后返回关闭位置，同时引燃燃料喷射终止。
在实施例1(a)，经入口6供应的高压引燃燃料源与流体密封空腔流体连通，从而防止了气态燃料越过流体密封空腔24从空腔22泄漏。从入口6向引燃燃料针阀16供应的引燃燃料的最小压力应足够高以防止燃烧室内的燃烧气体经喷射口5进入喷射器1。
当气态燃料控制螺线管2供能时，发生气态燃料喷射。在螺线管2供能时，阀11提升并打开，使腔室20与排出口10流体连接。腔室20内的液压流体经排出口10比它经小孔8a重新充满更快地排出，小孔8a设置在将入口8连接到腔室20上的流体通路内。相应地，腔室20内的压力减小，而使得空腔22内的气态燃料的高压可以将气态燃料针阀17提升到打开位置，从而将空腔22内的气态燃料经喷射口4喷入发动机燃烧室。当螺线管2断电且气态燃料控制阀弹簧12关闭气态燃料控制阀11，导致气态燃料针阀17运动到关闭位置，将喷射口4关闭时，气态燃料喷射停止。
1(b)使用高压液压流体打开气态燃料针阀的双螺线管双燃料喷射器
图6、图7和图8分别示出了如图1和图2从外部所示出的双螺线管双燃料喷射器的第二实施例沿剖面线C-C，A-A和B-B截取的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。喷射器1的实施例1(b)利用高压液压流体来打开气态燃料阀17。实施例1(b)具有很多与图3、图4和图5所示的实施例1(a)相同的元件，这些相同的元件用相同的附图标记来标识。但是，实施例1(b)中，用于气态燃料阀17的致动装置不同于实施例1(a)中的。参照图7，高压液压流体经入口8进入喷射器1。气态燃料控制阀11是双路阀，其通过控制液压流体经排出口10的流动来控制流体通路29内的液压流体压力。气态燃料针阀17由螺旋弹簧28保持在关闭位置。螺旋弹簧28在实施例1(a)中没有出现。
除了气态燃料喷射的方式外，实施例1(b)的喷射器基本上以与上述实施例1(a)相同的方式工作。对于实施例1(b)，在螺线管2供能时，双路气态燃料控制阀11移动到关闭位置，由此关闭了与排出口10的流体连通，并导致空腔29b内的压力增加。当空腔29b内的液压流体压力和空腔22内的气态燃料压力的组合力作用在气态燃料针阀17上并且足以克服螺旋弹簧28的关闭力时，气态燃料针阀17打开。空腔22内的气态燃料随后经设置在喷射器1尖端内的喷射口4喷射到燃烧室内。气态燃料针阀内止弹簧28限制针阀17的运动，从而限制施加在螺旋弹簧28上的压力。当螺线管2断电时，气态燃料喷射停止。气态燃料针阀17随后运动到关闭位置，关闭喷射口4并终止气态燃料的喷射。
实施例1(b)中所描述的喷射器的所有其他特征基本上与实施例1(a)所描述的那些相同。
1(c)使用与液压流体不同的引燃燃料的双螺线管双燃料喷射器
图9、图10和图11分别示出了如图1和图2从外部所示出的双螺线管双燃料喷射器的第三实施例沿剖面线C-C，A-A和B-B截取的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。除新的引燃燃料入口19b外，实施例1(c)与实施例1(a)相同，该入口19b经单向阀30与空间27流体连通。引燃燃料以与供应到入口7上的液压流体相似的压力供给到入口19b
除了入口19b允许使用不同于引入流体密封空腔24的液压流体的引燃燃料外，实施例1(c)的操作和实施例1(a)相似。当螺线管3供能时，腔室25内的压力降低，与实施例1(a)螺线管3供能时相似。空间27内的引燃燃料压力导致增压器15移动，以减小腔室25的体积，并增加空间27的体积，空间27内充有从入口19b供应的引燃燃料。如实施例1(a)中所描述的，可以选择两种不同引燃燃料计量顺序中的一种。气态燃料的喷射与实施例1(a)中所描述的相同。实施例1(c)的引燃燃料喷射装置也可以与实施例1(b)的引燃燃料喷射装置组合使用，尽管该特定组合没有在图中示出。
利用高压液压流体关闭气态燃料针阀的单螺线管双燃料喷射器(实施例2(a)和2(b))
图12和图13分别示出了一种喷射器的正面和侧面立体视图，其中，单螺线管致动阀用于控制双燃料喷射器31。双燃料喷射器31具有其上安装的单螺线管32。引燃燃料喷射口34和气态燃料喷射口33在喷射器尖端附近，该喷射器塞入到发动机燃烧室内。还是简便起见，单螺线管喷射器31的外部只示出了一次，尽管有两种不同的内部实施例在图14到图19中示出并在以下讨论(即，第一实施例2(a)使用液压流体压力关闭气态燃料针阀，而第二实施例2(b)使用液压流体压力打开气态燃料针阀)。
在喷射器31的优选实施例中，液压流体通过发动机驱动的泵(即，共线系统)加压到恒定的水平。加压的液压流体供应到喷射器31的入口36和39，或另外，供给到较少数量的入口上，这些入口使用内部流体通路，以将液压流体引导到喷射器31内不同的液压流体腔室。引燃燃料供应到入口35，与这里讨论的其他实施例类似，引燃燃料优选地与液压流体相同，并能由同一个共线系统供应。
图14、图15和图16分别示出了如图12和13从外部示出的单螺线管双燃料喷射器的第一实施例2(a)沿剖面线C-C，A-A和B-B截取的详细剖视图，侧面剖视图和正面剖视图。实施例2(a)采用与实施例1(a)所采用的类似的控制引燃燃料喷射的配置。即，螺线管32供能以控制柱塞42a上方的液压流体压力，并控制引燃燃料的计量和增压。引燃燃料控制阀40是双路阀。在喷射事件之间，控制阀40在打开位置以使空间55流体连接到排出口37上，且空间55内的压力远小于引燃燃料计量室内的压力。相应地，在喷射事件之间，增压器42保持在使定量的引燃燃料吸入引燃燃料计量室的位置。在实施例2(a)中，柱塞42a同样也起滑阀的作用以控制液压流体流入、流出腔室51。在喷射事件之间，柱塞42a的凹部与液压流体入口39对齐以使腔室51与入口39流体连通，且腔室51中充有高压液压流体，该高压液压流体提供了作用在气态燃料针阀47上的关闭力。
当控制阀40关闭时，空间55与排出口37断开，而液压流体经入口36和小孔36a流入空间55，导致包括柱塞42a的增压器42移动，以增加空间55的容积并减小引燃燃料计量室54的容积。计量室54内的引燃燃料压力随着计量室容积的减小而增大。引燃燃料针阀46与测量室54内的增压的引燃燃料流体连通，而增高的引燃燃料压力导致引燃燃料针阀46打开，类似于实施例1(a)中引燃燃料针阀的操作。
当柱塞42a也起滑阀的作用时，如实施例2(a)中那样，增压器42在整个行程长度内运动，使得柱塞42的凹部能够本身与排出口38对齐，以减小来自腔室51的液压流体压力，从而致动气态燃料针阀47。气态燃料的喷射优选地在引燃燃料的喷射开始后开始。气体燃料喷射的时间由排出口38和/或小孔的尺寸决定，该小孔位于与排出口38流体连接的排放线路上，而排出口38控制腔室51内压力下降速率。当控制阀40再次打开，且柱塞42a移动而将腔室51和入口39重新连接时，气态燃料喷射停止，由此也关闭了排出口38并重新充满引燃燃料计量室54。
在另一种配置中，柱塞42a不用作滑阀，可以采用第二控制阀来控制气态燃料的喷射，且在每个喷射事件中增压器42不需要在整个冲程长度内的运动。相应地，在该替换的配置中，所计量的每次喷射事件的引燃燃料的量可以通过在增压器42和柱塞42a运动到整个冲程前颠倒增压器42和柱塞42a的方向来调整。
当引燃燃料控制阀40打开时，增压器42的运动反转。空间55内的液压流体随后经排出口37比经入口36和小孔36a重新充满更快地排出。结果，空间55内的压力减小，使得增压器42移动而扩大引燃燃料计量室54，直至它为下一个喷射事件再次保持计量量的引燃燃料为止。
引燃燃料入口35，单向阀44，流体通路45，流体密封48，引燃燃料挡块49和针阀弹簧50与实施例1(a)中对应的元件功能相同，即，与入口6，单向阀30，流体通路19，流体密封24，引燃燃料针阀挡块21和针阀弹簧18(参见图3到图5)功能相同。加压的气态燃料经口53供应到空腔52。
除实施例2(b)中致动气态燃料针阀47的装置包括弹簧56外，图17、图18和图19所示的实施例2(b)保留了与图14到图16所示的实施例2(a)相同的基本部件。弹簧56的操作与弹簧28相似，弹簧28在前面结合图9、图10和图11所述的双螺线管实施例1(b)描述。气态燃料针阀47由螺旋弹簧56保持在关闭位置。当由腔室57内的液压流体压力施加到针阀主体上的打开力足以克服弹簧56的关闭力时，气态燃料针阀47打开。参考图18，在实施例2(b)中，入口39和排出口38的位置与实施例2(a)相比颠倒了。当腔室57与排出口38流体连通并且增压器42移动而压缩引燃燃料喷射阀46内的引燃燃料时，气态燃料针阀47关闭，从而喷射引燃燃料，柱塞42a同时移动以使入口39与腔室57流体连通，从而导致气态燃料针阀47打开。实施例1(b)和2(b)的优点在于：如果液压流体压力损失，气态燃料喷射阀将在液压流体系统内的压力恢复前保持在关闭位置。
在图12到图19中公开并图示的单螺线管系统优点在于仅使用了一个螺线管(螺线管32)。一些不利的方面是：(1)引燃燃料的量是固定的；和(2)主气态燃料针阀在相对于引燃燃料喷射的固定时刻发生致动。
鉴于前述描述，如本领域技术人员所明白的，在不背离本发明的精髓和范围的情况下，在本发明的实施中可能会有许多变化与改进。相应地，本发明的范围应根据所附的权利要求书限定的实质内容来确立。

Claims (29)

1. 一种用于单独喷射第一和第二燃料到燃烧室内的双燃料喷射器，其中，通过与所述燃烧室相关联的发动机的工作，所述第一燃料是在所述燃烧室内可自燃的一种燃料，而所述第二燃料是可在所述燃烧室内燃烧的一种燃料，所述喷射器包括：
(a)喷射器主体；
(b)液压流体入口，其形成在喷射器主体内，用于使来自流体源的加压液压流体能够引入所述喷射器主体的内部，所述液压流体的压力高于所述喷射器主体内的气态燃料压力，以保持密封并防止气态燃料泄漏入液压流体；
(c)第一燃料入口，其形成在所述喷射器主体内，用于使所述第一燃料能够引入所述喷射器主体的内部；
(d)第一燃料喷射阀，该阀位于所述喷射器主体内并与所述第一燃料入口流体连通，以用于控制所述第一燃料从所述喷射器经至少一个第一燃料喷射口或小孔喷射；
(e)第二燃料入口，其形成在所述喷射器主体内，用于使所述第二燃料能够引入所述喷射器主体的内部；
(f)第二燃料喷射阀，该阀位于喷射器主体内并与所述第二燃料入口流体连通，以控制所述第二燃料从所述喷射器经至少一个第二燃料喷射口或小孔喷射；
(g)第一双路控制阀，该阀控制液压流体的流动，以致动所述第一喷射器阀；
(h)第二控制阀，该阀控制液压流体的流动，以致动所述第二喷射阀；
(i)计量装置，其位于所述喷射器主体内，用于计量由所述第一喷射阀喷射的所述第一燃料的量；
(j)增压器装置，其位于所述喷射器主体内，用于增加所述第一燃料的压力；以及
(k)位于所述喷射器主体内的密封，用于防止所述第二燃料泄漏到所述第一燃料。
2. 如权利要求1所述的喷射器，其中，所述第一控制阀是电子控制且电气操纵的。
3. 如权利要求1所述的喷射器，其中，所述第二控制阀是双路阀。
4. 如权利要求3所述的喷射器，其中，所述第二控制阀是电子控制并电气操纵的。
5. 如权利要求1所述的喷射器，其中，所述第一燃料是引燃燃料。
6. 如权利要求1所述的喷射器，其中，所述第二燃料是高压气态燃料。
7. 如权利要求1所述的喷射器，其中，所述液压流体是与所述第一燃料相同的流体。
8. 如权利要求1所述的喷射器，其中，所述第一喷射阀是针阀。
9. 如权利要求8所述的喷射器，其中，所述第二喷射阀是针阀。
10. 如权利要求9所述的喷射器，其中，所述密封是流体密封，该密封包括设置于空腔内的液压流体，该空腔形成在所述第二针阀的阀针和所述喷射器主体之间。
11. 如权利要求9所述的喷射器，其中，所述第一针阀和所述第二针阀是同轴的，且所述第一针阀是内阀，而所述第二针阀放置在围绕所述第一针阀的环形空间内。
12. 如权利要求11所述的喷射器，其中，所述第一针阀的阀体是所述第二针阀的阀针。
13. 如权利要求1所述的喷射器，其中，所述计量装置与所述增压器装置为一体的。
14. 如权利要求1所述的喷射器，其中，所述密封是流体密封，该流体密封位于用于所述第一燃料和所述第二燃料的各流体空腔之间。
15. 如权利要求2所述的喷射器，其中，所述第一喷射阀由第一螺线管控制。
16. 如权利要求15所述的喷射器，其中，所述第一螺线管操纵一控制阀，来控制液压流体通过一流动路径从液压流体入口进入所述增压器，而所述增压器设置在连接所述第一燃料入口到所述第一燃料喷射阀的的路径中，而所述增压器工作来控制所述第一燃料进入所述第一燃料喷射阀。
17. 如权利要求4所述的喷射器，其中，所述第二喷射阀由第二螺线管控制。
18. 如权利要求13所述的喷射器，还包括单路单向阀，该阀设置在液压流体入口和所述计量装置的计量室之间，以控制来自液压流体入口的液压流体进入所述计量装置的所述计量室。
19. 如权利要求1所述的喷射器，其中，在所述喷射器主体尖端处设置有第二燃料喷射口，所述第二燃料可经这个喷射口喷射，而在所述第二针阀的尖端处设置有第一燃料喷射口，所述第一燃料可经这个第一燃料喷射口喷射。
20. 如权利要求15所述的喷射器，其中，所述第一喷射阀由弹簧偏压。
21. 如权利要求17所述的喷射器，其中，所述第二喷射阀由弹簧偏压。
22. 如权利要求9所述的喷射器，其中，所述第一和第一喷射阀的位置分别由至少一个弹簧偏压。
23. 如权利要求1所述的喷射器，其中，增压器为三路阀，其中一路与液压流体入口相连接，另一路与排出口相连接，以接纳来自用于所述第二喷射阀液压致动室的液压流体和排出来自该液压致动室的液压流体。
24. 一种用于单独将液态燃料和气态燃料喷射到内燃机的燃烧室的燃料喷射器，其中通过所述发动机的工作，所述液态燃料为在所述燃烧室内可自燃的一种，而所述气态燃料为在所述燃烧室内可燃烧的一种燃料，所述喷射器包括：
(a)喷射器主体，其中形成有：
至少一个液压流体入口，该入口允许液压流体进入设置于所述喷射器主体内部的液压流体通路中；
液态燃料入口；
气态燃料入口；和
至少一个用于从所述喷射器主体排出液压流体的排出口；
(b)液态燃料喷射阀，该阀可由弹簧保持在关闭位置，并且当所述液态燃料喷射阀内的液态燃料压力足以提供克服所述弹簧施加的关闭力的打开力时，该阀可工作以将液态燃料喷射入所述燃烧室，其中，液压流体压力被用于控制所述液态燃料压力；
(c)第一液压致动系统，用于控制所述液态燃料喷射阀内的液态燃料压力，所述第一液压致动系统包括：
第一液压流体腔室，其中，所述液态燃料压力通过控制所述第一液压流体腔室内的液压流体压力来控制；
第一液压流体通路，该通路与所述第一液压流体腔室流体连通，其中，双路阀被用于控制液压流体经所述液压流体通路流动；和
第二液压流体通路，该通路与所述第一液压流体腔室流体连通，其中，小孔被用于控制液压流体经所述第二液压流体通路的流动，其中，所述第一和第二液压流体通路中的一个与至少一个液压流体入口流体连通，所述第一和第二液压流体通路中的另一个与至少一个液压流体排出口流体连通；
(d)气态燃料喷射阀，用于控制所述气态燃料经气态燃料喷射口喷入所述燃烧室中，所述气态燃料喷射阀由第二液压致动系统液压致动，该第二液压致动系统与所述喷射器主体内的至少一个所述液压流体通路流体连通；以及
(e)防止所述喷射器主体内的气态燃料泄漏的密封。
25. 如权利要求24所述的燃料喷射器，还包括用于计量引入所述液态燃料喷射阀的液态燃料量的计量装置，其中，所述计量装置包括设置于气缸内的活塞，而所述第一液压流体腔室内的液压流体压力施加到所述活塞的一侧，并且当所述活塞运动以减小所述燃料室的容积时，在活塞另一侧的燃料室内所计量的液态燃料被压缩。
26. 如权利要求24所述的燃料喷射器，其中，所述气态燃料喷射阀可在打开位置和关闭位置之间工作，并可通过提高第二液压流体腔室内的液压流体压力而在所述打开和关闭位置中的一个位置上工作。
27. 如权利要求26所述的燃料喷射器，还包括第二液压流体致动系统，用于控制所述第二液压流体腔室内的液压流体压力，所述第二液压致动系统包括：
第三液压流体通路，该通路与所述第二液压流体腔室流体连通，其中，双路阀被用于控制液压流体通过所述第三液压流体通路流动；和
第四液压流体通路，该通路与所述第二液压流体腔室流体连通，其中，小孔被用于控制液压流体通过所述第四液压流体通路流动；
其中，所述第三和第四液压流体通路中的一个与所述至少一个液压流体入口流体连通，而所述第三和第四液压流体通路中的另一个与所述至少一个液压流体排出口流体连通。
28. 如权利要求27所述的燃料喷射器，其中，所述第二液压致动系统可以将液压流体入口与所述第二液压流体腔室相连通，以给所述气态燃料喷射阀提供关闭力，当液压流体从所述第二液压流体腔室内排出时，喷射器内的气态燃料压力为所述气态燃料喷射阀提供打开力。
29. 如权利要求27所述的燃料喷射器，其中，所述第二液压致动系统可以将液压流体入口与所述第二液压流体腔室相连通，以给所述气态燃料喷射阀提供打开力，并且当液压流体从所述第二液压力流体室内排出时，弹簧为所述气态燃料喷射阀提供关闭力。
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