專利名稱：雙燃料噴射器及使用其的發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及雙燃料發(fā)動機(jī)，更具體地涉及一種用于以氣體和液體燃料對發(fā)動機(jī)進(jìn)行燃料供給的具有內(nèi)桿的雙燃料噴射器。
背景技術(shù)：
已知?dú)怏w燃料發(fā)動機(jī)相對于壓燃式發(fā)動機(jī)來說能夠進(jìn)行清潔的燃燒。然而，氣體燃料難以被成功地點(diǎn)燃(點(diǎn)火)是公知的。一些氣體燃料發(fā)動機(jī)利用火花塞，而其它發(fā)動機(jī)已知為利用少量的被壓縮點(diǎn)燃的蒸餾柴油燃料以進(jìn)而點(diǎn)燃更大量的氣體燃料。在發(fā)動機(jī)之中或周圍的實(shí)際空間限制常常使得難以找到用于與向各個(gè)燃燒室供應(yīng)兩種不同燃料有 關(guān)的全部管路和硬件的空間。美國專利7，373，931教導(dǎo)了一種雙燃料發(fā)動機(jī)，其利用少量的和壓縮點(diǎn)燃的蒸餾柴油燃料來點(diǎn)燃更大量的氣體燃料。該文獻(xiàn)教導(dǎo)了使用一種具有嵌套的針閥兀件的燃料噴射器以便于從同一噴射器向各個(gè)發(fā)動機(jī)氣缸中噴射氣體和液體燃料兩者。但是，所述噴射器的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致燃料之間的交叉泄漏、燃料向發(fā)動機(jī)氣缸中的泄露，以及在所述燃料噴射器被批量生產(chǎn)時(shí)會導(dǎo)致大的性能差異的累積公差。此外，所述噴射器結(jié)構(gòu)固有地需要取決于燃料是被單獨(dú)噴射還是被同時(shí)噴射的不同噴射模式。除了上述潛在問題之外，還可能存在與在發(fā)動機(jī)的氣缸蓋安裝件中可用的有限空間內(nèi)封裝具有兩個(gè)電致動器和控制閥的雙燃料噴射器有關(guān)的問題。所述'931專利示出了用于分別控制氣體燃料和液體燃料的噴射動作的并排的電子控制閥。在某些情況下，可能沒有足夠的可用空間來實(shí)現(xiàn)該文獻(xiàn)中所示的并排安裝。本發(fā)明旨在解決上述一個(gè)或多個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，一種燃料噴射器包括噴射器體部，所述噴射器體部限定有第一組噴嘴出口、第二組噴嘴出口、第一燃料入口和第二燃料入口。雙電磁(螺線管)致動器包括第一銜鐵、第一線圈(繞組)、第二銜鐵、第二線圈和桿。所述雙電磁致動器具有非噴射構(gòu)型，在所述非噴射構(gòu)型中所述第一銜鐵處于未通電位置，所述第二銜鐵處于未通電位置，且所述桿處于第一角度取向。所述雙電磁致動器具有第一燃料噴射構(gòu)型，在所述第一燃料噴射構(gòu)型中所述第一燃料入口與所述第一組噴嘴出口流體連接，所述第一銜鐵處于通電位置，所述第二銜鐵處于未通電位置，且所述桿處于所述第一角度取向。所述雙電磁致動器具有第二燃料噴射構(gòu)型，在所述第二燃料噴射構(gòu)型中所述第二燃料入口與所述第二組噴嘴出口流體連接，所述第一銜鐵處于未通電位置，所述第二銜鐵處于通電位置，且所述桿處于第二角度取向。另一方面，一種發(fā)動機(jī)包括限定有多個(gè)氣缸的發(fā)動機(jī)殼體。雙燃料系統(tǒng)包括多個(gè)燃料噴射器，每個(gè)燃料噴射器都包括噴射器體部，所述噴射器體部限定有設(shè)置成用于向所述多個(gè)氣缸之一中進(jìn)行直接噴射的第一組噴嘴出口和第二組噴嘴出口。所述雙燃料系統(tǒng)包括與所述多個(gè)燃料噴射器中每個(gè)的第一燃料入口流體連接的第一燃料共軌，和與所述多個(gè)燃料噴射器中每個(gè)的第二燃料入口流體連接的第二燃料共軌。所述多個(gè)燃料噴射器中的每個(gè)都包括雙電磁致動器，所述雙電磁致動器包括共用一共同的中心線的第一銜鐵、第一線圈、第二銜鐵和第二線圈。此外，所述雙電磁致動器還包括能繞與所述共同的中心線垂直的樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)的桿。又一方面，一種運(yùn)行發(fā)動機(jī)的方法包括通過雙燃料噴射器的第一組噴嘴出口向發(fā)動機(jī)氣缸中噴射第一燃料。通過所述雙燃料噴射器的第二組噴嘴出口向所述發(fā)動機(jī)氣缸中噴射第二燃料。所述噴射步驟之一包括使所述雙燃料噴射器的 雙電磁致動器的桿從第一角度取向樞轉(zhuǎn)為第二角度取向。通過壓縮點(diǎn)燃所述第二燃料來點(diǎn)燃所述第一燃料。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)和雙燃料共軌系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖I的雙燃料系統(tǒng)的一部分的側(cè)剖視圖；圖3是圖I的雙燃料噴射器之一的頂部的剖視側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一方面的燃料噴射器的底部的剖視側(cè)視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一方面的燃料噴射器的底部的剖視側(cè)視圖；圖6是示出在以雙燃料供給模式和應(yīng)急運(yùn)行(跛行，limp home)模式運(yùn)行時(shí)圖I的雙燃料系統(tǒng)的控制閥位置、氣體和液體燃料的軌壓以及噴射率相對于時(shí)間的一系列圖示；圖7是根據(jù)本發(fā)明另一方面的雙燃料噴射器的剖視側(cè)視圖；以及圖8是沿剖切線8-8看去時(shí)圖7的燃料噴射器的桿區(qū)域的放大剖視圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機(jī)5使用雙燃料共軌系統(tǒng)10。發(fā)動機(jī)5包括發(fā)動機(jī)殼體6，發(fā)動機(jī)殼體6限定有多個(gè)氣缸7，僅示出了一個(gè)氣缸。雙燃料系統(tǒng)10包括多個(gè)雙燃料噴射器12 (僅示出了一個(gè))，所述雙燃料噴射器均包括噴射器體部70，所述噴射器體部具有設(shè)置成用于將氣體燃料和/或液體燃料直接噴入發(fā)動機(jī)氣缸7之一中的頂端部件71。雙燃料系統(tǒng)10包括多個(gè)外管40和內(nèi)管50，每個(gè)外管40和內(nèi)管50在管軸(quill) 30和燃料噴射器12之一之間伸入發(fā)動機(jī)殼體6中。每個(gè)內(nèi)管50被壓緊在相關(guān)聯(lián)的管軸30上的錐形座和燃料噴射器12之一上的錐形座之間。這樣，每個(gè)發(fā)動機(jī)氣缸7具有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的燃料噴射器12、一個(gè)外管40、一個(gè)內(nèi)管50和一個(gè)管軸30。雙燃料系統(tǒng)10包括氣體燃料共軌16，所述氣體燃料共軌經(jīng)管軸30之一和在內(nèi)管50與外管40之間限定的外通路49與每個(gè)燃料噴射器12流體連接。液體燃料共軌14經(jīng)管軸30之一和由內(nèi)管50限定的內(nèi)通路51與每個(gè)燃料噴射器12流體連接。電子控制器15與各個(gè)燃料噴射器12進(jìn)行控制通信以選擇性地控制氣體和液體燃料噴射動作兩者的正時(shí)和量。電子控制器15也與被可操作地聯(lián)接成控制氣體燃料共軌16中壓力的氣體壓力控制裝置20進(jìn)行控制通信，并且還與被可操作地聯(lián)接成控制液體燃料共軌14中壓力的液體壓力控制裝置22進(jìn)行控制通信。雖然諸如甲烷、丙烷等的各單種氣體在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但是包含各種氣體之混合物的天然氣特別適用于本發(fā)明。此外，液體燃料被選擇成能夠在發(fā)動機(jī)5的壓縮比下進(jìn)行壓縮點(diǎn)燃。例如，液體燃料可以是蒸餾柴油燃料或適于壓縮點(diǎn)燃以進(jìn)而點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)氣缸7之一中的氣體燃料量的某種其它液體燃料。在所示實(shí)施例中，天然氣在低溫液化天然氣罐21中保持為液態(tài)?？勺兣帕康蜏乇糜呻娮涌刂破?5控制成將液化天然氣泵送通過過濾器和熱交換器而膨脹為保持在儲存器中的氣體。根據(jù)本發(fā)明的氣體壓力控制裝置20可包括電子控制閥，所述電子控制閥從供應(yīng)側(cè)(儲存器)向氣體燃料共軌16供應(yīng)受控量的氣體燃料。該用于天然氣的所述供應(yīng)策略在發(fā)動機(jī)5安裝在可動機(jī)器(例如采礦卡車等)上時(shí)特別適用。另一方面，如果發(fā)動機(jī)5是靜止不動的，則氣體壓力控制裝置可連接到可用天然氣源，然后以由電子控制器15控制的方式被壓縮并向氣體燃料共軌16進(jìn)給，以在共軌16中維持期望壓力。向液體燃料共軌14的液體燃料供應(yīng)在罐23開始。在所示實(shí)施例中，液體燃料壓力控制裝置22包括本領(lǐng)域公知類型的高壓共軌燃料泵，其輸出可由電子控制器15控制以 在液體共軌14中維持某期望壓力。為了控制液體燃料共軌14中的壓力，其它替換方案可包括固定排量泵和使一定量的燃料返回到罐23的軌壓控制閥。這些替換策略中的任一種都在本發(fā)明的構(gòu)想范圍內(nèi)。在發(fā)動機(jī)5用在可動機(jī)器中的情況下，本發(fā)明設(shè)想液化天然氣罐21比蒸餾柴油燃料罐23具有更大容量(可能是65%更大容積)，以便在以標(biāo)準(zhǔn)的雙燃料供給構(gòu)型(其中按質(zhì)量計(jì)，輸送給發(fā)動機(jī)5的燃料的可能90%以上為天然氣的形式，而少于10%為蒸餾柴油燃料的形式)運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)罐的預(yù)期的消耗比率。罐21和23的尺寸上的這種差異也是由于各種液體的密度和兩種燃料的不同發(fā)熱量，還由于這樣的事實(shí)，即天然氣以液體儲存但以氣體噴射，而蒸餾柴油燃料以液體儲存并以液體噴入發(fā)動機(jī)5中。當(dāng)以與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行對應(yīng)的雙燃料供給模式運(yùn)行時(shí)，電子控制器15構(gòu)造成將氣體燃料共軌維持在中低壓并將液體燃料共軌14維持在中高壓。如果發(fā)動機(jī)5以應(yīng)急運(yùn)行燃料供給模式運(yùn)行，則電子控制器15可構(gòu)造成將氣體燃料共軌16維持在低壓并將液體共軌14維持在高壓。為了清楚起見，所指明的高壓大于所述中高壓，所述中高壓大于所述中低壓，所述中低壓大于所述低壓。參見圖2，雙燃料共軌系統(tǒng)10包括分別將各個(gè)燃料噴射器12與液體和氣體共軌
14、16流體連接的共軸管軸組件118。雖然本發(fā)明的構(gòu)思可應(yīng)用于針對不同類型發(fā)動機(jī)的各種燃料，但是所示實(shí)施例特別適用于利用蒸餾柴油燃料進(jìn)行壓縮點(diǎn)燃的氣體燃料發(fā)動機(jī)。換句話說，與雙燃料共軌系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的發(fā)動機(jī)可主要燃燒從第二共軌16供應(yīng)的液化天然氣，并在燃燒過程中通過壓縮點(diǎn)燃來自共軌14的較少量的蒸餾柴油燃料來點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)燃燒空間中的裝填燃料。共軸管軸組件118包括至少部分地設(shè)置在塊體120中的管軸30。所述管軸包括在與第一共軌14流體連接的第一燃料入口 33和第一燃料出口 34之間延伸的第一燃料通路32。管軸30還限定有在與第二共軌16流體連接的第二燃料入口 36和第二燃料出口 37之間延伸的第二燃料通路35。管軸30使用已知的硬件(例如配接件)和技術(shù)與共軌14和16流體連接。來自第一共軌14的燃料經(jīng)由穿過內(nèi)管50的內(nèi)通路51移動通過發(fā)動機(jī)殼體
6(發(fā)動機(jī)缸蓋)，而來自第二共軌16的燃料在限定于內(nèi)管50和外管40之間的外通路49中移動到燃料噴射器12。內(nèi)管50可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的構(gòu)造，其中它包括被壓緊在管軸30的錐形座38和燃料噴射器12的內(nèi)錐形座55之間的圓形或錐形的端部。這樣，內(nèi)管50中的流體通路51在管軸30的第一燃料出口 34和燃料噴射器12的內(nèi)燃料入口 57之間延伸。不與內(nèi)管50接觸的外管40具有比內(nèi)管50的外徑大的內(nèi)徑，以便限定在一端通向管軸30的第二燃料出口 37且在其另一端通向燃料噴射器12的外燃料入口 48的長形外通路49。外管40包括被壓緊成與燃料噴射器12的外錐形座46密封接觸的圓形或錐形的端部。外燃料入口 48開在管40的內(nèi)徑和內(nèi)管50的外表面之間敞開。這樣，燃料噴射器12限定有同心地圍繞內(nèi)錐形座55的外錐形座46。此外，燃料噴射器12包括由內(nèi)錐形座55圍繞的內(nèi)燃料入口 57，和設(shè)置在內(nèi)錐形座57和外錐形座46之間的外燃料入口 48。外管40被壓緊在管軸30和燃料噴射器12之間。特別地，外管40包括與外錐形座46密封接觸的圓形或錐形的端部和接納在由管軸30限定的孔中的相對端部。外管40的一個(gè)端部41經(jīng)由設(shè)置在外管40和管軸30之間的空間45中的O形圈80來密封。O形圈80通過由旋擰到管軸30上的蓋87保持就位的支撐環(huán)86抵抗來自第二共軌16的壓力而保持就位。外管40被一軸向力壓緊在燃料噴射器12的外座46上，該軸向力是由包括與載荷
臺肩42接觸的接觸面64的壓縮載荷調(diào)節(jié)器60施加給載荷臺肩42的。壓縮載荷調(diào)節(jié)器60包括與由塊體120的基底121限定的一組內(nèi)螺紋配合的外螺紋65，并包括設(shè)置在塊體120的中空內(nèi)部124中以便于調(diào)節(jié)外管40上的壓縮載荷的工具接合面62。這樣，通過利用壓縮載荷調(diào)節(jié)器60將外管40上的壓縮載荷設(shè)定成高于一預(yù)定閾值以有利于在外錐形座46上實(shí)現(xiàn)密封，并通過用O形圈80密封另一端，抑制了來自共軌16的第二燃料向環(huán)境的泄漏。通過包括與由塊體120的基底121限定的內(nèi)螺紋配合的螺紋68的單獨(dú)載荷調(diào)節(jié)器66可有利于在內(nèi)管50的相對兩端實(shí)現(xiàn)密封。載荷調(diào)節(jié)器66包括位于塊體120外側(cè)的工具接合面67，其有利于壓縮載荷調(diào)節(jié)器66沿共同的中心線54運(yùn)動。換句話說，壓縮載荷調(diào)節(jié)器66沿共同的中心線54向著管軸30推進(jìn)以將內(nèi)管50壓緊在管軸30的錐形座38和燃料噴射器12的錐形座55之間。由于外管40的一個(gè)端部41能在管軸30中滑動，所以作用在內(nèi)管50和外管40上的相應(yīng)的壓縮載荷能被獨(dú)立地調(diào)節(jié)以更好地確保在所有的錐形座38,55和46上實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)拿芊?。這樣，通過利用壓縮載荷調(diào)節(jié)器66將內(nèi)管50上的壓縮載荷設(shè)定成高于一預(yù)定閾值，抑制了源自共軌14的第一燃料向第二燃料中的泄漏。此外，來自共軌16的第二燃料向來自共軌14的第一燃料中的泄漏可包括將共軌14中的壓力設(shè)定得比共軌16中的壓力更高。外管40、內(nèi)管50、壓縮載荷調(diào)節(jié)器60、壓縮載荷調(diào)節(jié)器66、錐形座38、內(nèi)錐形座55和外錐形座46全都共用一共同的中心線54。除了結(jié)合附圖所描述的以外，對內(nèi)管50和外管40中的一者或兩者的其它密封策略也在本發(fā)明的構(gòu)想范圍內(nèi)。如所示，管軸30可至少部分地設(shè)置在塊體120中，塊體120包括基底121和可通過多個(gè)緊固件126與基底121連接的罩蓋122。基底121可包括便于塊體120經(jīng)由螺栓128連接到發(fā)動機(jī)缸蓋(殼體6)上的凸緣。如圖所示，管軸30的第一燃料入口 33和第二燃料入口 36可設(shè)置在塊體120外部?？砂▔|片127來調(diào)節(jié)錐形座38和錐形座57之間的距離以補(bǔ)償燃料系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)部件中的幾何公差。通過O形圈80泄漏到塊體120的中空內(nèi)部124中的第二燃料可經(jīng)通氣口 123通氣至環(huán)境。這樣，在共軌16中的燃料在大氣壓力下不是氣態(tài)的情況下可除去通氣口 123。除通氣口 123之外，中空內(nèi)部24基本上可通過與管軸30和塊體120接觸并圍繞第一燃料通路32的O形圈81封閉。此外，第二 O形圈82可與管軸30和塊體20接觸并圍繞第二燃料通路35。這樣，通氣口 123在中空內(nèi)部24和塊體120的暴露于環(huán)境中的外表面125之間延伸。共軸管軸組件118還可包括凸緣83、套環(huán)85和螺栓84以便于實(shí)現(xiàn)管軸30和共軌14之間的密封流體連接。雖然共軸管軸組件118被示出為包括分離的塊體120和管軸30，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到這兩個(gè)部件的功能和結(jié)構(gòu)能合并為單個(gè)部件而不脫離本發(fā)明?，F(xiàn)在參見圖3-5，每個(gè)燃料噴射器12包括兩個(gè)控制閥76，所述控制閥經(jīng)由與電子控制器15進(jìn)行控制通信的雙電磁致動器100各自單獨(dú)地被致動。在所示實(shí)施例中，兩個(gè)控制閥76都是開啟和關(guān)閉通向低壓排放出口 77的相應(yīng)通路的兩位閥。如圖I所示，排放出口 77經(jīng)排放回流管路24與罐23流體連接。這樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可按照本領(lǐng)域公知的方法利用液體燃料作為液壓介質(zhì)執(zhí)行用于燃料噴射器12的所有控制功能。圖4和5示出燃料噴射器12的底部的兩種不同構(gòu)型。圖4示出燃料噴射器具有同心的成組氣體噴嘴出口 90a和成組液體燃料噴嘴出口 96a的構(gòu)型，而圖5示出氣體噴嘴出口 90b與液體燃料噴嘴出口 96b并排的構(gòu)型。在圖5的實(shí)施例中，液體針閥元件78b沿中心線79b運(yùn)動，且氣體針閥元件73b沿與中心線79b平行但偏離中心線79b的中心線89b運(yùn)動。所述兩種不同燃料噴射器構(gòu)型中的相同特征采用相同的附圖標(biāo)記來表示，但是在圖4的雙同心構(gòu)形的情況下附圖標(biāo)記包括"a"，而在圖5的并排構(gòu)型的情況下包括標(biāo)記"b"。在兩種 構(gòu)型中，相應(yīng)的氣體針閥元件73和液體針閥元件78坐靠在噴射器體部70的同一頂端部件71的不同位置。如圖3所示，雙電磁致動器100可用于將所述兩個(gè)控制閥76控制為不同構(gòu)型，以提供非噴射構(gòu)型、液體或柴油燃料噴射構(gòu)型、氣體燃料噴射構(gòu)型，甚至是組合噴射構(gòu)型。雙電磁致動器100被示出為處于其非噴射構(gòu)型，其中第一銜鐵101處于未通電位置，第二銜鐵103處于未通電位置，且桿140處于第一角度取向，其在所示實(shí)施例中是水平的。第一銜鐵101與推進(jìn)器106連接，推進(jìn)器106與閥銷107接觸，閥銷107在彈簧113的作用下進(jìn)而將閥元件154保持在與平座151接觸的向下關(guān)閉位置。當(dāng)閥元件154處于其向下關(guān)閉位置時(shí)，壓力控制腔室92中的壓力(軌壓)高且作用在氣體針閥元件73的關(guān)閉液壓面61上以將其保持在其向下關(guān)閉位置而關(guān)閉氣體噴嘴出口 90。第二銜鐵103與推進(jìn)器110連接，推進(jìn)器110由超程彈簧109驅(qū)迫而與桿銷111接觸。桿銷111與桿140的位于樞銷141左側(cè)的一端接觸。彈簧114向下推壓桿140的相對側(cè)以驅(qū)迫閥銷112向下推動閥元件153至與平閥座150接觸的閉合位置。當(dāng)閥元件153處于其向下關(guān)閉位置時(shí)，第二壓力控制腔室95中的壓力(軌壓)高且作用在關(guān)閉液壓面58上以幫助驅(qū)迫柴油針閥元件78向下關(guān)閉液體噴嘴出口 96。當(dāng)銜鐵101和103處在它們的未通電位置時(shí)，線圈102和104可處在各自的未通電位置。應(yīng)注意，雙電磁致動器100利用其上安裝有線圈102和104兩者的共同的或共用的定子105。這樣，移動銜鐵101或銜鐵103或兩者所需的磁通由共用的定子105載持。為了開始?xì)怏w噴射動作，雙電磁致動器100通過對線圈102通電以將銜鐵101向上朝通電位置拉動直到止擋套筒116阻止推進(jìn)器106 (和銜鐵101)的運(yùn)動而轉(zhuǎn)換為第一燃料噴射構(gòu)型。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，閥元件154移動至不與平座151接觸的開啟位置以將壓力控制腔室92與低壓排放出口 77流體連接。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，作用在關(guān)閉液壓面61上的壓力降低并被作用在開啟液壓面69上的壓力克服，從而使氣體針閥元件89向上運(yùn)動以使氣體噴嘴出口 90開通至氣體燃料入口 48(圖2)。當(dāng)?shù)竭_(dá)結(jié)束氣體燃料噴射動作的時(shí)間時(shí)，線圈102被斷電。這允許彈簧113推動閥元件154向下返回而與平座151接觸以升高關(guān)閉液壓面61上的壓力，從而使氣體針閥元件73向下運(yùn)動以關(guān)閉成組的氣體噴嘴出口 90?？赏ㄟ^對線圈104通電以使銜鐵103從其未通電位置移動至其更靠近線圈104的通電位置而開始液體燃料噴射動作。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，推進(jìn)器110與推進(jìn)器111 一同運(yùn)動以使桿140繞樞銷114樞轉(zhuǎn)至第二角度取向。桿140繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到與止擋銷115接觸。第一和第二角度取向之間的差值可微小到幾乎不能用眼睛察覺。桿140的該轉(zhuǎn)動允許推動銷112向上運(yùn)動并允許閥元件153移動至不與平座150接觸的開啟位置。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，壓力控制腔室95變得與低壓排放出口 77流體連接，從而使得關(guān)閉液壓面58上的壓力下降。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，作用在開啟液壓面59上的壓力使柴油針閥元件78向上運(yùn)動以使成組的液體噴嘴出口 96開通至液體燃料入口 57(圖2)。當(dāng)?shù)竭_(dá)結(jié)束液體燃料噴射動作的時(shí)間時(shí)，線圈104可被斷電。然后彈簧114對桿140起作用以驅(qū)迫桿140回到其第一角度取向，且銷110和111使銜鐵103向上朝未通電位置回移。同時(shí)，桿140起作用以向下推動閥銷112而使閥元件153移回至其與平閥座150接觸的閉合位置以關(guān)閉壓力控制腔室95和低壓排放出口 77之間的流體連接。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，關(guān)閉液壓面58上的壓力再次上升，使得柴油針閥元件78向下運(yùn)動以關(guān)閉成組的液體噴嘴出口 96。由于雙電磁致動器100可使閥元件154和153獨(dú)立地運(yùn)動至它們的開啟位置，所以雙電磁致動器100還能實(shí)現(xiàn)其中線圈102和104兩者同時(shí)被通電的組合噴射構(gòu)型。在所 示實(shí)施例中，桿140構(gòu)造成繞沿一樞轉(zhuǎn)軸線的樞銷141樞轉(zhuǎn)，所述樞轉(zhuǎn)軸線進(jìn)出紙面并與銜鐵101和103的前述運(yùn)動垂直。銜鐵101、線圈102、銜鐵103和線圈104可共用與桿140的樞轉(zhuǎn)軸線垂直的共同中心線88?，F(xiàn)在參見圖6，在氣體噴射動作期間，兩個(gè)控制閥76之一被致動以將壓力控制腔室92與排放出口 77流體連接。換句話說，閥元件154響應(yīng)于銜鐵101在未通電位置和通電位置之間的運(yùn)動分別移動成與閥座151接觸和不接觸。當(dāng)這完成時(shí)，控制腔室92中的壓力下降，從而允許氣體針73抵抗偏壓彈簧的作用而朝開啟位置抬升以將氣體噴嘴腔室91流體連接到氣體噴嘴出口 90。當(dāng)燃料噴射器12處于氣體噴射構(gòu)型時(shí)，由于壓力控制腔室92始終通過小的孔口與液體噴嘴供應(yīng)通路98流體連接，所以液體燃料共軌14與排放出口77流體連接。液體噴嘴供應(yīng)通路98始終與內(nèi)燃料入口 57流體連接(圖2)。當(dāng)兩個(gè)控制閥76處于液體噴射構(gòu)型時(shí)，兩個(gè)閥中的另一者被致動以使液體共軌14經(jīng)第二壓力控制腔室95流體連接到排放出口 77，第二壓力控制腔室95也始終與液體噴嘴供應(yīng)通路98中的高壓流體連接。換句話說，控制閥元件153響應(yīng)于銜鐵103在未通電位置和通電位置之間的運(yùn)動分別移動成與閥座150接觸和不接觸。兩個(gè)控制閥76還具有組合噴射構(gòu)型，在該組合噴射構(gòu)型中所述兩個(gè)控制閥76兩者都運(yùn)動至開啟位置，使得液體燃料共軌14經(jīng)第一壓力控制腔室92并且還并行地經(jīng)第二控制壓力腔室95流體連接到排放出口 77。最后，兩個(gè)控制閥76具有非噴射構(gòu)型，在該非噴射構(gòu)型中通過使兩個(gè)控制閥76兩者都處于閉合位置而使液體燃料共軌14相對于排放出口 77阻斷。在圖3和4的兩種構(gòu)型的燃料噴射器12中，氣體針閥元件73完全設(shè)置在噴射器體部70內(nèi)部，其中一引導(dǎo)面75在噴射器體部70的引導(dǎo)元件72中在第一壓力控制腔室92和氣體噴嘴腔室91之間延伸。氣體噴嘴腔室91始終與氣體燃料共軌16流體連接，且由此處于與氣體燃料共軌16大致相同的壓力。氣體針73的部段74和引導(dǎo)元件72限定環(huán)形容積94的一部分，所述環(huán)形容積始終經(jīng)由與液體噴嘴供應(yīng)通路98流體連接的分支通路與液體共軌14液體連接。該結(jié)構(gòu)有助于保持引導(dǎo)間隙93中的潤滑性。此外再簡要參見圖7，示出了燃料噴射器12的上部的一種替換形式，其與圖3的實(shí)施例的不同之處在于，利用單個(gè)彈簧將控制閥元件153和154兩者偏壓至它們的向下關(guān)閉位置。這是與圖3的實(shí)施例相對比而言的，在圖3的實(shí)施例中第一彈簧113將閥元件154偏壓向其關(guān)閉位置，而第二彈簧154獨(dú)立地將閥元件153偏壓向其關(guān)閉位置。在圖7的實(shí)施例中，單個(gè)彈簧160設(shè)置在對閥元件154起作用的推進(jìn)器161和經(jīng)桿140對閥元件153起作用的銷162之間。此外，所述兩個(gè)實(shí)施例的不同還在于，在圖3中桿140位于樞轉(zhuǎn)銷141上方，而在圖7和8中桿140位于樞轉(zhuǎn)銷141下方。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，通過設(shè)置實(shí)際上防止銜鐵101和103與共用的定子105 (圖3)接 觸的止擋，可控制銜鐵101和103的行程距離。這些止擋可根據(jù)本領(lǐng)域公知的設(shè)計(jì)選擇設(shè)置在多種不同位置處。在圖3和7的實(shí)施例中，如圖3中最佳地示出的，雙電磁致動器100允許銜鐵101和103沿共同的中心線88運(yùn)動。參見圖8，可通過在桿140中包括接納銷141的缺口 142來抑制桿140垂直于樞轉(zhuǎn)軸線148的運(yùn)動?？赏ㄟ^將桿140設(shè)置在由樞銷141限定的凹槽144中來約束桿140沿樞轉(zhuǎn)軸線148的運(yùn)動。凹槽144的側(cè)壁用于限制桿140沿樞轉(zhuǎn)軸線148的運(yùn)動。最后，樞銷141可通過一對對中螺釘146設(shè)置在噴射器體部70的堆疊部件156中，如圖8中最佳地示出。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的雙燃料共軌系統(tǒng)10 —般可應(yīng)用于在相關(guān)發(fā)動機(jī)的燃燒空間中使用兩種燃料的任何發(fā)動機(jī)。這兩種燃料可以是處于兩種不同壓力的相同燃料，或如所示實(shí)施例中那樣可以是不同燃料。雖然本發(fā)明可應(yīng)用于使用適當(dāng)燃料的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)，但本發(fā)明尤其可應(yīng)用于使用較大量的天然氣的氣體燃料發(fā)動機(jī)，其中通過來自共軌14的少量蒸餾柴油燃料的壓縮點(diǎn)火來點(diǎn)燃所述天然氣。本發(fā)明的共軸管軸組件118可有利于兩種燃料向燃料噴射器12的運(yùn)動，燃料噴射器12經(jīng)由從與發(fā)動機(jī)5的各個(gè)燃料噴射器12相關(guān)聯(lián)的發(fā)動機(jī)缸蓋穿過的單個(gè)孔安裝在發(fā)動機(jī)5的缸蓋6中。該策略在發(fā)動機(jī)之中和周圍節(jié)省了寶貴的空間。通過利用栓接到發(fā)動機(jī)缸蓋的外表面上的塊體120，可利用分離的載荷調(diào)節(jié)器60和66獨(dú)立地將內(nèi)管50和外管40分別加載到燃料噴射器12的錐形座57和46上，以抑制所述燃料之間的燃料泄漏并抑制燃料泄漏到燃料噴射器12外部的環(huán)境中，同時(shí)考慮了與各個(gè)燃料噴射器流體連接相關(guān)的微小尺寸差異。當(dāng)運(yùn)行時(shí)，處于第一壓力的第一燃料(蒸餾柴油)從第一共軌14經(jīng)第一燃料通路32移動通過內(nèi)管50并進(jìn)入燃料噴射器12中。處于第二壓力的第二燃料(天然氣)從第二共軌16經(jīng)第二燃料通路35移動通過外管40和內(nèi)管50之間的外通路49并進(jìn)入燃料噴射器12中。通過將共軌14中的壓力設(shè)定為中高壓(可能約40MPa)以高于被設(shè)定為中低壓(可能約35MPa)的共軌16中的壓力，可抑制第二燃料向第一燃料中的泄漏。抑制液體燃料向氣體燃料中的泄漏包括利用壓縮載荷調(diào)節(jié)器66將內(nèi)管50上的壓縮載荷設(shè)定成大于第一預(yù)定閾值以在管50的兩端產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拿芊饬?。通過利用第二載荷調(diào)節(jié)器60將外管40上的壓縮載荷設(shè)定為大于第二預(yù)定閾值以在外管40和燃料噴射器12之間形成密封，可抑制第二燃料向環(huán)境的泄漏。通過包括與外管40接觸的至少一個(gè)0形圈(例如0形圈80)，可抑制氣體燃料向環(huán)境的泄漏。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，也可使用其它的同心管供應(yīng)結(jié)構(gòu)而不會脫離本發(fā)明。然而，在所示實(shí)施例中，可通過利用第一和第二壓縮載荷調(diào)節(jié)器60和66分別單獨(dú)地調(diào)節(jié)外管40和內(nèi)管50中的壓縮載荷而適應(yīng)發(fā)動機(jī)5和燃料系統(tǒng)10的各個(gè)部件中的泄漏和幾何公差差異。根據(jù)本發(fā)明的燃料系統(tǒng)10還包括相比于已知的雙燃料系統(tǒng)具有優(yōu)點(diǎn)的幾個(gè)精巧功能。其中包括經(jīng)由用于各個(gè)氣體和液體系統(tǒng)的獨(dú)立閥和獨(dú)立電致動器來進(jìn)行獨(dú)立的噴射控制。這樣，燃料噴射器12可被控制成僅噴射氣體燃料，僅噴射液體燃料，同時(shí)噴射氣體和液體燃料兩者，當(dāng)然還具有不發(fā)生噴射時(shí)的非噴射模式。此外，雙電磁致動器100節(jié)省空間而不犧牲性能。雖然通過將液體燃料共軌14維持在比氣體燃料共軌16高的壓力可總體上抑制氣體燃料進(jìn)入液體燃料中，但是其它的精巧但重要的特征有助于防止這種泄漏。還通過將液體燃料供應(yīng)設(shè)置在內(nèi)管50中并將向噴射器12的氣體燃料供應(yīng)設(shè)置在內(nèi)管50和外管40之間的外通路49中來抑制交叉泄漏問題。通過同心地設(shè)置這些通路，各個(gè)燃料噴射器12能經(jīng)由穿過發(fā)動機(jī)殼體6 (缸蓋)的一個(gè)通路而不是兩個(gè)通路而被供應(yīng)兩種燃料。通過暴露于液體柴油燃料，可保持燃料噴射器12內(nèi)的運(yùn)動部件的潤滑性。例如，即使氣體針73的一端始終暴露于氣體噴嘴腔室91中的氣體燃料中，利用液體柴油燃料也可維持與氣體針73相關(guān)聯(lián)的引導(dǎo)間隙93以保持潤滑性。通過利用同心供應(yīng)策略，本發(fā)明的燃料系統(tǒng)10展示了利用最小的發(fā)動機(jī)氣缸蓋、修改來改造現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的潛在機(jī)會。所述幾種構(gòu)型的燃料噴射器12的結(jié)構(gòu)還通過將氣體燃料噴嘴出口 90和液體燃料噴嘴出口 96兩者設(shè)置在單個(gè)頂端部件71中而不是通過本領(lǐng)域已知類型的某些嵌套針策略，抑制了氣體燃料向發(fā)動機(jī)氣缸中的泄漏。這樣，本發(fā)明的燃料噴射器12通過使各個(gè)氣體和液體針結(jié)構(gòu)在它們的運(yùn)動、坐靠和偏壓特征方面獨(dú)立，避免了累積公差和其它的不可靠性。圖7中的共用的偏壓彈簧160是例外。該策略使得利用相同控制信號進(jìn)行一致操作的燃料噴射器能更好地實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。最后，本發(fā)明的發(fā)動機(jī)5設(shè)想了通常的雙燃料供給模式和其中僅噴射液體燃料的應(yīng)急運(yùn)行模式。例如，如果在氣體燃料系統(tǒng)中發(fā)生故障或者如果氣體燃料供應(yīng)被耗盡，則電子控制器15可使得或允許發(fā)動機(jī)從雙燃料供給模式切換到應(yīng)急運(yùn)行模式。如圖6中最佳地示出，雙燃料供給模式的特征在于大的氣體噴射量138和液體燃料的小量噴射135。另一方面，應(yīng)急運(yùn)行模式的特征可在于無氣體噴射但有大量的液體燃料噴射136。此外，通常的雙燃料供給模式的特征在于氣體和液體共軌16和14分別維持在中低壓和中高壓。另一方面，應(yīng)急運(yùn)行模式的特征可在于氣體燃料共軌被允許下降至或維持在低壓，而液體共軌14中的壓力被升高至高壓133 (可能大于IOOMPa)。當(dāng)以雙燃料供給模式運(yùn)行時(shí)，較少量的液體蒸餾柴油燃料噴射被壓縮點(diǎn)火以進(jìn)而點(diǎn)燃至少部分地在先前被噴入發(fā)動機(jī)氣缸中的較大量的氣體燃料。另一方面，在應(yīng)急運(yùn)行模式中，發(fā)動機(jī)5用作有些傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)，其中在壓縮沖程的上死點(diǎn)處或上死點(diǎn)附近噴射較大量的液體燃料以在噴射后立刻以已知的方式進(jìn)行點(diǎn)火。本說明書僅用于例述的目的，且不應(yīng)當(dāng)解釋為以任何方式縮小本發(fā)明的范圍。這樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可對當(dāng)前所公開的實(shí)施例作出各種變型而不會背離本發(fā)明的全部和恰當(dāng)?shù)姆秶途?。例如，雖然前述實(shí)施例全都示出利用桿140來有利于液體燃料噴射動作而不是氣體燃料噴射動作，但是該結(jié)構(gòu)可被顛倒而不背離本發(fā)明的范圍，使得所述桿被重新定向以有利于氣體燃料噴射動作而不有利于液體燃料噴射動作。通過對附圖和所附權(quán)利要求的審查可清楚看到本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種燃料噴射器，包括 噴射器體部，所述噴射器體部限定有第一組噴嘴出口、第二組噴嘴出口、第一燃料入口和第二燃料入口； 雙電磁致動器，所述雙電磁致動器包括第一銜鐵、第一線圈、第二銜鐵、第二線圈和桿； 所述雙電磁致動器具有非噴射構(gòu)型，在所述非噴射構(gòu)型中所述第一銜鐵處于未通電位置，所述第二銜鐵處于未通電位置，且所述桿處于第一角度取向； 所述雙電磁致動器具有第一燃料噴射構(gòu)型，在所述第一燃料噴射構(gòu)型中所述第一燃料入口與所述第一組噴嘴出口流體連接，所述第一銜鐵處于通電位置，所述第二銜鐵處于未通電位置，且所述桿處于所述第一角度取向；并且 所述雙電磁致動器具有第二燃料噴射構(gòu)型，在所述第二燃料噴射構(gòu)型中所述第二燃料入口與所述第二組噴嘴出口流體連接，所述第一銜鐵處于未通電位置，所述第二銜鐵處于通電位置，且所述桿處于第二角度取向。
2.如權(quán)利要求I所述的燃料噴射器，其特征在于，包括第一針閥元件，所述第一針閥元件能沿第一中心線在開啟位置和關(guān)閉位置之間在所述噴射器體部中運(yùn)動；和 第二針閥元件，所述第二針閥元件能沿與所述第一中心線平行但偏離所述第一中心線的第二中心線在開啟位置和關(guān)閉位置之間在所述噴射器體部中運(yùn)動。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料噴射器，其特征在于，所述第一針閥元件具有暴露在第一控制腔室中的流體壓力下的關(guān)閉液壓面； 所述第二針閥元件具有暴露在第二控制腔室中的流體壓力下的關(guān)閉液壓面； 所述第一控制腔室和所述第二控制腔室中的每個(gè)都與所述第一燃料入口流體連接； 第一控制閥元件被可操作地聯(lián)接成響應(yīng)于所述第一銜鐵在未通電位置和通電位置之間的運(yùn)動而移動成分別與第一閥座接觸和不接觸；并且 第二控制閥元件被可操作地聯(lián)接成響應(yīng)于所述第二銜鐵在未通電位置和通電位置之間的運(yùn)動而移動成分別與第二閥座接觸和不接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料噴射器，其特征在于，所述第一控制閥元件和所述第二控制閥元件被共用的彈簧偏壓成分別與所述第一閥座和所述第二閥座接觸。
5.如權(quán)利要求3所述的燃料噴射器，其特征在于，所述第一控制閥元件被第一彈簧偏壓成與所述第一閥座接觸；并且 所述第二控制閥元件被第二彈簧偏壓成與所述第二閥座接觸。
6.一種發(fā)動機(jī)，包括 限定有多個(gè)氣缸的發(fā)動機(jī)殼體； 包括多個(gè)燃料噴射器的雙燃料系統(tǒng)，每個(gè)燃料噴射器都包括噴射器體部，所述噴射器體部限定有設(shè)置成用于向所述多個(gè)氣缸之一中進(jìn)行直接噴射的第一組噴嘴出口和第二組噴嘴出口 ； 所述雙燃料系統(tǒng)包括與所述多個(gè)燃料噴射器中每個(gè)的第一燃料入口流體連接的第一燃料共軌，和與所述多個(gè)燃料噴射器中每個(gè)的第二燃料入口流體連接的第二燃料共軌；并且 所述多個(gè)燃料噴射器中的每個(gè)都包括雙電磁致動器，所述雙電磁致動器包括共用一共同的中心線的第一銜鐵、第一線圈、第二銜鐵和第二線圈，且所述雙電磁致動器還包括能繞與所述共同的中心線垂直的樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)的桿。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述第一共軌與液化天然氣源流體連接，所述第二共軌與液體壓縮點(diǎn)火燃料源流體連接； 所述多個(gè)燃料噴射器中的每個(gè)都包括能沿第一中心線在開啟位置和關(guān)閉位置之間在所述噴射器體部中運(yùn)動的第一針閥元件，和能沿平行于所述第一中心線但偏離所述第一中心線的第二中心線在開啟位置和關(guān)閉位置之間在所述噴射器體部中運(yùn)動的第二針閥元件。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述雙電磁致動器具有非噴射構(gòu)型，在所述非噴射構(gòu)型中所述第一銜鐵處于未通電位置，所述第二銜鐵處于未通電位置，且所述桿處于第一角度取向； 所述雙電磁致動器具有第一燃料噴射構(gòu)型，在所述第一燃料噴射構(gòu)型中所述第一燃料入口與所述第一組噴嘴出口流體連接，所述第一銜鐵處于通電位置，所述第二銜鐵處于未通電位置，且所述桿處于所述第一角度取向；并且 所述雙電磁致動器具有第二燃料噴射構(gòu)型，在所述第二燃料噴射構(gòu)型中所述第二燃料A 口與所述第二組噴嘴出口流體連接，所述第一銜鐵處于未通電位置，所述第二銜鐵處于通電位置，且所述桿處于第二角度取向；并且 所述雙電磁致動器具有組合燃料噴射構(gòu)型，在所述組合燃料噴射構(gòu)型中所述第一組噴嘴出口與所述第一燃料入口流體連接，所述第二燃料入口與所述第二組噴嘴出口流體連接，所述第一銜鐵處于通電位置，所述第二銜鐵處于通電位置，且所述桿處于所述第二角度取向。
9.一種運(yùn)行發(fā)動機(jī)的方法，包括以下步驟 通過雙燃料噴射器的第一組噴嘴出口向發(fā)動機(jī)氣缸中噴射第一燃料；和 通過所述雙燃料噴射器的第二組噴嘴出口向所述發(fā)動機(jī)氣缸中噴射第二燃料； 所述噴射步驟之一包括使所述雙燃料噴射器的雙電磁致動器的桿從第一角度構(gòu)型樞轉(zhuǎn)為第二角度構(gòu)型；和 通過壓縮點(diǎn)燃所述第二燃料來點(diǎn)燃所述第一燃料。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述噴射第一燃料的步驟包括使第一銜鐵沿一共同的中心線移動； 所述噴射第二燃料的步驟包括使第二銜鐵沿所述共同的中心線移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙燃料噴射器及使用其的發(fā)動機(jī)。雙燃料噴射器可用于將氣體和液體燃料噴入壓燃式發(fā)動機(jī)的氣缸中。噴射器體部限定第一組和第二組噴嘴出口及第一和第二燃料入口。雙電磁致動器包括第一和第二銜鐵、第一和第二線圈及桿。雙電磁致動器具有非噴射構(gòu)型，其中第一和第二銜鐵都處于未通電位置，桿呈第一角度取向。雙電磁致動器具有第一燃料噴射構(gòu)型，其中第一燃料入口與第一組噴嘴出口流體連接，第一和第二銜鐵分別處于通電和未通電位置，桿呈第一角度取向。雙電磁致動器具有第二燃料噴射構(gòu)型，其中第二燃料入口與第二組噴嘴出口流體連接，第一和第二銜鐵分別處于未通電和通電位置，桿呈第二角度取向。雙電磁致動器還可包括組合燃料噴射構(gòu)型。
文檔編號F02M43/04GK102734018SQ20121010009
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者H·金, M·F·索馬斯, X·丁 申請人:卡特彼勒公司