用于將氣體燃料噴射到自燃式內燃發動機的燃燒室中的燃料閥及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于具有氣體燃料供給系統的自燃式內燃發動機的氣體燃料閥，尤其涉及用于具有氣體燃料供給系統的大型低速單流渦輪增壓二沖程內燃發動機的氣體燃料閥。
【背景技術】
[0002]十字頭式大型低速二沖程自燃(柴油)發動機通常在大型船舶的推進系統中使用或者在發電廠中用作原動機。非常經常地，這些發動機靠重燃料油或者燃料油運轉。
[0003]當前，需要大型二沖程柴油發動機能夠適應替代性類型的燃料，諸如燃氣、煤漿、石油焦等，尤其是然氣。
[0004]諸如天然氣的氣體燃料當用作用于大型低速單流渦輪增壓二沖程內燃發動機的燃料時當與例如將重燃料油用作燃料時相比是在排放氣體中產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燃發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噴射到燃燒室中時氣體自燃的自發性與可預測性并且二者在壓燃發動機中受控是重要的。因此，現有的大型低速單流渦輪增壓二沖程內燃發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噴射以確保氣體燃料的可靠且適當定時點燃。
[0006]大型低速單流渦輪增壓二沖程內燃發動機通常用于推進大型遠洋貨輪并且因此可靠性是至關重要的。這些發動機的氣體燃料操作仍是相對近期的發展并且氣體操作的可靠性仍未達到傳統燃料的等級。因此，現有的大型低速二沖程柴油發動機都是二重燃料發動機，具有用于基于氣體燃料運轉的燃料系統以及用于基于燃料油運轉的燃料系統使得它們能夠被操作為僅基于燃料油以全功率運轉。
[0007]由于這些發動機的燃燒室的大直徑，因此它們通常每個缸體設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]在現有的雙重燃料發動機中燃料油閥已經被用于在氣體燃料操作過程中提供先導油噴射。這些燃料油閥的尺寸設計為使得能夠按照用于以僅在燃料油上以全載荷運轉發動機要求的數量傳送燃料油。然而，在先導噴射中噴射的油的數量應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所必需的大的量的全尺寸燃料噴射系統的此少量劑量造成了重大技術問題，并且在實踐中非常難以實現并且因此在現有發動機中先導油劑量已經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量。可以處理小的先導數量的額外的小噴射系統的另選物是相當復雜且昂貴的。此外，額外的小先導油噴射閥使得缸體的頂蓋甚至更加擁擠。
【發明內容】
[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燃發動機的燃料閥。
[0010]根據一個方面通過提供用于將氣體燃料噴射到自燃式內燃發動機的燃燒室中的燃料閥實現了此目的，燃料閥包括:具有后端與前端的細長燃料閥殼體；噴嘴，其具有通向噴嘴內部的針閥壓力室空間的多個噴嘴孔，噴嘴布置在細長閥殼體的前端；氣體燃料入口端口，其在細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，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管，其將點火液體入口端口連接到燃料室，點火液體供給導管包括固定流量限制器，固定流量限制器構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流，以便當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動機循環的期間中，通過點火液體向燃料室的受控的緩慢且持續的傳送，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。當閥針在發動機循環中在適當時間點提升時，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合，致使已經在噴嘴內部點燃。
[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，噴嘴包括基部與細長噴嘴本體，并且其中噴嘴通過其基部連接到細長閥殼體的前端，并且其中噴嘴具有閉合尖端，噴嘴孔靠近所述尖端布置。
[0021 ] 此外根據第二方面通過提供自燃式內燃發動機實現了上面的目的，該自燃式內燃發動機具有多個缸體、高壓氣體燃料供給系統、高壓點火液體供給系統、根據第一方面的一個或多個燃料閥，該燃料閥設置在發動機的缸體處并且連接到高壓氣體燃料供給系統且連接到點火液體供給系統。
[0022]在第二方面的第一可能實施中，發動機構造為在燃料室中積聚的點火液體的協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，發動機構造為當氣體燃料進入噴嘴內部的針閥壓力室空間時點燃氣體燃料。
[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]此外根據第三方面通過提供操作自燃式內燃發動機的方法實現了上述目的，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部連接到發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氣體燃料噴射事件，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，在點火液體的協助下在噴嘴內部點燃氣體燃料。
[0027]在噴嘴的第三方面的第二可能實施中，貫穿發動機循環噴嘴保持在300°C以上。
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