[发明专利]燃料喷射系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于内燃发动机的燃料喷射系统，所述燃料喷射系统 用于提供通过单个喷嘴的包括第一阶段和第二阶段的喷射过程，所述 单个喷嘴通过其入口端口连接至可变燃料压力源，所述喷嘴包括用于 执行喷射第一阶段的针阀和用于执行喷射第二阶段的提升阀。

背景技术

本发明涉及内燃发动机的燃料喷射系统，特别地，涉及用于直接 地喷射燃料至压燃发动机的燃烧缸内的系统。

根据大多数预测，对于运输、建筑及其他机械，在可预见的将来， 压燃发动机或柴油发动机将仍然是主要的机械动力源。然而，原油的 减少的储备和上升的价格，促使人们致力于寻找适合于柴油发动机的 替代燃料，目前，事实上，石油仍然是用于柴油发动机的仅有的燃料 源。同时考虑环境特性和对柴油机高效运行的适应性，一种特别有前 景的燃料是二甲醚，或DME。尽管DME的化学和热力学特性明显不 同于传统的柴油的化学和热力学特性，但是，其同样要求使燃料喷射 系统最佳化，以确保燃料喷射系统以及整个发动机的高效运行。

在DME和传统的柴油之间，最重要的差异是前者显著的低卡值和 低密度以及后者更大的粉尘倾向。DME的低卡值和低密度组合在一起， 使得与柴油相比需要喷射几乎两倍的燃料体积量以获得相同的发动机 功率。由于其较差的润滑性、较低的粘度以及更大的可压缩性导致的 生成高DME喷射压力的困难使得必须利用具有极大流通区域的喷嘴来 实现高的流速和喷射量。这对于传统的柴油机喷嘴结构来说带来一定 的困难，该传统的柴油机喷嘴结构特征在于针阀控制到喷孔的流量， 所述困难源于需要太大的孔口数量以及直径。另一方面，DME的较低 粉尘的倾向具有优点，其能够利用其他类型的喷嘴，在其他类型的喷 嘴中易于获得大流量，但是由于那种情况下的不可接受的高粉尘排放， 其他类型的喷嘴不能用于当前的柴油燃料发动机中。

一个这样类型的喷嘴是提升阀喷嘴，其提升头克服复位弹簧的作 用力和发动机的燃烧室内的背压向外开启。很久以前就已经停止在柴 油发动机工业中使用此类喷嘴，尽管后来进行过许多尝试以获得通过 相对简单的结构或者其适于两阶段运行的适应性实现的概念，迄今为 止此类喷嘴还尚未达到商业应用的程度。US专利6513487B1中公开了 最近开发出的一个实例。在其结构中，提升阀喷嘴的并不十分适合于 柴油机的燃烧性质——大流通区域的极快速开启同时燃料以空心锥体 方式喷射——试图通过圆筒形的提升阀引导装置的使用而被消除，所 述引导装置自始至终向下延伸至提升头的主锥形座，以致喷嘴本体引 导表面的底缘提供用于喷孔的类似卷筒的区域控制，所述喷孔在提升 阀座附近形成在提升阀引导装置内。这种解决方案允许采用轴向细长 形的喷孔和/或数排具有不同尺寸/方向的孔，用于对初始燃烧速率等的 控制，如在所述文献中所公开。由于燃料的低粉尘品质，在DME上的 运行可以接受此结构的问题：燃料喷溅以及在外喷嘴表面上形成燃料 膜，但是，必须相对紧密地匹配以用于有效喷孔边缘控制的引导装置 暴露于发动机燃烧气体的热的和污染的环境能够严重破坏功能的可靠 性。因此，具有邻近于提升阀座的收缩杆部分的提升阀的更加传统的 结构在可靠性方面具有更好的前景。

如研究和经验所表明，根据NOx-粉尘-BSFC的平衡，DME柴油 燃烧过程可以受益于在燃料喷射开始时喷射速率的精密控制。在某些 条件下即使引燃喷射也可能是有益的。然而，由于上述原因，喷嘴的 最大流通区域必须很大，由于这个事实，实现上面的要求可能是复杂 的，并且在提升阀喷嘴的情况下肯定是困难的，当喷射开始时该提升 阀喷嘴通常倾向于迅速开启大面积。本发明通过提供精确控制提升阀 型喷嘴中的引燃喷射以及初始喷射速率的简单且有效的装置解决此困 难。

EP0980475B1中描述了现有技术中的类似的喷射器系统。该系统 被设计用于同时利用两种燃料运行，其中一种燃料是用于点燃另一种 燃料的引燃燃料，主燃料比如天然气。因此，喷射器是具有多个输入/ 输出端口的复杂的装置，并且由于用于降低致动流体的压力的单独的 阀，所以喷射器额外地复杂，所述致动流体用于开启喷嘴等。

发明内容