用于内燃发动机的喷射系统
专利汇可以提供用于内燃发动机的喷射系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于内燃 发动机 的喷射系统(1)，尤其是以 液化 气作为 燃料 或者燃料成分的内燃发动机，它包括每缸一个直接将燃料喷入 燃烧室 的喷射装置(2)，还包括一个燃料供应系统(3)，所述燃料供应系统具有至少一个 燃料箱 以及一个用来输送燃料的往复式 柱塞 泵 元件(5)，可通过二次介质以液压方式操动泵元件(5)，且泵元件(5)与一个受到二次介质作用的致动腔(9)相邻，输送二次介质的液压管路(8)通入致动腔之中，且液压管路(8)中安装有一个主泵(7)。为了避免二次介质 过热 ，将一个扫气管路(18)接入致动腔(9)之中，且扫气管路(19)中安装有一个关闭机构(19)，可以在至少一个喷射间隔内使用二次介质对致动腔(9)进行扫气。，下面是用于内燃发动机的喷射系统专利的具体信息内容。
1.一种尤其是用于以液化气为燃料或者燃料成分驱动的发动机的喷射系统 (1)，包括每缸一个用于将燃料直接喷入燃烧室内的喷射装置(2)，还包括一 个燃料供应系统(3)，所述燃料供应系统具有至少一个燃料箱以及一个用于输 送燃料的往复式柱塞泵元件(5)，可通过二次介质以液压方式操动泵元件(5)， 且泵元件(5)与一个受到二次介质作用的致动腔(9)相邻，输送二次介质的 液压管路(8)通入致动腔之中，且液压管路(8)中安装有一个主泵(7)，其 特征在于，扫气管路(18)通入致动腔(9)之中，且扫气管路中安装有一个关 闭机构(19)，至少可以在一个喷射间隔内使用二次介质对致动腔(9)进行扫 气。
2.根据权利要求1所述的喷射系统(1)，其特征在于，在致动腔(9)的 扫气过程中，液压管路(8)可以与回流管(10)相连，且回流管就是主泵(7) 的吸入管。
3.根据权利要求1或2所述的喷射系统(1)，其特征在于，主泵(7)至 少有一个与压力腔(17)相邻的泵柱塞(13)，且液压管(8)与压力腔(17) 相连，在泵柱塞(13)的至少一个位置中可将压力腔(17)与回流管(10)相 连。
4.根据权利要求3所述的喷射系统(1)，泵柱塞(13)具有一个控油槽， 该控油槽在泵柱塞(13)的至少一个行程位置中越过与回流管(10)相连的控 油孔(16)，所述控油孔在容纳泵柱塞(13)的泵筒壳壁(14a)之中。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的喷射系统(1)，其特征在于，关闭 机构(19)由一个朝向致动腔(9)开启的止回阀构成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的喷射系统(1)，其特征在于泵元件 (5)为差动柱塞结构。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的喷射系统(1)，其特征在于，可通 过一个压力源向扫气管(18)提供二次介质。
8.用于以液化气为燃料驱动的发动机的喷射装置(101)，包括一个在闭合 方向中受到回位弹簧(111)作用的针阀(110)，针阀具有适当的构造，可通 过燃油使其开启；还包括一个至少具有一个燃料流道(104)的壳体(102)， 壳体中安装有在喷射方向上受到弹簧作用后开启的止回阀(105)；其特征在于， 针阀(110)向外开启，且具有一个阀盘(113)。
9.用于使利用液化气，尤其是利用二甲醚驱动的自燃式发动机工作的方法， 其特征在于，将废气回送到燃烧室之中，且废气再循环率小于40％，尤其是小 于30％，最好小于20％。
10.用于执行权利要求9所述方法的内燃发动机，其特征在于，有一 个废气再循环系统用来回送相对较少的废气量，且废气再循环率小于40％，尤 其是小于30％，最好小于20％。
本发明涉及一种用于内燃发动机的喷射系统，尤其是以液化气作为燃料或 者燃料成分驱动的内燃发动机，其包括每缸一个直接将燃料喷入燃烧室的喷射 装置，还包括一个燃料供应系统，所述燃料供应系统具有至少一个燃料箱以及 一个用来输送燃料的往复式柱塞泵元件，可通过二次介质以液压方式操动泵元 件，且泵元件与一个受到二次介质作用的致动腔相邻，输送二次介质的液压管 路通入致动腔之中，且液压管路中安装有一个主泵。本发明还涉及一种用于以 液化气为燃料驱动的内燃发动机的喷射装置，包括一个在闭合方向中受到回位 弹簧作用的针阀，针阀具有适当的构造，可通过燃料将其开启；所述系统还包 括一个具有至少一个燃料流道的外壳，其中安装有一个在喷射方向上受到弹簧 作用后开启的止回阀。此外，本发明还涉及一种使利用液化气，尤其是利用二 甲醚驱动的自燃式发动机工作的方法。本发明还涉及一种用来执行该方法的内 燃发动机。
编号为AT 001.623U1的实用新型说明书就公开了一种用于以液化气为燃 料驱动的内燃发动机的喷射系统，所述发动机具有一个用二次介质操动的，用 来输送燃料的往复式柱塞泵元件。所述泵元件与致动腔相邻，且致动腔仅仅与 一个用来输送二次介质的液压管相连。由于二次介质在致动腔内无法循环，因 此可能会出现二次介质过热。
液化气，尤其是DME(二甲醚)被看成是自燃和燃油直喷入燃烧室的的替 代燃料，所产生的NOx与颗粒物排放极少。当然也存在一些问题，由于液化 气燃料的粘度较低，关机之后会在燃烧室内部出现泄漏。这些泄漏是一种安全 风险，并且可能会造成发动机受损。
编号为US 6.189.517B1的专利说明书公开了一种用于液化气燃料的喷射 装置，具有一个向内开启的针阀。通过安装于燃料流道内的止回阀来有效避免 泄漏。一旦燃料压力下降到设定水平之下，也就是当关闭发动机时，止回阀就 会阻断燃料流道的通过截面。这时将在系统中保持一定的剩余压力，让燃料保 持液态。缺点在于：向内开启的针阀仅允许有很小的喷孔截面，且几何极限与 强度极限有限，因此限制了喷射压力的提高。
编号为EP 0246220A1的申请说明书也公开了一种用于柴油发动机的带 盘阀的喷射装置。然而菌形阀结构型式的喷射装置用于柴油时也有缺点，会在 菌形阀所在区域内形成导致泄漏的沉积物。
柴油发动机的燃烧质量直接取决于液体燃料的雾化质量，也取决于燃料蒸 汽的汽化程度以及与空气中的氧气的混合情况。已知使用大约2000巴的特别 高压将柴油喷入燃烧室之中，可以改善雾化效果。采用这些措施虽然可以达到 非常低的烟气排放系数，但由于喷射压力很高，需要使用成本昂贵的专用喷射 系统。
此外还已知含氧燃料(例如二甲醚DME或者其它醇类)在燃烧时所产生 的有害物质少于不含化合氧的燃料燃烧所产生的物质。
编号为AT 001.018U1的实用新型说明书公布了一种制备自燃型燃料的方 法，即将少量二甲醚掺入燃料之中。
此外，编号为AT 002.958U2、AT 001.924U2、AT 408.130B、AT 408.131 B以及AT 001.623U1的专利公告也公布了一些用于以液化气为燃料驱动的内 燃发动机的喷射系统。
最新开发的高十六烷值液化气燃料(例如二甲醚)在环境温度条件下的蒸 汽压力低于30巴，可以将其作为自燃型燃料使用。由于存在化合氧，因此使 用二甲醚作为燃料非常有利于改善燃烧效果、减少排放。
此外还已知可以通过废气再循环来减少内燃发动机的NOx排放。通过废 气再循环可以降低燃烧温度，从而明显减少NOx排放。为了达到这种效果， 在使用传统燃料工作的发动机中需要有比较高的废气再循环率，大约为40％至 60％，以便将NOx排放降低1g/kWh至2g/kWh。对于传统燃料而言，由于 会产生炭黑颗粒，因此再循环废气的使用量受到限制。为了将NOx排放降低1 g/kWh至2g/kWh，在传统的内燃发动机中需要有相对较高的废气再循环率， 大约在40％至60％之间。
本发明的任务在于，避免这些缺点，并且避免致动腔内的二次介质发生过 热。本发明的另一个任务在于，实现更高的喷射速率，同时避免关闭发动机之 后在燃烧室中出现泄漏。此外，进一步降低自燃式发动机的排放也是本发明的 任务。
根据本发明所述，实现这一目的的方法如下：将一根扫气管接入致动腔之 中，在扫气管中安装有一个关闭机构，可以在至少一个喷射间隔内使用二次介 质对致动腔进行扫气，且在对致动腔进行扫气的过程中可以将液压管路与一个 回流管路相连。
通过一个可朝向致动腔开启的止回阀构成关闭机构。
在本发明的一种特别简单的实施型式中，主泵具有至少一个与压力腔相邻 的泵活塞，液压管路与压力腔相连，且至少在泵柱塞的一个位置中可以将压力 腔与回流管路相连；泵柱塞具有一个控油槽，该控油槽在泵柱塞的至少一个行 程位置中越过与回流管相连的控油孔，所述控油孔在容纳泵柱塞的泵筒壳壁之 中。
泵元件的构造可以是成多级柱塞或者具有连贯相同直径的柱塞。
最好通过一个压力源向扫气管路提供二次介质。在喷射间隔过程中，通过 主泵的泵柱塞打开液压管路和回流管路之间的流体连接，而泵柱塞的控油槽则 越过泵柱塞的泵筒壳壁中与回流管相连的孔。这样就使得二次介质可以在扫气 管与液压管之间流过，从而对致动腔进行扫气。
为了实现较高的喷射速率，针阀采用向外开启的构造，且最好具有一个阀 盘。
设计成菌形阀构造的针阀能够提供较大的喷射截面，从而可在较短的时间 内喷入较多的燃料量，这样有利于燃烧过程。
使用带有阀盘的针阀还具有喷射横截面不受喷嘴孔数量与大小限制的优 点，因此能够在较低的喷射压力下实现较高的流动速率。伞状喷束有利于燃 料在燃烧室内的分布。
由于液化气燃料的燃烧没有炭黑沉积物，所以在阀盘所在区域内不形成任 何沉积物。
可将废气回送到燃烧室之中，实现减少排放的目的，且废气再循环率小于 40％，尤其是小于30％，最好小于20％。废气再循环率被定义为气缸内的再 循环废气质量与充气质量之比。令人惊奇的发现是：当使用二甲醚时，只要废 气再循环率在10％～20％之间，氮氧化物的减少幅度就能等同于使用传统柴 油燃料以及40～60％的废气再循环率所达到的效果。之所以能有这种效应， 可解释为缺少直接的碳键以及二甲醚中的化合氧。
以下将依据附图对本发明进行详细解释。相关附图如下
附图1本发明所述喷射系统的第一种实施型式；
附图2本发明所述喷射系统的第二种实施型式；
附图3本发明所述喷射装置在针阀闭合后的纵剖面图；
附图4针阀开启后的喷射装置；以及
附图5废气再循环率与NOx排放量的关系图。
附图1和2所示分别为内燃发动机的喷射系统1，包括用于将液化气燃料 直接喷入图中并未绘出的发动机燃烧室的喷射装置2。通过燃料供应系统3将 液化气燃料输送给喷射装置2。使用附图标记20标识输送方向中开启的止回 阀。由一个图中并未绘出的燃料泵从燃料箱抽取液化气燃料。
喷射装置2设计成单体泵型式，包括一个可泵筒4中移动的泵元件5，所 述泵元件可以是一个差动柱塞。
通过自身具有一个液压回路的致动装置6使泵元件5动作，所述致动装置 具有一个主泵7和一个液压管路8，该液压管路通入与泵元件5相邻的致动腔 9之中。液压管路8从主泵7出发，从一个液压容器11通过吸入与回流管 10给主泵提供二次介质。主泵7为柱塞泵构造，具有一个通过凸轮12致动 的泵柱塞13，柱塞可以在泵筒14内移动。在柱塞泵13的往复运动过程中， 柱塞泵13的控油槽15越过泵筒14筒壁14a上的孔16，从而在吸入与回流 管10以及主泵7的压力腔17之间形成流体连接。
通入致动腔9的还有一个扫气管18，其中安装有一个止回阀19。例如， 扫气管18可以通过另一个泵与液压容器11相连。
若孔16被泵柱塞13开启，就可以通过扫气管18对致动腔9进行扫气， 使致动介质和致动腔9进行冷却，从而可以防止过热。
在附图1所示的实施例中，通过泵柱塞13的控油槽21对二次介质进行 控制。转动泵柱塞13就可以改变控制时刻。
在附图2所示的实施例中有一个电磁致动的控制阀22，可以通过该阀来 控制二次介质的控制时刻。
附图3和4所示为一种用于液化气燃料的喷射装置101，包括一个壳体 102，壳体内安装有一个从接头103出发的燃料流道104。在燃料流道104中 安装有一个止回阀105。在喷射方向中开启的止回阀105具有一个受到弹簧6 作用的球体107，弹簧106通过柱塞108作用于球体107。球体107被压向 阀座109。
在壳体102中还安装有一个向外开启且具有一个阀盘113的针阀110，通 过闭合弹簧111使针阀保持在闭合位置中。燃料流道104通入弹簧室112之 中，并且克服回位弹簧111的作用力作用于针阀110上。喷射装置101与传 统柴油喷射装置的差别在于：针阀向外开启，并且具有一个阀盘113。
在静止状态下，针阀110和止回阀105均闭合。当喷射装置101内的压 力超过了通过阀座109以及弹簧106所设定的值时，止回阀105就会开启， 液化气燃料在压力作用下进入弹簧室112。
止回阀105在发动机正常运转过程中保持开启，因为闭合压力比开启压力 低得多。一旦发动机停止运转，燃料压力也会下降到止回阀105的闭合压力 之下，使得进入燃烧室内的泄漏量最多就是止回阀105与针阀110的阀盘113 之间余留的液体燃料量。
在两次喷射之间，弹簧室112内的压力小得不足以使针阀110开启。而 当燃料压力升高到足够大时，就会使针阀110开启，燃料就可以进入燃烧室之 中。
附图5所示为二甲醚发动机和传统柴油发动机的废气再循环率EGR与 NOx排放量的关系图。可明显看出：对于二甲醚驱动的发动机201来说，明 显较低的废气再循环率EGR导致比柴油发动机202低的NOx排放量。
只要使用相对较少的再循环废气量，就能实现明显降低NOx排放量的目 的，不必因此而让其它有害排放增加，例如碳氢化合物或者一氧化碳排放。
这种非常小的废气再循环率能够明显减小废气再循环系统的尺寸，并且有 助于降低发动机损失，尤其是通过废气再循环与泵损失所引起的发动机损失。
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