用于双燃料燃烧的喷射器、方法和系统与流程

本发明涉及一种燃料喷射器和燃料喷射系统、燃料喷射方法以及使用该喷射器、系统和方法的燃烧方法，可应用于火花点火发动机或压燃式发动机、或者可应用于燃烧装置(一般诸如为炉或涡轮机)。

背景技术：

1、全球范围内减少二氧化碳排放的需求要求大幅减少化石燃料消耗。然而，诸如太阳能和风能之类的可再生能源是间歇性的，低成本的能源储存和电力转换是所需的。在内燃发动机和涡轮机上运行的可再生燃料为减少碳排放提供了一种可行的方式，同时有利于能源储存和电力转换。

2、为了适应可再生能源的间歇性性质和可再生燃料供应的基础设施限制，会希望有一种燃料喷射器，该燃料喷射器可以针对常规燃料和可再生燃料按需直接喷射两种类型的燃料，它们在喷射压力、分子结构和热力学相中的至少一个参数上是不同的。此外，会希望在不同的发动机负载和速度条件下以针对不同的喷射正时而定制的不同喷射角度来喷射两种类型的燃料。

3、然而，尽管已经公开了用于双燃料喷射器和具有可变孔口的喷射器的诸多发明，但是与制造复杂性、耐久性和燃料泄漏相关的问题阻碍了许多发明的大规模生产的实现。这些问题尤其适用于具有紧凑喷嘴的共轨喷射器，在这种情况下，复杂燃料通道的布置成为一项具有挑战性的任务。这些问题对于气体燃料喷射尤其如此。此外，先前公开的技术中很少有技术能够在喷射不同燃料的操作之间不相互干扰的情况下提供选择性地以及共同地直接喷射不同燃料的喷射能力。先前技术要求很大的控制复杂性，尤其是对于使通常用于双燃料喷射的双针操作同步来说。

4、此外，对气体和液体燃料的喷射在由于液体和气体的密度差异而有意设定孔口面积以及在密封、润滑和冷却气体针阀方面带来了特殊问题。直接喷射气体针阀的常规设计带来了可靠性和耐用性方面的重大问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决气体和液体直接喷射面临的关键问题，诸如气体密封、针阀冷却、可靠性和耐用性、按需双燃料喷射和混合。更具体而言，本发明提供了同轴针阀设计，其可以选择性地以及共同地操作，以基于发动机操作条件而按需提供喷射两种供应燃料中的任一燃料或两种供应燃料的组合的自由度，从而优化燃烧。液体燃料用于致动、密封和冷却气体喷射阀。这项工作可以被认为是我们在pct/us20/62960中公开的先前工作的延伸。

2、用于自适应双燃料喷射的燃料喷射器具有用以通过单个喷嘴独立地以及协作地直接喷射两种类型的燃料的装置，这两种类型的燃料可以是气体与液体、或者是液体与液体。还公开了一种燃料喷射方法和系统、以及使用该方法和系统的燃烧方法。所公开的喷射器、方法和系统适用于常规的气体和液体燃料(诸如柴油、汽油、天然气、丙烷)，以及总体而言可再生的液体和气体燃料(包括电力合成燃料(e-fuels)，诸如生物柴油、甲醇、乙醇、氢气、生物甲烷气等)。还公开了一种新型燃烧方法，以减轻或消除氢气和天然气等的气体燃料的挥发性，从而减少排放并缓解安全问题。

技术特征：

1.一种燃料喷射器，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料喷射器，包括：

3.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其用于气体-液体双燃料喷射并且气体是主燃料，其中，用来阻挡气体流动的用于大针阀(2)的所述控制室(382)连接到加压液体燃料储存器(12)，其中，所述液体燃料向下按压气体针阀(2)，同时沿着所述针阀(2)与喷嘴本体(3)之间的匹配滑动表面(234)润滑所述气体针阀(2)。

4.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其用于气体-液体双燃料喷射并且气体是主燃料，其中，用来阻挡气流的用于大针阀(2)的所述控制室(382)连接到加压液体燃料源(12)，并且所述喷嘴具有两排孔口，其中一排孔口(309)基本上大于紧邻喷嘴梢部的另一排下部的孔口(301)，其中，当所述大针阀(2)安置好时，所述大针阀(2)基本上覆盖所述较大孔口(309)。

5.根据权利要求1所述的燃料喷射器，其用于气体-液体双燃料喷射并且气体是副燃料，其中，用来阻挡液体的用于大针阀(2)的所述控制室(382)连接到加压液体燃料储存器(13’)。

6.一种燃料喷射器，包括：

7.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其用于气体-液体双燃料喷射并且气体是主燃料，其中，用来阻挡气流的用于大针阀(5)的所述控制室(581)总是连接到加压液体燃料源(10)，其中，所述控制室(581)中的液体燃料向下按压气体针阀并同时润滑所述气体针阀(5)。

8.根据权利要求6所述的燃料喷射器，其用于气体-液体双燃料喷射并且气体是副燃料，其中，用于阻挡液体的大针阀(5)的控制室(581)总是连接到加压液体燃料储存器。

9.根据权利要求6所述的燃料喷射器，包括：

10.根据权利要求1或权利要求6所述的燃料喷射器，其中，其具有用以借助提升所述向外打开的针阀(1)而通过燃料喷射出口(301)喷射一种类型的液体燃料、并借助独立地提升所述向内打开的针阀(2)而通过多射流燃料出口(309)和(301)来喷射另一种类型的液体燃料的装置，其中，两种类型的燃料的喷射能够独立地或同时地进行。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的燃料喷射器，其中，其具有用以借助提升所述向外打开的针阀(1)而主要通过燃料喷射出口(301)喷射一种类型的液体燃料、并借助独立地提升所述向内打开的针阀(2)而通过多射流燃料出口(309)和(301)来喷射另一种类型的气体燃料的装置，其中，用于气体燃料的主燃料出口(309)基本上大于用于液体燃料的燃料出口(301)，其中，两种类型的燃料的喷射能够独立地或同时地进行。

12.一种燃料喷射方法，其按需直接喷射液体燃料和气体燃料，其中，对两种类型的燃料的喷射能够独立地或同时地通过相同的喷嘴梢部进行，并且液体燃料用于控制气体燃料喷射致动、增强冷却和密封、以及润滑气体喷射针阀。

13.根据权利要求12所述的燃料喷射方法，其中，所述液体燃料为柴油，所述气体燃料为天然气。

14.根据权利要求12所述的燃料喷射方法，其中，一种类型的燃料为柴油，另一种类型的燃料为氢气。

15.根据权利要求12所述的燃料喷射方法，其中，一种类型的燃料为二甲醚，另一种类型的燃料为氢气。

16.根据权利要求12所述的燃料喷射方法，对于内燃发动机应用，在重型负载和中型负载期间通过发动机进气道喷射部分气体燃料，在轻型负载期间将全部气体燃料直接喷射到燃烧室中。

17.一种燃烧方法，其中，一种燃料流是具有较高化学反应性的类柴油液体燃料，一种燃料流是具有较低化学反应性的气体燃料，诸如天然气、氢气、氨蒸气，其中，其具有用以通过在喷嘴外和燃烧室内按需混合这两种燃料流来优化不同操作条件下的燃烧的装置，其中，对两种类型的燃料的喷射是按顺序的并且是夹层式的以减轻气体燃料的逃逸扩散，其中，更具反应性的液体燃料混合物防止气体燃料混合物的逃逸以确保完全的气体燃料燃烧。

18.根据权利要求17所述的燃烧方法，其中，具有较低反应性的燃料流的部分燃料被有意地注入到燃烧区中，使得具有较低反应性的部分燃料在所述燃烧室内被重整以促进其燃烧过程。

19.根据权利要求17所述的燃烧方法，其中，对两种类型的燃料的喷射是被共同喷射并混合的以形成自由基包裹的混合物云，以便减轻气体燃料的逃逸扩散，从而确保气体燃料的完全燃烧。

20.根据权利要求17所述的燃烧方法，其中，所述液体燃料是柴油或生物柴油，所述气体燃料是氢气，其中，根据能量比，柴油的喷射量小于总喷射燃料的3％。

21.一种用于双燃料喷射的燃料喷射系统，其能够用作改造现有发动机或新发动机的改造套件，其中，第二燃料系统将脉冲加压燃料输送到第一喷射系统的燃料喷射器，其中，第一燃料系统具有带有针阀的燃料喷射器，所述针阀包含被动致动的内部喷射阀，以按需引入第二燃料用于所联接的双燃料喷射。

22.根据权利要求1所述的燃料喷射器，包括：

技术总结用于自适应双燃料喷射的燃料喷射器具有用以通过单个喷嘴独立地以及协作地直接喷射两种类型的燃料的装置，这两种类型的燃料可以是气体与液体、或者液体与液体。还公开了一种燃料喷射方法和系统、以及使用该方法和系统的燃烧方法。所公开的喷射器、方法和系统适用于常规的气体和液体燃料(诸如柴油、汽油、天然气、丙烷)，以及一般的可再生液体和气体燃料(包括电力合成燃料，诸如生物柴油、甲醇、乙醇、氢气、生物甲烷气等)。技术研发人员：侯德洋受保护的技术使用者：侯德洋技术研发日：技术公布日：2024/6/30