EA047860B1

EA047860B1 - DUAL FUEL INJECTOR

Info

Publication number: EA047860B1
Application number: EA202393394
Authority: EA
Inventors: Игорь Леонидович Сабиров
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Сибсм" (Ооо "Сибсм")
Filing date: 2023-12-12
Publication date: 2024-09-20

Description

Изобретение относится к двухтопливной форсунке для впрыска топлива и может быть использовано, главным образом, для использования на ДВС по принципу самовоспламенения топлива (таких как дизельные моторы, моторы, работающие на тяжелом мазуте), то есть без использования свечей зажигания, хотя это не является обязательным условием. Также изобретение может использоваться как на любых видах моторов, так и в других видах применения, не связанных со сжиганием топлива для дальнейшего извлечения механической энергии.The invention relates to a dual-fuel injector for fuel injection and can be used mainly for use on internal combustion engines based on the principle of self-ignition of fuel (such as diesel engines, engines running on heavy fuel oil), i.e. without the use of spark plugs, although this is not a mandatory condition. The invention can also be used on any type of motors, as well as in other types of applications not associated with the combustion of fuel for the further extraction of mechanical energy.

Известна двухтопливная форсунка по заявке US 2017/0002780, содержащая узел для жидкого топлива с иглой, ход которой управляется первой камерой управления; и узел для газового топлива с иглой, ход которой управляется второй камерой управления. Каждая из управляющих камер может быть заполнена управляющей жидкостью или слита из них для управления ходом соответствующей иглы. Двухтопливная форсунка имеет резервуар для управляющей жидкости, в который может быть введена выпускаемая управляющая жидкость из первой камеры управления, при этом двухтопливная форсунка выполнена с возможностью подачи во вторую камеру управления управляющей жидкости из указанного резервуара для регулирования хода иглы узла для газового топлива.A dual-fuel injector is known according to application US 2017/0002780, comprising a liquid fuel unit with a needle, the stroke of which is controlled by a first control chamber; and a gas fuel unit with a needle, the stroke of which is controlled by a second control chamber. Each of the control chambers can be filled with control fluid or drained from them to control the stroke of the corresponding needle. The dual-fuel injector has a reservoir for the control fluid, into which the released control fluid from the first control chamber can be introduced, wherein the dual-fuel injector is configured to supply the control fluid from the said reservoir to the second control chamber to regulate the stroke of the needle of the gas fuel unit.

Однако при работе такой форсунки в однотопливном режиме (на жидком топливе) давление управляющей жидкости продолжает нагнетаться во вторую камеру управления, что может привести к смешиванию двух видов топлива за счет разницы давления.However, when such an injector operates in single-fuel mode (on liquid fuel), the pressure of the control fluid continues to be pumped into the second control chamber, which can lead to mixing of the two types of fuel due to the pressure difference.

Наиболее близкой к изобретению является двухтопливная форсунка по патенту EP 3169888 B1, содержащая корпус форсунки; первый корпус, в котором расположены с возможностью осевого перемещения несколько игл для подачи газообразного топлива; второй корпус, в котором расположена с возможностью осевого перемещения игла для подачи жидкого топлива, подпружиненная в сторону прижатия к седлу соответствующего распылительного сопла. При этом во втором корпусе выполнены первая полость для управления перемещением иглы для подачи жидкого топлива и вторая полость для подвода жидкого топлива к этой игле, а в корпусе форсунки выполнены канал для подачи жидкого топлива под высоким давлением ко второй полости, второй канал, отходящий от первого канала для подачи второго топлива под высоким давлением в первую полость, и первый сливной канал для сброса давления из первой полости, соединенный с резервуаром для сбора второго топлива через первый электромагнитный клапан. В первом корпусе выполнены третья полость для управления перемещением первой иглы и четвертая полость для подвода первого топлива к первой игле, а в корпусе форсунки выполнены четвертый канал для подачи первого топлива к четвертой полости, пятый канал, отходящий от указанного первого канала для подачи второго топлива под высоким давлением в третью полость, и второй сливной канал для сброса давления из третьей полости, соединенный с резервуаром ля сбора второго топлива через второй электромагнитный клапан.The closest to the invention is a dual-fuel injector according to patent EP 3169888 B1, comprising an injector body; a first body in which several needles for supplying gaseous fuel are arranged with the possibility of axial movement; a second body in which a needle for supplying liquid fuel is arranged with the possibility of axial movement, spring-loaded in the direction of pressing against the seat of the corresponding spray nozzle. In this case, a first cavity for controlling the movement of the needle for supplying liquid fuel and a second cavity for supplying liquid fuel to this needle are made in the second body, and a channel for supplying liquid fuel under high pressure to the second cavity, a second channel extending from the first channel for supplying the second fuel under high pressure to the first cavity, and a first drain channel for releasing pressure from the first cavity, connected to a reservoir for collecting the second fuel through the first electromagnetic valve are made in the injector body. In the first body, a third cavity is made for controlling the movement of the first needle and a fourth cavity for supplying the first fuel to the first needle, and in the injector body, a fourth channel is made for supplying the first fuel to the fourth cavity, a fifth channel extending from the said first channel for supplying the second fuel under high pressure to the third cavity, and a second drain channel for releasing pressure from the third cavity, connected to the reservoir for collecting the second fuel through the second electromagnetic valve.

Однако такой форсунке присущ тот же недостаток, что и указанной выше форсунке по заявке US 2017/0002780.However, such an injector has the same drawback as the above-mentioned injector according to the application US 2017/0002780.

Изобретение направлено на устранение указанного недостатка за счет исключения подачи второго (жидкого) топлива в полость для управления перемещением первой иглы при работе такой форсунки в однотопливном режиме (на втором топливе), что исключит возможность смешивания двух видов топлива, а также ускорить запуск двигателя в таком режиме и уменьшить затраты энергии на поддержание давления в полости для подвода первого топлива к первой игле.The invention is aimed at eliminating the said drawback by eliminating the supply of a second (liquid) fuel into the cavity for controlling the movement of the first needle when such an injector is operating in a single-fuel mode (on the second fuel), which will eliminate the possibility of mixing two types of fuel, as well as speed up the engine start in such a mode and reduce energy costs for maintaining pressure in the cavity for supplying the first fuel to the first needle.

Указанная задача решается в двухтопливной форсунке, содержащей корпус, в первой части которого расположена с возможностью осевого перемещения первая игла для подачи первого топлива, а во второй части корпуса расположена с возможностью осевого перемещения вторая игла для подачи второго топлива, подпружиненная в сторону прижатия к седлу соответствующего распылительного сопла. При этом во второй части корпуса выполнены первая полость для управления перемещением второй иглы и вторая полость для подвода второго топлива ко второй игле, а в корпусе форсунки выполнены первый канал для подачи второго топлива под высоким давлением ко второй полости, второй канал, отходящий от первого канала, для подачи второго топлива под высоким давлением в первую полость, и первый сливной канал для сброса давления из первой полости, соединенный с резервуаром для сбора второго топлива через первый клапан, управляемый электроприводом. Кроме того, в первой части корпуса выполнены третья полость для управления перемещением первой иглы и четвертая полость для подвода первого топлива к первой игле, а в корпусе форсунки выполнены четвертый канал для подачи первого топлива к четвертой полости, пятый канал, отходящий от указанного первого канала для подачи второго топлива под высоким давлением в третью полость, и второй сливной канал для сброса давления из третьей полости, соединенный с резервуаром для сбора второго топлива через второй клапан, управляемый электроприводом.The specified problem is solved in a dual-fuel injector comprising a housing, in the first part of which a first needle for feeding the first fuel is arranged with the possibility of axial movement, and in the second part of the housing a second needle for feeding the second fuel is arranged with the possibility of axial movement, spring-loaded in the direction of pressing against the seat of the corresponding spray nozzle. In this case, in the second part of the housing a first cavity for controlling the movement of the second needle and a second cavity for feeding the second fuel to the second needle are made, and in the injector housing a first channel for feeding the second fuel under high pressure to the second cavity, a second channel extending from the first channel for feeding the second fuel under high pressure to the first cavity, and a first drain channel for releasing pressure from the first cavity, connected to a reservoir for collecting the second fuel through a first valve controlled by an electric drive are made. In addition, in the first part of the housing there is a third cavity for controlling the movement of the first needle and a fourth cavity for supplying the first fuel to the first needle, and in the injector housing there is a fourth channel for supplying the first fuel to the fourth cavity, a fifth channel extending from the said first channel for supplying the second fuel under high pressure to the third cavity, and a second drain channel for releasing pressure from the third cavity, connected to the reservoir for collecting the second fuel through a second valve controlled by an electric drive.

Согласно изобретению, в пятом канале установлен третий клапан, управляемый электроприводом.According to the invention, a third valve controlled by an electric drive is installed in the fifth channel.

Наличие клапана, управляемого электроприводом, в пятом канале обеспечивает при работе форсунки только на втором виде топлива возможность отключения работы первой иглы от первого вида топлива. За счет этого можно полностью отключить подачу первого вида топлива, и его протекание вдоль направляющего канала первой иглы будет отсутствовать, поскольку оба вида топлива не будут поступать к первой части корпуса форсунки, разницы давления не будет, и течь не возникнет. При этом нет необхоThe presence of an electric-driven valve in the fifth channel ensures that when the injector is operating only on the second type of fuel, the first needle can be switched off from the first type of fuel. Due to this, the supply of the first type of fuel can be completely switched off, and there will be no flow along the guide channel of the first needle, since both types of fuel will not be supplied to the first part of the injector body, there will be no pressure difference, and no leak will occur. In this case, there is no need

- 1 047860 димости постоянно поддерживать давление первого топлива, и насос первого топлива (если оно является жидким) может быть отключен, следовательно, не нужно тратить энергию на его работу в режиме, когда двигатель работает только на втором топливе. Кроме того, при работе форсунки только на втором топливе облегчается запуск двигателя, поскольку общий объем, заполняемый этим топливом, уменьшится.- 1 047860 the ability to constantly maintain the pressure of the first fuel, and the pump of the first fuel (if it is liquid) can be switched off, therefore, there is no need to waste energy on its operation in the mode when the engine operates only on the second fuel. In addition, when the injector operates only on the second fuel, starting the engine is easier, since the total volume filled with this fuel will decrease.

Электропривод может быть выполнен электромагнитным или пьезоэлектрическим.The electric drive can be electromagnetic or piezoelectric.

Предпочтительно, корпус имеет третью часть, отделенную от первой части перегородкой, причем в указанной третьей части расположен участок первой иглы, которая подпружинена в сторону прижатия к седлу соответствующего распылительного сопла и проходит через выполненное в перегородке отверстие, при этом в третьей части имеется полость, соединенная через третий клапан, управляемый электроприводом, с первым каналом.Preferably, the body has a third part separated from the first part by a partition, wherein in said third part there is a section of the first needle, which is spring-loaded in the direction of pressing against the seat of the corresponding spray nozzle and passes through an opening made in the partition, wherein in the third part there is a cavity connected through a third valve controlled by an electric drive to the first channel.

Наличие третьей части корпуса и такое ее выполнение позволяет повысить надежность работы форсунки за счет предотвращения возможного отвода первой иглы от распылительного сопла при случайном падении давления второго топлива (например, при отказе топливного насоса).The presence of the third part of the body and its design allows for increased reliability of the injector by preventing the first needle from being pulled away from the spray nozzle in the event of an accidental drop in pressure of the second fuel (for example, if the fuel pump fails).

Предпочтительно, в отверстии перегородки установлено уплотнение.Preferably, a seal is installed in the partition opening.

Первая часть корпуса может содержать несколько первых игл с соответствующими полостями и каналами.The first part of the body may contain several first needles with corresponding cavities and channels.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated by a drawing.

На чертеже схематично показана двухтопливная форсунка согласно изобретению.The drawing schematically shows a dual-fuel injector according to the invention.

Как показано на чертеже, двухтопливная форсунка содержит корпус 1, имеющий первую часть 2 и вторую часть 4. В первой части 2 корпуса образована полость 14, в которой расположена с возможностью осевого перемещения первая игла 3 для подачи первого топлива T1, а во второй части 4 корпуса образована полость 7, в которой расположена с возможностью осевого перемещения вторая игла 5 для подачи второго топлива T2, подпружиненная в сторону прижатия к седлу соответствующего распылительного сопла 27. Корпус двухтопливной форсунки содержит также третью часть 20, отделенную от первой части 2 перегородкой 21, причем в третьей части 20 расположен участок 22 первой иглы 3, которая подпружинена в сторону прижатия к седлу соответствующего распылительного сопла 23 и проходит через выполненное в перегородке 21 отверстие 24. В отверстии 24 перегородки 21 может быть установлено уплотнение 26, однако его может и не быть. Уплотнение 26 может быть выполнено в виде кольца/колец, мембраны или другого элемента (материал, из которого состоят уплотнительные элементы, может быть как металлом, так и так и любым другим). Эти уплотнительные элементы позволяют избежать или минимизировать смешивание первого T1 и второго T2 топлива друг с другом. Кроме того, в третьей части 20 имеется полость 25.As shown in the drawing, the dual-fuel injector comprises a housing 1 having a first part 2 and a second part 4. In the first part 2 of the housing, a cavity 14 is formed in which a first needle 3 for supplying the first fuel T1 is arranged with the possibility of axial movement, and in the second part 4 of the housing, a cavity 7 is formed in which a second needle 5 for supplying the second fuel T2 is arranged with the possibility of axial movement, spring-loaded in the direction of pressing against the seat of the corresponding spray nozzle 27. The housing of the dual-fuel injector also comprises a third part 20 separated from the first part 2 by a partition 21, wherein in the third part 20, a section 22 of the first needle 3 is located, which is spring-loaded in the direction of pressing against the seat of the corresponding spray nozzle 23 and passes through an opening 24 made in the partition 21. A seal 26 may be installed in the opening 24 of the partition 21, but it may not be there. The seal 26 can be made in the form of a ring/rings, a membrane or another element (the material of which the sealing elements consist can be either metal or any other). These sealing elements allow to avoid or minimize mixing of the first T1 and second T2 fuels with each other. In addition, in the third part 20 there is a cavity 25.

На чертеже показано выполнение частей корпуса форсунки в виде единой детали, однако возможно и выполнение этих частей в виде отдельных деталей, жестко соединенных между собой.The drawing shows the execution of the parts of the injector body as a single part, however, it is also possible to execute these parts as separate parts rigidly connected to each other.

Во второй части 4 корпуса выполнена полость 6 для управления перемещением второй иглы 5, а в корпусе 1 форсунки выполнены канал 8 для подачи второго топлива T2 под высоким давлением к полости 7, канал 9, отходящий от канала 8, для подачи второго топлива T2 под высоким давлением в полость 6, и сливной канал 10 для сброса давления из полости 6, соединенный с резервуаром 11 для сбора второго топлива T2 через первый клапан 12, управляемый электроприводом.In the second part 4 of the housing, a cavity 6 is made for controlling the movement of the second needle 5, and in the housing 1 of the injector, a channel 8 is made for supplying the second fuel T2 under high pressure to the cavity 7, a channel 9, extending from the channel 8, for supplying the second fuel T2 under high pressure to the cavity 6, and a drain channel 10 for releasing pressure from the cavity 6, connected to the reservoir 11 for collecting the second fuel T2 through the first valve 12, controlled by an electric drive.

В первой части 2 корпуса выполнена полость 13 для управления перемещением первой иглы 3, а в корпусе 1 форсунки выполнены канал 15 для подачи первого топлива T1 к полости 14, канал 16, отходящий от указанного канала 8 для подачи второго топлива T2 под высоким давлением в полость 13, и сливной канал 17 для сброса давления из полости 13, соединенный с резервуаром 11 для сбора второго топлива T2 через клапан 18, управляемый электроприводом. В канале 16 установлен клапан 19, управляемый электроприводом.In the first part 2 of the housing, a cavity 13 is made for controlling the movement of the first needle 3, and in the housing 1 of the injector, a channel 15 is made for supplying the first fuel T1 to the cavity 14, a channel 16, extending from the said channel 8 for supplying the second fuel T2 under high pressure into the cavity 13, and a drain channel 17 for releasing pressure from the cavity 13, connected to the reservoir 11 for collecting the second fuel T2 through a valve 18, controlled by an electric drive. In the channel 16, a valve 19, controlled by an electric drive, is installed.

Электроприводы, управляющие клапанами могут быть выполнены электромагнитными или пьезоэлектрическими.Electric drives that control valves can be electromagnetic or piezoelectric.

В двухтопливной форсунке первая часть 2 корпуса может содержать несколько первых игл 3 с соответствующими полостями и каналами (на чертеже не показано).In a dual-fuel injector, the first part 2 of the housing may contain several first needles 3 with corresponding cavities and channels (not shown in the drawing).

Вторая часть 4 корпуса с полостью 7 и иглой 5 представляет собой классическую форсунку по принципу работы системы Common Rail. В полости 6 и 7 под давлением поступает второе топливо T2, которое впоследствии в результате открытия иглы 5 впрыскивается через распылительное сопло 27 в камеру сгорания.The second part 4 of the housing with the cavity 7 and the needle 5 is a classic injector according to the operating principle of the Common Rail system. The second fuel T2 enters the cavities 6 and 7 under pressure, which is subsequently injected through the spray nozzle 27 into the combustion chamber as a result of the opening of the needle 5.

Когда на клапан 12 подается электрический ток, он открывается, а когда ток перестает поступать, он закрывается.When electric current is supplied to valve 12, it opens, and when the current stops flowing, it closes.

В результате открытия клапана 12 и определенного соотношения подающего и сливного дросселей, установленных в каналах 9 и 10, давление в полости 6 падает. В результате сила, действующая на иглу 5 со стороны контрольной полости 6, и усилие пружины меньше силы со стороны посадочного седла распылительного сопла 27 и силы давления, действующей на иглу 5 в камере 7, так что игла 5 приводится в движение, тем самым открывая доступ для впрыска второго топлива T2 в камеру сгорания.As a result of opening of valve 12 and a certain ratio of the feed and drain throttles installed in channels 9 and 10, the pressure in cavity 6 drops. As a result, the force acting on needle 5 from the side of control cavity 6 and the spring force are less than the force from the side of the seat of spray nozzle 27 and the pressure force acting on needle 5 in chamber 7, so that needle 5 is set in motion, thereby opening access for injection of the second fuel T2 into the combustion chamber.

Когда клапан 12 закрывается, давление в полости 6 поднимается и выравнивается с давлением в полости 7. При этом игла 5 за счет ее подпружинивания закрывает распылительное сопло 27.When valve 12 closes, the pressure in cavity 6 rises and equalizes with the pressure in cavity 7. In this case, needle 5, due to its spring loading, closes spray nozzle 27.

--

Claims

In the first part of the injector body, two types of fuel (T1 and T2) are used for operation. The second fuel T2 is used as a control and is the same as the fuel T2 in the second part 4 of the injector body. It is connected to the first part 2 of the injector body by opening valve 19.

When valve 19 is in the closed state, the access of the second fuel T2 is blocked, and the first part of the 2nd injector becomes inoperative.

The opening and closing of needle 3 in the first part 2 of the injector body occurs in the same way as the opening and closing of needle 5 in the second part 4 of the injector body (due to the operation of valve 18 and the effect of the second fuel T2 on needle 3.

The first fuel T1 can be either liquid or gaseous, and it is supplied through channel 15 into cavity 14 and to spray nozzle 23. When needle 3 opens, the first fuel T1 enters the combustion chamber.

The second fuel T2 is self-igniting (such as diesel fuel or heavy fuel oil), which does not require spark plugs. The first fuel T1 will be ignited by the pilot injection of the second fuel T2. Thus, the second fuel T2 serves as a catalyst for the ignition of the first fuel T1, so that when the injector operates in dual-fuel mode, all components of the injector will be used.

Valve 19 allows connecting and disconnecting the first part 2 of the injector to its second part 4. When valve 19 is open, the second fuel T2 is used as a control fluid in the first part 2 of the injector body, and the engine operates in a dual-fuel mode. When valve 19 is closed, the pressure of the second fuel T2 is not pumped into cavities 13 and 25, the needle 3 remains pressed against the seat of the spray nozzle 23, and the engine operates in a single-fuel mode. In this case, no leakage is created along the needle 3 due to the pressure difference, which provokes mixing of the two types of fuel.

The first part 2 of the housing may contain several first needles 3 with corresponding cavities and channels (not shown in the drawing), which will allow for a more uniform distribution of the first fuel in the combustion chamber.

CLAUSE OF THE INVENTION

1. A dual-fuel injector comprising a housing (1), in the first part (2) of which a first needle (3) for supplying a first fuel (T1) is arranged with the possibility of axial movement, and in the second part (4) of the housing a second needle (5) for supplying a second fuel (T2) is arranged with the possibility of axial movement, spring-loaded in the direction of pressing against the seat (27) of the corresponding spray nozzle; wherein in the second part (4) of the housing there are a first cavity (6) for controlling the movement of the second needle (5) and a second cavity (7) for supplying the second fuel (T2) to the second needle (5), and in the housing (1) of the injector there are a first channel (8) for supplying the second fuel (T2) under high pressure to the second cavity (7), a second channel (9) extending from the first channel (8) for supplying the second fuel under high pressure to the first cavity (6), and a first drain channel (10) for releasing pressure from the first cavity (6), connected to the reservoir (11) for collecting the second fuel through the first valve (12), controlled by an electric drive;

in the first part (2) of the housing a third cavity (13) for controlling the movement of the first needle (3) and a fourth cavity (14) for supplying the first fuel (T1) to the first needle (3) are made, and in the housing (1) of the injector a fourth channel (15) for supplying the first fuel (T1) to the fourth cavity (14), a fifth channel (16) extending from the said first channel (8) for supplying the second fuel (T2) under high pressure into the third cavity (13), and a second drain channel (17) for releasing pressure from the third cavity (13), connected to the reservoir (11) for collecting the second fuel through a second valve (18) controlled by an electric drive, characterized in that a third valve (19) controlled by an electric drive is installed in the fifth channel (16).

2. A dual-fuel injector according to item 1, characterized in that the electric drive is electromagnetic.

3. A dual-fuel injector according to item 1, characterized in that the electric drive is piezoelectric.

4. A dual-fuel injector according to claim 1, characterized in that the housing (1) has a third part (20), separated from the first part (2) by a partition (21), and in said third part (20) a section (22) of the first needle (3) is located, which is spring-loaded in the direction of pressing against the seat of the corresponding spray nozzle (23) and passes through an opening (24) made in the partition (21), while in the third part (20) there is a cavity (25), connected through a third valve (19), controlled by an electric drive, to the first channel (8).

5. A dual-fuel injector according to item 4, characterized in that a seal (26) is installed in the opening (24) of the partition (21).

-