用于内燃机的带配量阀的毛细管燃料喷射器
2019-11-22

用于内燃机的带配量阀的毛细管燃料喷射器

一种在内燃机中使用的汽化液态燃料的燃料喷射器。该燃料喷射器包括:至少一个毛细流动通道;沿该至少一个毛细流动通道布置的热源,该热源可操作来将该至少一个毛细流动通道中的液态燃料加热到足以使至少一部分液态燃料从液态变到汽态的程度,并从该至少一个毛细流动通道的该出口端输送基本上汽化的燃料流;和用于向内燃机配量燃料的阀,该阀邻近于该至少一个毛细流动通道的该出口端,该阀包括小质量元件,该小质量元件用于基本上阻塞流向内燃机的燃料流;其中,该用于基本上阻塞流向内燃机的燃料流的小质量元件由具有小质量和/或低导热系数的材料形成。该燃料喷射器有效地减少了内燃机冷启动和预热器件的排放。

对于所研究的几^f可形状,金属体积、浸湿面积(wettedareas)和气体体积如下所示: <table>complextableseeoriginaldocumentpage31</column></row>

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热源20沿着毛细流动通道12布置。最优选的是,通过用电阻材料管形成毛细流动通道12来提供热源20,当电流源在接头22和24处连接到该管上而通过此处输送电流时,毛细流动通道12的一部分形成为加热元件。可以理解,然后热源20可操作来将毛细流动通道12中的液态燃料加热到足以将至少一部分液态燃料从液态变为汽态的程度,并从毛细流动通道12的出口端16输送基本上汽化的燃料流,可以理解,这种将蒸汽输送入喷射器主体内的方法使得与汽化燃料形成接触的材料体积最小化,从而也使得为了防止蒸汽的过早凝结而必须加热的热质量最小化。

继续参照图1,毛细流动通道12可包括诸如不锈钢毛细管的金属管,而加热器包括通过电流的管20的长度。在一个优选实施例中,毛细管的内径约0.051~0.076cm(0.020-0.030英寸),加热长度约5.08~25.4cm(2-10英寸),而燃料能以小于7.0kg/cm2(100psig)、优选地小于4.9kg/cm2(70psig)、更优选地小于4.2kg/cm2(60psig)、最优选地小于3.1kg/cm2(45psig)或更小的压力供给至管12。已显示,该实施例产生汽化燃料在处于环境温度的空气中凝结时形成的气溶胶液滴分布的大多数是在2〜30nmSMD粒径范围内,平均液滴粒径为约5~15nmSMD。在冷启动温度下实现快速且几乎完全汽化的燃料液滴的优选粒径为小于大约25ym。这一结果可以通过对6英寸的不锈钢毛细管施加约10.2~40.8kg/sec(100~400W)例如20.4kg/sec(200W)的电功率(对应于汽化燃料内能的2~3%)来实现。该电功率可以通过完全用诸如不锈钢的导电材料制成毛细管而施加到毛细管上,或者是通过在至少一部分不导电管或其中有一流动通道的叠片上提供导电材料而施加到毛细管上,例如通过在该管或叠片上层叠或涂覆一种电阻材料而形成一个电阻加热器。该导电材料上可以连接电线而将电流供给到该加热器上从而沿其长度加热该管。沿着管的长度加热该管的可选方法包括感应加热,例如通过安置在流动通道周围的电线團来进行感应加热,或者是相对于流动通道安置的其它热源通过传导、对流或辐射热转移之一或其组合来加热流动通道的长度。

从燃料毛细管流出的汽化燃料可以在像现有的进气口燃料喷射器的同一位置处或沿该进气歧管的另一位置处喷射入发动机进气歧管中。但是,如果需要,该燃料毛细管可以安置成将汽化燃料直接输送到发动机的每个汽缸中。这里所公开的燃料喷射器优于产生较大燃料液滴的系统,这些较大的液滴必须在启动发动机时对着闭合的进气阀的背面喷射。最好是,该毛细管的出口安置成与进气歧管壁平齐,这与传统的燃料喷射器出口的配置相似。

对于传统的进气口燃料喷射,需要加入过量燃料来确保强劲且快速的发动机启动.在富燃料的状态下,当催化剂预热时,到达三元催化剂的废气流并不包含足够的氧气来氧化过量的燃料和未燃烧的碳氢化合物。解决这个问题的一个途径是利用空气泵来向催化转换器上游的废气流供给额外的空气。其目的是产生一个化学计量的或稍许贫燃料的废气流,一旦催化剂到达其起燃温度时,该废气流就能在催化剂表面上反应。相反,本发明的系统和方法能在冷启动和预热期间使发动机在化学计量的或者甚至稍许贫燃料的状态下运行,既不需要加入过量燃料也不需要額外的废气空气泵,从而降低了费用和废气后处理系统的复杂性。

注意到,几何形状XVA100042在图8中示出,XVA100051在图10中示出,XVA100037在图7中示出,LO100007在图4中示出,XVA100046在图9中示出,XVA100027在图5中示出。

图17是说明在向毛细管喷射器输入不同程度的热量时Lambda和总碳氬化合物之间关系的曲线图;

(b)与所述多个燃料喷射器流体连通的液态燃料供给系统;和

例子2

冷启动瞬时试验的结果在图16中示出。与标准进气口燃料喷射器(PFI)的比较表明,图4喷射器的瞬时响应时间大大优于基线进气口燃料喷射器,该基线进气口燃料喷射器使一种良好汽化的标志。此外,还发现在"冷怠速"排放的未燃烧碳氢化合物方面也有显著改进,在入=1.2时高达25%。

废气空气泵将空气供给至该富燃料的废气流中,能够产生一种可燃的混合物,该混合物或者是通过自燃而燃烧、或者是通过催化转换器中的或催化转换器上游的某种点火源而燃烧。这种氧化过程产生的温升显著地加热了废气,而当废气通过催化剂时,该热量大多转移到催化转换器。利用本发明的系统和方法,能够控制该发动机运行交替的富燃料和贫燃料汽缸而获得相同的效果,但不需要空气泵。例如,对于

图2B示出了图2A的优选方式,其中,该活塞被回拉一半,以便

热源120沿着毛细流动通道112布置。由电阻材料管沿着毛细流动通道112形成热源120,当电流源连接到该管上时,毛细流动通道112的一部分形成为加热元件。然后,热源120可操作来将毛细流动通道112中的液态燃料加热到足以将至少一部分液态燃料从液态变为汽态的程度,并从毛细流动通道112的出口端116输送基本上汽化的燃料流。这种蒸汽输送方法和活塞140的设计一起使得与汽化燃料形成接触的材料体积最小化,从而也使得为了防止蒸汽的过早凝结而必须加热的热质量最小化。

毛细尺寸的流体通道优选是在毛细管主体内形成,诸如单层或多层的金属、陶瓷或玻璃主体。该通道具有向入口和出口敞开的封闭容积,出口和入口之一或两者可以向毛细管主体外部敞开或可连接在同一主体或另一主体内的另一通道上或连接在配件上。该加热器可以由主体的一部分如一段不锈钢管形成,或者该加热器可以是并入在毛细