BRPI0901755A2 - aparelho aquecido para aquecer combustìvel em um injetor de combustìvel, injetor de combustìvel de um motor de combustão interna, e, método para aumentar a eficiência térmica de um injetor de combustìvel aquecido - Google Patents

Abstract

APARELHO AQUECIDO PARA AQUECER COMBUSTìVEL EM UM INJETOR DE COMBUSTìVEL, INJETOR DE COMBUSTìVEL DE UM MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA, E, MéTODO PARA AUMENTAR A EFICIENCIA TéRMICA DE UM INJETOR DE COMBUSTìVEL AQUECIDO. Um injetor de combustível aquecido inclui um corpo aquecido, combustível liquido fluindo através de uma passagem de combustível dentro do corpo, e um membro que aumenta a transferência de calor do corpo aquecido para o combustível dentro da passagem de combustível. A eficiência térmica do injetor de combustível é aumentada separadamente ou em combinação desviando o fluxo de combustível ao longo de um contorno circunferencial interno do corpo aquecido, limitando o volume de combustível evitando a superficie interna aquecida do corpo, redirecionando o calor do corpo para porções não aquecidas do fluxo de combustível dentro da passagem de fluxo e aumentando a área de superficie de contato disponível para transferência de calor. Transferência de calor aumentada a partir do corpo aquecido para o combustível é conseguida integrando-se características que aumentam a área de superficie de contato do corpo ou posicionando um espaçador termicamente condutor dentro da passagem de combustível.

Description

"APARELHO AQUECIDO PARA AQUECER COMBUSTÍVEL EM UMINJETOR DE COMBUSTÍVEL, INJETOR DE COMBUSTÍVEL DE UMMOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, E, MÉTODO PARA AUMENTARA EFICIÊNCIA TÉRMICA DE UM INJETOR DE COMBUSTÍVELAQUECIDO"

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere a motores de combustão interna;mais particularmente, a dispositivos para vaporização de combustíveislíquidos; e mais particularmente, para um aparelho e método de aquecer ocombustível efetiva e uniformemente dentro de um injetor de combustívelpara consumo pelo motor.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Motores de combustão interna por injeção de combustívelabastecidos por combustíveis líquidos, tal como gasolina, diesel e por álcool,em parte ou no todo, tal como etanol, metanol e similares, são bemconhecidos. Motores de combustão interna geralmente produzem forçafazendo de forma controlada a combustão de um combustívelcomprimido/mistura de ar em um cilindro de combustão. Para motoresacionados por centelha, ambos, o combustível e o ar, entram primeiramenteno cilindro onde uma fonte de ignição, tal como um tampão de faísca, ascendeo combustível /carga de ar, geralmente logo depois que o pistão no cilindroalcança o ponto morto superior de seu golpe de compressão. Em um motor decombustão interna a gasolina, a ignição do combustível/carga de ar ocorrerapidamente exceto em baixas temperaturas devido ao ponto relativamentebaixo do ponto de ignição da gasolina. (O termo "ponto de ignição" de umcombustível é definido aqui como a temperatura mais baixa na qual ocombustível pode formar uma mistura de ignição no ar). Entretanto, em ummotor de ignição interna funcionando com álcoois tais como etanol oumistura de etanol com gasolina tendo um ponto de ignição mais alto, a igniçãodo combustível ou da carga de ar pode não ocorrer sob as condições de climamais frias. Por exemplo, o etanol tem um ponto de ignição de cerca de 12,8°C.Assim, dar a partida em um motor de combustão interna movido a etanol podeser difícil ou impossível sob condições de temperatura ambiental fria, comoacontece sazonalmente em muitas partes do mundo. O problema éadicionalmente aumentado pela presença de água em tais misturas, comoetanol geralmente distila como um 95/5% de azeótropo de etanol/água.

Em muitas áreas geográficas, é altamente desejável proveralguns dispositivos para aumentar as capacidades de partida a frio de taismotores de combustão interna abastecidos por combustíveis como etanol ououtras misturas de álcool. Existem atualmente várias tentativas para ajudarnas partidas a frio de tais motores em ambientes frios. Por exemplo, algunsmotores são equipados com um sistema auxiliar de injeção de gasolina parainjetar gasolina no combustível/ar em condições de ambiente frio. O uso detais sistemas auxiliares adiciona custo ao veículo e à operação do veículo epode aumentar a manutenção exigida para o motor.

Outra tentativa para ajudar a partida de motores de combustãointerna em condições de ambientes frios, abastecidos por etanol ou por outramistura de álcool é pré aquecer o combustível antes da combustão na câmerade ignição. Um método assim consiste em prover uma fonte de calor, talcomo um elemento aquecedor de filme grosso, na superfície externa de umcorpo injetor de combustível próximo do bico do injetor para o combustívelpré-aquecido. A chave para implementar esse método é ter força de calorsuficiente e área de superfície aquecida para transferir calor ao combustível.

Quando a corrente elétrica é passada através do material resistivoeletricamente, o calor é trocado do corpo injetor para o combustível dentro doinjetor.

A quantidade de calor trocada para o combustível dentro doinjetor é diretamente dependente da área de superfície aquecida contatadapelo combustível. Adequadamente, é vantajoso maximizar a área desuperfície contatada pelo combustível. Entretanto, se a área de superfície doaquecedor é aumentada pelo aumento de seu diâmetro, a superfície externa docorpo injetor precisa ser aumentada também, o que leva a um aumento geralda massa do corpo.

Todavia, a penalidade do peso e tamanho associados, quando amassa total do corpo é aumentada, então o prazo inicial de demora paraaquecer o combustível irá aumentar devido ao fato de que a massa do corpoter que ser aquecido antes que sua superfície aqueça o combustível.

Também, uma vez que um corpo injetor de combustível comum diâmetro maior determina um volume de fluido interno aumentado, e ocombustível em si é um condutor de calor relativamente pobre, o volumemaior do fluido não transfere bem o calor do fluido perto da área de superfícieaquecida para o restante do fluido. Além do mais, a montagem de válvula ocados injetores da técnica anterior permite ao combustível passar por ela,evitando que o combustível passando pela montagem de válvula apanhe ocalor das paredes do corpo injetor aquecido.

Adicionalmente, nos injetores da técnica anterior, o aquecedoré aplicado geralmente às superfícies do corpo do injetor, o qual geralmente éfeito de aço inoxidável. O aquecedor geralmente é moldado com um materialplástico a fim de oferecer proteção ambiental ao circuito elétrico. Açoinoxidável é conhecido como sendo um condutor de calor pobre. E mesmoquando usando um corpo injetor relativamente fino, a maior parte de energialiberada pelo aquecedor é transferida ao plástico externo de moldagem. Umavez que a difusividade do calor do etanol é muito baixa, na ordem de cerca de27 vezes abaixo daquela do aço inoxidável, essa condição é piorada com ouso de combustíveis de etanol

O que se necessita na técnica é um método para superar abaixa difusividade do calor do etanol e aumentar a eficiência térmica de uminjetor de combustível aquecido.

É um objetivo principal da presente invenção aumentar a áreada superfície aquecida em contato com o combustível fluindo através doinjetor de combustível para superar a baixa difusividade dos combustíveis deetanol.

É um objetivo adicional da presente invenção melhorar atransferência de calor a partir do corpo injetor aquecido para o combustível.

SUMARIO DA INVENÇÃO

Brevemente descrita, a eficiência térmica de um injetor decombustível aquecido é aumentada separadamente ou em combinaçãodirecionando o fluxo do combustível ao longo de um contorno circunferencialinterno de um corpo injetor aquecido, limitando o volume de fluido evitando asuperfície interna aquecida do corpo injetor, redirecionando calor a partir docorpo de injetor aquecido para porções geralmente não aquecidas do campode fluxo de combustível dentro da passagem de combustível do corpo doinjetor, e aumentando a disponibilidade da área da superfície de contato paratransferência de calor. Transferência de calor aumentada a partir do corpo deinjetor aquecido para o combustível fluindo através do corpo injetor érealizada integrando superfície que aumenta características na superfícieinterior do corpo de um injetor ou posicionando um espaçador que isola ouum espaçador condutor térmico dentro da passagem de combustível do corpodo injetor aquecido. O espaçador termicamente isolante funciona como umdesvio de fluxo e pode ser combinado com uma área de superfície de contatoaumentada e/ou um tampão que evita que o combustível flua através de umeixo de pivô oco. O espaçador interno termicamente condutivo funciona comoum trocador de calor tem uma área de superfície relativamente grande emcontato com o combustível fluindo através do injetor de combustível, umamassa relativamente pequena, e mantém um ajuste apertado com a superfícieinterna do corpo do injetor de combustível aquecido para uma ótimatransferência de calor, a qual capacita o calor para ser prontamente transferidopara o espaçador termicamente condutor.

Em um aspecto da invenção, o espaçador termicamenteisolante é montado dentro de um corpo aquecido do injetor de combustívelcircundando uma montagem de válvula que é livre para mover-se através deuma fenda de centro do espaçador, mas sem contatar a superfície interna docorpo do injetor. O espaçador inclui fendas de desvio para direcionar ocombustível para fora da válvula de pivô e em direção a superfície interna docorpo do injetor aquecido. Aumentando parte do volume interno do injetor, aquantidade de combustível evitando a superfície aquecida, de cada vez, élimitada e reduzida se comparada ao fluxo de combustível sem um espaçadorinterno, resultando em que, o fluxo fluindo no espaço entre o espaçador e ocorpo aquecido é aquecido de forma mais igual.

Adicionalmente ao espaçador termicamente aquecido, umtampão pode ser inserido no eixo oco da válvula, evitando que combustívelfrio entre e flua através do eixo. A combinação do desvio do fluxo e dotampão restringe o combustível frio de fluir através da montagem de válvulacapacitando o combustível frio, tal como o combustível etanol, a ser aquecidomais efetivamente dentro do injetor de combustível.

Em outro aspecto da invenção, a área da superfície aquecidaem contato com o combustível fluindo através do corpo do injetor éaumentada ao incorporar uma variedade de características, como porexemplo, um único canal helicoidal, múltiplos canais helicoidais, ou uma filade pinos de projeção, dentro da superfície interna do corpo do injetor decombustível. O vórtice do fluxo criado por essas características durante ofluxo do fluido aumenta a transferência do calor para o combustível.Adicionalmente, a área de superfície aumentada aumenta o calor transferidodo aquecedor para o combustível. A superfície aquecida aumentandocaracterísticas pode também ser formada como um inserto separado que émontado no corpo do injetor durante a fabricação do injetor. As característicaspodem ser feitas de um material condutor de calor, tal como o cobre,alumínio, níquel, ou ainda outro material compatível com o combustívelusado e adequado para fabricação eficiente. A área de superfície internaaumentada do corpo do injetor pode ser usada em conjunção com o espaçadornão condutor, como descrito acima.

Em ainda outro aspecto da invenção, o espaçador pode serfeito de um material termicamente condutor e projetado para contatar asuperfície interna do corpo do injetor aquecido de uma maneira termicamentecondutora para aumentar a eficiência térmica do injetor de combustívelaquecido. O espaçador interno termicamente condutor redireciona energia decalor do corpo do injetor aquecido para porções aquecidas de formasdiferentes do campo de fluxo de combustível do injetor. Materiais diferentesotimizados para o corpo do injetor e para o espaçador interno termicamentecondutor. Desse modo, o espaçador pode ser formado por um materialtermicamente condutor, tal como o cobre, enquanto o corpo pode ser formadode aço inoxidável por propósitos estruturais.

Pode ainda adicionalmente ser possível projetar o espaçadortermicamente condutor para encher o espaço entre o eixo da válvula e asuperfície interna do corpo do injetor completamente aquecido e para fabricaro espaçador com um metal poroso, tal como espuma de célula aberta. Omaterial poroso permite o fluxo de combustível através do mesmo e aumentaa área da superfície de contato para uma transferência de calor ótima.

Além do mais, o espaçador termicamente condutor pode seruma aleta de fita trocadora posicionada dentro da passagem de combustíveldo injetor de combustível para transferir o calor do corpo do injetor aquecidopara o combustível. As tiras de barbatanas, por exemplo, de uma folha demetal fino. Esse metal fino pode ser formado de muitas formas paramaximizar a área de superfície e para otimizar o fluxo de combustível. O ladoexterior da aleta de fita pode ser formada em um cilindro e pode ser fixada deuma maneira térmica, por exemplo, por soldagem, à superfície interna docorpo injetor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será descrita agora, a título de exemplo,com referência ao s desenhos anexos, nos quais:

FIG. 1 é uma vista de seção transversa; de um injetor decombustível com uma montagem de um espaçador termicamente nãocondutor, de acordo com uma primeira configuração da invenção;

FIG. 2 é uma vista explodida do injetor de combustívelmostrado na FiG. 1;

FIG. 3 A é uma vista isométrica do espaçador não condutortermicamente, de acordo com a primeira configuração da invenção;

FIG. 3B é uma vista seccional transversal do espaçador nãocondutivo termicamente mostrado na FIG. 3 A;

FIG 4 A é uma vista seccional transversal de um injetor decombustível incluindo um corpo tendo um único canal helicoidal, de acordocom uma segunda configuração da invenção;

FIG. 4B é uma vista seccional transversal isométrica de umúnico corpo de injetor de combustível de canal helicoidal, de acordo com asegunda configuração da invenção;

FIG.5 A é uma vista seccional transversal de um injetor decombustível incluindo um corpo tendo canais helicoidais múltiplos, de acordocom a segunda configuração da invenção;

FIG. 5B é uma vista seccional transversal de um corpo injetorde combustível incluindo canais helicoidais múltiplos, de acordo com asegunda configuração da invenção;

FIG. 6A é uma vista seccional transversal de um injetor decombustível incluindo um corpo tendo um arranjo de pinos, de acordo com asegunda configuração da invenção;

FIG. 6B é uma vista seccional transversal isométrica de umcorpo de injetor de combustível incluindo um arranjo de pinos, de acordo coma segunda configuração da invenção.

FIG. 7 é uma vista seccional transversal de um injetor decombustível incluindo um espaçador de metal poroso termicamente condutor,de acordo com a terceira configuração da invenção;

FIG. 8 é uma vista seccional transversal do espaçador de metalporoso termicamente condutor mostrado na FIG.7;

FIG. 9 é uma vista de outro espaçador termicamente condutorde acordo com uma terceira configuração da invenção;

FIG. 10 é uma vista explodida de um corpo de injetor decombustível aquecido - montagem de trocador de calor de tiras de barbatana,de acordo com a terceira configuração da presente invenção; e

FIG. 11 é uma vista de topo seccional transversal isométricado corpo de injetor de combustível aquecido- montagem de trocador de calorde tiras de barbatana, de acordo com a terceira configuração da presenteinvenção.

Caracteres de referência correspondentes indicam partescorrespondentes através de várias vistas. Os exemplos aqui estabelecidos aquiilustram várias possíveis configurações da invenção, incluindo umaconfiguração preferida em uma forma, e tais exemplos não eram para serconstruídos como limitadores do escopo da invenção de qualquer maneira.

DESCRIÇÃO DAS CONFIGURAÇÕES PREFERIDAS

Com referência às FIGS. 1 e 2, um injetor de combustível 100inclui um espaçador 120 tendo uma baixa condutividade térmica, montagemdentro de um corpo 108 de injetor 100 de acordo com uma primeiraconfiguração da invenção. O injetor 100 pode ser um injetor de combustívelpara injeção de porta como ilustrado ou um injetor de combustível parainjeção direta de combustível. O combustível seguindo através do injetor decombustível 100 a partir de uma entrada de combustível 104 para uma saídade combustível 106 pode ser qualquer tipo de combustível líquido, como porexemplo, um combustível baseado em etanol, ou diesel.

O corpo 108 do injetor de combustível 100 tem um elementoaquecedor 110 aplicado a uma superfície de saída 142 do corpo para transferircalor para o corpo pelo elemento aquecedor. O elemento aquecedor 110 podeser, por exemplo, um aquecedor de filme grosso impresso no lado externo dasuperfície 142 do corpo 108. Um sobre molde ou outro tipo de proteção cobreo corpo 108 e o elemento aquecedor 110. Passagem de combustível 102 édefinida por uma superfície interna 144 do corpo 108 e uma superfície externa119 do espaçador 120. Uma montagem de válvula inclui eixo de espigão 114e uma válvula 116. A válvula 116 é presa a uma extremidade do eixo deespigão 114 em frente à saída de combustível 106 para vedar contra umassento de válvula 118. Pelo menos uma porção do eixo de espigão 114 podeser oco, como mostrado nas FIGS. 1 e 2. Portanto, o combustível pode entrarna passagem 102 a partir da entrada de combustível 104 através do orifíciotransversal 115 no eixo de espigão 114. A montagem de válvula é posicionadadentro do corpo 108 tal que um movimento axial de reciprocidade do eixo deespigão 114 é habilitado pela atuação da solenóide 121, como é conhecido natécnica.

Espaçador de baixa condutividade térmica 120, mostrado emdetalhes nas FIGS. 3 A e 3B tem uma forma geralmente cilíndrica e seestende axialmente pelo comprimento 122. Espaçador 120 inclui um orifíciotransversal estendido axialmente 124 definido por um diâmetro interno 126. Oespaçador 120 inclui adicionalmente um diâmetro externo 128, pelo menosuma fenda 130 em uma extremidade a qual faceia a entrada de combustível104, e pelo menos uma fenda 131 em uma extremidade mais baixa, a qualfaceia a saída de combustível 106. Fendas 130 e 131 desviam o fluxo decombustível em direção ao diâmetro externo 128 e corpo aquecido 108, e emseguida em direção ao assento 118, respectivamente. De preferência, comomostrado nas FIGS. 2 e 3, fendas 130 e 131 são distribuídas igualmente aolongo do contorno circunferencial em cada extremidade. Uma ou mais fendas130 posicionadas na extremidade superior do espaçador 120 são posicionadasde tal maneira que o combustível de saída do orifício transversal 115 sejadirecionado para o fluxo dentro da passagem de combustível 102 entre asuperfície interna 144 do corpo 108 e diâmetro externo 128 do espaçador 120.Uma ou mais fendas 131 posicionadas na extremidade inferior do espaçador120 direciona o combustível aquecido em direção a válvula 116 e assento daválvula 118 e através da saída de combustível 106. O espaçador 120 éformado, de preferência, de um material que tem relativamente baixacondutividade de calor, tal como, por exemplo, uma resina fenólica paralimitar a transferência de calor do combustível aquecido para o espaçador120.

Um tampão 132 pode ser colocado no eixo de espigão 114 àjusante e de preferência bem próximo do orifício transversal 115. Acombinação do tampão 132 e espaçador 120 força uma quantidade substancialdo combustível para entrar em contato com a superfície interna 144 do corpo108 onde ele é prontamente aquecido. O tampão 132 evita que o combustívelnão aquecido entre em uma parte inferior do eixo de espigão oco 114 eassegura que substancialmente todo o combustível fluindo através do injetor100 é desviado em direção à superfície interna 144 do corpo aquecido 108. Oespaço interno 134 do eixo de espigão 114 abaixo do tampão 132 é vedadopelo tampão 132 e é geralmente cheia com ar.

O diâmetro interno 126 do espaçador 120 é adaptado parapermitir movimentos axiais recíprocos irrestritos do eixo de espigão 114. Odiâmetro interno 126 é adaptado adicionalmente para permitir fluxo mínimode combustível através de uma liberação entre o eixo de espigão 114 eespaçador 120 sem causar um arrasto significativo no movimento do eixo deespigão. O diâmetro externo 128 do espaçador 120 é adaptado para proveruma passagem de combustível estreitada 102 entre o corpo aquecido 108 e oespaçador 120. Agindo assim, o volume de combustível dentro do corpoaquecido 108 é reduzido a fim de aquecer o combustível que flui através docorpo 108 de forma mais igual e mais eficiente. O diâmetro interno 126 e odiâmetro externo 128 do espaçador 120 pode ser otimizado para umaaplicação específica dependendo de parâmetros, tais como a viscosidade dofluxo e características de aquecimento. Taxa de fluxo de combustível, e umatemperatura desej ada do combustível.

Em operação, o combustível entra na entrada 104 e flui atravésdo orifício transversal 115 no eixo de espigão 114 para onde é direcionadopor fendas 130 para fluir ao longo da passagem de combustível 102. Ocombustível faz contato com a superfície interna 144 do corpo 108, o qual éaquecido pelo elemento aquecedor 110, e com superfície 119 do espaçador120 a qual limita a transferência do calor do combustível aquecido para aválvula de espigão 114. O combustível aquecido flui em seguida através dasfendas 131 em direção à válvula 116 e assento da válvula 118.

Com referência às FIGS. 4 (A e B) até 6 (A e B) são mostradosinjetores de combustível de exemplo 200, 300 e 400, e corpos de injetores208, 308, e 408, incluindo características tais como rosqueados 246,rosqueados helicoidais múltiplos 346 e um arranjo de pinos de projeção 546.Essas características provêm uma área de superfície aquecida aumentadaentrando em contato com o combustível de acordo com uma segundaconfiguração da invenção. Aumentando a área da superfície interna do corpodo injetor aquecido, pode ser aumentada a eficiência da transferência de calordo corpo aquecido para um combustível tendo uma baixa difusividade decalor, tal como combustíveis baseados em etanol.

Com referência às FIGS. 4 A e 4B, é mostrado um injetor decombustível 200 incluindo um corpo 208 tendo uma superfície externa 142 euma superfície interna 244. (Nota: características idênticas àquelas do injetorde combustível 100 recebem os mesmos números identificadores;características análogas, mas não idênticas recebem os mesmos números, masna série 200.) Uma única ranhura, mas com um canal helicoidal 246 éincluída na superfície interna 244 do corpo 208. O elemento aquecedor 110 éaplicado à superfície externa 142 para transferir calor para o corpo 208. Ocalor é então transferido do corpo 208 para o combustível que flui através docanal helicoidal 246 da passagem de combustível 202.

O canal helicoidal 246 pode ser formado diretamente dentro dasuperfície interna 244 e, portanto, pode ser integral com o corpo 208 ou podeser formado como uma peça separada, tal como um inserto, que é montadodentro do corpo 208 de uma maneira termicamente condutora. O canalhelicoidal 246 não apenas aumenta a área de superfície da superfície interna244 do corpo 208 como também, estreitando a passagem de fluxo, cria umvórtice de fluxo o qual aumenta a quantidade de calor transferido para ocombustível pelo corpo aquecido.

Em adição ao aumento da área de superfície interna 244 porum único canal helicoidal 246, o espaçador 120 de baixa condutividadetérmica pode ser usado juntamente com o corpo 208 para circundar o eixo deespigão 114, para limitar a transferência de calor do combustível para o eixode espigão como descrito acima. O tampão 132 pode ser inserido também emum eixo de espigão 114 para melhorar a eficiência do combustível aquecido,como descrito acima.

Com referência às FIGS. 5 A e 5B, é mostrado um injetor decombustível 300 tendo um corpo 308 que tem canais helicoidais múltiplos346 incluídos em uma superfície interna 344. (Nota: características idênticasàquelas do injetor de combustível 100 recebem os mesmos númerosidentificadores; características análogas, mas não idênticas recebem osmesmos números, mas na série 300.) Canais helicoidais múltiplos podem serenrolados na mesma direção como mostrado ou podem ser enrolados emdireções opostas (não mostrado). Canais helicoidais múltiplos 346 podem serformados diretamente na superfície interna 344 e, portanto, podem serintegrais com o corpo 308 ou podem ser formados como uma peça separada,tal como um inserto, que é montado dentro do corpo 308 de uma maneiratermicamente condutora. Canais helicoidais múltiplos 346 aumentam a áreade superfície da superfície interna 344 do corpo 308 e cria um vórtice de fluxoo qual aumenta a quantidade de calor transferido para o combustível pelocorpo aquecido. Em adição ao aumento da área de superfície de contatoaquecida por canais helicoidais múltiplos 246, o espaçador 120 de baixacondutividade térmica pode ser usado para limitar a transferência de calor docombustível para o eixo de espigão 114 como descrito acima. O tampão 132pode ser inserido também em um eixo de espigão 114 para melhorar aeficiência do combustível aquecido, como descrito acima.

Com referência às FIGS. 6 A e 6B, é mostrado um injetor decombustível incluindo um arranjo de pinos de projeção 546 na sua superfícieinterna 544. (Nota: características idênticas àquelas da primeira configuraçãode injetor de combustível 100 recebem os mesmos números identificadores;características análogas, mas não idênticas recebem os mesmos números, masna série 500.) Pinos 546 podem ser de alturas variadas, tal como mostrado, oualturas idênticas e podem ser dispersos em qualquer matriz para otimizar ofluxo de combustível e a transferência de calor. Pinos 546 se estendemradialmente a partir da superfície interna 544 do corpo 508 para dentro dapassagem de combustível 102 aumentando assim a área de superfície 544 queentra em contato com o combustível. Os pinos 546 podem ser formadosdiretamente na superfície interna 544 e, portanto, podem ser integrais com ocorpo 508 ou podem ser formados como uma peça separada que é inserida nocorpo 508 de uma maneira termicamente condutora. Os pinos 546 não apenasaumentam a área de superfície da superfície interna 544 do corpo 508 comotambém, criam um vórtice de fluxo o qual aumenta a quantidade de calortransferido para o combustível.

As características para aumento da área de superfície aquecidacontatada pelo combustível como descrito acima, tal como um único canalhelicoidal 246, canais helicoidais múltiplos 346. e pinos 546, são feitos, depreferência de uma material que tem uma condutividade de calorrelativamente boa, tal como, por exemplo, cobre, alumínio, níquel, ou outrosmateriais compatíveis com o tipo de combustível usado e adequado para umafabricação eficiente.

Com referência às FIGS. 7 até 11, espaçadores 620, 720, e 820são montados dentro de um corpo aquecido de um injetor de combustível, talcomo corpo 608 ou injetor de combustível 600 como mostrado na FIG. 8 deacordo com uma terceira configuração da invenção. Espaçadorestermicamente condutores 620, 720 e 820 estão em contato térmico direto como corpo aquecido (ver, por exemplo, pontos de contato 749 da característica748 com corpo 708 na FIG. 9), e são utilizados como trocadores de calorconduzindo calor também para o combustível. Adaptando espaçadorestermicamente condutores 620, 720 e 820 para estarem em contato direto como corpo aquecido, a área de superfície disponível para transferência de calorpode ser substancialmente aumentada e a energia de calor pode serredirecionada para porções, diferentemente, não aquecidas do campo de fluxodo injetor de combustível. Como resultante, a eficiência térmica docombustível aquecido pode ser melhorada.

Espaçadores 620, 720, e 820 podem ser formados por ummaterial diferente do material do corpo aquecido. Isso permite maior latitudepara selecionar um material melhor para o corpo do injetor e outro materialmelhor adequado para as características de transferência de calor doespaçador. Por exemplo, o corpo de um injetor de combustível geralmente éfeito de aço inoxidável para sua inerente resistência à corrosão. Ao projetarum espaçador para ser incluído em um material termicamente condutor, talcomo cobre, alumínio ou níquel, por exemplo, transferência de calor superiorpode ser feita sem comprometer os benefícios estruturais de um corpo de açoinoxidável. Montando o espaçador no corpo com um ajuste de pressãocondutor termicamente firme pode ser evitada a solda indesejável de materiaisdiferentes.

Com referência especialmente às FIGS. 7 e 8 é mostrado, uminjetor de combustível 600 incluindo um espaçador de metal porosotermicamente condutor 620 montado dentro de um corpo aquecido 608 deinjetor de combustível 600 de acordo com a terceira configuração deinvenção. (Nota: características idênticas àquelas da primeira configuração deinjetor de combustível 100 recebem os mesmos números identificadores;características análogas, mas não idênticas recebem os mesmos números, masna série 600.) Espaçador de metal poroso 620 tem uma forma geralmentecilíndrica e se estende axialmente de preferência sobre todo o comprimento daporção aquecida do corpo aquecido 608. Espaçador de metal poroso 620inclui adicionalmente um orifício transversal 624 designado para circundar oeixo de espigão 114 tal que é habilitado movimento axial irrestrito recíprocodo eixo de espigão 114 dentro do espaçador 620. O orifício transversal 624 édesignado para permitir fluxo de combustível mínimo através de umaliberação entre o eixo de espigão 114 e o espaçador 620 sem causar umarrasto significante do eixo de espigão móvel 114. Um diâmetro externo 628do espaçador 620 é adaptado tal que o espaçador 620 enche toda a passagemde combustível 602 entre o eixo de espigão 114 e o corpo do injetor aquecido608. Quando inserido no corpo 608, o contorno circunferencial externo doespaçador 620 contata a superfície interna 644 do corpo 608 conduzindotermicamente um assunto. O espaçador de metal poroso 630 pode ser formadopara abrir espuma de célula, tal como, por exemplo, misturando metal em pócom um componente orgânico em pó, pressionando a mistura em um molde, esinterizando para volatilizar o material orgânico enquanto derrete algunsgrãos de metal para alguns adjacentes, o que resulta em uma esponja comoestrutura.

Na operação, combustível da entrada 104 entre no espaçadorde metal poroso aquecido 620 através do orifício transversal 115 do eixo deespigão 114 e flui através da estrutura porosa do espaçador 620 em direção aoassento de válvula 118. A estrutura porosa do espaçador 620 reduz avelocidade da taxa de combustível através do espaçador 620 e prove uma áreade superfície de contato relativamente grande. Portanto, a quantidade de calortransferido para o combustível a partir do corpo aquecido 608 e espaçadoraquecido 620 é substancialmente aumentado. A eficiência da transferência decalor pode adicionalmente ser aumentada pela inserção de tampão 132 noeixo de espigão 114, como descrito acima.

Com referência à FIG 9, um espaçador termicamente condutor720 para montar dentro de um corpo aquecido de um injetor de combustível éilustrado de acordo com a terceira configuração da invenção. O espaçadortermicamente condutor 720 pode ser montado em corpo aquecido 608 doinjetor de combustível 600 ao invés do espaçador de metal poroso 620, comomostrado na FIG. 8.

Espaçador termicamente condutor 720 tem uma formageralmente cilíndrica incluindo características estendendo-se radialmente 748formadas como uma única hélice e se estende axialmente de preferência sobretodo o comprimento da porção aquecida de um corpo aquecido 708. Oespaçador 720 inclui adicionalmente um orifício transversal 724 designadopara circundar o eixo de espigão 114 tal que é habilitado movimento axialirrestrito recíproco do eixo de espigão 114 dentro do espaçador 720. Oorifício transversal 724 é designado para permitir fluxo de combustívelmínimo através de uma liberação entre o eixo de espigão 114 e o espaçador720 sem causar um arrasto significante do eixo de espigão móvel 114.

Características estendendo-se radialmente 748 são adaptadaspara contatar uma superfície interna de um corpo de injetor aquecido 708 empontos de contato 749, conduzindo termicamente o assunto. Como resultado,o espaçador 720 é aquecido através de transferência de calor do corpoaquecido. Características 748 se estendem dentro da passagem de combustível702, aquecendo assim o combustível de forma mais igual e mais efetiva.Características estendendo-se radialmente 748 podem ser formadas como umahélice formada ao redor de um núcleo 750, como mostrado na FIG.9.

Formando características 748 como uma hélice, o tempo de estada em que ocombustível é mantido perto das superfícies aquecidas do corpo e doespaçador 720 é aumentado. Outras configurações de características 748 sãopossíveis tais como, por exemplo, uma hélice dupla enrolada na mesmadireção ou em direção oposta.

Com referencia às FIGS. 10 e 11, é mostrada uma aleta de fitatrocadora de calor 820 utilizada como um espaçador condutor térmico paramontar dentro de um corpo aquecido 808 de acordo com a terceiraconfiguração da invenção. (Nota: características idênticas àquelas da primeiraconfiguração de injetor de combustível 100 recebem os mesmos númerosidentificadores; características análogas, mas não idênticas recebem osmesmos números, mas na série 800.) Trocador de calor aleta de fita 820 podeser, por exemplo, montada no injetor de combustível 600 ao invés doespaçador de metal poroso 620, como mostrado na FIG. 8. Corpo 808 podeser aquecido por um elemento aquecedor 810 aplicado a uma superfícieexterna 842 do corpo 808.

Trocador de calor aleta de fita 829 tem uma forma geralmentecilíndrica e se estende axialmente de preferência sobre todo o comprimento daporção aquecida do corpo aquecido 808. A aleta de fita formada pode ser defolha de metal fina. A folha de metal fina pode ser formada de várias formaspara maximizar a área de superfície do trocador da aleta de fita 820 e não selimita à forma de serpentina ilustrada na s FIGS. 10 e 11. A aleta de fita éformada no cilindro tendo um diâmetro externo 828 adaptado para se ajustardentro da seção aquecida do corpo 808. Ao formar uma aleta de fita dentro deum cilindro, um orifício transversal 824 é criado e circunda um eixo deespigão 114, tal que movimento axial irrestrito recíproco do eixo de espigão114 dentro do trocador de calor 820 é habilitado. Trocador de calor aleta defita 820 é montado dentro de um corpo aquecido 808 tal que um contornocircunferencial externo do trocador de aleta de fita 820 está em contatotermicamente condutor com uma superfície interna 844 do corpo 808.Trocador de calor aleta de fita 820 pode ser montado dentro de um corpoaquecido 808, por exemplo, por ajuste por pressão ou por processo desoldagem. Fazendo um contato termicamente condutor entre o trocador decalor de aleta de fita 820 e corpo aquecido 808, o calor é transferido do corpo808 para o trocador de calor 820 aumentando a área de superfície aquecidadisponível na qual o combustível que flui através da passagem de combustívelfaz contato. Trocador de calor de aleta de fita 820 pode ser otimizado deacordo com uma aplicação específica para prover um fluxo de combustíveldesejado, a área de superfície maior possível disponível para permutar calor, amassa menor possível, e a melhor condutividade térmica através de toda aestrutura. A eficiência da transferência de calor do trocador de calor de aletade fita 820 pode adicionalmente ser melhorada pela inserção de tampão 132no eixo de espigão 114, como descrito acima.

Enquanto a primeira, segunda e terceira configuração dainvenção foram descritas como sendo vantajosas para aplicação em um injetorde combustível aquecido para aumentar a eficiência térmica de tal injetor decombustível aquecido, o espaçador termicamente não condutor (FIGS. 1-3), aárea de superfície interior aumentada do corpo aquecido (FIGS. 4-6). E oespaçador termicamente condutor (FIGS. 7-11) de acordo com variasconfigurações da invenção pode ser vantajoso para qualquer aplicação ondeum fluido que flui através da passagem formada dentro do corpo precisa seraquecida a partir da saída de tal corpo.

Deve ser entendido que podem ser feitas muitas mudançasdentro do espírito e escopo dos conceitos inventivos descritos, incluindo, masnão limitado a outras configurações, materiais e localização de elementos devaporização. Adequadamente, se pretende que a invenção não seja limitada àsconfigurações descritas, mas terá um escopo completo definido pelalinguagem das seguintes reivindicações.

Claims (28)

1. Aparelho aquecido para aquecer combustível em um injetorde combustível, caracterizado pelo fato de que inclui:um corpo aquecido tendo uma superfície interna;uma passagem de fluido formada adjacente à dita superfícieinterna, em que o combustível que flui através da dita passagem de fluido; eum membro posicionado dentro da dita passagem de fluido,em que dito membro aumenta o calor recebido do dito corpo aquecido pelodito combustível.

2. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que dito membro é um espaçador que estreita ditapassagem de fluxo e reduz um volume de fluxo através do dito corpo.

3. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que dito espaçador inclui pelo menos uma fendapara direcionar dito combustível em direção à dita passagem de fluido.

4. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que dito membro inclui pelo menos umacaracterística estendendo-se da superfície do dito membro para dentro da ditapassagem de fluxo.

5. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que dito membro é tanto inteiro junto com o ditocorpo ou formado separadamente e fixado ao dito corpo.

6. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que adicionalmente inclui um espaçador em quedito espaçador é disposto na dita passagem de fluido adjacente a dita pelomenos uma característica.

7. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que dito membro é um espaçador termicamentecondutor.

8. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que dito membro é um trocador de calor de aleta defita que está em contato por condução térmica com o dito corpo aquecido.

9. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que dito membro é um espaçador poroso que estáem contato por condução térmica com o dito corpo aquecido.

10. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que dito membro inclui um canal formado na ditasuperfície interna.

11. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que dito canal é um canal helicoidal.

12. Aparelho aquecido de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que dito membro inclui pelo menos um pinoestendendo-se radialmente a partir da dita superfície interna do dito corpoaquecido para dentro da dita passagem de fluido.

13. Injetor de combustível de um motor de combustão interna,caracterizado pelo fato de que inclui:um corpo aquecido tendo uma superfície interna;um eixo de espigão móvel de forma recíproca dentro do ditocorpo aquecido;uma passagem de fluido formada adjacente à dita superfícieinterna, em que um combustível líquido flui através da dita passagem defluido; eum membro posicionado dentro da dita passagem de fluido,em que dito membro aumenta transferência de calor do dito corpo aquecidopara o dito combustível.

14. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que dito eixo de espigão é oco einclui um orifício transversal que habilita dito combustível para fluir paradentro da dita passagem de fluxo, e em que um tampão é inserido no dito eixode espigão à jusante do dito orifício transversal evitando que dito combustívelentre no dito eixo de espigão abaixo do dito tampão.

15. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que dito injetor de combustível éum injetor de combustível para injeção de porta.

16. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 11, caracterizado pelo fato de que dito corpo adicionalmenteinclui uma superfície externa em que um elemento aquecedor é aplicado à ditasuperfície externa.

17. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 16, caracterizado pelo fato de que dito elemento aquecedor éum aquecedor de filme espesso.

18. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que dito membro inclui umespaçador incluindo pelo menos uma fenda na extremidade superior quedireciona dito combustível em direção à dita passagem de fluido, e em quedito espaçador inclui adicionalmente pelo menos uma fenda na extremidademais baixa que direciona dito combustível a partir da dita passagem emdireção ao assento de válvula.

19. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 18, caracterizado pelo fato de que dito espaçador tem umdiâmetro interno adaptado para circundar dito eixo de espigão, e em que ditoespaçador é colocado na dita passagem de fluido para estreitar dita passagemde fluido.

20. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que dito membro define pelomenos uma passagem helicoidal que aumenta dita superfície interna do ditocorpo aquecido.

21. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 20, caracterizado pelo fato de que dita pelo menos umapassagem helicoidal é integrada para dentro da superfície interna do ditocorpo.

22. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 19, caracterizado pelo fato de que dito espaçador está emcontato térmico direto com dita superfície interna do dito corpo aquecido.

23. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que dito membro inclui pelomenos um pino estendendo-se radialmente a partir da dita superfície internado dito corpo aquecido dentro da dita passagem de fluxo.

24. Injetor de combustível aquecido de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de que dito membro é um trocadorde calor de aleta de fita que está em contato por condução térmica com o ditocorpo aquecido.

25. Método para aumentar a eficiência térmica de um injetorde combustível aquecido, caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de:aquecer um corpo tendo uma superfície interna circundandoum eixo de espigão reciprocamente móvel;posicionar pelo menos um membro dentro de uma passagemde combustível formada entre a dita superfície interna e o dito eixo deespigão;fluir um combustível líquido através da dita passagem decombustível; eaumentar a transferência de calor do corpo aquecido para odito combustível com dito membro.

26. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizadopelo fato de que inclui adicionalmente a etapa de estreitar dita passagem decombustível com dito membro.

27. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizadopelo fato de que inclui adicionalmente a etapa de aumentar a área de umasuperfície interna do dito corpo com pelo menos uma característicaprojetando-se da dita superfície interna.

28. Método de acordo com a reivindicação 25, caracterizadopelo fato de que inclui adicionalmente as etapas de:colocar dito membro em contato com dita superfície interna dodito corpo aquecido em uma maneira termicamente condutora; edirecionar calor para dita passagem de fluido.