BRPI0902826A2

BRPI0902826A2 - unidade de injetor de combustìvel para injetar combustìvel em um motor de combustão interna, e, motor de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0902826A2
Application number: BRPI0902826-9A
Authority: BR
Inventors: Jason C Short
Original assignee: Delphi Tech Inc
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2010-05-25
Also published as: US20100078507A1

Abstract

UNIDADE DE INJETOR DE COMBUSTìVEL PARA INJETAR COMBUSTìVEL EM UM MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA, E, MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA. Um injetor de combustível tendo um aquecedor de combustível e uma camisa de ar de isolamento. O injetor de combustível inclui um aquecedor de combustível disposto no lado de fora do corpo de injetor. O corpo de injetor conduz energia de calor a partir do elemento aquecedor à câmera de combustível preferivelmente via aletas de esfriamento que se projetam no percurso de combustível. O aquecedor e corpo de injetor são dispostos dentro de uma camisa de ar fechada formada com a carcaça do injetor. Como ar tem condutividade térmica baixa, essa característica direciona o máximo de calor radialmente para dentro através da parede do corpo de injetor no combustível. O injetor é especialmente útil em injeção de combustíveis de volatilidade baixa nos motores de combustão interna sob condições de baixa temperatura.

Description

"UNIDADE DE INJETOR DE COMBUSTÍVEL PARA INJETARCOMBUSTÍVEL EM UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, E,MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA"

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere a injetores de combustível parainjetar combustível em motores de combustão interna; mais particularmente ainjetores de combustível que incorporam dispositivos para levar calor aocombustível passando através deles; e mais particularmente, a um injetor decombustível que tem ambos, um dispositivo aquecedor e uma camisa de ar deisolamento para injeção de combustíveis de baixa volatilidade tais como oetanol.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Motores de combustão interna que são abastecidos 100% poretanol (El 00) experimentam problemas de vaporização em baixastemperaturas. Isso acarreta partida difícil para o motor. Várias são as soluçõesconhecidas na arte anterior para ajudar à partida do motor a etanol nastemperaturas mais baixas. Alguns motores são equipados com um sistema deinjeção de gasolina pura, que é utilizado em condições de partidas frias. Outramaneira de dar partida em um motor a etanol é adicionar calor ao combustívelou à câmara de combustão. Isso pode ser feito de qualquer uma das maneirasabaixo, por exemplo, diminuindo a pressão na câmara de combustão eapostando no aquecimento por fricção e compressão para auxiliar naevaporação do etanol; ou pela instalação de um aquecedor no sistema decombustão para ajudar a aquecer o combustível antes que ele seja injetado; oupor borrifação do combustível diretamente sobre a fonte de calor,determinando que o combustível líquido vaporize ao contato.

Aumentar a temperatura do combustível antes das injeçõesmelhora a vaporização a baixas temperaturas e pode reduzir emissões departidas frias em até 40% durante os típicos 50 segundos do ciclo de partidafria EPA.

Existem vários desafios associados à incorporação de umaquecedor a um injetor de combustível padrão. O lado do combustível de uminjetor é hermeticamente vedado, geralmente por soldagem dos componentesde aço inoxidável do injetor. Um projeto ótimo de aquecedor de combustíveldeveria posicionar o aquecedor dentro da porção de combustível do injetor,mas as dianteiras elétricas que fornecem energia ao aquecedor devem serretiradas do injetor, embora mantendo-se a integridade da vedação herméticado lado do combustível do injetor. Uma maneira de tornar isso mais óbvioseria simplesmente incorporar um aquecedor do lado de fora do corpo deinjetor. Um problema com esse arranjo é que o aço inoxidável temrelativamente baixa condutividade térmica em comparação com outrosmetais. Assim, a energia de calor gerada por um elemento aquecedor exteriornão pode ser eficientemente conduzida para o combustível através da paredeexterna do injetor, a qual geralmente é feita de aço inoxidável, sem nenhumaajuda isolante.

O que se faz necessário na arte é um injetor de combustívelque tenha um aquecedor de combustível em que a vedação hermética notrajeto de fluxo de combustível seja mantida e em que a perda de calor radialpara fora seja minimizada.

Um objetivo principal da presente invenção é melhorar apartida e reduzir os níveis de emissão de partida-fria de um motor decombustão interno suprido por combustíveis de baixa volatilidade, tais comoetanol, misturas de gasolina / etanol e óleo diesel.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Descrito de forma resumida, o injetor de combustível que temum aquecedor interno e uma camisa de ar de isolamento, de acordo com apresente invenção, inclui um aquecedor de combustível na extremidade dedescarga do injetor. O corpo de injetor conduz energia de calor a partir doelemento aquecedor para a câmara de combustível de preferência através dealetas de resfriamento que se salientam no trajeto do combustível. Oaquecedor e o corpo de injetor são colocados dentro de uma camisa de arfechada formada pela carcaça do injetor. Como o ar tem baixa condutividadetérmica, essa característica minimiza a perda de calor radialmente para fora edireciona a maior parte da energia de calor condutivamente para dentro docombustível.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será descrita agora, a título de exemplo,com referencia aos desenhos anexos, nos quais:

FIG 1 é uma vista de elevação transversal seccional de umaprimeira configuração de acordo com a presente invenção;

FIG.2 é uma vista isométrica explodida da primeiraconfiguração mostrada na FIG. 1;

FIG. 3 é uma vista de elevação lateral de uma segundaconfiguração de acordo com a presente invenção;

FIG.4 é uma vista isométrica explodida da segundaconfiguração mostrada na FIG. 3;

FIG. 5 é uma vista de elevação de um aquecedor de acordocom a presente invenção;

FIG. 6 é uma vista seccional transversal de um aquecedormostrado na FIG. 5;

FIG. 7 é uma vista de topo do aquecedor mostrado na FIG. 5; e

FIG. 8 é uma vista de elevação transversal seccional de umasubunidade de acordo com a segunda configuração mostrada nas FIGS 3 e 4.

As referências correspondentes indicam partescorrespondentes através das várias vistas. Os exemplos aqui mostradosilustram duas configurações atualmente preferidas da invenção, e taisexemplos não devem ser considerados de forma nenhuma como limitadoresdo escopo da invenção.

DESCRIÇÃO DAS CONFIGURAÇÕES PREFERIDAS

Com referencia às FIGS. 1 e 2, é mostrada uma primeiraconfiguração 10, de acordo com a presente invenção, de um aquecedor e uminjetor de combustível isolado, adequados para injetar combustíveis de baixavolatilidade. A maioria dos componentes do injetor de combustível 10 éconhecida na arte. Esses incluem uma subunidade solenóide superior 12, queinclui um soquete 14 para conexão com um arnês de fios (não mostrado) deum motor de combustão interna 16; um tubo de entrada de combustível 18;induzido solenóide 20; válvula 22; mola de retorno 24; cabeça de válvula 26;assento de válvula 28; chapa de dispersão 30; corpo de injetor 32; e retentor24. O corpo 32 é recebido pelo e soldado ao tubo de entrada de combustível18. A subunidade solenóide superior moldada por injeção 12 é em seguidapresa ao corpo/ unidade de tubo de combustível através de solda no bico 33.

Combustível 36 a partir de um trilho de combustível (nãomostrado) entra no tubo de entrada de combustível 18 e flui através doinduzido 20, da mola 24, da válvula 22, e sai pela abertura 38 na válvula 22para dentro do espaço de fluido 40. Combustível do espaço de fluxo 40 émedido passado o assento de válvula 28 por retração da válvula 22 e cabaçade válvula 28 via atuação do induzido solenóide 20 e compressão da mola 24.Tudo acima é estabelecido na arte anterior e não necessita ser adicionalmente elaborado.

De acordo com a presente invenção, uma subunidade deaquecedor 42 que inclui um elemento de resistência 44, de preferênciaincluindo um cilindro fino, cerâmico, parcial, e primeira e segunda base decontato terminal, 46, 48 circunda o corpo de injetor 32 em proximidade aomesmo. Terminais 77 e 78 são uma parte da subunidade 12, e se fixam à basede contato 46 e 48 respectivamente. Os terminais permitem a passagem deenergia elétrica entre o aquecedor e o soquete de força 14. Uma carcaça doinjetor 50 que tem um diâmetro interno maior que o diâmetro externo docorpo de injetor 32 inclui um enrugamento mais baixo 52 para centralizar ocorpo do injetor 32 e do retentor 34. A carcaça 50 se casa com a subunidadesolenóide 12 através de um anel de vedação 56. e é soldada ao corpo 32 pertodo enrugamento 52, criando assim um espaço de ar encamisado 58 entre acarcaça 50 e a subunidade do aquecedor 42. A vedação superior pode seralcançada também por um adesivo ou pela moldagem de um anel de metal nasubunidade solenóide 12. De preferência, o corpo de injetor 32 e a carcaça 50são formados de aço inoxidável. Alternativamente, o corpo 32 pode serformado por um metal termicamente mais condutor do que o aço inoxidávelque seja também resistente à corrosão por combustíveis, tal como etanol, porexemplo, liga de titânio.

Em operação, o calor gerado pela resistência elétrica nasubunidade de aquecedor 42 é transferida via condutância térmica através daparede do corpo 32 e dentro do combustível 36 fluindo através do espaço defluxo 40. Os parâmetros de operação para subunidade 42 podem sercontrolados rapidamente de forma conhecida por um módulo de controle demotor (não mostrado). O espaço de ar 58 atua como uma camisa térmica parasubunidade de aquecedor 42, reduzindo perda de calor para fora,radiativa/condutiva e assim aumentando a quantidade de transferência decalor condutivo desejável para dentro para o combustível 36.

Com referencia agora à FIG. 3 a 8, é mostrada uma segundaconfiguração 10', de acordo com a presente invenção, de um injetor decombustível isolado e aquecido adequado para injetar combustíveis de baixavolatilidade. A maioria dos componentes do injetor de combustível 10'é comojá foi dito acima, para a primeira configuração 10 para alcançar a mesmacapacidade de funcionalidade e não precisa ser mostrada e nem repetida aqui.

Entretanto, as diferenças são como descritas a seguir.

O corpo de injetor de combustível 32'inclui rebordos comranhuras superiores e inferiores 60, 62 para receber anéis-O superiores einferiores 64, 66 respectivamente. Um espaço de fluxo de combustível 40'através do corpo 32'é definido por uma abertura central 68 e preferivelmentepor uma pluralidade aletas estendendo-se para dentro 70 separadas paraprover uma pluralidade de canais estendendo-se para fora 72, aumentandoassim a área de superfície do espaço de fluxo para aumentar a quantidade detransferência de calor a parir de uma subunidade de aquecedor 42' quecircunda o corpo de injetor 32'.

Uma subunidade de corpo 74 que inclui uma subunidade deaquecedor 42', corpo 32', e anéis-O 64, 66 é inserida em uma carcaça decorpo externa 50', criando um espaço de ar morto 58'e definindo umasubunidade de injetor de combustível 76 que também pode incluir uminduzido 20, válvula 22, cabeça de válvula 26, assento de válvula 28, chapadispersora 30, e retentor 34 conforme descrito para a primeira configuração10. Subunidade 76 é encaixada à sub unidade de atuador solenóide 12'quetem uma luva externa 79 estendendo-se sobre e soldada à carcaça 50.Terminais são em seguida presos ao aquecedor, e uma cobertura 81 éinstalada sobre o furo de acesso 82 na carcaça 50. Essa unidade total é emseguida moldada por injeção para criar um perfil externo 80 do injetor.

Em operação, semelhante à configuração 10, o calor geradopela resistência elétrica na subunidade de aquecedor 42' é transferido viacondutância térmica através da parede do corpo 32" e para dentro docombustível que flui através do espaço de fluxo 40'. O espaço de ar 58'atuacomo uma camisa térmica para subunidade de aquecedor 42', reduzindo aperda de calor radiativo/condutivo para fora e aumentando assim a quantia detransferência de calor condutivo desejável para dentro para o combustível noespaço de fluido 40.

Embora a invenção tenha sido descrita com referencia a variasconfigurações específicas, deve ser entendido que numerosas mudançaspodem ser feitas, dentro do espírito e do escopo dos conceitos inventivosdescritos. Adequadamente, o que se pretende é que a invenção não sejalimitada às configurações descritas, mas que tenha um escopo completodefinido pelas configurações a seguir.

Claims

1. Unidade de injetor de combustível para injetar combustívelem um motor de combustão interna, caracterizada pelo fato de quecompreende:a) um corpo de injetor que inclui um assento de válvuladisposto no dito corpo do injetor;b) uma válvula que inclui uma cabeça de válvula para conjugarcom dito assento de válvula para controlar o fluxo do combustível através dadita unidade de injetor de combustível;c) uma subunidade de aquecedor disposta adjacente a umasuperfície externa do dito corpo de injetor; ed) uma carcaça de injetor disposta ao redor da dita subunidadedo aquecedor e dito corpo de injetor e radialmente espaçado daí para fora paradefinir um espaço de ar.

2. Unidade de injetor de combustível de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dita subunidade inclui umelemento cerâmico.

3. Unidade de injetor de combustível de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dito corpo de injetor é formadode um metal selecionado a partir de um grupo consistindo de aço inoxidável emetais termicamente condutores do que o aço inoxidável.

4. Unidade de injetor de combustível de acordo com areivindicação 3, caracterizada pelo fato de que dito metal é selecionado apartir do grupo consistindo de ligas de alumínio e ligas de titânio.

5. Unidade de injetor de combustível de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dita carcaça de injetor éformada como uma carcaça superior e uma carcaça inferior.

6. Unidade de injetor de combustível de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que dito corpo de injetor incluiuma pluralidade de aletas separadas estendendo-se para dentro de um espaçode fluxo de combustível.

7. Motor de combustão interna, caracterizado pelo fato de queinclui uma unidade de injetor de combustível para injetar combustível no ditomotor, em que dita unidade de injetor de combustível incluium corpo de injetor que inclui um assento de válvula colocadono dito corpo de injetor,uma válvula que inclui uma cabeça de válvula para conjugarcom dito assento de válvula para controlar o fluxo de combustível através dadita unidade de injetor de combustível,uma subunidade de aquecedor colocada adjacente a umasuperfície externa do dito corpo de injetor e,uma carcaça de injetor colocada em torno da dita subunidadede aquecedor e dito corpo de injetor e espaçada radialmente para fora a partirdaí para definir um espaço de ar.