CN102713178A - 无空气燃料输送系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料燃烧器的无空气喷嘴和燃料输送系统喷洒用于点燃的燃料液滴以增加用于使排气部件再生的热量。加压燃料源将加压燃料输送至第一燃料喷射器。响应于第一控制信号，第一燃料喷射器被打开，并且将燃料压力增大至所需程度以打开阀，使得可将燃料输送至无空气喷嘴。无空气喷嘴将燃料液滴喷洒一段预定的时间，在这一段预定的时间内，第一燃料喷射器是打开的。响应于第二控制信号，第一燃料喷射器被关闭，并且第二燃料喷射器被打开，使得将燃料排出以降低位于阀与第一燃料喷射器之间的燃料压力，从而通过关闭该阀来停止燃料液滴的喷洒。

Description

无空气燃料输送系统
相关申请
本申请要求于2010年1月21日提交的美国专利申请No.12/691024的优先权。
技术领域
本发明涉及一种燃料输送系统，其用于为使柴油颗粒过滤器（dieselparticulate filter）再生而使用的燃烧器，并且更为具体地，涉及一种不包括空气辅助装置在内的燃料输送系统。
背景技术
随着时间的推移，柴油颗粒过滤器会变堵塞住，这会降低发动机运行效率。这些颗粒过滤器可被再生以燃尽所截留的颗粒物质。燃料燃烧器用于产生/增加热量以使得可将颗粒物质燃尽。通常，燃烧器的燃料输送系统具有空气气流和燃料气流，两者彼此连通并通过喷嘴喷射以提供小尺寸的燃料液滴。该过程被称之为空气辅助雾化。小燃料液滴与燃烧器中的空气形成均匀混合的燃料/空气混合物。点火器点燃该燃料/空气混合物以增加用于再生的热量。
较小的柴油燃料液滴使得能够获得更好的可燃性和易燃性，并且由于存在更为有效的燃烧，它能够提供更少的碳氢化合物排放。然而，许多带有柴油发动机的商务车并不具有燃料雾化所需的车载高压空气，这就限制了这些燃烧器的应用。此外，高压空气系统的添加将增加燃烧器和相关联的车辆的总成本。
发明内容
本发明包括一种用于燃料燃烧器的无空气喷嘴和供料系统，该系统喷洒用于燃烧的燃料液滴以增加用于使排气部件再生的热量。
在一个示例中，燃料输送系统包含加压燃料源、第一燃料喷射器、阀、和无空气喷嘴，该第一燃料喷射器与加压燃料源流体连通，该阀位于第一燃料喷射器的下游，该无空气喷嘴构造为当阀是打开的状态时喷洒燃料液滴。第二燃料喷射器位于第一燃料喷射器的下游。控制器产生第一控制信号以打开第一燃料喷射器，从而将燃料经由阀供应至喷嘴，从而喷洒燃料液滴。控制器随后产生第二控制信号以在打开第二燃料喷射器的情况下关闭第一燃料喷射器，从而切断燃料液滴的喷洒。
在一个示例中，该阀为止回阀。
在一个示例中，压力调节器调节供应至第一燃料喷射器的燃料的压力。
在一个示例中，控制器产生脉宽调制信号以打开和关闭第一燃料喷射器和第二燃料喷射器，使得当第一燃料喷射器是打开的状态时，第二燃料喷射器总是关闭的，并且其中，当第一燃料喷射器是关闭的状态时，第二燃料喷射器总是打开的。
本发明的这些和其它特征可以通过下列说明书和附图而得到最好地理解，以下是简要说明。
附图说明
图1是用于使排气部件再生的燃料燃烧器的无空气喷嘴和燃料输送系统的示意图。
图2是由控制器产生用于控制燃料液滴喷雾的脉宽调制信号的示意图。
具体实施方式
车辆排气系统10包括至少一个截留颗粒物质的排气部件12，例如柴油颗粒过滤器。燃料燃烧器14产生热量使得所截留的颗粒物质可在用于排气部件12的再生循环中被烧掉。应当理解到的是，虽然该示例指向柴油颗粒过滤器，但是可将燃料燃烧器与任意用于再生的车辆排气部件一起使用。
燃料燃烧器14包括无空气喷嘴16和供料系统18，该供料系统18包括诸如燃料泵20之类的加压燃料源、与燃料泵20流体连通的第一燃料喷射器22以及调节供应至第一燃料喷射器22的燃料的压力的压力调节器24。在第一燃料喷射器22的下游设置有止回阀26或其它类似的流量控制阀。
启动燃料泵20以供应燃料并且燃料压力由燃料压力调节器24进行调节。虽然示出了燃料泵20，但应当理解到的是，也可以使用用于供应加压燃料的其它源。将处于恰当压力（correct pressure）下的燃料供应至第一燃料喷射器22，并且当打开第一燃料喷射器22时，将燃料朝向止回阀26引导。无空气喷嘴16构造为当打开止回阀26时喷洒燃料液滴28。
应当理解到的是，在需要精准喷雾的情况下，本发明的无空气系统也可与其它类型的排气部件12一起使用。示例包括：用于氮氧化物（NOx）还原的选择性催化还原（SCR）系统中的尿素的定量给料和柴油氧化催化剂的碳氢化合物定量给料。
第一燃料管线30设置在第一燃料喷射器22与无空气喷嘴16之间。燃料流过第一燃料管线30并且被引导到无空气喷嘴16中而未将任何额外的外部空气引入到第一燃料管线30中。这与将空气吸入管线接合到燃料管线30中的传统的空气辅助雾化是相反的。启动点火器32以点燃燃料液滴28的喷雾。可将诸如电极之类的任何类型的点火器用于点燃燃料液滴。点火器的操作和结构是众所周知的并且将不会更为详细地对其进行讨论。
第二燃料喷射器34设置在第一燃料喷射器22的下游。第二燃料管线38在位于第一燃料喷射器22的下游且位于止回阀26的上游的第一连接部40处与第一燃料管线30流体连通。第二燃料管线38从第一连接部40延伸至位于第二燃料喷射器34处的第二连接部42。控制器44产生第一控制信号以打开第一燃料喷射器22，从而将燃料经由止回阀26供应至无空气喷嘴16，使得可喷洒燃料液滴28。控制器44随后产生第二控制信号以关闭第一燃料喷射器22并打开第二燃料喷射器34，从而切断燃料液滴28的喷洒。
控制器44可以是用于排气系统10的单独的电子控制单元或微处理器，或者，控制器44可被集成到诸如发动机控制单元之类的现有的车辆控制单元中。此外，控制器44被利用软件进行编程并与多个车辆传感器S和多个车辆数据链路通信，以使得为控制器44提供足够多的信息以确定何时将会使排气部件12再生。
例如，可在排气部件12的上游和下游设置多个压力传感器以监测越过排气部件12的压降。如果上游压力和下游压力大致相同，则发动机正高效地运转。然而，上游压力与下游压力之间的大压差会指示相当大数量的截留颗粒物质，这会导致运行效率降低。当压差达到预定标准或界限时，控制器可发出控制信号以启动再生循环。应当理解到的是，这只是一个示例，并且还可使用其它确定再生应当何时进行的方法。
在一个示例中，控制器44产生脉宽调制（PWM）信号以打开和关闭第一燃料喷射器22和第二燃料喷射器34，使得当打开第一燃料喷射器22时，第二燃料喷射器34总是关闭的，并且其中，当关闭第一燃料喷射器22时，第二燃料喷射器34总是打开的（参见图2）。由此，用于第一燃料喷射器22和第二燃料喷射器34的控制信号通常是彼此相反的。在一个示例中，已经以2Hz至50Hz从百分之10至100PWM对单元进行了测试，得到了良好的结果。
止回阀26具有用于打开的第一预先设定压力和用于关闭的第二预先设定压力，其中，第一预先设定压力大于第二预先设定压力。在一个示例，第一预先设定压力大于60psi，并且第二预先设定压力不大于50psi。在另一示例中，第一预先设定压力大于69psi，并且第二预先设定压力不大于45psi。止回阀的值设定为使得由小液滴构成的良好喷雾从无空气喷嘴16产生。就这点来说，该值可根据需要进行调节以产生所需的液滴尺寸。
当第一燃料喷射器22打开时，燃料压力在第一燃料管线30中增大直到燃料压力达到第一预先设定压力以打开止回阀26。在止回阀26与第一燃料喷射器22之间的容积被控制为是相对小的容积，使得确保压力快速升高且喷雾快速形成。在第一燃料喷射器22是打开的状态时，燃料液滴从无空气喷嘴16被喷洒一段预定的时间。
响应于关闭第一燃料喷射器22的第二控制信号，第二燃料喷射器34被打开，从而导致在喷嘴16与第一燃料喷射器22之间的压力降低。由于在第一燃料喷射器22与止回阀26之间的小容积，当第一燃料喷射器22被关闭而第二燃料喷射器34被打开时，压力在该区域中快速地降低以提供非常快速的切断而不会有相当大数量的液滴滴落。当压力下降至第二预先设定压力时，止回阀26关闭以停止燃料液滴的喷洒。就这点来说，第一燃料喷射器22包括控制燃料喷射器，并且第二燃料喷射器34包括排出/侧向流（vent/side flow）燃料喷射器。
一旦已经完成一个循环，燃料就被返回至燃料供应FS，使得下一个循环可在需要时开始。燃料供应FS可以是单独的燃料供应，或者是例如用于发动机的车辆燃料供应。
通过消除对于高压空气系统的需求并且通过简化燃料输送系统，实现了相当大的成本节省。此外，该无空气系统在需要精准喷雾的车辆排放应用中具有额外的应用。示例包括：用于NOx还原的SCR系统中的尿素的定量给料和柴油氧化催化剂的碳氢化合物定量给料。虽然已公开了本发明的优选实施方式，但所属领域技术人员会认识到，某些变型会在本发明的范围内。为此，应当研究所附权利要求以确定本发明的真实的范围和内容。

Claims (17)

1.一种用于车辆排气部件的燃料输送系统，包括：
加压燃料源；
第一燃料喷射器，所述第一燃料喷射器与所述加压燃料源流体连通；
阀，所述阀位于所述第一燃料喷射器的下游；
无空气喷嘴，所述无空气喷嘴构造为当所述阀是打开的状态时喷洒燃料液滴；
第二燃料喷射器，所述第二燃料喷射器位于所述第一燃料喷射器的下游；以及
控制器，所述控制器产生第一控制信号以打开所述第一燃料喷射器，从而将燃料经由所述阀供应至所述喷嘴以喷洒燃料液滴，并随后产生第二控制信号以关闭所述第一燃料喷射器并打开所述第二燃料喷射器，从而切断所述燃料液滴的喷洒。
2.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其中，所述阀包括止回阀，所述止回阀具有用于打开的第一预先设定压力和用于关闭的第二预先设定压力，所述第一预先设定压力大于所述第二预先设定压力。
3.根据权利要求2所述的燃料输送系统，其中，所述第一预先设定压力大于60psi，并且所述第二预先设定压力不大于50psi。
4.根据权利要求2所述的燃料输送系统，其中，当所述第一燃料喷射器打开时，所述第二燃料喷射器被关闭，并且其中，燃料压力增大直至所述燃料压力达到所述第一预先设定压力以打开所述止回阀。
5.根据权利要求4所述的燃料输送系统，其中，当所述第一燃料喷射器是打开的状态时，燃料液滴从所述无空气喷嘴喷洒一段预定的时间，并且，响应于关闭所述第一燃料喷射器的所述第二控制信号，所述第二燃料喷射器被打开，从而在所述喷嘴与所述第一燃料喷射器之间产生降低的压力，并且其中，当所述压力下降至所述第二预先设定压力时，所述止回阀关闭以停止所述燃料液滴的喷洒。
6.根据权利要求6所述的燃料输送系统，包括位于所述第一燃料喷射器与所述无空气喷嘴之间的第一燃料管线，并且其中，燃料被引导到所述无空气喷嘴中，而未将任何额外的外部空气引入到所述第一燃料管线中。
7.根据权利要求6所述的燃料输送系统，包括第二燃料管线，所述第二燃料管线与所述第一燃料管线在位于所述第一燃料喷射器的下游并位于所述止回阀的上游的第一连接部处流体连通，所述第二燃料管线从所述第一连接部延伸至位于所述第二燃料喷射器的第二连接部。
8.根据权利要求1所述的燃料输送系统，包括压力调节器，所述压力调节器调节供应至所述第一燃料喷射器的燃料的压力。
9.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其中，所述控制器产生脉宽调制信号以打开和关闭所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器，使得当所述第一燃料喷射器是打开的状态时，所述第二燃料喷射器总是关闭的，并且其中，当所述第一燃料喷射器是关闭的状态时，所述第二燃料喷射器总是打开的。
10.根据权利要求1所述的燃料输送系统，其中，所述无空气喷嘴将燃料喷洒到燃料燃烧器中以通过点火器被点燃，从而增加热量以使排气部件再生。
11.一种车辆排气系统，包括：
排气部件，所述排气部件截留颗粒物质；以及
燃料燃烧器，所述燃料燃烧器产生热量以使得所截留的颗粒物质能够在用于所述排气部件的再生循环中被烧掉，所述燃料燃烧器包括无空气燃料输送系统，所述无空气燃料输送系统包括：
加压燃料源；
第一燃料喷射器，所述第一燃料喷射器与所述加压燃料源流体连通；
压力调节器，所述压力调节器调节供应至所述第一燃料喷射器的燃料的压力；
止回阀，所述止回阀位于所述第一燃料喷射器的下游；
无空气喷嘴，所述无空气喷嘴构造为当所述止回阀是打开的状态时喷洒燃料液滴；
第一燃料管线，所述第一燃料管线位于所述第一燃料喷射器与所述无空气喷嘴之间，其中，燃料被引导到所述无空气喷嘴中，而未将任何额外的外部空气引入到所述第一燃料管线中；
点火器，所述点火器用于点燃所述燃料液滴的喷雾；
第二燃料喷射器，所述第二燃料喷射器位于所述第一燃料喷射器的下游；
第二燃料管线，所述第二燃料管线与所述第一燃料管线在位于所述第一燃料喷射器的下游并位于所述止回阀的上游的第一连接部处流体连通，所述第二燃料管线从所述第一连接部延伸至位于所述第二燃料喷射器处的第二连接部，以及
控制器，所述控制器产生第一控制信号以打开所述第一燃料喷射器，从而将燃料经由所述止回阀供应至所述喷嘴以喷洒燃料液滴，并随后产生第二控制信号以关闭所述第一燃料喷射器并打开所述第二燃料喷射器，从而切断所述燃料液滴的喷洒。
12.根据权利要求11所述的车辆排气系统，其中，所述控制器产生脉宽调制信号以打开和关闭所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器，使得当所述第一燃料喷射器是打开的状态时，所述第二燃料喷射器总是关闭的，并且其中，当所述第一燃料喷射器是关闭的状态时，所述第二燃料喷射器总是打开的。
13.根据权利要求12所述的车辆排气系统，其中，所述止回阀具有用于打开的第一预先设定压力和用于关闭的第二预先设定压力，所述第一预先设定压力大于所述第二预先设定压力，并且其中，当所述第一燃料喷射器打开时，燃料压力在所述第一燃料管线中增大直至所述燃料压力到达所述第一预先设定压力以打开所述止回阀，并且其中，当所述第一燃料喷射器是打开的状态时，燃料液滴被从所述无空气喷嘴中喷洒一段预定的时间，并且，响应于关闭所述第一燃料喷射器的所述第二控制信号，所述第二燃料喷射器被打开，从而在所述喷嘴与所述第一燃料喷射器之间产生降低的压力，并且其中，当所述压力下降至所述第二预先设定压力时，所述止回阀关闭以停止所述燃料液滴的喷洒。
14.一种将燃料输送至与车辆排气部件相关联的燃料燃烧器的方法，包括以下步骤：
（a）产生第一控制信号以打开第一燃料喷射器，从而将燃料压力增大至第一预先设定压力；
（b）当达到所述第一预先设定压力时，打开止回阀以将燃料输送至无空气喷嘴；
（c）从所述无空气喷嘴喷洒燃料液滴一段时间，在所述该段时间内，所述第一燃料喷射器是打开的；
（d）产生第二控制信号以关闭所述第一燃料喷射器并打开第二燃料喷射器以排出燃料，使得燃料压力在所述止回阀与所述第一燃料喷射器之间降低，从而通过关闭所述止回阀来停止所述燃料液滴的喷洒。
15.一种车辆排气系统，包括：
排气部件；和
无空气输送系统，所述无空气输送系统与所述排气部件协作以执行排气系统操作。
16.根据权利要求15所述的车辆排气系统，包括柴油颗粒收集器，并且其中，所述排气部件包括柴油氧化催化剂，并且所述排气系统操作包括利用所述无空气输送系统对所述柴油颗粒收集器进行再生，所述无空气输送系统喷洒燃料以产生热量，从而使所述柴油颗粒收集器再生。
17.根据权利要求15所述的车辆排气系统，其中，所述排气部件包括SCR系统，并且，所述排气系统操作包括利用所述无空气输送系统降低NOx排放，所述无空气输送系统喷洒尿素以降低NOx排放。
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