CN111594357A - 液体燃料喷射系统 - Google Patents

Abstract

一种液体燃料喷射系统，其包括高压泵、喷射嘴以及加热装置。该高压泵用于对液体燃料进行加压并输出，喷射嘴与高压泵通过高压液路连通，用于喷出高压液体燃料。高压液路上设置有加热装置，用以对高压液体燃料加热。从高压泵输出的液体燃料压力较高，可以避免液体燃料空化降低供液稳定性、避免液体燃料升温后因粘度下降而造成系统部件寿命减少，且无需采取大范围安全性保温措施，进而获得更高的液体燃料加热温度，更显著地增强液体燃料雾化活性。

Description

液体燃料喷射系统

技术领域

本申请涉及热机领域，具体涉及一种液体燃料喷射系统。

背景技术

热机是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的动力机械，包括但不限于汽油发动机、柴油发动机、燃气轮机、火箭发动机等。该热机通常具有液体燃料喷射系统，该液体燃料喷射系统用于供给液体燃料，以便液体燃料能在指定的腔体内(如燃烧室)燃烧放热。

其中，提高燃烧效率的一种方法是提高液体燃料雾化有效性。增加液体燃料雾化活性可提高液体燃料雾化有效性。目前，增加液体燃料雾化活性的方法，包括机械类方法和非机械类方法。非机械类方法又分为掺混类和加热类两类方法。

针对加热类方法而言，其利用的是液体燃料本身的物理特性，通过提高雾化喷嘴前液体燃料的温度，降低液体燃料表面张力，显著降低液体燃料粘度，增大液体燃料分子动能，提高其反应活性，使雾化后的液体燃料颗粒更小、更易蒸发并与空气混合燃烧，且不易附着于固体壁面。

目前，常见加热方法包括加热喷射嘴、加热液体燃料泵上游油路等。

加热喷射嘴对液体燃料温度的影响有限，因为液体燃料仅间歇性流经喷射嘴，即将被喷入燃烧室的液体燃料在被有效加热之前，往往已经被喷出或进入了回油管。此外，喷射嘴本身通常为一体化零件，加热喷射嘴通常需要改造喷射嘴内部或其周围结构，操作复杂，实现困难。

对于预热液体燃料泵上游油路的方法，其固有缺陷在于，输油泵、高压泵等液体燃料系统原有部件依靠液体燃料本身实现运动部件的润滑；当液体燃料温度升高，液体燃料粘度下降，液体燃料的润滑性能减弱，输油泵、高压泵等部件磨损加剧，寿命缩短。在多数热机液体燃料系统中，油泵内设有温度传感器，用于监测油泵运行状态；当油温过高，控制器常会判断油泵出现故障，导致液体燃料系统被关停，最终导致热机无法工作。虽然预热液体燃料泵上游油路的方法因为预热装置可使用的空间相对充足而更容易实现，但液体燃料泵上游的液体燃料压力较低，加热液体燃料将使液体燃料在液体燃料泵内更容易发生空化，影响液体燃料流量和压力的稳定性，且需要对加热器下游的油路进行保温；因此，其加热温度受到供液稳定性和安全等多方面的限制。

发明内容

本申请提供一种新型的液体燃料喷射系统，用以提高燃烧效率。

本申请的一种实施例中提供了一种液体燃料喷射系统，包括：

高压泵，所述高压泵用于对液体燃料进行加压并输出，所述高压泵具有连通的输入端和输出端，所述高压泵的输入端用于接收液体燃料，所述高压泵的输出端用于输出高压液体燃料；

喷射嘴，所述喷射嘴与高压泵通过高压液路连通，用于喷出所述高压液体燃料；

以及加热装置，所述高压液路上设置有至少一个加热装置，用以对高压液体燃料加热。

一种实施例中，所述喷射嘴具有加热装置。

一种实施例中，所述高压液路对接所述喷射嘴的一端设有所述加热装置。

一种实施例中，还包括高压油轨，所述喷射嘴为至少两个，所述高压液路至少分为第一高压液路和第二高压液路，所述高压泵通过所述第一高压液路与所述高压油轨的输入端连通，所述喷射嘴通过对应的第二高压液路与高压油轨的输出端连通，所述第一高压液路和/或每个第二高压液路上分别设置至少一个加热装置。

一种实施例中，所述加热装置包括液体燃料流道和用于对液体燃料流道内液体燃料进行加热的发热件，所述液体燃料流道具有相通的输入端和输出端。

一种实施例中，还包括控制单元，所述发热件与所述控制单元电连接，所述控制单元控制所述发热件发热，所述加热装置包括热交换器，所述液体燃料流道位于在所述热交换器中，所述发热件发出的热量能够传递至所述热交换器上；

其中，所述热交换器至少部分为导电材质，所述热交换器和发热件形成电通路，并与对应电源和控制单元电连接；

或，所述热交换器为绝缘材料，所述发热件通过导电材料与对应电源和控制单元形成电通路。

一种实施例中，还包括电极板，所述热交换器外壁具有凹腔，所述凹腔与液体燃料流道隔开，所述发热件设置于所述凹腔内，所述电极板覆盖在所述发热件上；

其中，所述热交换器具有连接端子，所述电极板、发热件和热交换器连接形成通路，并通过所述电极板的连接端和所述热交换器的连接端子与对应电源和控制单元电连接；

或，所述电极板和发热件连接形成电通路，并通过所述电极板的连接端和导电材料与对应电源和控制单元连接。

所述热交换器具有连接端子，所述电极板、发热件和热交换器连接形成通路，并通过所述电极板的连接端和所述热交换器的连接端子与对应电源和控制单元电连接。

一种实施例中，所述加热装置还包括绝缘材质制成的壳体，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述热交换器安装在下壳体上，所述上壳体覆盖在所述热交换器的上方，并遮挡住所述发热件。

一种实施例中，所述发热件至少部分伸入到所述液体燃料流道内。

一种实施例中，所述液体燃料流道具有横向流道和与所述横向流道纵横交错的纵向流道，所述横向流道和纵向流道相通。

依据上述实施例的液体燃料喷射系统，其包括高压泵、喷射嘴以及加热装置。该高压泵用于对液体燃料进行加压并输出，喷射嘴与高压泵通过高压液路连通，用于喷出高压液体燃料。高压液路上设置有加热装置，用以对高压液体燃料加热。从高压泵输出的液体燃料压力较高，可以避免液体燃料空化而降低供液稳定性、避免液体燃料升温后因粘度下降而造成系统部件寿命减少，且无需采取大范围安全性保温措施，进而获得更高的液体燃料加热温度，更显著地增强液体燃料雾化活性。

附图说明

图1为本申请一种实施例中液体燃料喷射系统的结构简图；

图2为本申请一种实施例中加热装置的外观结构示意图；

图3为本申请一种实施例中加热装置的分解图；

图4为本申请一种实施例中热交换器内部液体燃料流道在立体视角下的剖视图；

图5为图2中沿A-A线的剖视图；

图6为图2中沿B-B线的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本实施例提供了一种液体燃料喷射系统，其能够适用各种喷射液体燃料(如燃油)并使液体燃料燃烧的热机，热机包括但不限于汽油发动机、柴油发动机、燃气轮机、火箭发动机等。以下以燃油为例，进行相关说明。同时，该液体燃料喷射系统也可应用于其他液体状燃料。

请参考图1，一种实施例中，该液体燃料喷射系统包括高压泵100、喷射嘴200以及加热装置300。

该高压泵100用于对液体燃料进行加压并输出，高压泵100具有连通的输入端和输出端，高压泵100的输入端与液体燃料源(如油箱700)连通，用于液体燃料的输入，高压泵100的输出端用于输出高压液体燃料。喷射嘴200与高压泵100通过高压液路400连通，用于喷出高压液体燃料。高压液路400上设置有至少一个加热装置300，用以对高压液体燃料加热。

该加热装置300可选用各类能够实现发热目的的装置和结构。例如，加热装置300可包括但不限于PTC元件(正温度系数元件)、NTC元件(负温度系数元件)、电热丝/片/带、电磁感应加热器、尾气热交换器、热水或热媒热交换器等方式。

一种实施例中，该加热装置300采用电热转换结构，即能够将电能转换成热能，以便对液体燃料进行加热。同时，该液体燃料喷射系统还包括控制单元500，该控制单元500与加热装置300连接，用于控制加热装置300。例如，控制单元500控制加热装置300开始工作和停止工作。

该加热装置300可采用系统自带电源供电，此时，该控制单元500和电源可集成为一体结构，也可以分开设置。该加热装置300也可通过外部电源供电，例如车载或船载电源系统。加热装置300的供电方式可由控制单元500来进行控制。

此外，该加热装置300也可以采用如热水或其他非电热转换的加热方式。

本实施例中，该加热装置300设置在高压泵100的下游，从高压泵100输出的液体燃料压力较高，可以避免液体燃料空化降低供液稳定性、避免液体燃料粘度下降减少系统部件(如油泵等)寿命。而且，高压泵100与喷射嘴200之间距离有限，无需采取大范围安全性保温措施，进而在同样的加热效率下，获得更高的液体燃料加热温度，更显著地增强液体燃料雾化活性。

该结构采用外热式设计，加热装置300可作为配件安装在高压液路400中，或作为油管-加热器一体式部件替换部分原有油路部件，对工作环境和安装没有太高的技术要求，因而安装更易实现，运行更加可靠。

一种实施例中，至少高压液路400对接喷射嘴200的一端设有加热装置300(例如320)，该位置接近喷射嘴200，高压燃料流动至喷射嘴200的距离更短，期间热量损失更小，从而可更好的保证进入喷射嘴200的高压燃料的温度。

当然，上述液体燃料喷射系统仅示出与本实施例主要目的相关的部件，通常，根据热机类型的不同，该液体燃料喷射系统可能具有不同的结构，例如，在其他实施例中，该液体燃料喷射系统还可以包括燃料源(如油箱等)、其他油泵等部件。这些结构属于现有技术，在此仅做简略介绍。

请参考图1，一种实施例中，液体燃料喷射系统还包括油箱700、输油泵800、燃料滤清器900和回油管1000。

具体动作方式：油箱700中的燃料在输油泵800的驱动下流出油箱700，经过输油泵800、燃料滤清器900，到达高压泵100。高压泵100将燃料压力以高压输出至高压液路400。加热装置300加热高压液路400内的燃料，加热后的燃料进入喷射嘴200。流经喷射嘴200中的部分燃料被喷入燃烧室燃烧，剩余燃料经回油管1000回流至油箱700。

该高压泵100可以直接与喷射嘴200连通，当喷射嘴200为两个或以上，也可以通过转接件进行分流。请参考图1，一种实施例中，还包括高压油轨600，当喷射嘴200为至少两个时，高压液路400至少分为第一高压液路410和第二高压液路420，高压泵100通过第一高压液路410与高压油轨600的输入端连通，喷射嘴200通过对应的第二高压液路420与高压油轨600的输出端连通。

为了进一步提高加热效率，一种实施例中，该第一高压液路410上设置至少一个加热装置310，对高压油轨600上游的高压燃料进行加热。每个第二高压液路420上分别设置至少一个加热装置320，对从高压油轨600输出的高压燃料进行加热。燃油流经高压油轨600后，经第二高压液路420分流至各喷射嘴200。

当然，在其他实施例中，也可以仅在第一高压液路410或第二高压液路420上设置加热装置300。较好地，可以优先将加热装置300设置在第二高压液路420上，这样加热装置300距离喷射嘴200更近，更容易保证进入喷射嘴200的高压燃料的温度接近设定值。

实际上，加热装置300可设置在高压液路400的任意位置，也可以为任意数量。当加热装置300数量为两个以上时，可通过各加热装置300的效果叠加，对高压燃料进行加热，每个加热装置300的加热功率可根据实际情况设定。而当加热装置300为一个时，可通过控制其加热功率来提高加热效率。

控制单元500对各加热装置300进行控制，可简单地控制各加热装置300的开启和关闭，也可根据加热装置300的运行状态和人工设定、CAN总线信号等额外信息，自动控制加热功耗。该控制过程可基于现有技术来实现，在此不再赘言。该控制单元500可以采用但不限于控制器、带有处理器的控制芯片等。

该控制单元500可分别调节各个加热装置300的加热功耗，并在检测到异常时自动切断异常加热装置300的电流。异常情况包括但不限于：加热装置300的整体电阻超出正常工况下的阻值范围(包括短路和开路)、加热装置300的加热功率和高压油管内燃油流量以及加热装置300温度不匹配、加热装置300工作时电源电压过高或过低、或在指定时间长度内的波动范围超过限制等。

一种实施例中，控制单元500可分别调节各个加热装置300的加热功耗，并在检测到异常时自动切断异常加热装置300的电流。例如，如图1所示，可分别针对不同位置(如第一高压液路410或第二高压液路420)的加热装置310、320设置对应的控制单元510、520。该第一高压液路410上的加热装置300对应由第一控制单元510进行控制，第二高压液路420上的加热装置300对应由第二控制单元520控制。

进一步地，一种实施例中，为了提高液体燃料在喷射嘴200内的温度，该喷射嘴200可具有加热装置，即该加热装置为喷射嘴200的一部分，其对喷射嘴200内的液体燃料继续加热。该加热装置可采用与高压液路400上所用加热装置300相同或不同的结构。

另一方面，一种实施例中，请参考图3至5，加热装置300包括液体燃料流道301和用于对液体燃料流道301内液体燃料进行加热的发热件310。液体燃料流道301具有相通的输入端302和输出端303(某些实施例中可以互换)，该输入端302和输出端303分别与对应的部件或管路350连通，使液体燃料能够流经加热装置300。

该发热件310可采用但不限于PTC元件(正温度系数元件)、NTC元件(负温度系数元件)、电热丝/片/带、电磁感应加热器、尾气热交换器、热水或热媒热交换器等。当发热件310采用电热转换结构时，该发热件310与控制单元500电连接，控制单元500控制发热件310发热和停止发热。

该发热件310可直接与液体燃料接触，从而实现热传递。例如一种实施例中，发热件310至少部分伸入到液体燃料流道301内。该发热件310可从液体燃料流道301的腔壁伸入到液体燃料流道301内，也可以直接整体浸入液体燃料流道301内。

该发热件310还可通过热传递的方式，间接地将热量传递至液体燃料流道301内。请参考图2至6，一种实施例中，该加热装置300包括热交换器320。液体燃料流道301位于在热交换器320中，发热件310发出的热量能够传递至热交换器320上，从而由热交换器320将热量传递至液体燃料流道301内的液体燃料上。

该热交换器320可以不导电，仅作为热传递部件。例如，一种实施例中，热交换器为绝缘材料，发热件通过导电材料(可以为各种结构和形式)与对应电源和控制单元形成电通路。而另一些实施例中，如图2至6所示，该热交换器320至少部分为导电材质，热交换器320和发热件310形成通路，并与对应电源和控制单元500电连接。即，该热交换器320和发热件310连通在同一通路上，直接通过热交换器320传递电流，无需再另设导电结构，简化加热装置300结构，使加热装置300结构更加紧凑。

具体地，请参考图2至6，一种实施例中，还包括电极板330。热交换器320外壁具有凹腔322，凹腔322与液体燃料流道301隔开。发热件310设置于凹腔322内，例如并排铺设在凹腔322的底壁上，增加热交换面积。电极板330覆盖在发热件310上，可以起到对发热件310定位的作用，无需过多设置定位结构。热交换器320具有连接端子321，电极板330、发热件310和热交换器320连接形成通路，并通过电极板330的连接端331和热交换器320的连接端子321与对应电源和控制单元500电连接。该加热装置300结构紧凑、稳定，整体体积较小，可灵活的安装在各个位置。该加热装置300整体尺寸更小，没有运动部件和结构，结构稳定性更好。

一种实施例中，该电极片330可以位于热交换器320一侧，也可以分设在热交换器320。

一种实施例中，热交换器为绝缘材料，电极板和发热件连接形成电通路，并通过电极板的连接端和导电材料(可以为各种结构和形式)与对应电源和控制单元连接。

一种实施例中，热交换器320采用能够在加热温度下承载高压燃油的压力，而不发生燃油渗漏、泄漏或影响本实施例目的实现的机械形变的材料，以提高加热装置300的寿命。

发热件310所需电流由热交换器320上的连接端子321和电极板330提供。由加热装置300外部提供的电流经过连接端子321和电极板330与发热件310形成电流通路。发热件310可以包括一个或多于一个发热片，能够与热交换器320相互传热，并同时形成电流通路。当电流流经发热件310时，将电能转化为热能；能够根据发热件310的温度改变其阻抗特性，在一定的端电压或电流下自动改变发热功耗，限制其发热温度。

进一步地，一种实施例中，该加热装置300还包括壳体，该壳体可以将热交换器320、电极板330等部分或全部包裹。请参考图2至6，一种实施例中，该壳体至少部分采用绝缘材质制成，壳体包括上壳体341和下壳体342，热交换器320安装在下壳体342上，上壳体341覆盖在热交换器320的上方，遮挡住发热件310和电极板330，并对发热件310和电极板330进行固定。

另一方面，加热装置300中液体燃料流道301的设计也影响液体燃料的加热效率。请参考图4和5，一种实施例中，该液体燃料流道301具有横向流道和与横向流道纵横交错的纵向流道，横向流道和纵向流道相通。液体燃料流道301纵横交错使得液体燃料与热交换部件(如热交换器320)具有更大接触面积，提高热交换效率，有助于对液体燃料加热。当然，该液体燃料流道301也可采用其他形式，如蛇形排布、螺旋形排布等。

本液体燃料喷射系统能够减小对液体燃料喷射系统中油泵等部件产生的负面影响，克服了震动、变温条件下，低电压、大电流电气连接的难题，以及高压燃料的密封、燃料通道本身材料在高温下机械性能限制的设计难题。该液体燃料喷射系统适用的热机类型、热机使用的燃油和燃油加热功耗几乎可以按使用要求任意设置，而无需大幅改装原有燃油系统

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种液体燃料喷射系统,其特征在于，包括：

高压泵，所述高压泵用于对液体燃料进行加压并输出，所述高压泵具有连通的输入端和输出端，所述高压泵的输入端用于接收液体燃料，所述高压泵的输出端用于输出高压液体燃料；

喷射嘴，所述喷射嘴与高压泵通过高压液路连通，用于喷出所述高压液体燃料；

以及加热装置，所述高压液路上设置有至少一个加热装置，用以对高压液体燃料加热。

2.如权利要求1所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，所述喷射嘴具有加热装置。

3.如权利要求1所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，所述高压液路对接所述喷射嘴的一端设有所述加热装置。

4.如权利要求1所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，还包括高压油轨，所述喷射嘴为至少一个，所述高压液路至少分为第一高压液路和第二高压液路，所述高压泵通过所述第一高压液路与所述高压油轨的输入端连通，所述喷射嘴通过对应的第二高压液路与高压油轨的输出端连通，所述第一高压液路和/或每个第二高压液路上分别设置至少一个加热装置。

5.如权利要求1-4任一项所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，所述加热装置包括液体燃料流道和用于对液体燃料流道内液体燃料进行加热的发热件，所述液体燃料流道具有相通的输入端和输出端。

6.如权利要求5所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，还包括控制单元，所述发热件与所述控制单元电连接，所述控制单元控制所述发热件发热，所述加热装置包括热交换器，所述液体燃料流道位于在所述热交换器中，所述发热件发出的热量能够传递至所述热交换器上；

其中，所述热交换器至少部分为导电材质，所述热交换器和发热件形成电通路，并与对应电源和控制单元电连接；

或，所述热交换器为绝缘材料，所述发热件通过导电材料与对应电源和控制单元形成电通路。

7.如权利要求6所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，还包括电极板，所述热交换器外壁具有凹腔，所述凹腔与液体燃料流道隔开，所述发热件设置于所述凹腔内，所述电极板覆盖在所述发热件上；

其中，所述热交换器具有连接端子，所述电极板、发热件和热交换器连接形成通路，并通过所述电极板的连接端和所述热交换器的连接端子与对应电源和控制单元电连接；

或，所述电极板和发热件连接形成电通路，并通过所述电极板的连接端和导电材料与对应电源和控制单元连接。

8.如权利要求6所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，所述加热装置还包括绝缘材质制成的壳体，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述热交换器安装在下壳体上，所述上壳体覆盖在所述热交换器的上方，并遮挡住所述发热件。

9.如权利要求5所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，所述发热件至少部分伸入到所述液体燃料流道内。

10.如权利要求5所述的液体燃料喷射系统，其特征在于，所述液体燃料流道具有横向流道和与所述横向流道纵横交错的纵向流道，所述横向流道和纵向流道相通。

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