CN100396907C - 燃料喷射器喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷射器喷嘴，经由该喷射器喷嘴喷射流体，该喷嘴包括一具有一内表面的出口(17)和具有一互补外表面的阀元件(13)。该阀元件(13)相对于该出口(17)是可移动的，以在该内外表面之间形成一条用于喷射喷雾状流体的通道，或者使该表面之间密封接触以阻止流体被喷出。该喷嘴具有一位于出口(17)末端之外的液流控制体(30)，该流控制体(30)具有一个在阀元件(13)的移动方向上的设置在出口(17)下游的控制面(33)，该控制面(33)的形状和位置是这样的，其能促使由从出口(17)中所喷出的流体产生的流体喷雾部分地沿着由控制面(33)形状确定的路线流动。该流控制体(30)包括一绝缘区域(140，141)，其设置用于阻碍热量从控制面(33)传递给喷嘴。该绝缘区域(140，141)可以是最靠近阀元件(13)的一个端面(14a)的流控制体(30)的表面(30a)和该端面(14a)之间的空隙。

Description

燃料喷射器喷嘴

发明领域

本发明涉及一种用于喷射流体的阀控喷嘴，尤其是一种用于在内燃机中喷射燃料的阀控喷嘴。在本说明书中，术语“内燃机”包括具有间断燃烧周期的发动机，例如两冲程循环或四冲程循环的往复式发动机或旋转式发动机。

背景技术

由喷射器喷嘴喷射到内燃机中，例如直接喷射到该内燃机的一个燃烧室内的燃料喷雾的特性对燃料的燃烧过程有着极大的影响，而燃料的燃烧反过来又影响着发动机的工作稳定性、发动机的燃料效率以及发动机的废气成分。为使这些对发动机的工作最优化，特别是在火花点火式发动机中，典型地，由喷射器喷嘴中喷出的燃料喷雾的理想特性应当包括：小的燃料液滴尺寸(液体燃料)，经控制的喷雾几何形状，以及在直喷式发动机的情况下，燃料在该燃烧室中的可控射程。此外，至少在燃料加注率低的情况下，希望在发动机的火花塞附近能够提供密度较大、分布均匀的可点火燃料汽雾。

一些已知的、用于向发动机燃烧室直接喷射燃料的喷射器喷嘴通常具有向外敞开的提升阀，并典型地能够喷射出圆柱形的或发散锥形的燃料喷雾。在这种喷射器喷嘴中，其燃料喷雾的形状特性通常取决于多种因素。这些因素包括：构成该喷嘴的出口及阀的几何形状，特别是紧邻阀座的出口和阀的表面形状，其中，当该喷嘴关闭时，该出口与阀将与该阀座密封接合。一旦选定了喷嘴的几何形状，以便该喷射器喷嘴能够具有所要求的性能，那么，在燃烧过程中保持该喷嘴的这种形状就十分重要，否则会降低发动机的性能，尤其是在燃料加注率低的情况下。对于向内敞开的轴针式喷嘴的某些设计也是这样的。

在燃料所流经的喷嘴表面上，固体燃料产物或其它沉积物的附着或沉积会影响燃料经由该开式喷嘴流动的流动通道的几何形状，并因而影响生成预期的燃料喷雾形状、正确的燃料分配以及由此的发动机燃烧过程。在这些表面上沉积的主要原因是：燃料燃烧过程中所生成的碳粒子或其它粒子的附着，包括在喷射循环之间残余燃料的不完全燃烧也会造成表面沉积。已知的减少或控制这种沉积的方法公开在本申请人的美国专利Nos.5090625，5593095和5685492中，其内容在此引入以供参考。

人们已知，从喷嘴中喷出的中空喷雾或燃料烟流最初沿着主要由该燃料输出方向和输出速度所确定的路线流动。人们还知道，当该燃料喷雾被喷出该喷射器喷嘴的端部时，在紧接该喷嘴出口的喷嘴下游、在喷雾所限定的区域内将会产生一种压力，该压力小于该燃料喷雾外侧的压力，因此，这种压力差将促使该喷雾向内收缩。这种现象被称为“颈缩”。

人们已经发现，对从喷射器喷嘴喷出的燃料流的干扰会极大地影响该燃料喷雾或烟流的形状，尤其是其颈缩过程中和过程后。这种影响会引发意想不到的燃料偏转和/或分散，这反过来又影响其燃烧过程。燃料消耗量的增加，超量的废气排放，以及发动机操作的不稳定性都是可能的负面效果的例子，尤其在低载荷状态下工作时。

可导致这些不利影响的干扰因素包括：限定该喷嘴出口的表面上存在不均匀沉积物，例如碳或其它燃烧相关产物；该喷嘴的阀和座组件之间偏心；和/或支撑该阀的杆与相配合的孔之间的间隙过大，其中，当该阀开启和关闭该喷射器喷嘴出口时，该阀杆可在该孔内轴向移动。该阀的横向移动或偏心，以及该阀或阀座表面上的沉积物都能导致流过该喷嘴周边不同部分的相对流率发生变化，因而导致非对称的燃料喷雾。

上述对燃料喷射的干扰，例如喷射到该发动机的燃烧室内，对于使用高度分层的气体/燃料混合物进行操作的发动机而言影响格外明显，其中，在低负荷状态下，高度分层的气体/燃料混合物能够有效地控制废气排放。

本申请人的美国专利No.5551638公开了一种具有导向突起的喷射器喷嘴，该导向突起依赖于该喷嘴的阀头并具有一外螺纹表面。典型地，自该喷嘴喷出的燃料烟流沿着基于该突起外表面的路径流动。优选的，该导向突起可在与该阀元件紧密相邻的地方向内收缩，并据此可为一种收缩的环形，更一般的为一种反向截锥形。该导向突起具有一种有助于控制该燃料烟流形状的表面，并在一定程度上修正了由该喷口或阀元件表面内或上的碳沉积物所导致的对该形状的干扰。

本申请人的美国专利No.5833142公开了一种其上设置有导向突起的喷射器喷嘴的替代形式。该喷嘴包括具有内表面的一个出口，具有互补外表面的一个阀元件，以及一种流量控制体，该流量控制体位于与该出口位置相对应的、该喷嘴体的端面之外。该流量控制体具有这样构造并定位的一种控制表面，使由该出口喷出的液体所生成的燃料喷雾沿着这样一条路径流动，至少该路径的一部分由该控制表面决定。在某些装置中，该流量控制体是部分中空的。

这种流量控制体或导向突起提供了一种物理面来促进对该喷嘴下游部分喷雾的导引，从而使流体或燃料喷雾稳定。这还有助于减少在喷射过程中该燃料或流体的横向偏移。典型地，利用该流量控制体的控制面来导引该流体或燃料喷雾可促使该流体喷雾被喷入该发动机燃烧室内的方向一致，抑制其它可导致该燃料或流体喷雾不均匀或偏离的影响因素。对该燃料或流体喷雾的导引还有助于修正由于不同喷射器喷嘴的制造差异所产生的喷雾差异，或不同喷射器喷嘴的制造差异对该喷雾的干扰，该制造差异包括容限差异。

尽管采纳以上建议可取得一些真正的改进，但是，在喷射器喷嘴上还是会出现一定量的碳沉积物，尤其是在该喷嘴出口表面上及附近和该导引部分的颈缩部分上。这种在该喷嘴出口表面和该颈缩部分上的碳沉积物会使所喷射的喷雾烟流碎裂，改变被喷射到该燃烧室内的该燃料喷雾的特性。可能导致的最值得注意的问题为：对燃烧稳定性、烟层高度、燃料燃烧过程及发动机废气排放的有害影响。这些影响可导致载体的驱动性能低和/或不能满足规定的废气排放/节油指标，该两指标由相关的环境立法规定。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种喷射器喷嘴，其有助于进一步地控制该流体或燃料烟雾的形状和方向，从而改进该喷射器喷嘴的性能和效率和/或发动机性能及车辆的驱动性能。

考虑到这个目的，本发明提供了一种喷射器喷嘴，经由该喷射器喷嘴喷射流体，所述喷嘴包括具有一内表面的一出口和具有一互补外表面的一阀元件，所述阀元件相对于该出口是可移动的，以在所述表面之间形成一条用于喷射喷雾状流体的通道，或者使该表面之间密封接触，从而阻止流体被喷出，以及所述喷射器喷嘴具有位于该出口末端之外的一流体的流量控制体，所述流量控制体具有在该阀元件的移动方向上、设置在该出口下游的一控制面，所述控制面的形状和位置是这样的，其能促使由从该出口中喷出的流体所产生的流体喷雾至少部分地沿着由所述控制面形状所确定的路线流动，其中，所述流量控制体包括一绝缘区域，至少所述绝缘区域的第一部分位于所述阀元件的一个端面与最靠近该阀元件的端面的一部分所述控制面之间；至少所述绝缘区域的第二部分为细长形并且沿所述阀元件的移动方向纵向延伸，所述绝缘区域限制了所述控制面与所述阀元件之间的热量流动。

优选的，该流量控制体设置在与该喷嘴相连的一种连接部分上。便利的，该连接部分与该喷嘴阀元件的一个端面相连，并自该端面起向外延伸，该绝缘区域设置成可阻碍热量由该控制面传递给该阀元件。

优选的，这样设置该绝缘区域，利用该绝缘区域，使最靠近该阀元件一个端面的该流量控制体的一部分该控制面与该端面相间隔。

优选的，该绝缘区域设置成在所述连接部分的一个表面和所述流量控制体的一相对表面之间延伸。便利的，所述流量控制体的该相对表面位于该流量控制体的该控制面的一部分的附近。

便利的，该控制面可包括许多外部突起面，该突起面一起限定了该控制面。该外部突起面可相互位于不同的位置或各个方向。

便利的，利用一向内颈缩部分使该流量控制体与该喷嘴相分离，从而在该阀元件的移动方向上，使该流量控制体的该控制面与该喷嘴出口相间隔。

优选的，该绝缘区域可简单地由一种绝缘间隙部分或气隙构成。即，该绝缘间隙可为空的，用空气或在一定时刻用例如燃烧室内存在的气体填充。选择性的，可用其它的绝热性或低导热性材料部分或全部地填充该绝缘间隙。可依据在该流量控制体和该阀元件内所要获得的理想温度测线来计算该间隙的宽度，以优选该流量控制体内、尤其是其控制面处的贮热能力，这是应充分重视的。选择性的，也可通过实验来确定该宽度。特别的是，该绝缘区域或间隙是这样设置的，使得在操作过程中该流量控制体的控制面或外部突起面的温度维持在高于成碳范围的温度下，从而有效地控制沉积物。

便利的，该流量控制体设置在该连接部分上，从而该绝缘区域位于该阀元件的端面和该流量控制体的最上部分之间。便利的，该绝缘区域位于与该阀元件紧邻的该颈缩部分的上部分内。

该流量控制体可形成有一部分或全部穿过其的孔，从而可将该流量控制体与该连接部分相连，该连接部分最好采取一种套管部分的形式，该套管部分在其整个长度上任一点的直径都小于该流量控制体的直径。该套管连接部分可由与该流量控制体相同和不同的材料构成，并可与该流量控制体一体形成。两者之间的连接可利用软焊、焊接或其它固定或者安装方法，将该流量控制体压配合或干涉配合到连接或者套管部分上来实现。优选的，该流量控制体内的孔可与该阀元件的轴和该喷嘴的出口同轴。该孔可形成为具有不同直径的两部分。位于轴向内部、朝向该阀的端面的上部分的直径可大于位于轴向外部、远离该上部分的下部分的直径。该孔的上部分可倾斜或成锥形，以维持该阀元件端面与该连接或套管部分之间过渡区域内的绝缘间隙。该上部分可具有这样的一种该流量控制体表面，该表面与该连接或套管部分的一表面相对，以在该两表面间限定该绝缘间隙。

有利的，利用以上或其它方法使该流量控制体固定地与该连接部分相连，以形成一种多部件的、优选为两部件的流控制装置。这种连接可以方便地在靠近该阀元件端面的该流量控制体表面与该端面之间留下一绝缘间隙。该绝缘区域还可包括沿该阀元件的移动轴、优选在纵向上、在连接或套管部分表面与限定该流量控制体的孔的某部分，例如上部分的壁的相对表面之间延伸的一绝缘间隙部分。这将用来进一步地减少该流量控制体的控制面与该连接或套管部分以及该流量控制体的控制面与该阀元件之间的传热区域。

依照本发明的另一方面，其提供了具有一出口的一种燃料喷射器喷嘴，经由该出口至少将燃料喷射给一种发动机，所述喷嘴还包括位于所述出口外部的一种流量控制体，借此在使用时所述喷嘴包括：由位于所述喷嘴内部的燃料产生的、所述出口附近的一相对较冷区域，以及由于暴露在相对较高的燃烧室温度下所产生的、所述流量控制体上的一相对较热区域，在所述冷区域和所述热区域之间形成一热梯度区域，以及其特征在于至少一部分所述流量控制体包括一热绝缘区域，所述热绝缘区域位于至少一部分所述冷区域与至少一部分所述热区域的中间，从而可控制所述热梯度区域位于所述流量控制体内。

便利的，所述流量控制体包括一外部控制面，以及所述热区域主要位于所述外部控制面处或紧邻其的附近。便利的，控制所述梯度区域位于该流量控制体的外部控制面的内部。

优选的，一部分所述热区域设置在极接近所述冷区域的位置，但通过该绝缘区域使所述一部分热区域与所述冷区域相分隔。类似的，一部分所述热区域设置在极接近所述梯度区域的位置，但通过该绝缘区域使所述一部分热区域与所述梯度区域相分隔。便利的，所述冷区域附近的所述热区域的所述部分基本上独立于该热梯度区域、远离所述冷区域延伸。

优选的，所述流量控制体限定了所述喷嘴的一端部，以及所述热区域自所述流量控制体内部的所述流量控制体的所述外表面起延伸。优选的，所述冷区域自所述出口附近起向着远离该喷嘴所述端部的方向延伸。

优选的，所述流量控制体和所述热梯度区域具有相对较高的导热性能，以及所述绝缘区域具有相对较低的导热性能。

优选的，所述相对较低的导热性为大约0.02瓦特每米开尔文，例如典型的空气，但是稍高一些大约0.05瓦特每米开尔文的导热性也可应用，例如碳。优选的，所述高导热性应包括典型地不锈钢假定能达到的值，最好为大约20瓦特每米开尔文或以上。

优选的，在操作过程中，所述相对较热区域的温度高于在燃烧室内形成沉积物的温度。相对的，所述相对较冷区域的温度最好为在燃烧室内形成沉积物的温度或该温度以下。

与该流量控制体的连接可以是这样，从而该连接或套管部分仅部分地延伸过该孔，留下一部分作为中空腔，以进一步减少流向该阀元件的热量和/或减少冲击效应。选择性的，可用一种低导热材料填充这种中空腔。

该流量控制体的形状和位置可促使该燃料喷雾向内部收缩，以沿着由该控制面形状所确定的一条路线流动。该控制面可为一外表面，但在其它应用中，一种内控制面更为合适。

该流量控制体在其整个长度上都具有基本上为圆形的截面，并且从其远离该阀元件端面的端部到一中间直径面，该流量控制体的直径逐渐增大；而从该中间直径面或直径部分到该流量控制体的另一端部，该流量控制体的直径逐渐减小。该流量控制体优选地具有位于轴向内部、朝向该阀元件端面的一上部锥形扩散部分，和位于轴向外部、远离该锥形扩散部分的一下部锥形收缩部分。在一定布置中，用一通常为圆柱形、在其整个长度上截面都为圆形的连接部分分隔该锥形收缩部分和锥形扩散部分。该锥形扩散部分可包括沿该阀元件的移动轴、在纵向上延伸的一通常为圆柱形的套筒部分。该孔可穿过这个部分，以连接该连接或套管部分。

但是，该流量控制体也可具有各种各样的截面及纵向形状，包括不对称的截面或者形状相同、但面积不同的截面。此外，该流量控制体还可具有内部或外部腔或通道，其有助于形成理想的喷雾几何形状。这种腔或通道还可增大该流量控制体的表面积，这有助于实现该流量控制体控制面的进一步发热。该流量控制体的表面上可具有支柱、凸缘或其它结构，以在该气隙的外围端部，例如该流量控制体的最上表面处提供刚性。

尽管该流量控制体的轴与该阀元件的轴及该阀元件的移动方向对齐，但该流量控制体的轴也可相对于前述轴倾斜或偏移。这种倾斜或偏移允许燃料烟流向不与该阀元件轴及出口轴同轴的理想方向偏转或导引。该流量控制体相对于所述轴的对称或不对称沉积物都是可能的。

该流量控制体和/或该连接或套管部分可形成为用低导热材料填充其中空部分或腔，从而由于缩短了其导热流程，热量可经由该导热流程到达该阀元件和/或喷嘴的燃料冷却部分(即，相对较冷的区域)，因而可进一步增强贮热性。

因此，通过使用以上所述的多部件流控制装置，由于热量可自一般温度达到最高的该流量控制体的热底部通过导热传递给该流量控制体剩下的外部分处，因而可更有效地维持该流量控制体控制表面上的高温。由此，可极大地减少由于该流量控制体表面上、喷嘴和/或阀元件上的碳沉积物所产生的问题。此外，在流量控制体与一种可移动的阀元件相连的情况下，通过提供该中空部分或腔，可任意地减小其重量，从而提供了一种更灵敏的阀机构。此外，在该流量控制体构造内部采取的该中空结构可延伸入该阀元件内，从而减小在该阀元件开启和关闭移动时的冲击量。

便利的，本发明可应用于一种内燃机的燃料喷射器喷嘴，特别是，用于将燃料直接喷射给一种发动机燃烧室内的提升式或者轴针式燃料喷射器喷嘴。这种燃料可便利地混夹在一种燃烧室载气例如空气中，如本申请人的美国专利No.RE36768所述，其内容在此引入以供参考。这种气助推式或者双层流体供应喷射器系统在其整个操作过程中通常使用一种压缩空气或气体源来混夹或喷射一预定剂量的燃料给该发动机。这种燃料喷射器喷嘴可容易地应用于依照本申请人的燃烧过程专利进行操作的直喷式四冲程循环内燃机中。但这种燃料喷射器喷嘴也可应用于两冲程循环内燃机或其它发动机中。还可应用于其它的非发动机中。

本发明的该燃料喷射器喷嘴实质上减小了热量自该流量控制体流向该阀元件燃料冷却部分及喷嘴、并因而经由该喷射器喷嘴向该发动机气缸或气缸盖消散的热流程的截面面积。利用该绝缘区域或间隙使该流量控制体的临界面与该冷却阀元件及喷嘴在空间上分隔，可提高该流量控制体的贮热性，如果贮热性不够，在该流量控制体的临界面上会产生碳沉积物。这反过来又维持该流量控制体于一充分高的温度以烧去在其表面上生成或沉积的任何碳粒子或其它粒子。这由此可在操作过程中实现更可靠和可再现的燃料喷雾形状及分配。

如此，使用该流量控制体来帮助控制由该喷射器喷嘴所喷出液体或燃料生成的该液体或燃料喷雾的形状和路径，可实现该燃烧室过程的较佳管理，及因此，对废气排放的良好控制和较高的发动机燃料效率。这在直喷式分层进气发动机中的优势格外明显，在该种发动机中，在某个发动机操作点上需要一种密度相对较高且易于点燃的燃料雾来实现良好的发动机操作。

附图描述

通过以下参照附图，对本发明燃料喷射器喷嘴的一种优选实施例的说明将更易于并更彻底地理解本发明，其中：

图1为依照本发明一种实施例的该喷射器喷嘴的透视图；

图2为图1所示该喷射器喷嘴的剖视图；

图3为在将一种流量控制体与一种阀元件相连之前，图1和2中该喷射器喷嘴的透视图；

图4为图3所示该喷射器喷嘴的剖视图；

图5为依照本发明该喷射器喷嘴一种实施例所使用的一种流量控制体的透视图；

图6为图5所示该流量控制体的剖视图；

图7为一种阀元件/流量控制体装置的温度测线图，该阀元件/流量控制体装置用于依照本发明一种实施例的一种喷射器喷嘴中；

图8为依照现有技术含有一种流量控制体的一种阀元件的相比较温度测线图；

图9为可替换图2所示喷射器喷嘴的一种喷射器喷嘴的剖视图；以及

图10为依照现有技术含有一种流量控制体的一种阀元件的透视图。

具体实施方式

图1至7所示的以及后面将要描述的燃料喷射器、阀、阀元件和流量控制体可以应用于各种类型的、用于向发动机的燃烧室内喷射燃料的燃料喷射器系统中。包括有这些组件的典型形式的喷射器或喷射器系统仅以例子的形式公开在本申请人的美国专利Nos.RE36768和5593095，其内容在此引入以供参照。

现在参照附图1至4，该燃料喷射器喷嘴的机体10通常为圆柱形，并包括穿过其的一个中央孔12。一种阀元件13与该喷嘴机体10的孔12相配合，并包括一阀头14和一阀杆15。该杆15具有一种可在该喷嘴机体10的孔12内轴向滑动的导向突起18。该阀杆15是中空的，这样可经由该阀杆15喷射燃料和/或气体，同时在该杆15的壁内具有开口16，从而燃料和/或气体可经由该杆15的内部进入该孔12内。

该阀头14为部分球面形，并容纳在该喷嘴机体10端部、与该孔12相通的一出口17内。该出口17的内壁为截头圆锥形，并当该阀13处于关闭位置时，该出口17的内壁将沿点划线20与该阀头14相啮合。一种流控制装置自该阀头14起向外轴向方向下垂，其包括用来固定安装一种流量控制体30的一种连接或套管部分38，该流量控制体30形成了该流控制装置的又一部分。该流控制装置可被看作由套管部分38和流量控制体30组成的一种两部分装置，尽管受到制造约束，任何数量的部件都可形成该装置。整体构造同样也是可以的。

优选的，该流量控制体30的截面在其整个长度上都基本上为圆形，并具有这样一种内表面30a，该内表面30a通过一绝缘间隙140与阀头14的最靠近表面14a相分离，该间隙140可为气隙或为可在一定时刻由该发动机燃烧室内所存在气体填充的一种间隙。但是，作为一种可选择方式，也可用另一种低热导性材料部分或全部地填充该间隙140。可选择该间隙140的尺寸，以依据不同机械或成本的限制来优化该流量控制体30的最高温度。可通过计算或凭经验来选择。

该流量控制体30还表示在图5的透视图中，可被构造为一种独立的部件，优选的，其包括一上部或者内部的锥形扩散部分36(相对于该阀元件13的轴)，以及一下部或者外部的锥形收缩部分37(相对于该阀元件13的轴)，一直径基本一致的圆柱形连接部分32分隔该两部分。选择性的，该连接部分32可仅包括由部分36过渡到部分37的一个直径面。该两部分36和37都为截头圆锥形，其与连接部分32一起限定了一个外表面33作为该流量控制体30的控制面。上部分36还可包括一种通常为圆柱形的延伸或套筒部分41，该部分41具有与套管38的面38a相对且相分隔的一内壁41a，该流量控制体30固定在该套管38的面38a上。上部分36与套筒部分41一起限定了位于该阀头14下游的一种基本上向内颈缩的部分。在某些情况下，该向内颈缩部分可更明显。

可选择在该两截头圆锥形部分36和37之间的该连接部分32的直径，使得当该出口17开启时，从该出口17中喷出的该燃料喷雾将沿着由该流量控制体30的外表面33所决定的路径，更具体地由部分32和37所限定的该控制面部分所决定的路径流动。可通过大量的实验来决定该连接部分32的直径，以促使所喷射的燃料喷雾的内附面层附着在该流量控制体30的外表面33上，这样该燃料喷雾将沿着与该表面33互补的一条路径流动。

可选择该外表面33的形状，从而明确地将该燃料引向一预定的、不与该喷射器喷嘴同轴的方向。在这点上，在某些情况下，该燃料烟流可适当地发生一小角度偏转，例如朝向一种点火装置。在那种情况下，该流控制装置，套管部分38或流量控制体30可适当地相对于该阀元件13的轴倾斜，从而为该燃料烟流提供所需要的偏转。外表面33还可形成为具有腔或通道，以实现特别要求的燃料烟流特性。

所述流量控制体30的类型当然也可以由其它合适的形状代替，比如，该流量控制体可以具有一个在纵向上弯曲的锥形导向面，该导向面在其会聚处与发散处平滑地过渡。该流量控制体也可以选择为棱柱形，比如三角形或者矩形，或者可以是圆柱形。该流量控制体可以相对于阀元件13的中心轴对称或不对称。

一孔39穿过该流量控制体30延伸，在该优选流量控制体30的情况下，穿过部分36、37和41延伸，在图6中可最清楚地看到。孔39可具有与阀元件13的轴相对齐的中央轴，但这不是必须遵循的。孔39自身可具有两个部分：一上或内部分39a和一下或外部分39b。部分39a的内端可为锥形或倾斜的。两部分39a和39b一般为圆柱形，并与阀元件13的中央轴对齐，但这种要求也不是必须遵循的。可采用任何相对于阀元件13中央轴的几何构造或关系。该内部分39a可具有比外部分39b大的直径，以满足以下目的。

将该流量控制体30安装到套管部分38上，图3和4表示安装前的状况，以在该阀头14的端面14a和最靠近该端面14a的该流量控制体30的面30a之间形成一般为环形的一绝缘间隙140。孔39内部分39a的锥形或倾斜端42可使一绝缘间隙140形成于该流量控制体30的面30a和该阀头14之间、在套管部分38与阀头14之间的过渡区域43处。

套管部分38可与孔39的该外部分39b相作用或压配合，该外部分39b的直径与套管部分38的直径基本相同，但是，通过焊接或软焊例如在部分39b外端的该流量控制体30，可实现进一步的固定。图2表示了一种焊接部分83。

流量控制体30和套管部分38作为一个两件式装置的这种布置具有一定的优点。特别是，这样一种布置使得同一种喷射器喷嘴的设计可匹配不同的流量控制体30的设计或构造。此外，在某些应用中，该流量控制体30被设置为可拆卸地附着在该套管部分38上。

除了该绝缘间隙140外，该流量控制体30还包括一绝缘间隙部分141，该间隙部分141位于该流量控制体30的套筒部分41的内壁41a、孔39的部分39a的壁与套管部分38的相对面38a之间。这是由于孔39内部分39a的壁直径大于该套管部分38直径所导致的。该绝缘间隙部分141的适当宽度为大约0.2毫米，但也可根据不同的机械或冶金限制来决定该宽度，以优选该流量控制体30的最高温度，同时该绝缘间隙部分141在套筒部分41的内壁41a、孔39内部分39a的壁，以及套管部分38之间纵向延伸(相对于阀元件14的移动轴)。因此，该绝缘间隙140和141一起在该流量控制体30内限定了一截面通常为“L形”的绝缘区域。间隙部分141的末端可在该流量控制体30外部的锥形收缩部分37内。该绝缘间隙部分141也可用空气填充，或在一定时刻由该发动机燃烧室内所存在的其它气体填充。选择性的，如果需要的话，该绝缘间隙部分141可用另外的低热导性材料填充。无论如何，可选择该气隙141的纵向长度，以使热量有效地流向该控制体30的控制表面33，同时阻碍热量传递给该套管部分38，并因而阻碍热量传递给该阀元件13和喷嘴机体10。在某些布置中，该绝缘部分140和141可简单地设置在该流量控制体30内。

我们可注意到的是，使用绝缘间隙部分140和141来连接流量控制体30和套管38可以两种方式阻碍热量自该流控制装置30，38流向该阀元件13。第一，该套管部分38在其整个长度上的截面面积都小于该流量控制体30的截面面积。还可注意到的是，这儿通过使该套管部分38部分地中空，或形成有绝缘材料的核心，可进一步地减小该截面面积。第二，用于该流量控制体30和该套管部分38之间连接处热量传递或流动的该绝缘间隙140和绝缘间隙141具有较小的截面面积，可进一步地阻碍热量自该流控制装置30，38流向该阀元件13。因而，该构造可促使热量经由温度一般最高的该流量控制体30传递给该外表面33，从而防止碳沉积在该表面上，同时使传递给该阀元件13的热量最小。即，通过空间上隔离该流量控制体30的一定临界表面和该喷嘴机体10，将热量或者高温控制在该流量控制体30的限度内，尤其是其控制表面的限度内，同时阻碍该热量被传递给该燃料的冷却阀元件13或者喷嘴机体10。

如果该出口17和阀头14的该构造用来提供自该喷嘴端面14a起向外急剧分散的燃料喷雾，那么，该流量控制体30在该连接部分32处的直径最好大于该阀头14的直径。但是，在该连接部分32处的直径不能大到使其伸入或穿过燃料喷雾的程度，否则将会截断燃料喷雾和/或使燃料喷雾发生偏转，这将与本发明的目的将违背。

此外，在该喷嘴附近的该流量控制体30的直径可小于该阀头14的直径，因为典型地，当所喷射的燃料喷雾离开该喷嘴之后，该燃料喷雾会如前所述自然地向内收缩，并因而与该流量控制体30的外表面33相接触。此外，通过选择该阀头14的端面14a与该流量控制体30结合部分32处的外表面33之间的轴向间距，可促使所喷射的喷雾附着在该外表面33上。

本领域的技术人员都能理解，该流量控制体30的尺寸受到多种因素的影响，包括：该喷射器喷嘴的尺寸，所喷射流体或燃料的特性以及该燃料或流体从该喷嘴中喷出的速度和方向。

图7和8是包括有流量控制体的阀元件温度测线图的一种对照，其中，在经由一种套管部分38而与阀元件13相连的该流量控制体30表面30a之间具有一种气隙或绝缘区域(图7)；以及在该阀元件13和一种流量控制体130之间没有气隙而具有连接或颈缩部分135(图8)。两温度测线图是在相同的发动机操作条件下获得的。我们可以看到，图7中该流量控制体底部的最高温度为555℃，图8中为463℃。图7中该流量控制体30的贮热性能较优，因而采用该流量控制体30的一种燃料喷射器喷嘴与采用流量控制体130的一种燃料喷射器喷嘴相比具有较少的碳沉积物、较好的喷雾控制以及较好的发动机性能。即，图7表示该流量控制体30上绝缘区域的布置可维持该外表面33上的高温，而与该流量控制体30末端相分隔的阀元件13或喷嘴机体10不会具有这样的温度。此外，与该阀头14相邻的颈缩区域处及其附近的外表面33也可维持在一相当高的温度(即，445℃，与170℃相比)，而不会显著增加被传递给该阀元件13的热量。

在这点上，图10表示了一种现有的阀元件和流量控制体230，在该控制体230内不具有绝缘区域，该图10给出了在操作中有可能形成碳沉积的一个例子。因此，在流量控制体具有绝缘区域和本发明的阻碍传热特征的情况下，这种沉积物240不太可能形成在该阀元件213附近和该控制体230的某些表面上。

如自图7中可见，利用该绝缘部分140，141和一热梯度部分70，使该喷射器机体10内一相对较冷的区域与该流量控制体30上一相对较热的区域相分离。控制该热梯度部分70，使其位于该流量控制体30内，特别是位于该外表面33的内部。该热区域实际上位于该外表面33处及其附近。由于在该热区域和该冷区域之间以及在该热区域和梯度区域70之间分别存在该绝缘部分140和141，靠近该冷区域(绝缘部分140处)的该热区域可基本上独立于该热梯度部分70、远离该冷区域延伸。该外表面33内部的该梯度区域70对传热的遏制，以及将该热区域设置在该流量控制体外表面33处及其附近，用于使得可在高于成碳温度范围的温度下操作该流量控制体30的临界表面，从而有效地控制该喷射器的沉积物。如前所述，在该流量控制体30的向内颈缩区域处尤其是这样，若在该区域存在这种沉积物会使所喷射的喷雾烟流碎裂。

本发明能够应用在各种结构的提升型燃料喷射器喷嘴上，在这些燃料喷射器喷嘴中，燃料能够以烟流的形式从燃料喷射器的喷嘴中喷出，这里所说的喷射器包括仅用于喷射燃料的喷射器和用于喷射混夹在燃烧室载气或增强气(enhancing gas)，例如空气中的燃料的喷射器。根据以上所述的一种可选择的喷射器喷嘴表示在图9中。可注意到的是，在这种情况下，该阀元件214的阀杆215是实心，而不是空心的。能够应用本发明的特定喷嘴的例子公开在本申请人的美国专利Nos.RE36768，5090625，5593095，和5685492中，在此引入所有这些文件以供参照。同时，在此公开的该喷射器喷嘴除可用于喷射燃料外，还可用于喷射其它流体，能用于同控制该燃料或流体喷雾相类似的有效控制。此外，本发明的该喷射器喷嘴同样可用于轴针式阀中。

本发明的该燃料喷射器喷嘴可应用于相关的用来减少或控制碳微粒或其它沉积物的方法中，如在本申请人的美国专利Nos.5090625和5593095中所公开的方法。此外，本发明的该燃料喷射器喷嘴特别可应用于相关的控制其它沉积物的方法中，如在本申请人未裁决的澳大利亚专利申请Nos.PQ7081和PQ7082中所公开的方法。

本发明并不局限于上面的描述，本领域技术人员可在本发明的范围内对本发明进行各种修改。应认识到的是，本发明可应用于直接向燃烧室内或发动机供气系统内提供燃料的喷射器喷嘴，也可应用于两冲程循环和四冲程循环的发动机，尤其是那些设计用以在该发动机操作载荷范围内的某一点以一种分层的燃料分配操作的发动机。实际上，本发明应用于根据本申请人的燃烧过程专利进行操作的直喷式四冲程发动机中特别有效。另外，除了向内燃机提供燃料外，该喷射器喷嘴也可用于其它应用场合。

Claims (41)

1.一种喷射器喷嘴，经由该喷射器喷嘴喷射流体，所述喷嘴包括一具有一内表面的出口和一具有一互补外表面的阀元件，所述阀元件相对于所述出口是可移动的，以在所述表面之间形成一条用于喷射喷雾状流体的通道，或者使所述表面之间密封接触以阻止流体被喷出；所述喷射器喷嘴具有一位于所述出口末端之外的流体的流量控制体，所述流量控制体具有一个在所述阀元件的移动方向上的设置在所述出口下游的控制面，所述控制面的形状和位置是这样的，其能促使由从所述出口中所喷出的流体产生的流体喷雾至少部分地沿着由所述控制面形状确定的路线流动，其中，所述流量控制体包括一绝缘区域，至少所述绝缘区域的第一部分位于所述阀元件的一个端面与最靠近该阀元件的端面的一部分所述控制面之间；至少所述绝缘区域的第二部分为细长形并且沿所述阀元件的移动方向纵向延伸，所述绝缘区域限制了所述控制面与所述阀元件之间的热量流动。

2.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述绝缘区域在所述阀元件和所述流量控制面之间提供一热梯度区域，所述热梯度区域位于所述流量控制面的内部，从而所述阀元件的温度低于形成碳沉积物的温度，同时所述流量控制面的温度高于形成碳沉积物的温度。

3.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述流量控制体设置在一与所述喷嘴相连的连接部分上，所述连接部分与所述阀元件的所述端面相连，并自该端面起向外延伸。

4.根据权利要求3所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述绝缘区域设置成在所述连接部分的一个表面和所述流量控制体的一相对表面之间延伸。

5.根据权利要求4所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述流量控制体的相对表面位于所述流量控制体的一部分所述控制面的附近。

6.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述控制面可包括许多外部突起面，所述突起面共同限定了所述控制面。

7.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述流量控制体的所述绝缘区域具有“L”形截面。

8.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：利用一向内颈缩部分使所述流量控制体与所述喷嘴的其它部分相分离，从而当开启所述阀元件时，在所述阀元件的移动方向上，所述流量控制体的所述控制面与所述喷嘴出口相间隔。

9.根据权利要求8所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：通过所述向内颈缩部分，使所述流量控制体连接到所述阀元件的所述端面上。

10.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述绝缘区域为一绝缘间隙部分。

11.根据权利要求10所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述绝缘间隙部分被一种绝热性或低导热性材料部分地或全部地填充。

12.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述绝缘区域设置成给所述流量控制体提供一套筒部分，所述套筒部分邻近所述阀元件的所述端面。

13.根据权利要求3所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述连接部分为一种套管部分形式；所述流量控制体包括一个孔，用于容纳至少部分所述套管部分。

14.根据权利要求13所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述至少一部分绝缘部分位于所述套管部分与所述流量控制体的所述孔之间。

15.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，在所述流量控制体内还包括一个或多个腔，用以减少热量流向所述阀元件。

16.根据权利要求15所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：用一种低导热性材料至少部分地填充所述腔。

17.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述流量控制体在其整个长度上都具有圆形的截面，并且从其远离所述阀元件端面的端部到一中间直径面或直径部分，所述流量控制体的直径逐渐增大，而从所述中间直径面或直径部分到所述流量控制体的另一端部，所述流量控制体的直径逐渐减小。

18.根据权利要求17所述的一种喷射器喷嘴，所述流量控制体的所述中间直径部分进一步地为一圆柱形的中间连接部分。

19.根据权利要求17所述的一种喷射器喷嘴，还包括一沿所述阀元件的移动轴的在纵向上延伸的圆柱形的套筒部分。

20.根据权利要求7所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述阀元件为提升阀类型。

21.根据权利要求7所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述阀元件为轴针式。

22.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述喷嘴为一种用于四冲程内燃机的燃料喷射器喷嘴。

23.根据权利要求1所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述喷嘴为一种用于二冲程内燃机的燃料喷射器喷嘴。

24.根据权利要求7所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述喷嘴为一种气助推式燃料喷射器系统的燃料喷射器喷嘴。

25.根据权利要求7所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述喷嘴为一种用于直喷式分层进气发动机的燃料喷射器喷嘴。

26.一种具有出口的燃料喷射器喷嘴，经由所述出口至少将燃料喷射给发动机，所述喷嘴还包括一位于所述出口外部的流量控制体，由此，所述喷嘴包括：由位于所述喷嘴内部的燃料产生的邻近所述出口的一相对较冷区域，以及由于暴露在相对较高的燃烧室温度下所产生的在所述流量控制体上的一相对较热区域，在所述冷区域和所述热区域之间形成一热梯度区域，其特征在于：至少一部分所述流量控制体包括一热绝缘区域，所述热绝缘区域位于至少一部分所述冷区域与至少一部分所述热区域的中间，从而可控制所述热梯度区域使之位于所述流量控制体的一外表面内。

27.根据权利要求26所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：所述流量控制体包括一外部控制面；所述热区域位于所述外部控制面处或紧邻其的附近。

28.根据权利要求26或27所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：所述梯度区域包含在所述流量控制体的所述外部控制面的内部。

29.根据权利要求26或27所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：一部分所述热区域设置在非常接近所述冷区域的位置处，但通过所述绝缘区域使该一部分热区域与该冷区域相分隔。

30.根据权利要求26或27所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：邻近一部分所述热区域设置在非常接近所述梯度区域的位置处，但通过所述绝缘区域使该一部分热区域与该梯度区域相分隔。

31.根据权利要求29所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：邻近所述冷区域的所述热区域的所述部分独立于所述热梯度区域地远离所述冷区域延伸。

32.根据权利要求26或27所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：所述流量控制体限定了所述喷嘴的一端部；所述热区域自所述流量控制体内部的所述流量控制体的所述外表面起延伸。

33.根据权利要求32所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：所述冷区域自所述出口附近起在远离所述喷嘴的所述端部的方向上延伸。

34.根据权利要求26或27所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：所述流量控制体和所述热梯度区域具有相对较高的导热性；所述绝缘区域具有相对较低的导热性。

35.根据权利要求34所述的一种燃料喷射器喷嘴，其特征在于：所述相对较低的导热性为0.02瓦特每米开尔文；所述相对较高的导热性为20瓦特每米开尔文。

36.一种喷射器喷嘴，经由该喷射器喷嘴喷射流体，所述喷嘴包括一具有一内表面的出口和一具有一互补外表面的阀元件，所述阀元件相对于所述出口是可移动的，以在所述表面之间形成一条用于喷射喷雾状流体的通道，或者使所述表面之间密封接触以阻止流体被喷出；所述喷射器喷嘴具有一位于所述出口末端之外的流体的流量控制体，所述流量控制体具有一控制面，所述控制面设置在液体喷射方向上的所述出口的下游，所述控制面的形状和位置是这样的，其能促使由从所述出口中喷出的流体产生的流体喷雾部分地沿着由所述控制面形状确定的路线流动，其特征在于：所述流量控制体包括一绝缘区域，其设置用来限制从所述控制面到所述喷嘴的热传递；所述流量控制体的所述绝缘区域设置成截面为“L形”。

37.一种喷射器喷嘴，经由该喷射器喷嘴喷射流体，所述喷嘴包括一具有一内表面的出口和一具有一互补外表面的阀元件，所述阀元件相对于所述出口是可移动的，以在所述表面之间形成一条用于喷射喷雾状流体的通道，或者使所述表面之间密封接触以阻止流体被喷出；所述喷射器喷嘴具有一位于所述出口末端之外的液流量控制体，所述流量控制体具有一控制面，所述控制面设置在液体喷射方向上的所述出口的下游，所述控制面的形状和位置是这样的，其能促使由从所述出口中喷出的流体产生的流体喷雾部分地沿着由所述控制面形状确定的路线流动，其特征在于：所述流量控制体包括一个形成在所述流量控制面和一绝缘区域中间的套筒元件；至少一部分所述绝缘区域在所述阀元件的一个端面和最靠近所述阀元件的所述端面的一部分所述流量控制面之间延伸。

38.根据权利要求37所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述流量控制体设置在一与所述喷嘴相连的连接部分上，所述连接部分与所述喷嘴的阀元件的端面相连，并自所述端面起向外延伸。

39.根据权利要求38所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述绝缘区域位于所述连接部分和所述套筒的中间。

40.根据权利要求37，38和39中任一所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述套筒相对于所述喷嘴的开口的轴纵向延伸。

41.根据权利要求40所述的一种喷射器喷嘴，其特征在于：所述套筒为圆柱形。

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