CN103485952A

CN103485952A - 阶梯式孔洞

Info

Publication number: CN103485952A
Application number: CN201310229983.1A
Authority: CN
Inventors: M.W.莫泽; M.佩西加
Original assignee: TEMIC AUTOMOTIVE NA Inc
Current assignee: Vitesco Technologies USA LLC
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-06-09
Also published as: DE102013210685A1; CN103485952B; US20130327855A1; JP6292773B2; US20150345452A1; US9151259B2; JP2013256951A

Abstract

一种用作燃料喷射器的一部分的孔板。该孔板具有底座部分、与该底座部分整体地形成的偏移部分、流入侧和流出侧，其中该底座部分与该偏移部分是该流入侧以及该流出侧的一部分。多个出口孔隙与该偏移部分整体地形成。所述多个出口孔隙的每一个都包括多个阶梯部分，以及至少一个内直径，并且每个出口孔隙相对于延伸通过该孔板的中心轴线成一个角度而布置。每个出口孔隙具有的深度大约是该内直径尺寸的两倍，从而在流体流过所述出口孔隙时提供了对流体的最佳雾化。

Description

阶梯式孔洞

技术领域

本发明总体上涉及喷射器，并且更具体地说涉及一种能够提供燃料的充分雾化的、用于燃料喷射器的孔口盘。

背景技术

喷射器是用来将燃料喷射到内燃发动机的汽缸中的一种普遍使用的装置。提高发动机的效率的方法之一是用一种“雾化的”形式来喷射燃料。被雾化的燃料燃烧得更加有效率，从而允许利用尽可能多的燃料。

经常对于不同类型的燃料使用不同的燃料喷射器，这些燃料具有不同的材料特性，并且对于不同的温度变化有着不同的反应。一种此类型的燃料是乙醇，它在寒冷的天气条件下会冻结或凝固。为了改善使用乙醇的燃料喷射器的运行已经做了很多尝试以便消除乙醇的冻结。

喷雾的产生或雾化是通过流体流破碎成液滴同时在一个特定方向上引导而产生的。通过在从孔洞出来时保持流体湍流进一步加强了流体流的破碎。影响流体雾化的因素之一是流体从喷射器出来时流体所穿过的出口孔口或出口孔隙的形状。一些喷射器包括板，该板可具有若干个流体穿过的出口孔隙。如果流体流动对于出口孔隙的壁而言变为层流或者变为流线型的，那么流体液滴就会变为细长形的并且产生大的液滴或者“带（ligament）”。带的尺寸定义是通过索特平均直径（SMD）对颗粒尺寸的测量来量化的。

对这种颗粒尺寸的影响因素之一是出口孔隙的壁的材料厚度或深度与出口孔隙的壁的直径的比率，其被称为L/D比率。随着出口孔隙的深度或厚度最小化，雾化会有所改进。然而，使用具有单一厚度的板并将出口孔隙的厚度最小化来改善雾化也需要将用于制造板的材料的厚度最小化，这会降低该板的焊接特性，从而增加装配过程中将该板焊接到喷射器上的难度。

当出口孔隙的厚度超过特定值（例如0.006英寸）并且L/D比率接近于1.0时，流体或液体形态的燃料就重新附着在孔隙的壁上，从而产生了带和较大的液滴。带经常会积聚在喷射器中，这会在冷启动期间造成问题。

因此，需要一种用在燃料喷射器中的、具有出口孔隙或孔口的板，该燃料喷射器减小液滴的尺寸，并因此减少或消除了带以及大液滴的形成，其中该板维持所希望的焊接特性。

发明内容

本发明是一种用作燃料喷射器的一部分的孔板。该孔板具有底座部分、与该底座部分整体地形成的偏移部分、以及流入侧，其中该底座部分与该偏移部分是该流入侧的一部分。该孔板还包括流出侧，其中该底座部分和该偏移部分也是该流出侧的一部分。该孔板还具有凹入表面和凸起表面，该凹入表面形成为该偏移部分的一部分，使得该凹入表面位于该流入侧上，并且该凸起表面形成为该偏移部分的一部分，其中该凸起表面位于该流出侧上。内侧壁邻近于该凹入表面，并且外侧壁邻近于该凸起表面。多个出口孔隙与该偏移部分整体地形成。所述多个出口孔隙中的每一个都包括多个阶梯部分，并且每个出口孔隙的深度是内直径尺寸的两倍，以便在燃料穿过每个出口孔隙时提供燃料的最佳雾化。

本发明的一个目的是提供一种孔板，该孔板由单件材料或单个板制成，其带有多个出口孔隙，其中所述多个出口孔隙提供了流动通过喷射器的燃料的改进的雾化。

本发明的另一个目的是通过控制孔口的流动直径和在制造过程中进行精压来控制通过孔板的流速。

本发明的又一个目的是通过使用凹陷的几何形状来控制喷雾的图案，并通过局部减小的材料厚度来改善燃料流动的破碎。

本发明的另外应用领域将在下文中提供的详细说明中变得明显。应当理解的是，详细描述和具体示例，虽然指示本发明的优选实施例，但只是为了说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。

附图简要说明

将从详细说明和附图中更充分地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的实施例的燃料喷射器的一部分的截面侧视图，该燃料喷射器具有孔板；

图2是根据本发明的实施例的孔板的流入侧的透视图；

图3是根据本发明的实施例的孔板的流出侧的透视图；

图4A是根据本发明的实施例的孔板的一部分的截面侧视图，该孔板带有冲压到该板中的第一阶梯部分；

图4B是根据本发明的实施例的孔板的一部分的截面侧视图，该孔板带有冲压到该板中的第一阶梯部分和第二阶梯部分；

图4C是根据本发明的实施例的孔板的一部分的截面侧视图，该孔板带有冲压到该板中的第一阶梯部分、第二阶梯部分、以及第三阶梯部分；

图5是根据本发明的实施例的孔板的流入侧在将该板从坯件上移除之前的俯视图；

图6是根据本发明的实施例的孔板的流出侧在将该板从坯件上移除之前的仰视图；以及

图7是根据本发明的实施例的用于产生孔板的过程的流程图。

优选实施例的详细说明

对一个或多个优选实施例的以下说明本质上仅仅是示意性的，并且并不意在限制本发明、其应用或用途。

根据本发明的实施例，具有阶梯式孔口孔隙或洞的孔板在附图中总体上用10来表示。板10具有至少一个阶梯式孔隙，但在一些实施例中具有多个阶梯式孔隙（总体用12表示），所述阶梯式孔隙允许流体（如燃料）通过。

板10为单件式零件，并且具有底座部分14和偏移部分16。偏移部分16在流入侧（总体上用20表示）形成凹入表面18，并且还在流出侧（总体上用24表示）形成凸起表面22。凹入表面18的周围是内侧壁26，该内侧壁大体上平行于外侧壁28，并且该外侧壁28与该凸起表面22相邻。该偏移部分16为曲线形状或至少部分成球形，这样使得所述多个阶梯式孔隙12中的每一个相对于该板10的中心成一个角度。

每个阶梯式孔隙12包括至少一个阶梯部分，并且在附图中所示的实施例中包括多个阶梯部分。更确切地说，每个阶梯式孔隙12包括第一阶梯部分（总体上用30表示），第二阶梯部分（总体上用32表示），以及第三阶梯部分（总体上用34表示）。每个阶梯部分30、32、34包括不同的表面。该第一阶梯部分30具有第一内直径（ID）表面36以及第一台阶表面38，该第二阶梯部分32包括第二ID表面40以及第二台阶表面42，该第三阶梯部分34包括第三ID表面44。

每个阶梯部分30、32、34都包括内直径和深度。第一阶梯部分30包括第一内直径46和第一深度48，该第一内直径大约为0.025英寸，该第一深度大约为0.003英寸。第二阶梯部分32包括第二内直径50和第二深度52，该第二内直径大约为0.014英寸，该第二深度大约为0.0015英寸。第三阶梯部分34包括第三内直径54和第三深度56，该第三内直径大约为0.007英寸，该第三深度大约为0.0015英寸。第三阶梯部分34还包括孔隙58（该孔隙也可被称作出口孔口），燃料流经该孔隙。每个内直径46、50、54和深度48、52、56都可以改变以允许孔板10用于不同的应用中。

第三阶梯部分34具有的第三内直径54以及第三深度56为使得这二者之间的比率尽可能的低。然而，在降低第三深度56的厚度来促进燃料射流的破碎和增强雾化时，该第三深度56的厚度必须要足够厚以满足焊接的鲁棒性要求。在一个优选实施例中，第三深度56是第三内直径54尺寸的两倍。在一个实施例中，第三深度56约为0.0030英寸；然而，在本发明的范围内，第三深度56也可以具有其他的尺寸。

该孔板10可用多种方法制造。在一个实施例中，使用一系列的顺序冲模来形成板10。图7中总体上用100示出了描述用于产生板10的过程的流程图。该孔板10最初是坯件或者基板60的形式，该坯件或者基板的一部分在图4A至图4C、图5和图6中示出，总体厚度是0.006英寸。在第一步骤102中，前导和取向洞被用于使该坯件60适当的对齐（附图中只示出了该坯件的一部分），并且第一冲模对该材料的一部分进行冲压并移动该坯件60中的一部分材料，使得该坯件60呈现出如图4A所示的样子。在这个第一步骤102的过程中形成了该第一阶梯部分30，并且如上文所述，深度48大约为0.003英寸。

第二步骤104是矫平操作，以便为第二次冲压操作准备好坯件60。第三步骤106是用第二冲头形成该第二阶梯部分32，如图4B所示。如以上提及的，该第二阶梯部分32的第二深度52大约为0.0015英寸，但是在本发明的范围内也可以使用其他尺寸。第四步骤108是进行另一个矫平操作，以便为最后的冲压操作准备好坯件60。在第五步骤110中形成了第三阶梯部分34，由此还形成出口孔隙58，在图4C中最佳的示出。该第三内直径54大约为0.007英寸，但是在本发明范围内也可以使用其他的直径尺寸，这取决于流量要求以及所使用的材料的类型。

第六步骤112是使得该板10的一部分移位以便形成该偏移部分16。这也是通过使用具有至少一个修圆部分或部分为球形的冲头来实现的。每个孔隙58包含轴线62，并且该偏移部分16在形状上是弯曲的或者至少部分为球形的，这样使得每个孔隙58位于相对于中心轴线或竖直轴线66成一个角度64处，其中该竖直轴线66延伸穿过该板10的中心，在图1中最佳的示出。这个角度64大体在零度到十五度的范围内。

第七步骤114是从底座部分14切割接片68，如图5至图6所示，由此，从板10中移除接片68以及外部部分84，从而生产出完整的板10。在这个步骤114之前，在板10上形成了所有的阶梯部分30、32、34以及偏移部分16，并且在接片68和外部部分84被移除之前该板如图5至图6所示。

再次参见图1，一旦完成板10，就将板10焊接到安装表面70上，该安装表面是喷射器喷嘴的一部分，总体上用72表示。该喷射器喷嘴72包括喷嘴部分（总体上用74表示），以及本体部分76。喷嘴部分74包括若干不同形状的锥形区域78以利于通过喷嘴孔隙80的流体流。在该喷嘴孔隙80下面还有下部锥形部分82，如图1所示。该孔板10的底座部分14具有足够的厚度以便提供到该安装表面70上的足够的焊接附装，而没有因材料截面薄而失效的风险。燃料的流速由该第三内直径54的尺寸、阶梯部分30、32、34的构形、以及该偏移部分16控制。阶梯部分30、32、34和偏移部分16可以通过压印、精压或其他类型的合适制造工艺来形成。

本发明的描述本质上仅是示例性的，因此，不脱离本发明的主旨的变体也意在本发明的范围之内。此类变体不被视为对本发明的精神和范围的偏离。

Claims

1.一种装置，包括：

孔板，该孔板包括：

流入侧；

流出侧，该流出侧在该孔板的相对于该流入侧的相对侧上；

轴线，该轴线延伸穿过该孔板的中心；以及

至少一个出口孔隙，所述至少一个出口孔隙具有内直径和深度，所述至少一个出口孔隙从流入侧延伸至该流出侧，流体从所述至少一个出口孔隙中流动通过；

其中所述至少一个出口孔隙布置在相对于该轴线的一个角度处，并且所述至少一个出口孔隙具有的深度大约为内直径尺寸的两倍，从而当流体流经所述至少一个出口孔隙时将流体雾化。

2.如权利要求1所述的装置，所述至少一个出口孔隙进一步包括多个出口孔隙，其中当燃料穿过所述多个出口孔隙中的每一个出口孔隙时燃料被雾化。

3.如权利要求1所述的装置，所述至少一个出口孔隙进一步包括：

第一阶梯部分，该第一阶梯部分具有内直径；

第二阶梯部分，该第二阶梯部分与该第一阶梯部分整体地形成，该第二阶梯部分具有的内直径小于该第一阶梯部分的内直径；以及

第三阶梯部分，该第三阶梯部分与该第二阶梯部分整体地形成，该第三阶梯部分具有的内直径小于该第二阶梯部分的内直径；

其中该第三内直径包括孔隙，燃料流经该孔隙，该燃料由该第三阶梯部分雾化。

4.如权利要求3所述的装置，该第一阶梯部分进一步包括：

第一内直径表面，该第一内直径表面形成该第一内直径；以及

第一台阶表面，该第一台阶表面被定向为与该第一内直径表面基本上是垂直的。

5.如权利要求3所述的装置，该第二阶梯部分进一步包括：

第二内直径表面，该第二内直径表面形成该第二内直径；以及

第二台阶表面，该第二台阶表面被定向为与该第二内直径表面基本上是垂直的。

6.如权利要求3所述的装置，该第三阶梯部分进一步包括：

第三内直径表面，该第三内直径表面形成该第三内直径；以及

第三台阶表面，该第三台阶表面被定向为与该第三内直径表面基本上是垂直的；

其中该第三内直径表面具有的深度大约为该第三内直径尺寸的两倍，从而当流体流过该孔隙时将流体雾化。

7.如权利要求1所述的装置，进一步包括偏移部分，所述至少一个出口孔隙形成为该偏移部分的一部分。

8.如权利要求7所述的装置，该偏移部分进一步包括：

凹入表面，该凹入表面形成为该流入侧的一部分；

凸起表面，该凸起表面在该孔板的相对于该凹入表面的相对侧上形成为该流出侧的一部分；

其中该偏移部分具有曲线形状，使得所述至少一个出口孔隙相对于延伸通过该孔板中心的轴线成一个角度。

9.一种用作燃料喷射器的一部分的孔板，该孔板包括：

底座部分；

偏移部分，该偏移部分与该底座部分整体地形成；

流入侧，该底座部分与该偏移部分是该流入侧的一部分；

流出侧，该底座部分与该偏移部分是该流出侧的一部分；

凹入表面，该凹入表面形成为该偏移部分的一部分，该凹入表面位于该流入侧上；

凸起表面，该凸起表面形成为该偏移部分的一部分，该凸起表面位于该流出侧上；

内侧壁，该内侧壁邻近于该凹入表面；

外侧壁，该外侧壁邻近于该凸起表面；以及

多个出口孔隙，所述多个出口孔隙与该偏移部分整体地形成，所述多个出口孔隙中的每一个都具有多个阶梯部分；

其中所述多个出口孔隙中的每一个都具有小于直径的深度，从而当燃料通过所述多个出口孔隙中的每一个时将燃料雾化。

10.如权利要求9所述的孔板，所述多个出口孔隙中的每一个进一步包括：

第一阶梯部分，该第一阶梯部分具有内直径；

第三阶梯部分，该第三阶梯部分与该第二阶梯部分整体地形成，该第三阶梯部分具有的内直径小于该第二阶梯部分的内直径。

11.如权利要求10所述的孔板，该第一阶梯部分进一步包括：

第一内直径表面，该第一内直径表面具有第一内直径与第一深度；以及

第一台阶表面，该第一台阶表面与该第一内直径表面相邻。

12.如权利要求11所述的孔板，该第二阶梯部分进一步包括：

第二内直径表面，该第二内直径表面与该第一台阶表面相邻；以及

第二台阶表面，该第二台阶表面与该第二内直径表面相邻；

其中该第二内直径表面具有第二内直径与第二深度。

13.如权利要求12所述的孔板，该第三阶梯部分进一步包括：

第三内直径表面，该第三内直径表面与该第二台阶表面相邻；以及

第三台阶表面，该第三台阶表面与该第三内直径表面相邻；

其中该第三内直径表面具有第三内直径和第三深度，并且该第三深度大约是该第三内直径的尺寸的两倍。

14.一种制造孔板的方法，该方法包括以下步骤：

提供具有底座部分、与底座部分整体地形成的一个或多个接片、以及外部部分的坯件；

用第一冲头对该坯件进行冲压以便形成至少一个第一阶梯部分；

进行第一矫平操作；

用第二冲头对该坯件进行冲压以便形成至少一个第二阶梯部分；

进行第二矫平操作；

用第三冲头对该坯件进行冲压以便形成第三阶梯部分以及至少一个出口孔口；

用第四冲头对该坯件进行冲压以便使得一部分材料移位，从而形成相对于该底座部分偏移的偏移部分；

形成阶梯式孔隙，该阶梯式孔隙具有该第一阶梯部分、该第二阶梯部分、该第三阶梯部分以及所述至少一个出口孔口；并且

将接片从该底座部分移除，并且将该底座部分附装到安装表面上。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：

提供第一内直径，该第一内直径形成为所述至少一个第一阶梯部分的一部分；

提供第二内直径，该第二内直径形成为所述至少一个第二阶梯部分的一部分；

对该坯件进行冲压以便形成该第二阶梯部分，使得该第二内直径小于该第一内直径；

提供第三内直径，该第三内直径形成为所述至少一个第三阶梯部分的一部分；

对该坯件进行冲压以便形成该第三阶梯部分，使得该第三内直径小于该第二内直径。

16.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：提供多个阶梯式孔隙，所述阶梯式孔隙中的每一个都具有第一阶梯部分、第二阶梯部分、第三阶梯部分以及出口孔口。

17.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：通过焊接将该底座部分附装到该安装表面上。

18.如权利要求14所述的方法，进一步包括以下步骤：将该第四冲头的至少一部分提供成至少部分地为球形的形状，这样使得该偏移部分是球形的，并且所述至少一个出口孔口的轴线与延伸通过该孔板中心的轴线不平行。