CN104500180A - 一种气助可选式喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气助可选式喷射器，包括阀芯和阀座，阀芯周向上设有若干个喷孔，阀芯能轴向移动并具有锥形的头部。阀座上设有全周向贯通的倒锥形空腔。倒锥形空腔、阀座顶部的空气入口与阀芯的中空容腔相互连通。倒锥形空腔的底部与每个喷孔在空腔出口汇聚。采用上述结构后，流经空腔出口的喷雾油束能全周向呈双伞射喷雾状态，从而喷雾质量高，能有效阻止炭黑的形成。另外，由于倒锥形空腔、空气入口和中空容腔相通，只需控制加压流体以及加压空气两者之间的压力差，即可实现空气与流体的相互切换操作。进一步，上述阀芯锥形的头部能与阀座密封，故能使炭黑无法进入喷射器内部，还可以对外部结炭进行切向冲刷，有助于阀芯的开启。

Description

一种气助可选式喷射器

技术领域

本发明涉及一种排气后处理系统，如DPF系统中所使用的流体喷射器，特别是一种气助可选式喷射器。

背景技术

随着排放法规对发动机尾气排放限值要求的不断提升，例如DPF排气后处理系统广泛应用于车辆中用以去除排气流中颗粒物质。随着颗粒物的积聚，需要一种装置，正如本发明所公开的喷射器，进行喷油助燃，对DPF进行再生。为了将燃料配量到排气流中，可使用传统的多孔和单孔喷射阀，但存在缺点：孔由于在排气中的炭黑沉积而导致堵塞现象发生，其后果是配量将随工作时间持续减小，甚至会出现无法进行配量操作的现象。

针对上述的这种“结炭”后果，在现有技术CN 101454546 B专利中，其通过将阀头设置成凸出于阀座下边沿并在下边沿密封，从而用以阻此炭黑进入喷射阀内部；同时，在喷射阀尾部配置振荡容腔，通过产生不断振荡的效果来提升喷射阀开启性能。但此专利技术，一方面结构复杂，加工困难，制作成本高；另一方面，上述振荡效果，有时的确能有利于喷射阀开启性能，然而，上述振荡还有可能导致阀芯的纵向不稳定，甚至引起更为严重的密封问题，从而使其阀头凸出于阀座下边沿处因不密封，而导致结炭现象的发生。

在现有技术CN 102182533 A专利中，则提出了通过改善喷射器的喷雾效果来降低HC逃逸。该专利采用的技术方案为：通过引入加压空气，该加压空气强制通过空气喷孔，与流体喷孔喷出的加压流体相汇聚，从而产生撞击效果来提升喷雾质量。此专利技术也具有如下方面的不足：1、加压空气与加压流体相汇聚时，由于空气喷孔与流体喷孔在周向布置的数量受到其尺寸限制，其喷雾油束只能是数个散射状油束。2、由于HC喷射器头部喷孔是常开状态，未采用倒锥这类结构进行密封，在喷射器长时间不工作时，炭黑将大量向头部喷孔积聚而造成堵塞。3、加压空气与加压流体不能进行切换，当加压空气压力小或缺乏时，将不能产生相互撞击的效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能使喷雾油束呈双伞射形态，喷雾质量高，能阻止炭黑进入喷射器内部，且能对结炭切向冲刷，同时加压流体与加压空气能相互切换操作的气助可选式喷射器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

    一种气助可选式喷射器，包括具有中空容腔的阀芯和与阀芯相配合的阀座，阀座顶部设置有空气入口，所述阀芯周向上设置有若干个与阀芯轴线呈一定夹角的喷孔，所述阀座中间设置有全周向贯通的倒锥形空腔，该倒锥形空腔的顶部与空气入口相连通；所述倒锥形空腔的底部与每个喷孔在空腔出口汇聚，从该空腔出口流过的流体能全周向呈双伞射喷雾形态。

   所述倒锥形空腔的顶部、空气入口和阀芯的中空容腔三者之间均能相互连通。

   所述阀座上设置有与空气入口相连通的连通孔，阀芯上设置有与连通孔相通的通孔。

   所述阀芯具有头部并能轴向移动；当阀芯轴向移动时，位于空腔出口下方的阀座内壁能与头部形成密封接触面。

   所述头部为锥形，密封接触面为线性密封接触面。

   所述头部的锥形母线与阀芯轴线之间形成第二夹角，每个所述喷孔与阀芯轴线之间均形成第一夹角，第二夹角和第一夹角相等。

   所述空气入口处设置有单向阀。

   驱动所述阀芯轴向移动的机构包括套装于阀芯尾部外周的预紧的弹簧。

   所述阀芯尾部设置有尾部肩台，所述弹簧设置于尾部肩台下方，所述弹簧与尾部肩台之间设置有卡簧。

   驱动所述阀芯轴向移动的机构还包括克服所述弹簧预紧力的加压流体或加压空气或电磁力。

本发明采用上述结构后，上述倒锥形空腔为全周向贯通，并与每个喷孔在空腔出口汇聚，从而能使流经空腔出口的喷雾油束能全周向呈双伞射喷雾状态，喷雾质量高，能有效阻止炭黑的形成。另外，由于倒锥形空腔、空气入口和阀芯的中空容腔相互连通，只需通过控制中空容腔中的加压流体以及空气入口处的加压空气两者之间的压力差，即可实现空气与流体的相互切换操作。进一步，上述阀芯具有能使阀座密封的锥形的头部，故能使炭黑无法进入喷射器内部。加之，第二夹角和第一夹角相等，故又可以对外部结炭进行切向冲刷，并有助于阀芯的开启。

附图说明

图1是本发明气助可选式喷射器（未工作状态时）的结构示意图；

图2是本发明中阀芯的结构示意图；

图3是本发明中阀座的结构示意图；

图4是本发明中单向阀的立体结构示意图；

图5是本发明中气助可选式喷射器（工作状态时）的局部放大结构示意图；

图6是双伞射预定喷射型式示意图。

其中有：1.阀芯，11.头部，11A.柱线，11B.锥形母线，12.喷孔，13.喉部，14.导向段，15.通孔，16.中空容腔，17.阀杆，18.尾部肩台，19.阀芯轴线，2.阀座，21.头部孔，21A.弧形线，21B.密封线，22.锥形孔，23.倒锥形空腔，24.导向孔，25.连通孔，26.单向阀孔，27.弹簧腔，28.尾部孔，3.单向阀，31.单向阀左端面，32.流道，4.弹簧，5.卡簧，6.空气入口，7.竖向箭头，8.横向箭头。

另外，图1和图5中，A.头部混合腔，B.空腔出口，C.流体出口；

图2中，A1.第一夹角，A2.第二夹角；

图6中，Ⅰ.全周向伞射，Ⅱ.喷孔伞射。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

    如图1和图5所示，一种气助可选式喷射器，包括能相互配合且同轴设置的阀芯1和阀座2。阀芯1优选能够在阀座2内进行轴向移动，当然，也可以如CN 102182533 A专利一样，将喷射器设置成常开状态，阀芯1相对阀座2保持静止状态，也属于本发明的保护范围。

驱动阀芯1相对阀座2轴向移动的机构，是一项较为成熟的现有技术，如利用电磁铁的通断或弹簧力自动复位等等。

下面采用弹簧力自动复位作为具体实施方式，对本发明进行较为详细的说明。

如图1和图2所示，阀芯1具有阀杆17和设置于阀杆17底部的头部11。

上述阀杆17的内部具有中空容腔16，该中空容腔16的顶部连接加压流体，图1中的竖向箭头7表示加压流体的流动方向。阀杆17上，优选阀杆17与头部11的交接处，即喉部13，沿该喉部13的周向设置有若干个与阀芯轴线19呈一定夹角的喷孔12。当然，喷孔12之间的高度可以不同。阀杆17还具有导向段14，能够对阀芯1的轴向移动进行导向。阀杆17的顶部（也即阀芯1尾部）设置有能定位的尾部肩台18，位于尾部肩台18下方的阀杆17外周套装有弹簧4。弹簧4与尾部肩台18之间设置有卡簧5，该卡簧5能利用尾部肩台18定位，利用图3中尾部孔28端面限位，从而控制阀芯1的行程。本申请因利用弹簧力自动复位，利用卡簧5的厚度来控制阀芯1的行程，结构简单，无需焊接，阀芯1可自阀座2下部直接套插。

如图2所示，上述阀芯1的头部11优选为锥形，假设每个喷孔12与阀芯轴线19的夹角为第一夹角A1，头部11的锥形母线11B与阀芯轴线19的夹角为第二夹角A2，则A2≤A1，优选第二夹角A2和第一夹角A1相等。也即优选每个喷孔12的沿轴向边缘母线将相切并重叠于阀芯1的头部11的锥形母线11B，故在喷射阀工作初期，能起到对积聚的炭黑进行冲刷的功效，有助于阀芯1的开启。

上述阀芯1的头部11还包括由设置于锥形母线11B下方的柱线11A围成的柱体。

如图1和图3所示，阀座2顶部设置有空气入口6，该空气入口6内侧（也即图3左侧）的阀座2上设置有能容纳弹簧4的弹簧腔27；空气入口6外侧（也即图3右侧）的阀座2上还设置有单向阀孔26，该单向阀孔26内设置有单向阀3。该单向阀3优选为平面阀结构，如图4所示，包括单向阀左端面31和若干条流道32，仅允许流体沿其外圆面的流道32向单向阀左端面31单向流通。单向阀孔26外侧连接加压空气，图1中的横向箭头8表示加压空气的流动方向。单向阀3能控制加压空气的单向流通。

如图3所示，阀座2中间设置有全周向贯通的倒锥形空腔23，该倒锥形空腔23的顶部与空气入口6相连通。倒锥形空腔23的底部与每个喷孔12在空腔出口B处汇聚，从空腔出口B流过的流体（此处流体可以是加压流体和/或加压空气的任意组合）能全周向呈如图6所示的双伞射喷雾形态，从而能提升喷雾质量，防止炭黑的形成。

如图3所示，阀座2中心处设置有与阀芯1的头部11相配合的头部孔21和锥形孔22，头部孔21包括弧形线21A和密封线21B。当阀芯1轴向移动时，位于空腔出口B下方的阀座2内壁（也即密封线21B）能与头部11的锥形母线11B之间形成如图1所示的锥形密封接触面。这样，将能阻挡炭黑进入喷射阀内部。当然，头部11与阀座2形成的密封接触面也可以是现有技术中的其它结构。阀座2中心处还设置有与阀芯1的导向段14相配合的导向孔24以及与尾部肩台18相配合的尾部孔。

 如图1和图5所示，上述倒锥形空腔23的顶部、空气入口6和阀芯1的中空容腔16三者之间均能相互连通。优选，阀座2上设置有与空气入口6相连通的连通孔25，阀芯1的阀杆17上设置有与连通孔25相通的通孔15。这样，即可实现加压流体和加压空气相互切换操作，并在单向阀3的作用下实现加压流体进入锥形空腔23，或加压空气进入阀芯1的中空容腔16，从而实现加压流体和加压空气在喷射器内部进行混合，达到预制混合两相流体目的，从而进一步提升喷雾质量。

   本发明中，通过加压流体和/或加压空气的压力，来克服弹簧4的预紧力，从而驱动阀芯1向下轴向移动，当然，也可采用电磁力来克服弹簧4的预紧力。

本发明的气助可选式喷射器的工作原理如下：

1、未工作状态：由于弹簧4被设置成压缩状态，故未工作时，阀芯1在弹簧4预紧力作用下，锥形母线11B与密封线21B相接触，形成如图1所示的锥形密封面，从而实现可靠的密封效果。这时，头部孔21与锥形孔22被隔离成两个分开的区域，即位于密封线21B上方的头部混合腔A和位于密封线21B下方的流体出口C，同时空腔出口B位于密封线21B上方。在此非工作状态时，阀芯1的头部11凹在阀座2中，当阀芯1开启后，头部11将凸出于阀座2底面。此种设计，有助于本喷射器被倾斜安装于排气管上时，喷射器的头部易于形成背风区域，从而能减少炭黑积聚。当选用气助功能时，可利用加压空气比加压流体供应晚关闭的特点，来吹空本喷射器内部残余流体，进一步减小结焦的风险。

2、工作状态：当需要喷射器工作时，如图5所示，加压流体从阀芯1的中空容腔16进入到达喉部13处，经喷孔12向头部混合腔A喷出。加压空气经单向阀3进入倒锥形空腔23后，从空腔出口B全周向喷入头部混合腔A。阀芯1在受到加压流体和／或加压空气的作用下，克服弹簧4预紧力向下移动，锥形母线11B与密封线21B分开，从而喷射器打开。

在上述工作状态中，加压流体或加压空气经连通孔25可以进入倒锥形空腔23或弹簧腔27，流动方向由加压流体与加压空气之间的压差决定。加压流体和加压空气理论输入状态是被调制成恒定且相等压力，实际上二者压力存在波动。

 A、当加压流体压力大于加压空气压力时，加压流体经连通孔25与加压空气一起进入倒锥形空腔23，形成两相流，在阀芯1的头部11全周向对经喷孔12喷出的油束进行破碎，同样，经喷孔12喷出的油束对全周向两相流进行破碎（这种破碎均有利于提升喷雾质量），最后两相流经流体出口C喷出。

在上述这种模式下，本发明所述喷射器可以实现双伞射预定喷射型式，其示意如图6所示。因为倒锥形空腔23呈全周向的环状，故其出油将沿阀芯1的头部11的锥形母线11B切向冲刷喷出，后形成如图6所示的全周向伞射Ⅰ，即喷雾以阀芯轴线19为中心呈伞状，而从喷孔12喷出的油束对全周向伞射Ⅰ破碎，而形成以喷孔轴心为中心呈喷孔伞射Ⅱ。当喉部13处的喷孔12数量配置合适时，可实现喷孔伞射Ⅱ布满全周向伞射Ⅰ，从而能显著提升喷雾质量。至于喷雾最终形态还受锥形母线11B，柱线11A、弧形线21A的影响，喷射器在特定应用场合需要进行精细设计。

B、当加压流体压力小于加压空气压力时，加压空气经连通孔25进入弹簧腔27，经弹簧4与通孔15进入中空容腔16，在弹簧腔27与中空容腔16形成两相流，再经喷孔12喷出的两相流与从倒锥形空腔23喷出的全周向空气进行相互破碎。在上述这种模式下，本发明所述喷射器同样可实现如上所述双伞射预定喷射型式。

C、当加压流体压力大于空气压力达个某个阀值时，单向阀3在液压作用下向右移动封闭加压空气，仅有加压流体从倒锥形空腔23全周向喷出与喷孔12喷出的油束相互破碎。

在上述这种模式下，本发明所述喷射器实现双伞射预定喷射型式完全由流体组成，与上述两种模式均为两相流组成略有不同，但三者均可形成本发明权利要求所述的双伞射预定喷射型式。

在上述三种模式下，喷射器均能喷出破碎态流体而保证采用本喷射器系统工作。特别指出的是，在特定场所，如无加压空气源提供时，本喷射器仍可工作，亦即本发明所述的气助可选。

上述示例性实施例仅为本发明的优选实施例，通过等价变化，作出的许多修改也属于本发明的保护范围，如将实施例中加压流体理解为汽油燃油，则此喷射阀可适用于汽油喷射系统，而不偏离其实旨范围。

Claims (10)

1.一种气助可选式喷射器，包括具有中空容腔（16）的阀芯（1）和与阀芯（1）相配合的阀座（2），阀座（2）顶部设置有空气入口（6），其特征在于：所述阀芯（1）周向上设置有若干个与阀芯轴线（19）呈一定夹角的喷孔（12），所述阀座（2）中间设置有全周向贯通的倒锥形空腔（23），该倒锥形空腔（23）的顶部与空气入口（6）相连通；所述倒锥形空腔（23）的底部与每个喷孔（22）在空腔出口（B）汇聚，从该空腔出口（B）流过的流体能全周向呈双伞射喷雾形态。

2.根据权利要求1所述的气助可选式喷射器，其特征在于：所述倒锥形空腔（23）的顶部、空气入口（6）和阀芯（1）的中空容腔（16）三者之间均能相互连通。

3.根据权利要求2所述的气助可选式喷射器，其特征在于：所述阀座（2）上设置有与空气入口（6）相连通的连通孔（25），阀芯（1）上设置有与连通孔（25）相通的通孔（15）。

4.根据权利要求1所述的气助可选式喷射器，其特征在于：所述阀芯（1）具有头部（11）并能轴向移动；当阀芯（1）轴向移动时，位于空腔出口（B）下方的阀座（2）内壁能与头部（11）形成密封接触面。

5.根据权利要求4所述的气助可选式喷射器，其特征在于：所述头部（11）为锥形，所述密封接触面为线性密封接触面（11B；21B）。

6.根据权利要求5所述的气助可选式喷射器，其特征在于：所述头部（11）的锥形母线（11B）与阀芯轴线（19）之间形成第二夹角（A2），每个所述喷孔（12）与阀芯轴线（19）之间均形成第一夹角（A1），第二夹角（A2）和第一夹角（A1）相等。

7.根据权利要求1所述的气助可选式喷射器，其特征在于：所述空气入口（6）处设置有单向阀（3）。

8.根据权利要求4所述的气助可选式喷射器，其特征在于：驱动所述阀芯（1）轴向移动的机构包括套装于阀芯（1）尾部外周的预紧的弹簧（4）。

9.根据权利要求8所述的气助可选式喷射器，其特征在于：所述阀芯（1）尾部设置有尾部肩台（18），所述弹簧（4）设置于尾部肩台（18）下方，所述弹簧（4）与尾部肩台（18）之间设置有卡簧（5）。

10.根据权利要求8所述的气助可选式喷射器，其特征在于：驱动所述阀芯（1）轴向移动的机构还包括克服所述弹簧（4）预紧力的加压流体或加压空气或电磁力。