CN104919173A - 用于将液体喷洒到操作室内的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于将液体喷雾或喷洒或喷射到操作室内的装置，其中设有至少一个多孔喷嘴(1)，该多孔喷嘴带有至少两个射束通道(2、3)用于产生至少两个在碰撞区(7)中至少部分相互碰撞的液体射束，从而主要可以产生扇形射束，该扇形射束在扇形平面中的范围大于在关于该扇形平面横向的方向上的范围，或者是在关于该扇形平面横向的方向上的范围的至少两倍，由此产生尽可能稳定或可控的扇形射束。这一点根据本发明的实现方式是，射束通道(2、3)的长度(L)与射束通道(2、3)的通道之间(D)比值(V)大于5(V＝L/D)。

Description

用于将液体喷洒到操作室内的装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于将液体喷雾或喷洒或喷射到操作室内的装置。
背景技术
现有技术早已公开了例如内燃机中的喷射装置。文献DE 939 670描述了一种喷射装置，其中在喷射嘴中产生两束或多束射束，这些射束在燃烧室内交错或碰撞。该布置的意义在于，高速出来的燃料射束在燃烧室中相互碰撞，由此实现非常细密的燃料喷雾并从而实现较小的燃料液滴。
DE 10 146 642 A1公开了一种用于向燃料室中喷射燃料的方法，其中利用两束或多束液体射束产生回转的雾。但是该回转的雾是不可控的，并在燃烧室内大体积分散，使得燃料在壁上凝聚。但这种由于不受控的涡旋而不可避免的凝聚会不利于燃烧或造成燃烧不充分。由于在废气质量方面法规不断增加，在此期间在实践中不再能接受再在内燃机中使用回转的、不可控的液雾。
对此，在本申请人的本类型的文献EP 2 390 491 A1中或在DE 4 407360 A1中公开了一种相应的装置或喷射嘴，其中产生扇形射束，该扇形射束在扇形平面上的尺寸明显大于在与该扇形平面横向的方向上的尺寸。也就是说，所产生的是一种非常扁平，但却广泛散布的扇形射束。通过该产生扁平的扇形射束，可以进行对燃烧室的空间匹配。由此要尽可能实现内燃发动机的燃烧室中的受限且受控的燃烧，这对于燃烧并因此对于废气组成而言都是有重要意义的。
此外，根据本申请人的EP 2 505 820，已经公开了一种带有多个多孔喷嘴的喷射器，其中在射束通道或液体射束之间设有偏移，以此来调整扇形平面的取向。这样还可以对带有隆起或凹陷等设计略微复杂的燃烧室进行空间匹配。
但已证实的是，由于框架条件的变动或公差最小的原因，迄今为止的多孔喷嘴在运行中所产生的扇形射束在空间上并不是完全稳定的。这一方面与扇形平面的取向有关——也就是说，扇形以至少部分不受控或混乱的方式绕其中轴线转动，另一方面与扇形射束的长度、宽度和/或深度有关——也就是说，空间延展是多变不受控的。液滴或扇形射束由此例如也可能会(暂时)接触到燃烧室的壁，这会对燃烧造成不利影响。
发明内容
相比之下，本发明的任务是提出一种用于将液体喷雾或喷洒或喷射到操作室内的装置，尤其是用于将燃料喷射到燃烧室中的装置，以此产生尽可能稳定或受控的扇形射束。
该目的基于开头所述类型的装置通过权利要求1的特征得以实现。通过从属权利要求所述的措施可以实现本发明具有优点的实施和改进方案。
与之相应，根据本发明的装置的特征在于，射束通道的长度(L)与射束通道的通道直径(D)的比值大于5(V＝L/D)。
令人惊奇的是，已经证实了通过这种类型的L/D比值可以产生扇形射束的非常高的射束稳定性。因此曾为此在试验条件各异的大量试验中对大量参数做过研究和改变。在此表明，正是所述比值对在碰撞区中产生稳定、可再现的碰撞或对产生稳定、可再现的扇形射束形状具有重要影响。
在很多使用情况下，尤其是在将燃料喷射到内燃机的燃烧室中或类似情况下，稳定且可再现的扇形射束都是意义重大的。因此例如已可以确定，在实践中，燃料的温度、或液体或燃料的几近精确调整的压力、或在操作室中的反压力等对扇形射束的稳定性和可再现性出乎意料地具有较为重大的意义。
因此已由大量实验得出，有重大意义的并不是射束通道的长度和射束通道的直径各自本身，而是射束通道的长度与直径的有利的比值。
有利的是，所述比值(V＝L/D)主要位于5至10之间，优选主要为7。正是在使用该装置来将燃料喷射到内燃机的燃烧室中或类似物中时，射束通道的长度与直径这种比值对于所形成的扇形射束的稳定性或在液体射束碰撞时具有特殊的意义。
例如，对于摩托车、客车、载重汽车等，主要约位于80至250微米之间、优选约为120μm的通道直径是有利的。此外在例如船用柴油机或类似物中，也可以想到直至约2毫米的通道直径。
在柴油机中，迄今为止在实践中利用单喷嘴在约2000bar压力下将柴油机燃料喷射到燃烧室中。而根据本发明，液体射束的液体压力小于约500bar。由此在柴油机喷射时需要与之前所述的现有技术相比明显更小的压力。这一点一方面对所需部件的结构尺寸、特别是对与密封措施或密封元件有关的花费具有有利影响。另一方面还可以由此、即由于施加的压力更小而大大地节约能量。
有利的是，至少一个射束通道或所有射束通道都具有正锥度系数(K)，其中该锥度系数K＝(Dinnen-Dauβen)*100/L，其中在液体的流动方向上看，Dinnen是射束通道的入口直径或内直径，Dauβen是射束通道的出口直径或外直径，并且其中L是射束通道的长度。替代或补充于此，射束通道的入口横截面积大于射束通道的出口横截面积，其中射束通道的入口横截面在液体的流动方向上看布置在出口横截面的前面。出口横截面以有利的方式作为喷嘴体的(外)包覆面或壳表面的一个(内径/内部净宽，lichter)区段/一部分。
利用这些措施以有利的方式这样确定射束通道的尺寸，使得该射束通道在流动方向上变窄或锥形收敛式设计。因此已令人惊奇的证实，以此产生非常好的射束稳定性。这样产生了射束，这些射束在喷嘴体下游/从喷嘴体出口出来后直至到达碰撞区或射束碰撞点之前都在很大程度上仍旧稳定，也就是说，尤其是不带有中断或没有零散的/部分单独的液滴或类似物离开/脱离。
利用之前所述的措施所产生的基本稳定的液体射束以有利的方式在规定的碰撞条件下在碰撞区中或在碰撞点上碰撞，从而产生受限且非常稳定的扇形射束。
这与迄今为止的现有技术截然不同，在现有技术中，在液体或燃料的流动方向上并不存在像在本发明中那样的变窄的射束通道，而是使用变宽的或锥形发散的射束通道。令人惊奇的是，只有通过背弃迄今为止的射束拓宽方案，才能够在有优势的多孔喷嘴操作中实现稳定化并因此实现对扇形射束的稳定性的明显改进。
优选的是，所述锥度系数主要位于1.0至3.0之间。利用锥度系数的这种有利的设计方案，可以产生特别稳定的扇形射束调节。这一点正是在使用燃料喷射到内燃机燃烧室中的情况下意义非常大。在此情况下可以例如在操作中产生扇形射束的比较稳定的长度、宽度以及深度。与之相应，可以以此实现清晰的并尤其可再现的燃烧条件。这一点尤其对所能达到的(平均)废气量和/或燃料消耗方面有有利影响。
有利的是，喷嘴体与所述至少部分相互碰撞的液体射束的碰撞区和/或碰撞点的距离基本处于0mm和射束通道的直径(D)的15倍之间，其中所述多孔喷嘴的喷嘴体至少具有所述两个射束通道。也就是说，0≤A≤15x D。在使用尤其是用于摩托车、客车、载重汽车或类似车辆的内燃机的情况下，所述距离(A)优选大约位于0至0.9毫米之间。
已经令人惊奇地得到证实，如果主要依靠喷射压力和/或在操作室或燃烧室中的反压力的话，那么扇形射束的稳定性非常小。而相反已经证实的是，之前所述的距离对于射束稳定性具有非常大的益处。为此必须利用不同的变化参数进行了大量实验，才能确定出与碰撞点或碰撞区的该有利的距离。
有利的是，所述间距主要位于射束通道的3倍直径(D)至5倍直径之间。在使用尤其是用于摩托车、客车、载重汽车或类似车辆的内燃机的情况下，所述间距(A)优选位于0.5mm至0.7mm之间。在此范围内产生非常有利的液体射束碰撞，其中液体射束主要仍设计为统一的射束，而不像现有技术那样有部分单个的尺寸或大或小的液滴从射束脱离。与之相应，所述两个液体射束的碰撞以受控的方式进行，从而实现所产生的扇形射束的高稳定性。
有利的是，所述两个液体射束之间的角度主要处于20°至80°之间。在该角度范围内已经证实的是，一方面通过两个液体射束的碰撞产生了扇形射束的特别有利的喷雾和形状，另一方面不会产生不利的反向喷射。相互碰撞的液体射束的相应的反向喷射将会在操作室中造成不利的蒸汽或导致液体与操作室——在此情况下也就是主要是指喷嘴体——的壁相接触。这一点将会是相当不利的，特别是在内燃机中与燃料相关的施用中。
优选的是，在碰撞区中，液体射束的中轴线之间存在偏移错开。已经证实，通过液体射束中轴线的偏移可以调整或按计划转动扇形平面的取向。以此可以实现所产生的喷雾与操作室或其形状的有利匹配。例如，在使用内燃机的情况下，在进气气门和/或排气气门之类的区域中能够实现凹陷。
作为射束通道的制造方法，可以提出极为不同的加工方法。一方面可以提出利用钻孔进行切削加工。例如借助于切削加工的钻孔方法实现射束通道的圆柱形形状，但也可以实现射束通道的锥形的实施形状。
另一方面，还可以提出腐蚀钻孔方法，尤其是所谓的活化腐蚀钻孔。在此可以以有利的方式对整体导电的材料进行加工，而不管其硬度和强度如何。以此还可以实现锥形设计的射束通道，尤其是带有底切的射束通道，也就是说，尤其还可以实现从外部制造的射束通道，该射束通道向外(锥形)变窄。
例如还可以相应提出电子射线钻孔，尤其是为表面侧钻孔，或者还有喷水钻孔以及在必要时带有涂层处理的离子射线钻孔。
有利的是，提出激光钻孔方法。在此我们利用至少一个有利的激光器在局部以有利的方式向工件中施加能量，从而将材料移除，尤其是将其离子化并且蒸发掉。激光钻孔使得能够实现高自动化程度和特别精确的加工尺寸以及复杂的几何形状。因此还可以实现锥形孔、底切或者还有非常复杂的横截面形状和/或纵截面。
此外可以利用微型激光烧结方法制造根据本发明的装置。在此利用烧结方法产生工件形状，其中在制造该工件时产生或留出相应的通道/孔。在这种情况下可以以任意方式实现相应复杂的几何形状、底切或类似物。初始材料通常是非常细结晶状或粉状的材料，该材料以有利的方式利用激光射束相互连接或烧结。优选“逐层/涂层式”制造喷嘴体，同时相应留出孔或凹陷或类似物，或使其不被材料附着。
此外，为了制造根据本发明的装置，尤其是主要为了对射束通道进行精加工和/或校准，以有利的方式使用所谓的液腐蚀加工或液腐蚀磨光作为材料移除的加工方法。在此在液体中加入了非常小的磨光颗粒并以直至120bar的高压将其抽送通过工件或喷嘴体。利用该方法可以有利地根据规定的横截面或直径调整孔/射束通道。在此以有利的方式主要在入口区域中对射束通道削圆，从而在操作中使液体有利地流向/流过射束通道。例如在制造喷嘴体时，以通过射束通道的最大通流量为参照，规定3％至15％的削圆。
一般而言，所述射束通道或液体射束在本发明意义上都具有中轴线或中央纵轴线，它们例如在圆柱形的射束通道设计方案中精确构成居中的对称轴。在相应锥形或截头锥形的射束通道中，所述中轴线或中央纵轴线同样是居中的对称轴。
在横截面可能不对称的射束通道中，例如在椭圆形横截面之类的射束通道中，所述中轴线或中央轴线在本发明意义上一般是各单个平行横截面的表面重心的连线，尤其是在入口面以及出口面和它们的表面重心之间的连线。这些横截面优选被设计为与喷嘴体被射束通道中断的包覆面或壳表面平行或者分别是在外部或在内部的被射束通道中断的包覆面或壳表面的(内径的/内部净宽的)部分表面。在此，喷嘴体的所述内部的和外部的壳表面/包覆面在液体的入口或出口处具有各自的射束通道内径/内部净宽横截面。
在本发明意义上，射束通道在喷嘴体中的液体入口处的内径横截面或自由横截面构成了入口横截面或以有利的方式具有所谓的入口内直径。相应地，本发明意义上，喷嘴体在出口处的内径或自由横截面，也就是在液体从喷嘴体离开或流出的喷嘴体位置上具有的出口横截面或者以有利的方式具有射束通道出口外直径。与之相应，本发明意义上，在沿液体流动方向逐渐变窄的射束通道中，出口横截面积或出口外直径小于相应射束通道的内径入口横截面积或入口内直径。
在本发明意义上，射束通道的长度L被这样限定，即所述两个内径横截表面或喷嘴体的包覆面/壳表面分别构成了射束通道的长度的起点和终点。也就是说，喷嘴体的壳表面或入口和出口横截面的各自相应的表面重心限定了本发明意义上的长度。
与之相应，射束通道的相应的直径D在本发明的意义上被限定为液体流入/流出喷嘴体/射束通道的入口或出口处的内径横截表面的直径。
在射束通道逐渐变窄的情况下，直径D在本发明的意义上是射束通道的最小的直径。也就是说，该直径优选是射束通道的外直径或出口直径。该外直径或出口直径位于喷嘴体的内径横截表面中并且/或者在本发明意义上通常是喷嘴体的外包覆面或侧面的一部分/区段。
此外，在本发明意义上，所述距离A一方面由射束通道的长度L的终点所限定。也就是说，所述距离A由喷嘴体被射束通道所穿过的包覆面或壳表面所限定，尤其是射束通道在液体流出喷嘴体的出口处的内径横截面的表面重心所限定。另一方面，所述距离A由碰撞区并且在此优选准确地由射束或射束通道的纵轴线的交叉/碰撞点所限定/限制。
在两个射束通道和/或液体射束的中轴线或纵轴线偏斜的情况下，在本发明意义上，从喷嘴体出发的所述距离A的“第二端”由所谓的“最小截线”或所谓的“公垂线”构成。在此，优选由公垂线或最小截线的中部限定本发明意义上的距离A的几何端点。所述公垂线或最小截线是将射束通道或液体射束的两条偏斜直线或纵轴线相连的最短长度的可明确确定的线段。所述公垂线或最小截线也垂直于两条直线/纵轴线。
与之相应，距离A的长度一方面由射束通道的长度L的端部准确规定，另一方面由液体射束和/或射束通道的相应的直线或纵轴线的交叉点/交点准确规定，或者在不交叉时，也就是直线/纵轴线偏斜时，由本发明意义上的公垂线或其中心准确规定。
如果存在三个或更多个射束通道或液体射束，这些射束通道或液体射束在碰撞区相互碰撞或相遇，那么一方面可以产生唯一的一个碰撞点。另一方，可以由此想到在碰撞区中存在两个或者甚至更多的碰撞点。那么在本发明意义上，在后面提到的情况下，所述距离A有利地由射束通道的长度L的端点并且由在相应的碰撞点之间或在相应的公垂线之间或在公垂线的各自中心之间的几何中心所限制/限定，这在此情况下也被定义为碰撞区中心。
一般而言，所述各距离A在本发明意义上沿相应射束通道的中轴线或中心纵轴线延伸。在喷嘴体/出口与碰撞区/交叉点/公垂线之间的沿相应射束通道的纵轴线延伸的间距或距离设计成不同角度和/或不同长度的情况下，相应的最长距离就是本发明意义上的距离A。
附图说明
下面借助附图对本发明在附图中所示实施例进行详细说明。
各图示出：
图1示出带有两个根据本发明的射束通道的喷嘴体的概略横截面，其中射束在距离A内相互碰撞，和
图2示出了根据本发明的喷嘴体的概略横截面，其中两束射束直接在喷嘴体出口处碰撞。
具体实施方式
图1中示意示出喷嘴体1的横截面，其中设有两个射束通道2和3。
喷嘴体3的空腔4或内腔4在操作中被液体注满，其中在操作中或为了喷洒液体，以压力P加载所述液体。所述压力p优选小于500bar。
图1中未进一步示出的液体从内腔4分别在入口5处通过射束通道2、3流入并在出口6处从射束通道2、3向外流出喷嘴体1。射束通道2、3分别产生液体射束，这些液体射束彼此之间的角度为α。在根据图1的实施方式中，所述两个液体射束在碰撞点7处相互碰撞并产生本发明意义上的扇形射束。
根据该示例性实施例，在此设定射束通道2、3均为锥形形式。也就是说，所述两个射束通道2、3分别具有纵轴线/中轴线8，根据变型方案，这些轴线在此居中定位为相应的射束通道2、3的对称轴8。在此，所述两个中轴线8在碰撞点7处以角度α相互碰撞。
各自的入口5具有内径横截面或内径横截表面，所述内径横截面或内径横截表面在本发明意义上被限定为喷嘴体1的(弯曲的)内部包覆面或壳表面的一部分。与之相应出口6被设计为喷嘴体1的(弯曲的)外部壳表面或喷嘴体1的包覆面的内径横截面或内径横截表面。入口5或出口6分别具有本发明意义上的射束通道2、3的直径D。直径D一方面可以是存在于射束通道2、3的入口5处的内直径Dinnen，并且/或者另一方面是存在于射束通道2、3的出口6处的外直径Dauβen。
参照本发明意义上的相应的内径横截表面，直径D可以被设计为相应的内径横截表面的最小直径D，或者设计为内径横截表面的(几何的)中间直径D。
因为在此在根据图1的实施例中涉及一种截头锥形的射束通道2、3，所以由于这两个射束通道2、3参照喷嘴体1或其内部和/或外部的侧面/壳体定向地倾斜或成角度取向的原因，存在椭圆形的入口5以及椭圆形的出口6。所述有利的直径D或Dinnen或Dauβen在本发明的意义上都是射束通道2、3的各自的较小的直径D。也就是说，在沿液体流动方向(从内向外)逐渐变窄/缩小的射束通道2、3中，所述直径是根据图1的外直径Dauβen。
因此在根据图1或图2的实施例中，利用外直径D＝Dauβen或射束通道2、3的最小的直径确定出L与D的有利的比值(V)(V＝L/D)。
如图1可见，L是位于入口5和出口6之间的射束通道2、3的长度L，也就是说，尤其是其表面重心或在各自的射束通道2、3的内直径Dinnen与外直径Dauβen的中心之间。
碰撞点7和喷嘴体1之间的距离A在本发明中是沿着射束通道2、3的两个中轴线8的(虚线所示)的角平分线的线段或长度。角度α优选位于20°至80°之间，从而所述角平分线相应地相对于在此对称布置的射束通道2、3或它们的中轴线8成10°至40°或α/2取向。
此外可以想到一种实施方案，其中所述两个射束通道2、3与附图平面/纸张平面横向或垂直地相互偏移布置，从而两个射束通道2、3的这两个纵轴线/中轴线8不在某一点上相遇/交错或相互碰撞。但液体射束却碰撞。因此在这种情况下，垂直于纸张平面或附图平面存在一个纵轴线距离，该距离在数学上被称作是相应的“偏斜直线8”的“公垂线”或“最小截线”。在这种情况下，在本发明意义上，所述距离A就是从两个中轴线8的公垂线中心至喷嘴体1或射束通道2、3的所述长度L的端部的距离。
利用相应偏斜的直线8之间的这种类型的偏移或公垂线，可以以有利的方式调整或转动所要产生的扇形或其扇形平面的朝向。
图2中示出了本发明的另一种变型方案，其中所述射束通道2、3的纵轴线/中轴线8大约在喷嘴体1的包覆面或壳表面上相遇或交错。因此距离A在此等于零。
附图标记列表
1      喷嘴体
2      射束通道
3      射束通道
4      内室
5      入口
6      出口
7      碰撞点
8      轴线
α     角度
A      距离
D      直径
Dinnen  内直径
Dauβen 外直径
K      锥度系数
L      长度

Claims (10)

1.一种用于将液体喷雾或喷洒或喷射到操作室内的装置，其中设有至少一个多孔喷嘴(1)，该多孔喷嘴带有至少两个射束通道(2、3)，以用于产生至少两个在碰撞区(7)中至少部分相互碰撞的液体射束，从而基本上可以产生扇形射束，该扇形射束在扇形平面中的范围大于与扇形平面横向的方向上的范围，或者是与该扇形平面横向的方向上的范围的至少两倍，其特征在于，射束通道(2、3)的长度(L)与射束通道(2、3)的通道直径(D)的比值(V)大于5(V＝L/D)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比值(V)位于5至10之间。
3.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述比值(V)基本上为7。
4.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述液体射束的液体的压力(p)小于500bar。
5.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，至少一个射束通道(2、3)或所有射束通道(2、3)都具有正锥度系数(K)，其中该锥度系数K＝(Dinnen-Dauβen)*100/L，其中Dinnen是射束通道(2、3)的入口直径或内直径(D)，Dauβen是射束通道(2、3)的出口直径或外直径(D)，和其中L是射束通道(2、3)的长度，并且/或者射束通道(2、3)的入口横截面积大于射束通道(2、3)的出口横截面积，其中射束通道(2、3)的入口横截面在液体的流动方向上看布置在出口横截面的前面/上游。
6.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述锥度系数(K)位于1.0至3.0之间。
7.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，喷嘴体(1)与所述至少部分相互碰撞的液体射束的碰撞区(7)和/或碰撞点(7)的距离(A)为0毫米(mm)至射束通道(2、3)的直径(D)的15倍之间，其中所述多孔喷嘴(1)的喷嘴体(1)至少具有所述两个射束通道(2、3)。
8.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述间距(A)位于射束通道(2、3)的3倍直径(D)至7倍直径(D)之间。
9.一种喷射器，所述喷射器带有用于向燃烧室内喷射燃料的装置，其特征在于，所述喷射器具有至少一个根据上述权利要求之一所述的装置。
10.一种内燃机，所述内燃机带有用于向燃烧室内喷射燃料的装置，其特征在于，设有至少一个根据上述权利要求之一所述的装置。
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