CN105275698B - 一种发动机用变频喷油嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机用变频喷油嘴，包括泵体，所述泵体呈中空状以在其内部形成油液流通通道，所述泵体前端设置有喷油孔，所述喷油孔内表面呈波浪状，以使所述喷油孔内径大小沿轴线方向周期变化。本发明提供了一种变频喷油嘴，所述喷油嘴前端的喷油孔采用内径大小变化及内壁表面摩擦系数变化来提高液体的雷诺数，从而使液体内部运动剧烈，增加其分子冲撞几率，来提高燃油雾化效果。因此本发明具有结构简单，安全高效，汽油雾化效果好，燃油喷射系统所需压力小的优点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机喷油嘴技术领域，特别涉及一种喷油孔变内径与变摩擦系数的发动机用变频喷油嘴。
背景技术
随着经济发展，能源紧缺和环境污染也成为世界性难题，如何进一步提高内燃机效率、节约燃料、降低排放成为内燃机技术发展的重要方向之一；现今汽车内燃机技术多利用汽油粘性小，蒸发快的特点，将其与空气混合雾化形成可燃混合气喷入气缸，使之更易燃烧。
现今车用喷油嘴的喷油孔多采用内径不变，内表面摩擦系数统一的形式。而液体在均匀一致的固体表面流动时，对于粘滞性一定的汽油而言，流速小时容易出现层流，流速大时则发生紊流；在其他条件不变的情况下，管道直径小易发生层流，直径大易发生紊流；在层流状态下，管内液体被分为吸附层和自由层，不同位置的速度流场方向都是沿着轴向方向，速度没有径向分量。在吸附层内，从内壁到吸附层，汽油液滴沿着小孔流动时，其流速逐渐增加，呈梯度变化；在自由层，液滴流速是相同。在紊流状态下，速度才有径向分量。此过程可以用雷诺数衡量，在相同的速度，相同的孔径，相同的密度下，雷诺数的大小完全取决于流体的粘度，是惯性力与黏滞力的比值。雷诺数增大到一定程度，液滴运动会由层流转化为紊流，也可以说是湍流，雷诺数越大，内部运动越不规则，越容易产生冲撞，越有利于雾化。喷油雾化中，希望产生更剧烈紊流运动，但是增大直径容易产生紊流，但同时会导致液滴较大，降低雾化效果，所以汽车燃油喷射系统靠高压提高流速实现紊流。因此有必要提供一种简洁的喷油嘴结构来提高汽油的雾化效果，降低汽油雾化时高压耗能。
发明内容
本发明设计开发了一种发动机用变频喷油嘴，目的是解决现有技术中喷油嘴雾化效果差的缺陷，使喷油孔成变内径设置，不断改变油液流速，使油液内部发生剧烈运动，使其更易被雾化。
本发明的另一个目的是提供一种内表面摩擦系数变化的喷油嘴，使油液在内表面上形成不同厚度的附着层，从而使油液形成紊流流动，以增强油液雾化效果。
本发明提供的技术方案为：
一种发动机用变频喷油嘴，包括泵体，所述泵体呈中空状以在其内部形成油液流通通道，所述泵体前端设置有喷油孔，所述喷油孔内表面呈波浪状，以使所述喷油孔内径大小沿轴线方向周期变化。
优选的是，所述喷油孔内表面沿轴线方向交替设置有大摩擦系数区和小摩擦系数区，以使所述喷油孔内表面的摩擦系数沿轴线方向呈周期变化。
优选的是，所述大摩擦系数区设置于喷油孔内径较小的区域，所述小摩擦系数区设置于喷油孔内径较大的区域。
优选的是，所述喷油孔在泵体的前端设置有多个。
优选的是，还包括阀芯，其设置于所述泵体的中空部，所述阀芯前端能够与泵体配合，以控制喷油孔的开启和关闭。
优选的是，所述泵体中空部的前端设置成圆锥形，所述阀芯的前端也设置设置成圆锥形，所述阀芯前端的圆锥形与泵体中空部的前端的圆锥形配合，以将油液流通通道开启或关闭。
优选的是，所述喷油孔采用在不同层叠材料上打孔而成。
优选的是，所述喷油孔采用化学腐蚀法制成。
优选的是，所述喷油孔采用磁性打磨粉在高速旋转磁场下打磨而成。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种变频喷油嘴，所述喷油嘴前端的喷油孔采用内径大小变化及内壁表面摩擦系数变化来提高液体的雷诺数，从而使液体内部运动剧烈，增加其分子冲撞几率，来提高燃油雾化效果。因此本发明具有结构简单，安全高效，汽油雾化效果好，燃油喷射系统所需压力小的优点。
附图说明
图1为本发明所述的发动机用变频喷油嘴总体结构示意图。
图2为本发明所述的喷油孔放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种发动机用变频喷油嘴，包括泵体110和阀芯120。其中泵体110设置成中空状，以在其内部形成油液流通通道。流体流通通道的前端沿着流体流通的方向逐渐收缩，形成一个圆锥形。在泵体110最前端设置有喷油孔130，使油液从喷油孔130喷出。阀芯120设置在泵体110内的中空部，阀芯120前端设置成圆锥形，阀芯120前端的圆锥形能够与油液流通通道前端的圆锥形相配合形成密封锥面，从而将油液流通通道的前端密封，使喷油孔130关闭。而当阀芯120向后移动时能够打开喷油孔130，使油液经油液流通通道从喷油孔130喷出。阀芯120向后移动的距离同时也能够控制喷油孔130的开度大小。喷油孔130的孔径很小，约为0.3mm，并且所述喷油孔130在泵体110的前端设置有多个，一般为4-8个，故油液在从喷油孔130喷出时，在高压的作用下，能够将油液雾化，形成油气。
如图2所示，所述喷油孔130的内径采用变截面的形式，即喷油孔130的内径使非均匀统一的，在喷油方向上喷油孔130的内径由小到大再由大到小呈周期性变化。作为一种优选的，所述喷油孔130内表面截面轮廓线呈正弦曲线状，即喷油孔130的内径呈平滑变化。油液流经内径呈周期性变化的喷油孔130时，在内径较小处流速增大，在内径较大处流速减小，油液经过不断的收缩扩张，使其油液内部发生剧烈运动，更易被雾化。
喷油孔130内表面沿喷油方向上的形成有不同摩擦系数的区域，包括大摩擦系数区131和小摩擦系数区132，并且大摩擦系数区131和小摩擦系数区132交替设置。由于大摩擦系数区131表面摩擦系数较大，而小摩擦系数区132表面的摩擦系数较小，因此不同摩擦系数区域对油液燃油液柱的吸附能力不同，在喷油孔130内壁上形成不同厚度的附着层或吸附层，而变内径设计增加了液滴速度流场中的径向运动，因而更易形成紊流运动，从而同样条件下，可以提高雾化效果，使油液更容易雾化。
在另一实施例中，所述大摩擦系数区131设置于喷油孔130内径较小的区域，而小摩擦系数区132设置于喷油孔130内径较大的区域，即大摩擦系数小孔径区域与小摩擦系数大孔径区域沿轴向间隔周期分布。
由于所述喷油孔130的孔径和内表面摩擦系数均呈变化，因此喷油孔130需采用特殊工艺进行加工。喷油孔130可以在不同材料层叠形成的喷嘴上打孔来实现，也可以通过化学腐蚀法实现。此外还能够使用磁性打磨粉，在高速旋转磁场下，打磨实现。
油液经喷油孔130喷出后能够雾化的原理为：
当粘滞性一定的油液在均匀一致固体表面流动时，流速小时容易出现层流，流速大时则发生紊流；在其他条件不变的情况下，管道直径小易发生层流，直径大易发生紊流；而燃料的雾化效果可以用雷诺数来衡量，雷诺数越大，内部运动越不规则，越容易产生冲撞，越有利于雾化，在相同的速度，相同的孔径，相同的密度下，雷诺数的大小完全取决于流体的粘度，是惯性力与黏滞力的比值即Re＝ρvd/μ，其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。在喷油孔内表面沿着轴向形成不同摩擦系数的区域，不同区域对于燃油液柱的吸附能力不同，因此在喷油孔内壁上形成不同厚度的附着层或吸附层，吸附层厚度可以设计为规则的周期变化或不规则变化。当液滴沿着喷油孔管道流动时，由于吸附层高低起伏的变化，增加了液滴速度流场中的径向运动，因而将喷油孔130内壁设计成大摩擦系数区域小孔径与小摩擦系数区域大孔径沿轴向间隔分布，分别提高液滴流速与黏性系数，来增加雷诺数，使液滴内部分子运动更加剧烈，增加分子运动频率，从而更容易形成紊流运动，因而在同样条件下，可以提高燃油的雾化效果，使燃油更容易雾化。
简单地说，在同样孔径尺寸、液滴粘度的情况下，内表面不一致的孔径产生高低起伏的附着层，高低起伏的附着层成为除了流速之外影响雷诺数的又一关键因素，从而成为影响雾化的又一关键因素。
因此，采用本发明提供的发动机用变频喷油嘴，根据流体力学原理，利用雷诺数与伯努利方程，采用喷油孔变内径与变摩擦系数来改变喷油孔内燃油流速与内部压强，能够使油液在经喷油孔130时，使燃油分子运动更加剧烈，以此来增加分子运动频率，增加冲撞几率，从而实现了更好的雾化效果。也就是说与传统喷油嘴相比在达到相同雾化效果情况下，采用本发明提供的变频喷油嘴所需要的雾化压力更低，节省了能耗。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种发动机用变频喷油嘴，其特征在于，包括泵体，所述泵体呈中空状以在其内部形成油液流通通道，所述泵体前端设置有喷油孔，所述喷油孔内表面呈波浪状，以使所述喷油孔内径大小沿轴线方向周期变化；
阀芯，其设置于所述泵体的中空部，所述阀芯前端能够与泵体配合，以控制喷油孔的开启和关闭；
所述喷油孔内表面沿轴线方向交替设置有大摩擦系数区和小摩擦系数区，以使所述喷油孔内表面的摩擦系数轴线方向呈周期变化；
所述大摩擦系数区设置于喷油孔内径较小的区域，所述小摩擦系数区设置于喷油孔内径较大的区域。
2.根据权利要求1所述的发动机用变频喷油嘴，其特征在于，所述喷油孔在泵体的前端设置有多个。
3.根据权利要求2所述的发动机用变频喷油嘴，其特征在于，所述泵体中空部的前端设置成圆锥形，所述阀芯的前端设置成圆锥形，所述阀芯前端的圆锥形与泵体中空部的前端的圆锥形配合形成密封锥面，以将油液流通通道开启或关闭。
4.根据权利要求3所述的发动机用变频喷油嘴，其特征在于，所述喷油孔采用在不同层叠材料上打孔而成。
5.根据权利要求3所述的发动机用变频喷油嘴，其特征在于，所述喷油孔采用化学腐蚀法制造。
6.根据权利要求3所述的发动机用变频喷油嘴，其特征在于，所述喷油孔采用磁性打磨粉在高速旋转磁场下打磨而成。
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