CN108431399A - 喷孔盘和阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于流动流体(11)的阀(1)、尤其用于内燃机和/或废气后处理的计量加料阀或喷射阀的喷孔盘(10)，具有盘体(20)和构造在盘体(20)中的喷孔组件(30)，喷孔组件构造有至少一个用于将供应的流体(11)作为喷雾(12)输出的喷孔(31)和相应的至少一个用于将流体(11)供应到喷孔(31)的通道(33)，喷孔(31)、通道(33)和/或通道(33)和喷孔(31)之间的过渡部构造用于喷孔盘(10)的涡旋几何结构，使得在运行中通过由喷孔(31)流出的流体(11)构成的一个或多个射束的相互作用在雾化时形成喷雾(12)的卵形的横截面图像，尤其按照扁平喷雾的类型。

Description

喷孔盘和阀

技术领域

本发明涉及一种喷孔盘和阀。本发明尤其涉及一种喷孔盘，该喷孔盘是用于流动流体的阀所用的、尤其是用于内燃机和/或用以进行废气后处理的计量加料阀或喷射阀所用的喷孔盘，以及涉及一种用于流动流体的阀、尤其是用于内燃机或用以进行废气后处理的计量加料阀或喷射阀。

背景技术

在用于流动流体的阀且尤其在用于内燃机的计量加料阀或喷射阀中，在确定的实施方式中，封闭阀室的阀座体沿流体的流动方向接在所谓的喷孔盘后面，该喷孔盘具有至少一个喷孔，该喷孔用于将流体由阀室输出到输出室中、例如到燃烧室等中。

在此，为了制备，通常在从喷孔盘的喷孔到流体的输出室中的过渡部中使用流动流体的所谓的湍流雾化。尤其在较低的压力情况下，这能够导致不均匀的射束分布和/或较大的液滴，这在许多应用中是不希望的或甚至是不利的。

发明内容

与此相对地，根据本发明的具有独立权利要求1的特征的喷孔盘具有以下优点：当所述喷孔盘使用在阀中时，可以在液滴大小减小的情况下实现液滴在雾化锥体中的较均匀的分布。根据本发明，这借助独立权利要求1的特征来实现，其方式是：提供用于流动流体的阀所用的并且尤其是用于内燃机的计量加料阀或喷射阀所用的喷孔盘，其具有盘体和构造在所述盘体中的喷孔组件，该喷孔组件构造具有至少一个用于将供应的流体作为喷雾输出的喷孔和具有相应的至少一个用于将所述流体供应到喷孔的通道，其中，所述喷孔、通道和/或所述通道和所述喷孔之间的过渡部这样地构造用于喷孔盘的涡旋几何结构，使得在运行中通过从喷孔喷出的流体的一个或多个射束的相互作用在雾化中形成喷雾的卵形的横截面图像，尤其按照扁平喷雾的类型。即，根据本发明，通过相应地对由喷孔、供应通道和/或所述通道和所述喷孔之间的过渡部的组合进行适配，这样选择喷孔盘的涡旋几何结构，使得通过由喷孔组件喷出的液体的单射束的内在相互作用或由喷孔组件流出的液体的多个射束的相互作用在雾化中形成雾化锥体或喷雾的卵形的横截面图像。尤其，由此可以在具有均匀的喷雾分布的扁平喷雾的意义上实现雾化锥体的扁平的构型。

在本发明的技术范围内，术语：雾化锥体、喷雾锥体和喷雾同义地使用。

从属权利要求示出本发明的优选的扩展方式。

在根据本发明的喷孔盘的一个有利的构型方式中，涡旋几何结构这样构造，使得可产生雾化锥体或喷雾的卵形的横截面图像，(i)其中，可在从大约3×10⁵Pa(3bar)至大约10×10⁵Pa(10bar)范围内的低压情况下产生所述卵形的横截面图像，(ii)其中，流体在喷雾中均匀分布和/或(iii)其中，喷雾的液滴尺寸减小到具有的SMD(索特平均直径)值小于80μm。以这种方式也可将根据本发明的喷孔盘和配备有该喷孔盘的阀用在以下领域，在所述领域中到目前为止仅可以实现较差的结果，例如在雾化锥体的均匀性和/或液滴尺寸的分布方面的较差的结果。

如果在各通道和对应喷孔之间的过渡部中构造涡旋室或所述过渡部至少部分地由涡旋室构成，则可以在雾化锥体或喷雾中实现特别有利的特性。

多个射束的相互作用的相互组合也提供了优点，尤其在雾化锥体的整体形状、方向和/或横截面构型方面提供了优点。因此，根据本发明的喷孔盘的一个优选的实施方式设置，构造有具有相应通道的多个、尤其偶数个喷孔。

在此尤其有利的是，可借助喷孔相对彼此和/或通道相对彼此的、尤其关于喷孔盘的横向中心而言的角距离的适配通过喷孔对在运行中构造射束对并且可通过各个射束的连接产生喷雾的卵形的横截面图像，尤其在从大约30°至大约70°的范围内。

此外，根据本发明的喷孔盘的另一有利的扩展方式，如果构造有多个喷孔——所述喷孔尤其布置在一个圆形线上或成组分布地布置在多个圆形线上，所述圆形线尤其与喷孔盘的中心同心，则尤其得到雾化锥体的对称构型。

为了尤其实现卵形的并且拉长但是除此之外对称的形状，喷孔可以成组地布置在多个圆形线上。

在根据本发明的喷孔盘的构型中，在供应流动流体的通道方面根据应用而定也可用不同的几何结构。

在根据本发明的喷孔盘的一个扩展方式中，所设置的通道可以相对彼此平行地构造和/或具有相同的长度，所设置的通道可以彼此直接相邻地关于喷孔盘的中心在彼此间交替围成较小的第一角度或较大的第二角度和/或彼此直接相邻地交替具有较短的第一长度或较长的第二长度。

所述特性必要时可以相互结合，以便可以满足在确定的应用中的要求。

雾化锥体的特性也可以通过影响射束涡旋进一步扩展。因此，在根据本发明的喷孔盘的另一实施方式中可以设置，直接相邻的喷孔的涡旋室具有彼此相反的涡旋方向。

各喷孔在横截面中——即尤其垂直于流体的流动方向——的形状的适配提供了影响雾化锥体的构型和该雾化锥体的另外的特性、例如在雾化锥体内的液滴大小分布的可能性。因此，在根据本发明的喷孔盘的一个扩展方式中可以设置，各喷孔具有圆形或非圆形、尤其卵形的或椭圆形的横截面。

根据本发明的喷孔盘的另外的几何上的和/或结构上的特性也提供对形成的一个或多个雾化锥体在其特性方面针对对应应用进行构型的适配可能性。

因此，按照根据本发明的喷孔盘的不同的构型方式可以设置，在运行中进一步形成雾化锥体或喷雾、尤其扁平喷雾或扁平地构造的雾化锥体的卵形的横截面图像，其方式是：通过适配(i)喷孔的数量和/或布置、(II)喷孔的倾斜角度和/或形状、(iii)通道的数量和/或布置、(ⅳ)喷孔和/或通道的相对彼此的相对布置和/或(v)涡旋强度，尤其与所设置的涡旋室及其布置、形状和相对于对应通道和/或喷孔的定向相关联地适配，可在运行中形成喷雾、尤其扁平喷雾的卵形的横截面图像。

此外，本发明涉及一种用于流动流体的阀、尤其用于内燃机的计量加料阀或喷射阀。根据本发明，所述阀构造有起封闭阀室作用的阀座体和位于阀座体下游的喷孔盘，该阀座体具有阀开口。该喷孔盘具有根据本发明所说明的构型，使得在使用根据本发明的阀的情况下形成具有较均匀的分布和可能减小的平均液滴尺寸的雾化锥体或喷雾、尤其按照扁平构造的雾化锥体的类型或按照扁平喷雾的类型。

附图说明

参照附图详细地阐述本发明的实施方式。附图示出了：

图1根据本发明的阀的一部分的示意性的且剖开的侧视图；

图2,3-1,3-2根据本发明的喷孔盘的实施方式的示意性和剖开的侧视图以及俯视图；

图4至6根据本发明的喷孔盘的具有四孔四通道几何结构的实施方式；

图7和8结合两个碰撞的射束在示意性的且剖开的俯视图中示出根据本发明的喷孔盘的具有两孔两通道几何结构的实施方式；

图9和10在示意性的且剖开的俯视图中示出根据本发明的喷孔盘的具有一孔两通道几何结构的实施方式；

图11至20根据本发明的喷孔盘的具有四孔四通道几何结构的不同的实施方式和喷孔、雾化锥体及其横截面的相应构型。

在后面参照图1至20详细地说明本发明的实施例。相同和等效的以及相同或等效的元件和零部件用相同的附图标记标明。并非在它们每次出现的情况中重复所标明的元件和零部件的详细说明。

所示的特征和其他特性在不离开本发明的核心的情况下能够以任意的形式彼此独立和任意地相互组合。

具体实施方式

图1在示意性和剖开的侧视图中示出根据本发明的阀1在使用根据本发明的喷孔盘10的情况下的实施方式的局部。

阀1包括阀座载体2，在该阀座载体的下方区域中构造有阀座7并且该阀座通过第一固定器件9-1固定在阀座载体2上。阀元件8在其下端部上具有在这里球形构造的关闭头5，该关闭头可以受控制地坐置在阀座7上，以便受控制地封闭或开启阀开口6。阀座7由阀座体4的锥形面构成并且在其下端部处具有阀开口6。在阀座体4的端侧上并且与阀开口6背离地，在阀座体4的外侧上通过第二固定器件9-2安装有根据本发明的喷孔盘10，该喷孔盘具有盘体20和喷孔组件30。

喷孔盘10具有不同的槽口，通过所述槽口一方面构成喷孔组件的一个或多个喷孔31。另一方面将流动流体11从阀室3经由阀开口6借助通到喷孔31的通道33引导到喷孔31并且必要时将流动流体11经由构造在通道33和相应的喷孔31之间的过渡部中的涡旋室32引导到喷孔31。

流动流体11经由相应的喷孔31以一个或多个雾化锥体12的形式离开阀1，所述雾化锥体同样也称为喷雾或喷雾锥体。

图2和图3-1在示意性和剖开的侧视图以及在示意性和剖开的俯视图中示出根据本发明的喷孔盘10的具有两个喷孔31的实施方式。喷孔31在盘体20中构造为竖直的喷孔31。在应用中，所述喷孔经由相应的通道33并且在通道33和喷孔31之间的具有涡旋室32的过渡部中与喷孔盘10的背离喷孔31的一侧流体力学地接触并且在那里与根据图1的阀开口6流体力学地接触。

在图3-1的实施方式中构造有两个喷孔31。喷孔31的数量和几何结构可以改变，以便在喷雾锥体12的几何结构及其均匀性以及液滴大小分布方面适配根据本发明引起的优点。

在图3-1的实施方式中，两个供应流动流体11的通道33直线形地并且相对于喷孔几何结构偏心地施加。通道33的形状和偏心同样可以改变。

相同的内容适用于涡旋室32及其尺寸、定向和形状。

在图2和图3-1中，喷孔盘基本上具有圆盘的形状，该圆盘具有横向中心15和中心轴线16。

图3-2示出与图3-1的视图类似的、根据本发明的喷孔盘10的实施方式的示意性且部分剖开的俯视图，然而具有四孔四通道配置。即，所述喷孔盘10构造成：(i)具有带有四个喷孔31的喷孔组件30，所述四个喷孔位于与喷孔盘10的横向中心15同心的圆形线38上；(ii)具有四个供应通道33，所述通道成对地绕着横向中心15围成角度36；和(iii)具有在通道33和喷孔31之间的各个涡旋室32。在运行中，通过通道33、涡旋室32和喷孔31的构型、几何结构和相对布置来为流动流体11和在喷孔的出口处形成的雾化锥体12生成相应的动量40。

图4至6在示意性的且部分剖开的俯视图中示出类似于图3-2的形式的、根据本发明的喷孔盘10的具有四孔四通道配置的其他构型。

在图4的实施方式中存在具有四个相同长度的彼此平行的通道33的四孔四通道几何结构，流动流体11通过所述通道供应给四个喷孔31及在所述通道和喷孔之间的涡旋室32。通道间距34和通道长度35也可以为了一个或多个雾化锥体12的构型而改变，通道33、涡旋室32和喷孔31自身的几何结构和布置也是如此。

图5同样示出一种四孔四通道几何结构，其中，所述四个通道33成对地围成确定的第一通道角度36。该第一通道角度及喷孔盘10的横向中心15的中心距离37都可以改变，以便适配一个或多个雾化锥体12的特性。

在根据图6的实施方式中构造有一种四孔四通道几何结构，其中，喷孔对的第一喷孔31布置在具有较大圆直径的第一圆38上并且喷孔对的第二喷孔31布置在具有较小直径的第二圆39上。喷孔31对以及其通道33又在自身之间构成角度36。布置圆38和39相对于喷孔盘10的横向中心15同心。

除角度36外，在这里可以相应地适配圆38和39的直径，以便实现一个或多个雾化锥体12的确定的特性。

图7和8示出根据本发明的喷孔盘10的具有两孔两通道配置或几何结构的两个实施方式。

图9和图10示出根据本发明的喷孔盘10的具有卵形喷孔31的一孔两通道几何结构的实施方式。

在图10的实施方式中，在通道33和真正的喷孔31之间的过渡部中构造有附加的涡旋室32。

图11至20示出根据本发明的具有四孔四通道几何结构和涡旋室32的喷孔盘10。在这些实施方式中，每两个通道33彼此平行地定向。涡旋室32的旋转方向对于喷孔31对是相反的，使得由此在流动流体11从喷孔31喷出之后，气氛空气被吸入到射束中心中并且单射束12-1，12-2形成共同的且卵形的雾化锥体12。在此，动量方向已通过通道33的布置来确定。

图12至14,17和20示出组合的喷雾锥体12的相应的构型。

根据下面的陈述进一步阐述本发明的所述的和其他的特征和特性：

本发明的目的在于改进传统的雾化方案。

传统的制备方案、例如借助湍流雾化的制备方案在从3巴至10巴的低压情况下导致不均匀的射束分布和/或较大的液滴尺寸、例如具有约为80μm至150μm的SMD值。

根据本发明的方案会导致在喷雾锥体12内的更均匀的分布并且导致在喷雾中的液滴尺寸的明显减小。

根据本发明的方案基于要实现具有最小液滴尺寸的均匀的喷雾分布。在此，基本思想是，这样布置和适配在喷孔盘10中的涡旋几何结构，使得通过射束在从喷孔31流出之后的相互作用使喷射图像、尤其在横截面中椭圆地成形。

作为应用领域合适的是AdBlue计量加料(DNOX)、水喷射和汽油喷射，其中，卵形的喷雾12避免了壁润湿。由此，例如能够在靠近发动机安装的情况下在DNOX系统中实现提高的转化率或在水和汽油喷射的情况下实现改善的动力性。

出发点例如在于，通过通道几何结构的不同的布置、例如随着通道33围成的角度36的变化而变化来构成射束对，所述射束对在整个喷雾12中在横截面上导致卵形的形状、尤其通过连接各个射束来导致卵形的形状。结合不同的孔倾斜角度，可以利用流体11的流动的动量来将喷雾12的射束指向到相应的位置中。

为了实现所期望的喷雾形状，可以改变涡旋强度和孔倾斜角度。

可以改变孔数量和通道布置，用于实现扁平喷雾。

根据本发明产生以下优点：

(i)均匀并且精细雾化的喷雾，

(ii)例如与湍流雾化相比，即使在低压下也可形成良好的雾化，

(iii)将喷雾12用于卵形的废气管，

(iv)减少在废气管或进气管中的壁润湿，

(v)喷孔盘10的低成本设计，该喷孔盘可以通过冲制或激光钻孔来制造。

在喷孔盘的、确定的、根据本发明的、具有四孔几何结构的示例中，每两个通道33可以彼此平行地布置。在此，在涡旋室32中的旋转方向可以针对这两个对反向地构造。由此将气氛中的空气吸入到喷雾12的中心。通过连接单射束形成卵形的喷雾12。动量方向可以通过通道33的布置来确定。

喷雾12的形状可以通过改变通道33对的布置、通过改变涡旋强度和/或孔倾斜角度来影响。

根据本发明，下面的几何上的和结构上的方面可以为了在具有均匀的喷雾分布的扁平喷雾的意义上实现雾化锥体的扁平构型而单独使用或以任意组合使用：

(I)如果a)关于喷孔31计算喷孔直径d0和喷孔面积A0，b)关于涡旋室32计算涡旋室直径Ds和(c)关于通道33计算通道宽度kn、通道深度kt、通道面积Ap以及计算根据图16的带有附图标记50的通道偏心距kd，那么对于本发明，能够单独或以任意组合应用下面的相关性和尺寸设计：

在图16中用附图标记50标明的通道偏心距kd可以沿箭头51的方向假设为正值并且沿箭头52的方向假设为负值。正值提供由喷孔31喷出的射束的涡旋的增强，负值为该涡旋的减弱。

(II)在根据图3-2和5的配置中，角度36可以处于从大约70°至大约120°的范围内，以便构造一涡旋几何结构，在其中形成以下孔对，在所述孔对中，涡旋方向或旋转方向彼此相反。

(III)与图7和8的实施方式相关联地还应当注意以下内容：

喷孔31各自的位置可以位于不同大小的分布圆直径上。由此，可以结合喷孔31的倾斜来调整雾化或喷雾锥体12的形状。

为了改善均匀性，可以将涡旋制备与射束碰撞结合起来处理。在此所使用的喷孔31在一分布圆直径上彼此对置。喷孔31的形状既可以是柱形的也可以是锥形的，即沿流动方向变细。喷孔可以向内倾斜。在主射束碰撞之后，雾化或喷雾锥体12与射束平面正交地破裂。雾化或喷雾锥体12的造型可以借助喷孔的倾斜来调整。

(IV)在根据图12至14、图17和20的根据本发明的配置中，雾化或喷雾锥体12所基于的喷孔31以及喷孔盘10和喷孔组件30的几何结构可以这样构造，使得雾化或喷射锥体12具有均匀的质量分布，其中，雾化或喷雾锥体形状可以扁平直至卵形地成形。

Claims (10)

1.一种用于流动流体(11)的阀(1)所用的、尤其是用于内燃机和/或用以废气后处理的计量加料阀或喷射阀所用的喷孔盘(10)

-具有盘体(20)和构造在所述盘体(20)中的喷孔组件(30)，所述喷孔组件构造具有至少一个喷孔(31)和相应的至少一个通道(33)，所述喷孔用于将所供应的流体(11)作为喷雾(12)输出，所述通道用于将所述流体(11)供应到所述喷孔(31)，

-其中，所述喷孔(31)、所述通道(33)和/或通道(33)和喷孔(31)之间的过渡部构造成所述喷孔盘(10)的涡旋几何结构，使得在运行中通过由从所述喷孔(31)喷出的流体(11)构成的一个或多个射束的相互作用在雾化中形成所述喷雾(12)的卵形的横截面图像，尤其按照扁平喷雾的类型。

2.按照权利要求2所述的喷孔盘(10)，

在所述喷孔盘中，所述涡旋几何结构构造成，使得能够产生所述喷雾(12)的卵形的横截面图像，

(i)其中，能够在从大约3×10⁵Pa(3bar)至大约10×10⁵Pa(10bar)的范围内的低压情况下实现产生所述卵形的横截面图像，

(ii)其中，所述流体(11)在所述喷雾(12)中均匀分布，和/或

(iii)其中，所述喷雾(12)的液滴尺寸减小到具有的索特平均直径的值小于80μm。

3.按照权利要求1或2所述的喷孔盘(10)，

在所述喷孔盘中，位于各通道(33)和对应的各喷孔(31)之间的过渡部至少部分地由涡旋室(32)构成。

4.按照前述权利要求中任一项所述的喷孔盘(10)，

在所述喷孔盘中，

-构造有具有对应的通道(33)的多个、尤其偶数个喷孔(31)，

-能够借助对所述喷孔(31)相对彼此和/或所述通道(33)相对彼此的尤其是关于所述喷孔盘(10)的横向中心(15)而言的角距离(36)的适配通过成对的喷孔(31)在运行中构造射束对并且能够通过各个射束的连接产生所述喷雾(12)的卵形的横截面图像，尤其是在从大约40°至大约60°的范围内。

5.按照前述权利要求中任一项所述的喷孔盘(10)，

在所述喷孔盘中构造有多个喷孔(31)，所述喷孔尤其布置在一个圆形线(38,39)上或成组分布地布置在多个圆形线(38,39)上，所述圆形线尤其与所述喷孔盘(10)的中心(15)同心。

6.按照前述权利要求中任一项所述的喷孔盘(10)，

在所述喷孔盘中，所设置的通道(33)

-相对彼此平行地构造和/或具有相同的长度，

-彼此直接相邻地关于所述喷孔盘(10)的中心(15)在彼此间交替围成较小的第一角度或较大的第二角度，和/或

-彼此直接相邻地交替具有较短的第一长度或较长的第二长度。

7.按照前述权利要求中任一项所述的喷孔盘(10)，

在所述喷孔盘中，直接相邻的喷孔(31)的必要时设置的涡旋室(32)具有彼此相反的涡旋方向。

8.按照前述权利要求中任一项所述的喷孔盘(10)，

在所述喷孔盘中，各喷孔(31)具有圆形或非圆形的横截面并且尤其具有卵形的或椭圆形的横截面。

9.按照前述权利要求中任一项所述的喷孔盘(10)，

在所述喷孔盘中，通过适配

(i)所述喷孔(31)的数量和/或布置，

(ii)所述喷孔(31)的倾斜角度和/或形状，

(iii)所述通道(33)的数量和/或布置，

(iv)喷孔(31)和/或通道(33)相对彼此的相对布置和/或

(v)涡旋强度，尤其也与所设置的涡旋室(32)及其布置、形状和相对于对应的通道(33)和/或喷孔(31)的定向相关联地进行适配，

在运行中能够形成所述喷雾(12)、尤其所述扁平喷雾的卵形的横截面图像。

10.一种用于流动流体(11)的阀(1)，尤其是用于内燃机和/或用以废气后处理的计量加料阀或喷射阀，

具有：

-起封闭阀室(3)作用的阀座体(4)，该阀座体具有阀开口(6)，和

-位于所述阀座体(4)下游的喷孔盘(10)，

其中，所述喷孔盘(10)按照权利要求1到9中任一项构造。