CN109681361A - 一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，包括阀体，阀体内设置有一端与外部相通的轴向通道A以及与轴向通道A相通的进油通道A，在轴向通道A内设置有针阀，阀体的一端为喷头，在喷头上环绕开设有多个与轴向通道A相通的喷孔；针阀的升程H为0.1mm到0.15mm之间，本发明能够使得喷孔及压力室内持续产生线空化，且增大了喷雾锥角，增强了喷雾与空气的混合能力，优化燃油雾化质量、燃烧和排放。

Description

一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴
技术领域
本发明属于柴油机的燃油喷射技术领域，尤其涉及一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴。
背景技术
柴油机以其优良的燃油经济性、动力性及耐力性，作为内燃机中非常有代表性的一类，被广泛应用于商业汽车、载重汽车、工程机械、农业机械、发电设备、船舶、国防装备等领域。
但随着排放法规日益严苛，现有的柴油机燃油喷射系统高氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)排放问题面临严峻的挑战。当前柴油机排放控制技术主要分为机前处理，机内净化和机后尾气处理三类。通过优化燃油雾化和燃烧特性对燃烧产物进行控制的机内净化是最为直接的方法。而燃油喷射系统喷嘴内流作为燃油喷雾初次雾化的边界条件之一，不仅会影响到燃油喷射系统中对喷油策略的执行效果，包括精确控制喷油量以及多次喷射间的相互作用，更会直接影响到喷雾特性。随着喷油压力的提升以及百微米级别喷孔的应用，喷孔内所出现的空化两相流动更为复杂。其中，柴油机喷嘴孔内空化现象主要有几何诱导空化和线空化。
现如今几何诱导空化可以通过采用渐缩孔的方式进行规避，而线空化现象暂没有合理方法进行避免。在此之前，线空化的出现一直被认为会导致柴油机喷嘴喷油不稳定，但是导致这种现象的真正原因是因为线空化的出现是时隐时现，不能被合理控制。而我们是利用控制低针阀升程的设计方法让线空化持续在柴油机喷油嘴内发生。一方面，线空化促进燃油雾化有利于优化燃烧特性及减少碳烟排放；另一方面，线空化的发生会减小有效流通面积并造成喷油器空蚀损毁。因此，利用控制定低针阀升程喷嘴，使喷嘴内稳定持续发生线空化现象，并对随后燃油喷射及喷雾产生积极的影响，以更大程度地提升柴油机能源利用率同时降低排放是非常重要的课题。
发明内容
本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，目的在于使得喷孔及压力室内持续产生旋涡空化，且增大了喷雾锥角，增强了喷雾与空气的混合能力，优化燃油雾化质量、燃烧和排放。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，包括阀体2，所述阀体2内设置有一端与外部相通的轴向通道A以及与轴向通道A相通的进油通道A，在轴向通道A内设置有针阀1，阀体2的一端为喷头，在喷头上环绕开设有多个与轴向通道A相通的喷孔5；所述针阀1的升程H为0.1mm到0.15mm。
进一步，所述阀体2的另一端设有过渡块3，所述过渡块3内设有轴向通道B和进油通道B，该轴向通道B与轴向通道A同轴设置，所述进油通道B与进油通道A对接，形成完整的进油通道；
进一步，所述针阀1靠近过渡块3的一端上沿轴向设有圆柱凸台7，所述圆柱凸台7与轴向通道B配合，所述轴向通道B比轴向通道A直径小，针阀1与轴向通道A的高度差为针阀1的升程H。
进一步，所述针阀1靠近过渡块3处沿周向设有环形凸起6，在阀体2处设有与环形凸起6配合的环形凹槽；所述环形凹槽的高度与环形凸起6的高度差为针阀1的升程H；
进一步，所述喷头上至少环绕开设有2个喷孔5；
进一步，所述升程H为0.1mm；
进一步，所述喷孔5采用渐缩孔，从喷头内向外喷孔5的直径逐渐减小；
进一步，所述轴向通道A为压力室，选用小压力室。
本发明的有益效果：
传统喷嘴针阀高，使得线空化不可避免，时隐时现，引发喷油不稳定；而这里是利用控制低针阀升程的设计方法让旋涡空化持续在柴油机喷油嘴内发生，并且喷孔选用渐缩孔可以完全避免几何诱导空化，促进雾化，喷雾稠密区降低，提高了燃油、空气混合能力，使得燃烧更加快速、充分，降低颗粒、减少排放。在相同喷射条件下，可更大程度上的提高柴油机的经济性能、排放性能、动力性能。
附图说明
图1是本发明一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴组装图；
图2是本发明一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴配合图；
图3是本发明一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴配合处的局部放大图；
图4是本发明一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴第二种升程设计图；
图5是柴油机喷油器高针阀升程时没有线空化的喷雾示意图；
图6是持续发生线空化的喷雾示意图；
图中，1、针阀，2、阀体，3、过渡块，4、进油通道，5、喷孔，6、环形凸起，7、圆柱凸台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、2所示，本发明提出了一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，包括阀体2，阀体2内设置有一端与外部相通的轴向通道A以及与轴向通道A相通的进油通道A，轴向通道A为压力室，选用min-sac型压力室，压力室选用小压力室(mini-sac)，可以提高旋涡空化的发生频率；通过标定可以实现对喷油量的精确控制；所述喷孔选用渐缩孔，可以避免几何诱导空化；喷孔的长径比也可以进行优化调节；在轴向通道A内设置有针阀1，针阀1可以在阀体2内上下活动，阀体2的底端为喷头，在喷头上环绕开设有多个与轴向通道A相通的喷孔5，在本实施例中，喷孔5选用渐缩孔，从喷头内向外喷孔5的直径逐渐减小，采用渐缩孔能够有效的避免几何诱导空化。
在阀体2的上端设有过渡块3，过渡块3内设有轴向通道B和进油通道B，该轴向通道B与轴向通道A同轴设置，且轴向通道B的直径小于轴向通道A的直径，针阀1不可以在轴向通道B内上下活动，通过过渡块3限定了针阀1上下活动的升程H；进油通道B与进油通道A对接，形成完整的进油通道。
如图3，本发明采用限定升程H的设计为在针阀1靠近过渡块3的一端上沿轴向设置1个圆柱凸台7，圆柱凸台7与轴向通道B配合，由于轴向通道B比轴向通道A直径小，仅针阀1上端设置的圆柱凸台7可以在轴向通道B内上下移动，针阀1的下部无法通过轴向通道B，从而限制了针阀1的移动位置，针阀1与轴向通道A的高度差为针阀1的升程H。
如图4，本发明采用限定升程H的另一种设计为在针阀1靠近过渡块3处沿周向设有环形凸起6，在阀体2处设有与环形凸起6配合的环形凹槽；所述环形凹槽的高度与环形凸起6的高度差为针阀1的升程H。
在本发明的工作过程中，可以通过针阀1与阀体2结构上的设计，控制针阀的升程H＝0.1mm到0.15mm，在具体工作过程中，通过电磁阀通电，油嘴的针阀1抬至最高处，喷油器持续喷射；电磁阀不通电，油嘴针阀1落座在最低处；
结合实验附图可以看出；
结合附图5，在传统的柴油机喷油器中，针阀升程较高，柴油机喷油嘴内没有旋涡空化产生，喷雾锥角非常小，这导致燃油与空气接触不充分，燃烧效果差，进而增加排放中的氮氧化物和颗粒物。
结合附图6，可以看出将针阀升程位置控制在0.1mm到0.15mm范围内，可以持续产生旋涡空化现象，这种现象可以使下游的喷雾场出现中空喷雾，大大的增加了燃油喷雾与空气的接触面积，增强燃烧效果，降低排放。虽然针阀升程降低但通过标定可以实现对喷油量的精确控制，其中12°和55°为喷雾锥角。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，其特征在于，包括阀体(2)，所述阀体(2)内设置有一端与外部相通的轴向通道A以及与轴向通道A相通的进油通道A，在轴向通道A内设置有针阀(1)，阀体(2)的一端为喷头，在喷头上环绕开设有多个与轴向通道A相通的喷孔(5)；所述针阀(1)的升程H为0.1mm到0.15mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，其特征在于，所述阀体(2)的另一端设有过渡块(3)，所述过渡块(3)内设有轴向通道B和进油通道B，该轴向通道B与轴向通道A同轴设置，所述进油通道B与进油通道A对接，形成完整的进油通道。
3.根据权利要求1所述的一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，其特征在于，所述针阀(1)靠近过渡块(3)的一端上沿轴向设有圆柱凸台(7)，所述圆柱凸台(7)与轴向通道B配合，所述轴向通道B比轴向通道A直径小，针阀(1)与轴向通道A的高度差为针阀(1)的升程H。
4.根据权利要求1所述的一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，其特征在于，所述针阀(1)靠近过渡块(3)处沿周向设有环形凸起(6)，在阀体(2)处设有与环形凸起(6)配合的环形凹槽；所述环形凹槽的高度与环形凸起(6)的高度差为针阀(1)的升程H。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，其特征在于，所述喷头上至少环绕开设有2个喷孔(5)。
6.根据权利要求1、3或4所述的一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，其特征在于，所述升程H＝0.1mm。
7.根据权利要求1或5所述的一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，其特征在于，所述喷孔(5)采用渐缩孔，从喷头内向外喷孔(5)的直径逐渐减小。
8.根据权利要求1、2或3所述的一种基于旋涡空化效应强化喷雾的喷油嘴，其特征在于，所述轴向通道A为压力室，选用小压力室。
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