CN110195672B - 利用超音速气流增强雾化的喷油器 - Google Patents

Abstract

提供了一种利用超音速气流增强雾化的喷油器，其包括激波产生装置、气路、油路以及与油路连通的喷油孔和与气路连通的喷气孔，燃油在油路内流动并从喷油孔喷出，空气在气路内流动并从喷气孔喷出，从喷气孔喷出的空气形成超音速气流，超音速气流撞击激波产生装置从而形成激波面，从喷油孔喷出的燃油穿过激波面而被雾化。喷出的油滴通过激波后破碎而充分雾化，从而产生高雾化质量的燃油，使燃油充分燃烧并降低油耗，减少积碳和污染物的排放。该喷油器降低了对燃油压力的要求，例如使用较小功率的油泵也可以获得良好的雾化效果，从而能够降低发动机的重量，减小发动机的尺寸。该喷油器能够在不同油压的情况下获得基本相近的良好的雾化效果。

Description

利用超音速气流增强雾化的喷油器

技术领域

本发明涉及发动机的附属部件技术领域，且特别涉及一种利用超音速气流增强雾化的喷油器。

背景技术

喷油器在内燃机中是一个非常关键的部件，设计不合理将导致：发动机在工作时燃油与气缸内的空气不能充分混合，燃油雾化效果差；在燃烧过程中存在富油区和贫油区，易产生积碳以及过量的污染物排放；燃烧不充分，降低燃油的燃烧效率，增加燃油消耗。

目前的柴油机的喷油器一般采用单一的压力雾化形式，这种柴油机需要大功率的油泵提供高压燃油。使用情况表明，这种喷油器对燃油的雾化效果仍然不理想，尤其在不同燃油压力的情况下，雾化效果差距较大，同时，对污染物排放的控制难以达到理想的水平。

发明内容

鉴于上述现有技术的状态而做出本发明。本发明的目的在于提供一种利用超音速气流增强雾化的喷油器，该喷油器能够对燃油进行充分的雾化，并在不同油压下获得相近的良好雾化效果。

提供一种利用超音速气流增强雾化的喷油器，包括激波产生装置、气路、油路以及与所述油路连通的喷油孔和与所述气路连通的喷气孔，

燃油在所述油路内流动并从所述喷油孔喷出，空气在所述气路内流动并从所述喷气孔喷出，从所述喷气孔喷出的空气形成超音速气流，所述超音速气流撞击所述激波产生装置从而形成激波面，从所述喷油孔喷出的所述燃油穿过所述激波面而被雾化。

在至少一个实施方式中，所述喷油器还包括外壳和针阀，所述针阀整体安装在所述外壳的内部，所述针阀相对于所述外壳在相反的两个方向上往复移动以交替地导通与阻断所述气路和所述油路，所述针阀同步地导通所述气路和所述油路。

在至少一个实施方式中，所述气路在所述针阀的内部形成，所述针阀具有与所述气路连通的针阀气路口，所述外壳具有与外部气源连通的外壳气路口，当所述针阀在所述相反的两个方向上往复移动时，所述针阀气路口和所述外壳气路口交替地对准或者错开。

在至少一个实施方式中，所述气路在所述外壳的内部形成，所述针阀具有针阀主体和气阀，所述针阀主体位于所述外壳形成的安装空间内，所述气阀从所述针阀主体伸出至所述气路，当所述针阀移动时，所述气阀阻断或者导通所述气路。

在至少一个实施方式中，在所述针阀与所述外壳之间具有与所述油路连通的油腔，所述气路与所述油腔之间具有通孔，所述气阀包括气阀头和气阀主体，所述气阀主体从所述针阀主体伸出并穿过所述通孔，所述气阀头连接于所述气阀主体并盖住所述通孔，当所述针阀移动时，所述气阀主体在所述通孔内移动，所述气阀头导通或者阻断所述气路。

在至少一个实施方式中，所述激波产生装置包括气流导向斜面，当所述超音速气流撞击所述气流导向斜面时，形成所述激波面。

在至少一个实施方式中，所述气流导向斜面与所述空气的喷出方向相交。

在至少一个实施方式中，所述激波产生装置包括圆锥体形的气流导向体，所述气流导向体的轴线与至少一个所述喷气孔的轴线共线，所述气流导向体的圆锥面形成所述气流导向斜面。

在至少一个实施方式中，所述激波产生装置包括环形的气流导向体，所述喷油器包括多个所述喷气孔，多个所述喷气孔绕所述气流导向体的轴线沿圆周均匀分布，所述气流导向体的径向内侧面形成所述气流导向斜面，多个所述喷气孔的轴线穿过所述气流导向斜面。

在至少一个实施方式中，所述气流导向斜面在沿所述喷油器的长度方向向外延伸的过程中所具有的倾斜趋势与所述燃油在喷出过程中所具有的倾斜趋势相反。

在至少一个实施方式中，所述喷油器具有拉瓦尔管路，所述拉瓦尔管路与所述气路连通并与所述喷气孔对接。

本公开提供的利用超音速气流增强雾化的喷油器至少具有以下优点：

第一，该喷油器设置气路、油路和激波产生装置，在喷油的同时还产生激波，喷出的油滴通过激波后破碎而充分雾化，从而产生高雾化质量的燃油，使燃油充分燃烧并降低油耗，减少积碳和污染物的排放。

第二，该喷油器降低了对燃油压力的要求，例如使用较小功率的油泵也可以获得良好的雾化效果，从而能够降低发动机的重量，减小发动机的尺寸。

第三，由激波面增强的雾化效果远优于通过燃油油压(如现有技术那样)获得的雾化效果，因而该喷油器能够在不同油压的情况下获得基本相近的良好的雾化效果。

第四，该喷油器在外形上与传统喷油器相似，具有很强的通用性，可广泛应用于现有活塞式发动机。

附图说明

图1为本公开提供的利用超音速气流增强雾化的喷油器(以下简称喷油器)的第一实施方式的立体图。

图2为图1中的喷油器的喷油端的放大图。

图3为图1中的喷油器的针阀的立体图。

图4为图1中的喷油器的纵剖图。

图5为图4中的喷油端的放大图。

图6为本公开提供的喷油器的第二实施方式的立体图。

图7为图6中的喷油器的喷油端的放大图。

图8为图6中的喷油器的针阀的立体图。

图9为图6中的喷油器的纵剖图。

图10为图9中的喷油端的放大图。

附图标记说明：

1气路；

2油路；

3外壳、3a外壳气路口、3b外壳油路口、3c通孔、31喷油孔、33喷气孔；

4激波产生装置、41气流导向体、41a气流导向斜面；

5针阀、5a针阀气路口、50针阀主体、51气阀、510气阀主体、511气阀头、53喷气孔；

6连接块、61泄油孔；

7拉瓦尔管路

8油腔。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

本公开提供了一种利用超音速气流增强雾化的喷油器，该喷油器包括外壳3和针阀5，针阀5安装在外壳3的内部并能够在相反的两个方向上往复移动从而间歇性地喷油。下面详细介绍该喷油器的结构。

如图1至图5所示，在本公开提供的喷油器的第一实施方式中，喷油器具有外壳3、针阀5和连接块6。外壳3可以呈大致圆柱体形并形成大致筒形的安装空间，外壳3具有喷油端和泄油端，外壳3的喷油端具有喷油孔31。连接块6安装于外壳3的泄油端，连接块6具有泄油孔61。连接块6可以与例如位于外壳3外部的电磁阀连接，电磁阀能够在喷油器的外部打开或者关闭泄油孔61，从而使喷油器喷油端的压力和泄油端的压力变化而交替的喷油(如现有技术那样)。

针阀5可以呈变截面的圆柱体形，并能够安装于安装空间。针阀5的泄油端交替地打开或者关闭泄油孔61，从而连通或者阻断泄油孔61与油腔8(下文详述)，针阀5的喷油端交替地打开或者关闭喷油孔31，从而连通或者阻断油路2与喷油孔31。外壳3的轴线可以与针阀5的轴线共线。

如图4所示，外壳3在喷油端还可以具有喷气孔53。在喷油器的内部具有与喷油孔31连通的油路2，油路2在外壳3的内部形成并从外壳3的泄油端延伸至喷油端。可以在外壳3的侧方开孔从而形成外壳油路口3b，外壳油路口3b连接外部油源(比如油泵)与油路2，从而外部的燃油可以通过外壳油路口3b进入油路2并从喷油孔31喷出。

燃油在从喷油器喷出的过程中，具有逐渐外倾的趋势，即逐渐远离外壳3和针阀5的轴线(如现有技术那样)。

在喷油器的内部还具有与喷气孔53连通的气路1，气路1可以在针阀5的内部形成并从泄油端延伸至喷油端。可以在外壳3的侧方和针阀5的侧方开孔从而形成外壳气路口3a和针阀气路口5a，外壳气路口3a与外部气源(比如气泵)连通，针阀气路口5a与气路1连通，从而空气可以通过外壳气路口3a、针阀气路口5a进入并从喷气孔53喷出。

针阀5与外壳3之间形成油腔8，油腔8内充满燃油，泄油孔61和喷油孔31与该油腔8连通。

以连接块6与电磁阀连接为例，当电磁阀受电控而打开泄油孔61时，喷油端油压大于泄油端油压，针阀5朝泄油端移动(上浮)，针阀5堵住泄油孔61并打开喷油孔31，外部油源、油路2和喷油孔31导通，同时，针阀气路口5a和外壳气路口3a对准，外部气源、气路1和喷气孔53导通，燃油(从喷油孔31)和空气(从喷气孔53)同步地喷出。

当电磁阀受控而关闭泄油孔61时，喷油端油压小于泄油端油压，针阀5朝喷油端移动(下浮)，针阀5堵住喷油孔31并打开泄油孔61，油路2和喷油孔31之间的连通被阻断，同时，针阀气路口5a和外壳气路口3a错开，气路1和外部气源之间的连通被阻断，燃油和空气同步地停止喷出。

针阀5在相反的两个方向上移动时即起到导通和阻断空气流路和燃油流路的作用，其自身即形成为空气流路和燃油流路的开关，一方面简化了喷油器的结构，另一方面保证了空气流路和燃油流路的通断的同步性。

如图4和图5所示，喷油器可以包括拉瓦尔管路7，气路1的靠近喷气孔53的一端可以形成为上述拉瓦尔管路7，拉瓦尔管路7与喷气孔53对接。在空气从喷气孔53喷出之前预先经过该拉瓦尔管路7，经过拉瓦尔管路7的气流具有超音速从而形成超音速气流。

拉瓦尔管路7形成于针阀5从而与气路1形成为一体，一方面简化了喷油器的结构，另一方面获得了超音速的气流。

喷气孔53和拉瓦尔管路7可以形成均为一个并具有与外壳3的轴线共线的轴线，并且，气路1沿针阀5和外壳3的轴线延伸，从而超音速气流沿外壳3和针阀5的轴线喷出。

喷油孔31可以形成为多个，多个喷油孔31可以以喷气孔53为中心并在喷气孔53的径向外侧沿圆周均匀分布，并且喷油孔31的轴线可以与喷气孔53的轴线具有预定的夹角，从而燃油向外壳3和针阀5的轴线的侧方喷出。

外壳3的喷油端可以具有大致圆锥形的外轮廓，从而多个喷油孔31形成于外壳3的喷油端的圆锥面。

如图1、图2和图4、图5所示，喷油器还包括激波产生装置4，激波产生装置4设置于喷油端，例如可以与外壳3一体形成，激波产生装置4位于喷油孔31的轴向外侧(即，前侧)。

激波产生装置4可以具有气流导向体41，气流导向体41具有气流导向斜面41a。从喷气孔53喷出的超音速气流能够撞击到气流导向斜面41a从而形成激波面，将气流导向斜面41a和喷油孔31设计成能够使喷出的燃油穿过激波面，从而燃油在激波面的作用下被增强雾化。

气流导向体41可以形成为圆锥体，气流导向体41的轴线与喷气孔53的轴线共线，气流导向体41的圆锥面形成为上述气流导向斜面41a，气流导向斜面41a位于喷气孔53的轴向外侧，从而接收超音速气流。

气流导向斜面41a以喷气孔53为中心整周地形成，这能够产生较大面积的激波面从而获得更好的雾化效果。

具体地，该气流导向斜面41a可以在沿轴向向外(向前)延伸的过程中逐渐外倾(逐渐远离外壳3的轴线)。也就是说，气流导向斜面41a的倾斜趋势与燃油在喷出的过程中所具有的倾斜趋势相同。

该喷油器具有以下优点：

第一，该喷油器设置气路1、油路2和激波产生装置4，在喷油的同时还产生激波，喷出的油滴通过激波后破碎而充分雾化，从而产生高雾化质量的燃油，使燃油充分燃烧并降低油耗，减少积碳和污染物的排放。

第二，该喷油器降低了对燃油压力的要求，例如使用较小功率的油泵也可以获得良好的雾化效果，从而能够降低发动机的重量，减小发动机的尺寸。

第三，由激波面增强的雾化效果远优于通过燃油油压(如现有技术那样)获得的雾化效果，空气流量不受燃油流率的影响，因而该喷油器能够在不同油压的情况下获得基本相近的良好的雾化效果。

第四，该喷油器在外形上与传统喷油器相似，具有很强的通用性，可广泛应用于现有活塞式发动机。

如图6至图10所示，在本公开提供的喷油器的第二实施方式中，喷油器与上述第一实施方式中的喷油器的构造类似，不同之处包括：

如图8和图9所示，气路1在外壳3的内部形成，外壳3具有连通安装空间和气路1的通孔3c。针阀5具有针阀主体50和气阀51，气阀51具有气阀主体510和气阀头511，气阀主体510从针阀主体50伸出并穿过通孔3c，气阀头511连接于气阀主体510并盖住通孔3c从而阻断气路1和油腔8之间的连通。

气阀头511可以由两端截断出斜面的棒状体形成，内壳3与气阀头511相对的部分形成为凹陷部，从而气阀头511与该凹陷部之间形成一部分的气路1。

当针阀5在相反的两个方向上移动时，气阀主体510同步地在通孔3c内移动，气阀头511始终盖住通孔3c。

当针阀5堵住泄油孔61时，气阀主体510在通孔3c内位于第一极限位置，气阀头51与凹陷部之间的气路1与气路1的其他部分连通。当针阀5打开泄油孔61时，气阀主体510在通孔3c内位于第二极限位置，气阀头的一个斜面与凹陷部的侧壁接触或者与凹陷部之外的外壳3接触，从而气阀头51与凹陷部之间的气路1与气路1的其他部分断开。

第一极限位置位于第二极限位置的后侧。

可见，气阀头511移动以导通空气流路或者阻断空气流路。通过气阀51起到开关空气流路的作用，从而气路1与油腔8之间的密封性更好。

如图9和图10所示，喷气孔33和拉瓦尔管路7可以均形成为多个，多个喷气孔33和多个拉瓦尔管路7可以以针阀5的轴线为中心沿圆周均匀分布。从而，超音速气流沿外壳3和针阀5的轴向在外壳3和针阀5的轴线的周围从多个喷气孔33喷出。

喷油孔31可以形成为多个，多个喷油孔31可以绕外壳3和针阀5的轴线均匀分散。

针阀5的喷油端可以具有与外壳3的喷油端相适配的形状，即也具有圆锥形。

如图7和图9、图10所示，气流导向体41可以为环形，气流导向体41的径向内侧面形成为上述气流导向斜面41a，气流导向斜面41a位于喷气孔33的轴向外侧(前侧)，还可以位于喷油孔31的径向外侧。

具体地，该气流导向斜面41a可以在沿轴向向外(向前)延伸的过程中逐渐内倾(逐渐靠近外壳3的轴线)，也就是说，气流导向斜面41a的倾斜趋势与燃油在喷出的过程中所具有的倾斜趋势相反。

这样，燃油能够更容易地穿过激波面，从而更容易雾化，可以适用于大多数的现有喷油器的喷油孔31并获得良好的雾化效果。

与上述第一实施方式相似地，气流导向斜面41a以针阀5的轴线为中心整周地形成，这能够产生较大面积的激波面从而获得更好的雾化效果。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

(1)、激波产生装置4也可以与外壳3分体形成，例如，以可拆卸的方式安装于外壳3。

(2)、只要能够获得超音速气流，本发明不限于产生超音速气流的方式，比如还可以不设置拉瓦尔管路7，而通过提高气压的方式等获得超音速气流。

(3)、应当理解，当喷油器不具有轴线时，上述“外壳3的轴线”和“针阀5的轴线”指喷油器的中心线。

(4)、应当理解，当喷油器不具有轴向时，上述“轴向”指喷油器的“长度方向”。

(5)、在第一实施方式中，还可以将喷气孔53设置为多个，其中一个喷气孔53为中心的喷气孔53，其他的喷气孔53绕该中心的喷气孔53沿圆周分布，多个喷气孔53与气流导向斜面41a沿轴向排布。

Claims (7)

1.一种利用超音速气流增强雾化的喷油器，其特征在于，包括激波产生装置(4)、气路(1)、油路(2)以及与所述油路(2)连通的喷油孔(31)和与所述气路(1)连通的喷气孔(33)，燃油在所述油路(2)内流动并从所述喷油孔(31)喷出，空气在所述气路(1)内流动并从所述喷气孔(33)喷出，从所述喷气孔(33)喷出的空气形成超音速气流，所述超音速气流撞击所述激波产生装置(4)从而形成激波面，从所述喷油孔(31)喷出的所述燃油穿过所述激波面而被雾化；

所述激波产生装置(4)包括气流导向斜面(41a)，当所述超音速气流撞击所述气流导向斜面(41a)时，形成所述激波面；

所述激波产生装置(4)包括环形的气流导向体(41)，所述喷油器包括多个所述喷气孔(33)，多个所述喷气孔(33)绕所述气流导向体(41)的轴线沿圆周均匀分布，所述气流导向体(41)的径向内侧面形成所述气流导向斜面(41a)，多个所述喷气孔(33)的轴线穿过所述气流导向斜面(41a)。

2.根据权利要求1所述的利用超音速气流增强雾化的喷油器，其特征在于，所述喷油器还包括外壳(3)和针阀(5)，所述针阀(5)整体安装在所述外壳(3)的内部，所述针阀(5)相对于所述外壳(3)在相反的两个方向上往复移动以交替地导通与阻断所述气路(1)和所述油路(2)，所述针阀(5)同步地导通所述气路(1)和所述油路(2)。

3.根据权利要求2所述的利用超音速气流增强雾化的喷油器，其特征在于，所述气路(1)在所述外壳(3)的内部形成，所述针阀(5)具有针阀主体(50)和气阀(51)，所述针阀主体(50)位于所述外壳(3)形成的安装空间内，所述气阀(51)从所述针阀主体(50)伸出至所述气路(1)，当所述针阀(5)移动时，所述气阀(51)阻断或者导通所述气路(1)。

4.根据权利要求3所述的利用超音速气流增强雾化的喷油器，其特征在于，在所述针阀(5)与所述外壳(3)之间具有与所述油路(2)连通的油腔(8)，所述气路(1)与所述油腔(8)之间具有通孔(3c)，所述气阀(51)包括气阀头(511)和气阀主体(510)，所述气阀主体(510)从所述针阀主体(50)伸出并穿过所述通孔(3c)，所述气阀头(511)连接于所述气阀主体(510)并盖住所述通孔(3c)，当所述针阀(5)移动时，所述气阀主体(510)在所述通孔(3c)内移动，所述气阀头(511)导通或者阻断所述气路(1)。

5.根据权利要求1所述的利用超音速气流增强雾化的喷油器，其特征在于，所述气流导向斜面(41a)与所述空气的喷出方向相交。

6.根据权利要求1所述的利用超音速气流增强雾化的喷油器，其特征在于，所述气流导向斜面(41a)在沿所述喷油器的长度方向向外延伸的过程中所具有的倾斜趋势与所述燃油在喷出过程中所具有的倾斜趋势相反。

7.根据权利要求1所述的利用超音速气流增强雾化的喷油器，其特征在于，所述喷油器具有拉瓦尔管路(7)，所述拉瓦尔管路(7)与所述气路(1)连通并与所述喷气孔(33)对接。

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