CN110801949A - 一种带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴。本发明包括喷嘴本体和在所述喷嘴本体上设置的一个或多个喷孔，其中至少一个喷孔包括非扭转的喷孔前段和扭转的横截面为圆角矩形的喷孔后段，所述喷孔后段横截面圆角矩形的长轴沿着喷孔轴线旋转，所述圆角矩形的长宽比可沿着喷孔轴线变化。本发明采用具备部分扭转式圆角矩形横截面的喷孔，可以在喷孔内部形成强烈的湍流扰动，促进射流扩散与混合，改善射流混合与扩散，同时相比全扭转式喷孔能够减小部分喷射阻力，且圆角矩形易加工。通过数值计算发现，本发明应用于直喷式柴油机，可在相同喷射压力下使喷雾粒子平均直径减小10％，发动机热效率提高2％，颗粒物排放降低20％。

Description

一种带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴

技术领域

本发明涉及流体喷射技术领域，具体而言，尤其涉及一种带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴。

背景技术

在工业、农业、医疗卫生、国防科技等多个领域的应用实践中，均涉及到流体喷射技术，在一定压力下利用喷嘴喷射流体，以实现各自的目的。如在内燃机领域，采用液体燃料时，需要通过压力喷嘴将一定量的液体燃料在极短的时间内喷入进气管路或气缸，形成喷雾，以便燃料与空气快速、充分混合及燃烧，喷嘴作为实施喷射的载体，对液体燃料的喷雾特性有重要影响，进而影响内燃机的燃烧和排放特性。

在流体喷嘴中一般需要设置喷孔，喷孔的几何结构及尺寸对喷射特性有重要影响。当前使用最多的是横截面为圆形的喷孔，如柱形喷孔、锥形喷孔，锥形喷孔包括渐缩锥形和渐扩锥形喷孔。

众所周知，流体喷嘴内部几何结构影响其内部流场特性。如在内燃机领域，液体燃料喷嘴内部几何结构影响其空化气泡生成特性、压力和速度分布特性，进而影响液体燃料的喷雾特性。通过流体喷嘴内部几何结构的创新设计改善流体喷射特性是一种重要的技术途径。圆角矩形效果比其他结构形状，例如窄缝、8字形等效果要差，但其加工难度要低很多；且相比圆形、椭圆形等结构其内部扰动要更强，喷雾体积更广，更有利于喷雾混合。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴。其能够产生适宜的内部湍流扰动，从而进一步改善液体喷雾特性。如该类喷嘴应用于内燃机，则可以在喷嘴内部产生适宜的空化气泡和速度分布特性，进而改善发动机的喷雾混合气形成和燃烧性能。

本发明采用的技术手段如下：

一种带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴，包括喷嘴本体和在所述喷嘴本体上设置的一个或多个喷孔，其中至少一个喷孔包括非扭转的喷孔前段和扭转的横截面为圆角矩形的喷孔后段，所述喷孔后段横截面圆角矩形的长轴沿着喷孔轴线旋转，所述圆角矩形的长宽比可沿着喷孔轴线变化。

进一步地，与所述喷孔前段相关联的喷嘴本体面面相交而形成的拐角全部为曲面过渡。

进一步地，所述圆角矩形的扭转方向为顺时针方向或逆时针方向。

进一步地，所述喷孔前段从入口到出口面积为保持不变，先减小后增大，逐渐增大，逐渐减小和先增大后减小的任一种。

进一步地，所述喷孔后段从入口到出口面积为保持不变，先减小后增大，逐渐增大，逐渐减小和先增大后减小的任一种。

进一步地，所述喷孔前段喷孔纵截面形状为矩形、渐缩型、渐扩型、渐缩-渐扩型和渐扩-渐缩型的任一种。

进一步地，所述喷孔后段喷孔纵截面形状为矩形、渐缩型、渐扩型、渐缩-渐扩型和渐扩-渐缩型的任一种。

进一步地，所述喷嘴采用3D打印快速成型技术。

本发明适用于各种需采用喷嘴、喷头或喷射器等设备进行液体或气体喷射的领域。本发明与现有技术相比，可强化喷嘴的喷孔内部湍流扰动，在液体喷射条件下还可改善喷嘴内部空化气泡生成和速度分布，从而使喷嘴获得更好的喷射和混合特性，与全扭转式相比能减小部分喷射阻力，且圆角矩形加工难度较低。如应用于直喷式柴油机的燃油喷嘴，可在相同喷射压力下使喷雾粒子平均直径减小10％，发动机热效率提高2％，颗粒物排放量降低20％。基于上述理由本发明可在流体喷射技术领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种具备等面积型扭转段圆角矩形喷孔的立体结构示意图。

图2为本发明一种流体喷嘴本体和喷孔的示意图。

图3为本发明图1所述喷孔的立体图扭转段右视图。

图4为本发明所述的扭转段为等面积型部分扭转式圆角矩形喷孔的二维结构示意图。

图5为本发明所述的扭转段为渐缩渐扩型部分扭转式圆角矩形喷孔的二维结构示意图。

图6为本发明所述的扭转段为渐扩型部分扭转式圆角矩形喷孔的二维结构示意图。

图7为本发明所述的扭转段为渐缩型部分扭转式圆角矩形喷孔的二维结构示意图。

图8为本发明所述的扭转段为渐扩渐缩型部分扭转式圆角矩形喷孔的二维结构示意图。

图中：1、喷嘴本体；2、3、9、15、21、27、圆角矩形喷孔；4、10、16、22、28喷孔前段；5、11、17、23、29、喷孔前段入口；6、12、18、24、30喷孔前段出口、喷孔后段入口；7、13、19、25、31喷孔后段；8、14、20、26、32喷孔后段出口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴，包括喷嘴本体1和在所述喷嘴本体上设置的一个或多个喷孔2，其中至少一个喷孔包括非扭转的喷孔前段和如图2、3所示的扭转的横截面为圆角矩形的喷孔后段，所述喷孔后段横截面圆角矩形的长轴沿着喷孔轴线旋转，所述圆角矩形的长宽比可沿着喷孔轴线变化。

与所述喷孔前段相关联的喷嘴本体面面相交而形成的拐角全部为曲面过渡。

所述圆角矩形的扭转方向为顺时针方向或逆时针方向。所述喷孔前段从入口到出口面积为保持不变，先减小后增大，逐渐增大，逐渐减小和先增大后减小的任一种。所述喷孔后段从入口到出口面积为保持不变，先减小后增大，逐渐增大，逐渐减小和先增大后减小的任一种。所述喷孔前段喷孔纵截面形状为矩形、渐缩型、渐扩型、渐缩-渐扩型和渐扩-渐缩型的任一种。所述喷孔后段喷孔纵截面形状为矩形、渐缩型、渐扩型、渐缩-渐扩型和渐扩-渐缩型的任一种。

所述喷嘴采用3D打印快速成型技术。

实施例1

如图4所示，在本实施例中喷孔3非扭转段4入口5和出口6及扭转段7入口6、出口8的横截面的面积及长宽比保持一致，其纵截面形状都是直筒型，扭转段7圆角矩形逆时针扭转了360°。相对于圆形直孔，本实例的喷孔内部产生了更加强烈的湍流扰动，在喷孔出口会产生更多的空化气泡，这两方面的影响都促进了喷嘴的一次雾化和混合气形成，且与全扭转式相比能降低部分喷射阻力。

实施例2

如图5所示，在本实例中，喷孔9的非扭转段10入口11和出口12面积和形状完全一致，纵截面采用直筒型；扭转段13入口12和出口14面积和形状完全一致，但在中间段过程中横截面积和纵截面采用渐缩渐扩型，扭转段圆角矩形顺时针旋转了360°。

实施例3

如图6所示。在本实施例中，喷孔15的非扭转段16入口17比出口18面大，中间段过程中横截面积和纵截面采用渐缩型；扭转段19入口18比出口20小，中间段过程采用渐扩型，扭转段圆角矩形逆时针旋转了360°；喷孔整体呈现渐缩渐扩型。

实施例4

如图7所示。在本实施例中，喷孔21的非扭转段22入口23和出口21面积和形状完全一致，中间段过程中横截面积和纵截面采用渐缩渐扩型；扭转段25入口24比出口26大，中间段过程采用渐缩型，扭转段圆角矩形顺时针旋转了360°。

实施例5

如图8所示。在本实施例中，喷孔27的非扭转段28入口29比出口30大，中间段过程中横截面积和纵截面采用渐扩型；扭转段31入口30比出口32小，中间段过程采用渐扩渐缩型，扭转段圆角矩形逆时针旋转了360°。

上述实例仅为部分结构示意图，圆角矩形长宽比变化、横截面积变化及纵截面结构型式、扭转的角度可以随意组合。

相对于圆形直孔，本实例的喷孔具备扭转式圆角矩形喷孔增强内部湍流扰动的特点，还由于其具备渐缩-渐扩型的结构，因而本实例所述喷孔既具备渐缩型喷孔结构导致的较强的保压作用，使喷孔出口燃油的总能量增加，又具备渐扩型喷孔出口空化气泡数量较大的特点，同时与全扭转式喷孔相比能减小部分喷射阻力，且圆角矩形加工难度不大。通过数值计算发现，本发明应用于直喷式柴油机，可在相同喷射压力下使喷雾粒子平均直径减小10％，发动机热效率提高2％，颗粒物排放降低20％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴，包括喷嘴本体，所述喷嘴本体上设置一个或多个喷孔，其特征在于，其中至少一个喷孔包括非扭转的喷孔前段和扭转的横截面为圆角矩形的喷孔后段，所述喷孔后段横截面圆角矩形的长轴沿着喷孔轴线旋转，所述圆角矩形的长宽比可沿着喷孔轴线变化。

2.根据权利要求1所述的带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴，其特征在于，所述圆角矩形的扭转方向为顺时针方向或逆时针方向。

3.根据权利要求1所述的带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴其特征在于，所述喷孔前段从入口到出口面积为保持不变，先减小后增大，逐渐增大，逐渐减小和先增大后减小的任一种。

4.根据权利要求1或2所述的带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴，其特征在于，所述喷孔后段从入口到出口面积为保持不变，先减小后增大，逐渐增大，逐渐减小和先增大后减小的任一种。

5.根据权利要求1或3所述的带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴，其特征在于，所述喷孔前段喷孔纵截面形状为矩形、渐缩型、渐扩型、渐缩-渐扩型和渐扩-渐缩型的任一种。

6.根据权利要4所述的带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴，其特征在于，所述喷孔后段喷孔纵截面形状为矩形、渐缩型、渐扩型、渐缩-渐扩型和渐扩-渐缩型的任一种。

7.根据权利要求1所述的带部分扭转式圆角矩形喷孔的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴采用模具成型或3D打印技术。

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