CN111417769B - 喷射器 - Google Patents

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Abstract

一种喷嘴组件(10)，该喷嘴组件(10)具有本体(14)、阀构件(20，22)、维持导流器构件(24)抵靠本体(14)的夹紧构件(28)，导流器构件(24)夹在外周壁(32)和夹紧构件之间，并且设置有包括两个不同的引导通道的出口路径，该两个不同的引导通道从上游端延伸到喷射孔所在的公共下游端，所述出口路径使在所述两个通道中流动的两个流动流在进入喷射孔之前产生冲击，所述喷射孔包括形成阶梯孔的大入口部分和窄出口部分，并且其中，大入口部分和窄出口部分偏心。

Description

喷射器
技术领域
本发明涉及一种选择性催化试剂(SCR)喷射器，更具体地涉及一种喷嘴组件。
背景技术
低压喷射器用于计量和雾化内燃发动机或其废气处理部件中使用的各种液体。通常，喷射器还将特定几何形状的雾化喷雾朝向限定的目标引导。喷雾液滴尺寸和喷雾图案几何形状对内燃发动机(ICE)的操作效率和输出排放具有直接影响。喷射器的设计必须使沉积物形成最小化，并且具有抵抗确实形成的沉积物的稳健性能。通过增加导向板中的孔的数量可以产生更小的喷雾颗粒。在给定的流速下，更多的孔意味着更小的孔和更小的喷雾颗粒尺寸。实际上对孔的尺寸存在限制。此外，更小的孔更容易堵塞。由于需要更多的机加工操作来形成孔，更多的孔增加了导向板的成本。在本发明中，我们试图使满足喷雾颗粒尺寸要求所必需的孔的数量最小化。这降低了成本并提高了抗堵塞性。
发明内容
本发明概述了一种基于选择性催化还原(SCR)喷射器的低压液体雾化器。因此，本发明的目的是通过提供一种喷射器的喷嘴组件来解决或至少减轻上述问题，该喷嘴组件沿主轴线延伸并具有：
-本体，所述本体具有外周壁，所述外周壁包围内部空间并且设置有围绕第一开口的阀座；
-阀构件，所述阀构件布置在所述内部空间中以与所述阀座配合；
-夹紧构件，所述夹紧构件包裹导流器构件并保持所述导流器构件抵靠所述本体，所述夹紧构件设置有围绕所述第一开口且比所述第一开口大的第二孔；
-所述导流器构件，所述导流器构件夹在所述外周壁和所述夹紧构件之间，所述导流器构件具有压靠所述外周壁从而覆盖所述第一开口并且部分地限定囊的内表面和压靠所述夹紧构件从而覆盖所述第二孔的外表面。
所述导流器构件设置有出口路径，所述出口路径包括形成在所述内表面上的两个不同的引导通道，所述通道从在所述囊中开口的上游端延伸并且会聚到公共下游端，在所述下游端处，穿过所述导流器构件的所述表面钻出喷射孔，所述出口路径使在所述两个通道中流动的两个流动流在进入所述喷射孔之前产生冲击。
第一开口或孔和第二开口或孔可以是圆形的和同心的。
喷射孔可以包括窄出口部分和形成阶梯孔的大入口部分。
在一个实施方式中，大入口部分和窄出口部分可以是同轴的。
在另一实施方式中，大入口部分和窄出口部分可以是偏心的。
在一个实施方式中，喷射孔沿着平行于主轴线的孔轴线延伸。
在一个实施方式中，喷射孔沿着相对于主轴线倾斜的孔轴线延伸。
在所述公共下游端处，两个通道可以沿着公共轴线面向彼此地对准。
两个不同的引导通道可以是U形的，喷射孔设置在两个腿部的会聚处。
所述喷射孔可以在引导通道中居中，孔轴线与通道的轴向线相交。
大入口部分和窄出口部分可以是同轴的，并且都相对于通道的轴向线偏移。
在一个实施方式中，大入口部分的中心在通道的轴向线上，并且窄出口部分相对于通道的轴向线和大入口部分偏移。
在另一实施方式中，大入口部分相对于通道的轴向线偏移，并且窄出口部分相对于大入口部分偏移。
此外，1.2＜D60/D61＜2.0，其中
D60为阶梯孔的直径，
D61为喷射孔的出口部分的直径。
两个通道的上游端可以在公共的中心凹部中开口。
所述中心凹部可向外延伸到由所述夹紧孔限定的第二边界的附近，障碍特征在所述喷射孔与由所述本体的所述开口限定的第一边界之间布置在所述凹部中，所述障碍特征在其两侧中的每一侧上都形成通道，从而迫使所述流在进入所述喷射孔之前分成两个子流。
喷射孔进一步限定如下：
L54＜0.1mm，并且
D54＝0.14±0.04mm，其中：
L54是喷射孔的轴向长度；以及
D54使喷射孔的直径。
基于D61，k＝(S52+S53)/S54，其中：
S52为第一通道的横截面；
S53为第二通道的横截面；
S54为喷射孔D61的横截面，并且其中，
1.3＜k＜2.5
k2＝d1/D54，并且
d1为从喷射孔轴线到夹紧孔的界线的距离，
k2是包括在0.8和2.0之间的数值，优选是包含在1.0和1.3之间的数值。
k3＝d2/D54，并且
d2是从喷射孔轴线到障碍特征的距离，
k3是包括在1.0和2.0之间的数值。
喷嘴组件可以包括多个出口路径。
所有喷射孔可以与主轴线基本上等距。
本发明还扩展到包括如上所述的喷嘴组件的喷射器。
在特定实施方式中，所述喷射器可以是SCR喷射器，该SCR喷射器适于将试剂流体喷射到内燃发动机的排气管中。
在另一实施方式中，所述喷射器可以是用于将汽油燃料喷射到发动机的气缸中的汽油喷射器。
在又一实施方式中，所述喷射器是用于喷射水的水喷射器。
附图说明
现在参照附图通过实施例描述本发明，其中：
图1是根据本发明的SCR喷射器的喷嘴的轴向截面图。
图2是图1的喷嘴的仰视图。
图3是图1和图2的喷嘴的第一实施方式的3D-俯视图。
图4是图1的喷嘴的导流器构件的第一实施方式的3D视图。
图5是本发明的所述第一实施方式的第一替代方案的俯视图。
图6和图7是本发明的所述第一实施方式的俯视图和轴向截面图。
图8是本发明的所述第一实施方式的第三替代方案的俯视图。
图9是本发明的所述第一实施方式的第四替代方案的俯视图。
图10是图1的喷嘴的第二实施方式的3D-俯视图。
图11是图10的喷嘴的导流器构件的3D视图。
图12和图13是本发明的第二实施方式的俯视图和轴向截面图。
具体实施方式
所描述的本发明涉及适于在相对低的压力下喷射例如水、燃料、汽油或试剂之类的液体的喷射器12的喷嘴10。该描述基于选择性催化试剂喷射器12的非限制性实施例，以下称为SCR喷射器12，其适于布置成在内燃发动机的排气管中喷射试剂。
参照图1至图4，描述了适于布置成在内燃发动机的排气管中喷射试剂的选择性催化试剂喷射器12(以下称为SCR喷射器12)的喷嘴组件10。所述喷嘴组件10沿主轴线X延伸，并且它包括：本体14，该本体14限定由座18围绕的圆形开口16；阀构件，该阀构件包括推动器20和与所述座18配合的球22；导流器构件24，该导流器构件24限定多个试剂出口路径26，所述导流器构件24通过夹紧构件28固定到本体14。
在使用中，推动器20通过未示出的致动器沿着所述主轴线X在闭合位置和打开位置之间移动，在闭合位置，推动器20推动球22使之抵靠座16，在打开位置，推动器缩回而使得球22能够抬离所述座，并且在球和座之间打开用于经由出口路径26喷射试剂的通道。
更准确地说，本体14限定了由圆柱形外周壁30围绕的内部空间，该外周壁在端部处由在中心设有所述圆形开口16的横向壁32封闭。座18是限定在所述开口16的周边处并设置在所述横向壁32的内表面上的截头圆锥面。作为圆锥面的替代，可以选择其它几何形状，例如弯曲的轮廓。
特别地在图4中示出的导流器构件24是薄金属片，该薄金属片成形为限定具有由相对的开口分开的两个外周凸起唇缘36的主圆形平坦区域34。导流器构件24具有在图4中可见的内表面38，内表面38与外表面40相对，在图2中外表面40的中心区域可见。在所示的实施方式中，在所述主圆形区域34的中心区域中布置有三个出口路径26(其将在随后进一步详细描述)，不过在未示出的替代方案中，SCR喷射器可以设置有其它数量的出口路径。
夹紧构件28也是具有平坦区域42和外周凸起唇缘44的金属片，平坦区域42设有大的中心圆孔46。
如图1的轴向截面所示，导流器构件24夹在本体14和夹紧构件28之间，夹紧唇缘44压接在本体的圆柱形壁30上，并且导流器构件的平坦区域34推靠本体横向壁32的外表面。
通过本体的开口16，在图3中可看到导流器构件的内表面38的内部中心圆形部分48，并且通过夹紧构件的孔46，在图2中可看到导流器构件的外表面40的外部中心圆形部分50，所述内部中心部分48和外部中心部分50关于主轴线X同心。而且，如图1的截面上所示，本体开口16小于夹紧构件孔46，因此所述内部中心圆形部分48小于导流器构件的外部中心圆形部分50。此外，在球22与导流器构件的内表面38的所述内部中心圆形部分48之间，在本体的开口16中限定了表示为囊51的扁平容积。
在使用中使试剂流体能够从喷射器12排出的出口路径26限定在导流器构件上。每个所述路径26包括会聚到喷射孔54的两个引导通道52、53。所述两个引导通道一起形成在导流器构件的内表面38上挖出的U形凹槽，每个通道形成U形的竖直腿部，喷射孔54在连接区域处钻出。所述U形引导通道中的每个通道从位于导流器构件的所述内部中心部分48中(因此在囊51中形成开口凹槽)的上游部分56、57向外延伸至位于所述内部中心部分48外部的下游部分58、59，所述下游部分58、59因此被本体的横向壁32覆盖并形成封闭的管道。在未示出的替代方案中，通道横截面区域的深度可以从上游到下游逐渐增加，以便加速流动。
由于所述两个下游部分58、59会聚到钻出所述喷射孔54的区域，所述喷射孔沿着孔轴线A54在位于所述区域的底部处的开口到位于导流器构件24的外表面的所述外部中心圆形部分50中的相对出口端之间延伸穿过导流器构件24。
在使用中，试剂在每个通道52、53中流动，并且出口路径26被布置成用于使所述两个流在进入喷射孔54之前彼此冲击并产生湍流。
在图5所示的第一替代方案中，喷射孔54在通道52、53的轴向线L上钻出。如在所述图上可见，通道的两个下游部分58、59面对面地会聚以产生所述的流冲击。
在图6和图7所示的第二替代方案中，在所述轴向线L上钻出的喷射孔54包括形成凹部60或阶梯孔的大入口部分，在该大入口部分的底部处钻出校准的窄出口部分61。
在图8所示的第三替代方案中，包括入口凹部60和窄出口61的喷射孔54从所述通道轴向线L向内偏移，并且布置成更靠近内部本体开口16。
在图9所示的第四替代方案中，阶梯孔60的中心在所述通道轴向线L上，并且窄出口61相对于更靠近内部本体开口16钻出的阶梯孔60向内偏心。
在未示出并受益于本发明的替代方案中，喷射器设有多于或少于三个出口路径26。所述路径26或者如实施例中所示规则地布置，或者不规则地布置。而且，示出为平行于主轴线X延伸的喷射孔54可以以一定角度布置。
在第二实施方式中，出口路径26仍然布置成在进入喷射孔54之前具有进行冲击并产生湍流的两个流，并且如图10至图13所示，导流器构件24设置有大于本体开口16的中心浅凹部62，使得当如图10的半透明视图所示进行组装时，所述凹部62的环形外周部分被本体的横向壁32覆盖，喷射孔54在所述被覆盖的外周部分中钻出。此外，出口路径26包括障碍特征64，障碍特征64在图11中具有矩形形状，在图12中具有半圆形形状，所述障碍特征64在喷射孔54和由本体开口16限定的边界之间布置在凹部62中，在囊51中延伸(图10、图11)，或正好停止在所述边界处(图12)，或甚至完全位于所述被覆盖的区域(未示出)内。在使用中，所述障碍特征64迫使流分开并围绕该障碍流动，以便横向地到达喷射孔54，流的两半在进入喷射孔54之前冲击并产生湍流。在该第二实施方式中，两个通道52、53由障碍特征64的横向侧面形成。
如所述，障碍特征64可以具有任何期望的形状，只要其迫使流分开。此外，在未示出的替代方案中，喷射孔54可设有类似于第一实施方式的入口阶梯孔，并且孔轴线A54可相对于喷射器主轴线X平行或倾斜。对于第一实施方式和第二实施方式，倾斜的孔轴线A54的所述替代方案是可能的。
在未示出的另一替代方案中，中心浅凹部62为星形，在星形的每个分支的端部处与主轴线X同轴或相对于主轴线X倾斜地钻出具有或不具有阶梯孔的喷射孔54，并且在每个分支中布置有障碍特征64以分开流。
已经在具有以下尺寸的SCR喷射器上执行了具有成功结果的模型：
当满足以下比率时，优化了设有入口阶梯孔60和窄出口孔61的喷射孔54：
1.2＜D60/D61＜2.0
D60为阶梯孔60的直径，以及
D61为喷射孔的出口部分61的直径。
最佳结果已经利用短且窄的喷射孔54获得，其中：
L54＜0.1mm以及D54＝0.14±0.04mm，
L54为喷射孔的轴向长度，
D54为喷射孔的直径。
在喷射孔包括入口阶梯孔60和窄出口部分61的替代方案中，采用类似的选择：
其中：L61＜0.1mm以及D61＝0.14±0.04mm，L61是出口部分的轴向长度，
D61是出口部分的直径。
还发现，通过适当选择出口路径的截面，试剂喷射得到改善：
k＜(S52+S53)/S54(或S61)，其中
S52为第一通道的横截面；
S53为第二通道的横截面；
S54为喷射孔的横截面；
S61是出口部分的横截面，并且其中，
1.3＜k＜2.5
喷射孔54的位置和尺寸也影响喷射质量：
k2＝d1/D54或k2＝d1/D61，以及
d1是从喷射孔轴线A54到夹紧孔46的界线的距离，并且其中，
0.8＜k2＜2.0
并且优选的1.0＜k2＜1.3。
以下比率进一步有益于试剂喷射：
k3＝d2/D54，其中，
d2是从喷射孔轴线A54到障碍特征64的距离，
k3是包括在1.0和2.0之间的数值。
附图标记列表
X 主轴线
A54 喷射孔轴线
L 轴向线
D54 直径
D60 直径
D61 直径
L54 长度
10 喷嘴组件
12 SCR喷射器
14 本体
16 开口
18 座
20 推动器
22 球
24 导流器构件
26 出口路径
28 夹紧构件
30 圆柱形壁
32 横向壁
34 导流器构件的平坦区域
36 导流器构件的凸起唇缘
38 导流器构件的内表面
40 导流器构件的外表面
42 夹紧构件的平坦区域
44 夹紧构件的凸起唇缘
46 夹紧构件中的孔
48 导流器构件的内表面的内部中心圆形部分
50 导流器构件的外表面的外部中心圆形部分
51 囊
52 引导通道
53 引导通道
54 喷射孔
56 上游部分
57 上游部分
58 下游部分
59 下游部分
60 喷射孔的入口部分-凹部-阶梯孔
61 喷射孔的出口部分
62 浅凹部
64 障碍特征

Claims (17)

1.一种喷射器(12)的喷嘴组件(10)，所述喷嘴组件(10)沿主轴线(X)延伸并具有：
-本体(14)，所述本体具有外周壁，所述外周壁包围内部空间并且设置有围绕第一开口(16)的阀座(18)；
-阀构件(20，22)，所述阀构件(20，22)布置在所述内部空间中以与所述阀座(18)配合；
-夹紧构件(28)，所述夹紧构件(28)包裹导流器构件(24)并保持所述导流器构件(24)抵靠所述本体(14)，所述夹紧构件设置有围绕所述第一开口并比所述第一开口大的第二孔(46)；以及
-所述导流器构件(24)，所述导流器构件(24)夹在所述外周壁(30，32)和所述夹紧构件之间，所述导流器构件具有压靠所述外周壁从而覆盖所述第一开口(16)并且部分地限定囊(51)的内表面(38)和压靠所述夹紧构件从而覆盖所述第二孔(46)的外表面(40)，并且其中，
所述导流器构件(24)设置有出口路径(26)，所述出口路径包括形成在所述内表面(38)上的两个不同的引导通道(52，53)，所述两个不同的引导通道从在所述囊(51)中开口的上游端(56，57)延伸并且会聚到公共下游端(58，59)，在所述公共下游端处，穿过所述导流器构件的所述内表面和所述外表面钻出喷射孔(54)，所述出口路径(26)使在所述两个不同的引导通道中流动的两个流动流在进入所述喷射孔之前产生冲击；并且
其中，所述喷射孔(54)包括窄出口部分(61)和形成阶梯孔的大入口部分(60)；并且
其中，所述窄出口部分(61)相对于所述大入口部分(60)偏心。
2.根据权利要求1所述的喷嘴组件(10)，其中，所述第一开口(16)和所述第二孔(46)是圆形的且同心的。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴组件(10)，其中，所述喷射孔(54)沿着平行于所述主轴线(X)的孔轴线(A54)延伸。
4.根据权利要求1或2所述的喷嘴组件(10)，其中，所述喷射孔(54)沿着相对于所述主轴线(X)倾斜的孔轴线(A54)延伸。
5.根据权利要求1或2所述的喷嘴组件(10)，其中，在所述公共下游端(58，59)处，所述两个不同的引导通道沿着公共轴线面向彼此地对准。
6.根据权利要求5所述的喷嘴组件(10)，其中，所述两个不同的引导通道(52，53)是U形的，所述喷射孔(54)设置在所述U形的两个腿部的会聚处。
7.根据权利要求6所述的喷嘴组件(10)，其中，所述喷射孔(54)在所述两个不同的引导通道中居中，所述喷射孔(54)的孔轴线(A54)与所述两个不同的引导通道的轴向线(L)相交。
8.根据权利要求5所述的喷嘴组件(10)，其中，所述大入口部分(60)和所述窄出口部分(61)都相对于所述两个不同的引导通道的轴向线(L)偏移。
9.根据权利要求5所述的喷嘴组件(10)，其中，所述大入口部分(60)的中心在所述两个不同的引导通道的轴向线(L)上，并且所述窄出口部分(61)相对于所述两个不同的引导通道的所述轴向线(L)和所述大入口部分偏移。
10.根据权利要求5所述的喷嘴组件(10)，其中，所述大入口部分(60)相对于所述两个不同的引导通道的轴向线(L)偏移，并且所述窄出口部分(61)相对于所述大入口部分偏移。
11.根据权利要求1或2所述的喷嘴组件(10)，其中：
1.2＜D60/D61＜2.0
D60为所述阶梯孔的直径；以及
D61为所述喷射孔的所述窄出口部分的直径。
12.根据权利要求1或2所述的喷嘴组件(10)，其中，所述两个不同的引导通道的所述上游端(56、57)在公共的中心凹部(62)中开口。
13.根据权利要求12所述的喷嘴组件(10)，其中，所述中心凹部(62)向外延伸到由所述第二孔(46)限定的第二边界的附近，障碍特征(64)在所述喷射孔(54)与由所述本体的所述第一开口(16)限定的第一边界之间布置在所述中心凹部(62)中，所述障碍特征在其两侧中的每一侧上都形成通道，从而迫使所述流在进入所述喷射孔(54)之前分成两个子流。
14.根据权利要求1或2所述的喷嘴组件(10)，所述喷嘴组件(10)包括多个出口路径。
15.根据权利要求14所述的喷嘴组件(10)，其中，所有喷射孔(54)与所述主轴线(X)等距。
16.一种喷射器(12)，所述喷射器(12)包括根据权利要求1至15中任一项所述的喷嘴组件(10)。
17.一种选择性催化还原喷射器，所述选择性催化还原喷射器是根据权利要求16所述的喷射器，所述选择性催化还原喷射器适于在内燃发动机的排气管中喷射试剂流体(R)。
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