CN112689708A - 具有微结构化通孔的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷嘴(10)，该喷嘴包括通孔(20)，该通孔具有与通孔(20)的入口开口(21)流体连通的任选的初始段(36)、与通孔(20)的出口开口(32)流体连通的流体剪切段(40)以及与初始段(36)和流体剪切段(40)流体连通的任选的过渡区域(38)。初始段(36)具有沿初始段的长度的至少20％部分的相对恒定的横截面形状、会聚到过渡区域(38)的形状、或这两者。过渡区域(38)沿通孔长度设置，沿过渡区域的长度具有相对均匀的、发散的、会聚的、发散的和会聚的或者会聚的和发散的横截面积。流体剪切段(40)具有与过渡区域(38)流体连通的上游端以及沿流体剪切段的长度的至少20％部分的发散横截面形状，该发散横截面形状具有短轴长度和长轴长度。

Description

具有微结构化通孔的喷嘴

本发明涉及喷嘴(例如，燃料喷射器喷嘴)，具体地涉及包括具有一个或多个微结构化通孔或端口的喷嘴结构或部件(例如，喷嘴板、整体喷嘴板和阀引导件、或组装式喷嘴板和阀引导件)的喷嘴，更具体地涉及具有一个或多个通孔或端口的喷嘴结构或部件、其制备方法及其使用方法，该一个或多个通孔或端口包括任选的过渡区域，该任选的过渡区域被设置成在任选的初始段与流体剪切段之间流体连通。

背景技术

此处提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分中描述本公开的范围内，目前命名的发明人的工作，以及在提交时可能无法以其它方式视为现有技术的说明书的方面，未明确或暗含地承认为反对本公开的现有技术。

燃料喷射已经成为在内燃机中进行燃料输送的优选方法，从而最小化对基于化油器的系统的需求或需要。在燃料喷射系统中，燃料喷射器喷嘴必须为燃烧过程中的适当空气/燃料混合物递送精确量的燃料，以实现最佳发动机性能和发动机寿命。一些燃料喷射器喷嘴无法提供在距喷嘴的最佳距离处破碎成期望的液滴式样或羽流的燃料喷雾。此外，在每次喷射事件期间，液滴可能不会破碎成已知的分布。不良设计的燃料喷雾式样或羽流以及破碎距离的变化可能导致不完全燃烧，这继而导致更高的排放、更低的燃料经济性以及在发动机的燃烧室内的燃烧副产物(例如，焦化)的积聚。

存在具有可产生多种燃料喷雾羽流或式样的喷嘴的多种不同燃料喷射器。然而，一直需要开发针对先前喷嘴设计的改进以改善燃料燃烧过程。本发明涉及此类改进的喷嘴设计。

发明内容

本发明提供了一种新型流体供应喷嘴，在一个或多个实施方案中，该新型流体供应喷嘴包括喷嘴结构(例如，为整体喷嘴板、整体喷嘴板和阀引导件、或组装式喷嘴板和阀引导件的形式)，该喷嘴结构具有位于入口侧上的入口表面、位于出口侧上的出口表面、在入口表面与出口表面之间的厚度、和至少一个通孔，该至少一个通孔具有位于入口表面上的入口开口、位于出口表面上的出口开口以及在入口开口与出口开口之间提供流体连通的腔体。

在本发明的一个方面，腔体包括以下部分、基本上由以下部分组成或由以下部分组成：流体剪切段和任选的过渡区域，该流体剪切段在下游端处与通孔的出口开口流体连通并且在上游端处与通孔的入口开口流体连通，该任选的过渡区域被设置成便于与流体剪切段的上游端流体连通。腔体的流体剪切段具有(a)在上游端与下游端之间的长度，其中上游端与过渡区域的下游端直接或间接地连接或者以其它方式流体连通，(b)沿流体剪切段的长度的至少一部分的发散横截面形状，该发散横截面形状具有带有一定长度的短轴和带有一定长度的长轴，并且长轴长度朝向流体剪切段的下游端增大，并且任选地短轴长度朝向流体剪切段的下游端减小。当使用时，过渡区域可设置在沿通孔的长度具有一个横截面积的单个点处。另选地，过渡区域可跨越整个通孔长度的子长度，其中沿过渡区域的长度的横截面积从过渡区域的上游端到过渡区域的下游端为相对均匀的、发散的、会聚的、发散的和会聚的或者会聚的和发散的。

在本发明的另一方面，腔体包括以下部分、基本上由以下部分组成或由以下部分组成：在上游端处与通孔的入口开口流体连通的初始段、在下游端处与通孔的出口开口流体连通的流体剪切段、以及过渡区域，该过渡区域设置在初始段与流体剪切段之间，以便与初始段的下游端和流体剪切段的上游端流体连通，腔体的初始段具有一定长度以及(a)沿初始段的长度的至少20％部分的相对均匀或以其它方式恒定的横截面形状，(b)从通孔的入口开口会聚到过渡区域的会聚形状，或者(c)(a)和(b)两者。过渡区域设置在沿通孔的长度具有一个横截面积的单个点处，或者过渡区域与通孔长度重叠，其中沿过渡区域的长度的横截面积从过渡区域的上游端到过渡区域的下游端为相对均匀的、发散的、会聚的、发散的和会聚的或者会聚的和发散的。腔体的流体剪切段具有：在上游端与下游端之间的长度，其中上游端与过渡区域的下游端流体连通；沿流体剪切段的长度的至少20％部分的发散横截面形状，该发散横截面形状具有带有一定长度的短轴和带有一定长度的长轴，并且长轴长度朝向流体剪切段的下游端增大(即，流体剪切段沿流体剪切段的长度在长轴方向上发散)，并且任选地短轴长度朝向流体剪切段的下游端减小(即，流体剪切段沿流体剪切段的长度在短轴方向上会聚)。

在本发明喷嘴结构的一个或多个实施方案中，(i)流体剪切段的发散横截面形状的长轴长度与短轴长度的比率为至少2∶1或更大，(ii)流体剪切段的下游端处的横截面积等于或小于流体剪切段的上游端处的横截面积，(iii)流体剪切段的下游端的横截面积等于或小于初始段的上游端处的横截面积，(iv)长轴长度朝向流体剪切段的下游端增大，并且短轴长度朝向流体剪切段的下游端减小，或者(v)(i)、(ii)、(iii)和(iv)的任何组合。

在一个或多个其它实施方案中，离开通孔或端口的流体(例如，液体燃料)可以在距喷嘴通孔的出口开口期望的距离处一致地分裂成液滴，并且液滴分裂成期望的平均液滴尺寸、液滴分布和液滴式样或羽流。当在用于内燃机的燃料喷射系统中使用时，由本发明的一个或多个实施方案提供的喷雾式样和分裂距离可以改善所输送的燃料的燃烧特性，这继而可以导致较低排放、改善的燃料经济性、以及内燃(“IC”)机内的减小的副产物积聚中的一者或任意组合。

除了维持特定的最佳液滴尺寸和分布之外，从一个喷射事件到下一个喷射事件具有可重复的喷雾式样或羽流可以是有利的。在内燃机中，例如，可以期望具有较小液滴，因为减小液滴尺寸可以增加总体液滴表面积，这可以减小可用于熄灭燃料燃烧的燃料，并且可以允许液滴在内燃机的燃烧室内更快地蒸发和更完全地燃烧。更完全的燃烧可允许发动机以更低的当量比或更稀薄地运行，这意味着每个燃料喷射和燃烧事件或循环可以需要更少的燃料，由此改善IC发动机的燃料效率。

对于给定的燃烧循环或事件，燃料液滴的尺寸还可以影响燃料从喷嘴到燃烧室中的穿透深度，或燃料距喷嘴出口面或表面的穿透距离。燃料液滴尺寸可能被通孔腔体的几何形状影响，而与所供应的燃料的压力无关。穿透距离可能被燃料在其离开喷嘴通孔时的流速影响。离开的燃料的流速可能被通孔腔体的几何形状影响，而与所供应的燃料的压力无关。调整通孔腔体的几何形状以调整每个燃料流的穿透距离、每个燃料流中的燃料液滴的尺寸、或两者可以用于改变由离开燃料喷射器喷嘴的一个或多个单独通孔燃料流形成的整体燃料式样的形状(例如，铺展)。该技术可以允许燃料与新鲜空气充气(即，针对每个燃烧事件被供应到燃烧室中的新鲜空气的量)更有效地混合。

尽管不希望受到理论的束缚，但如本文所述，合并通孔中的一个或多个通孔的示例性喷嘴结构可以在液滴尺寸分布和喷雾式样方面提供现有喷射系统没有以成本有效方式提供的特定优点。例如，理论上讲，如本文所述，由喷嘴结构中的每个单独的通孔或端口或者通孔的组合提供给流体(即，液体或气体燃料)的角动量可允许选择从燃料喷射器喷嘴通孔或端口排出的期望喷雾式样。此外，流体剪切段中的流体所表现出的横向剪切力可导致在流体离开燃料喷射器喷嘴通孔或端口之后形成具有有利尺寸分布的液滴，并且还控制液滴式样和穿透深度。

在一个或多个实施方案中，向如本文所述的喷嘴结构的通孔或端口添加沉孔可提供对如本文所述的喷嘴结构内的通孔或端口的长度的附加控制，并且因此可提供对流体(例如，燃料)液滴尺寸分布和喷雾式样的进一步控制。

因此，在本发明的其它方面，提供了包括根据本发明的喷嘴的燃料喷射器，提供了包括此类燃料喷射器的燃料系统，并且提供了包括此类燃料系统的内燃机。可以期望内燃机是汽油直接喷射发动机。

本发明的这些和其它方面、特征和/或优点可以在本文的附图和详细描述中示出和描述，其中类似的参考数字用于表示相似的部件。然而，应当理解，附图和描述只是出于说明的目的，而不应理解为是对本发明范围的不当限制。

本发明的上述发明内容并非旨在描述本发明的每个公开的实施方案或每种实施方式。以下描述更为具体地举例说明了例示性实施方案。在本申请全文的若干处，通过实施例列表提供了指导，这些实施例能够以各种组合使用。在每种情况下，所引用的列表都只用作代表性的组，并且不应被理解为排他性列表。

附图说明

在附图中：

图1为根据本发明的一个实施方案的燃料喷射器喷嘴的放大横截面局部侧视图；

图2为根据本发明的另一个实施方案的燃料喷射器喷嘴的局部剖面侧视图；

图3A为根据本发明的一个实施方案的阀杆引导件和喷嘴板的局部剖面侧视图；

图3B为图3A的阀杆引导件和喷嘴板的顶视图；

图4A为根据本发明的一个实施方案的喷嘴板的横截面侧视图；

图4B为图4A的圆圈区域的放大视图；

图5A为图4A的喷嘴板的顶视图；

图5B为图5A的圆圈区域的放大视图；

图5C为图4A的喷嘴板的底视图；

图5D为图5C的圆圈区域的放大视图；

图6A和图6B分别为根据本发明的一个实施方案的喷嘴通孔形成微结构的阵列的顶视图和透视图；

图7A至图14A各自为侧视图，并且图7B至图14B各自为根据本发明的各种示例性喷嘴通孔形成微结构的顶视图；

图15为根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的侧视图；

图16A和图16B分别为根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的侧视图和前视图；

图17为根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的侧视图；

图18A和图18B分别为根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的前视图和侧视图；

图19A和图19B分别为根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的侧视图和顶视图；

图20为根据本发明的来自喷嘴的示例性流体羽流的示意性侧视图；

图21为示出沿根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的高度的横截面开口面积变化的曲线图；

图22为示出沿根据本发明的另一个示例性喷嘴通孔形成微结构的高度的横截面开口面积变化的曲线图；

图23A和图23B分别为根据本发明的喷嘴通孔形成微结构的示例性阵列的顶视图和透视图；

图24A和图24B分别为用于形成图23A和图23B的阵列的喷嘴通孔形成微结构的侧视图和透视图；

图25为根据本发明的示例性流体羽流的照片；

图26为根据本发明的喷嘴通孔形成微结构的透视图，该喷嘴通孔形成微结构具有与图24的流体剪切段类似的流体剪切段，并具有对应的沉孔；

图27为根据本发明的具有另选流体剪切段的喷嘴通孔形成微结构的透视图；

图28为示出沿根据本发明的四个示例性喷嘴通孔形成微结构的高度的横截面开口面积变化的曲线图；

图29A至图29C分别为一个喷嘴通孔形成微结构的侧视图、前视图和透视图，该喷嘴通孔形成微结构表现出在图28的曲线图上绘出的设计0801的横截面轮廓；

图30为图29A至图29C的喷嘴通孔形成微结构的示例性阵列的透视图；

图31A至图31C分别为一个喷嘴通孔形成微结构的侧视图、前视图和透视图，该喷嘴通孔形成微结构表现出在图28的曲线图上绘出的设计0802的横截面轮廓；

图32A为图31A至图31C的喷嘴通孔形成微结构的示例性阵列的透视图；

图32B为图32A的喷嘴通孔形成微结构的示例性阵列的透视图，该喷嘴通孔形成微结构具有形成混合室的环形特征，该混合室将对应通孔的出口开口连接在一起；

图33A至图33C分别为一个喷嘴通孔形成微结构的侧视图、前视图和透视图，该喷嘴通孔形成微结构表现出在图28的曲线图上绘出的设计0804的横截面轮廓；

图34为图33A至图33C的喷嘴通孔形成微结构的示例性阵列的透视图；

图35为示出沿根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的高度的横截面开口面积变化的曲线图；

图36A和图36B分别为喷嘴通孔形成微结构的侧视图和透视图，该喷嘴通孔形成微结构表现出在图35的曲线图上绘出的设计0611的横截面轮廓；

图37为示出沿根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的高度的横截面开口面积变化的曲线图；

图38A和图38B分别为喷嘴通孔形成微结构的侧视图和透视图，该喷嘴通孔形成微结构表现出在图37的曲线图上绘出的设计0611的横截面轮廓；

图39A和图39B各自为示出沿根据本发明的另选的示例性喷嘴通孔形成微结构的高度的横截面开口面积变化的曲线图；

图40为安装在部分球形基础表面上的根据本发明的另选的喷嘴通孔形成微结构的示例性阵列的透视图；

图41为图40所示的单个出口开口的喷嘴通孔形成微结构中的一个喷嘴通孔形成微结构的顶视图；

图42为根据本发明的具有两个出口开口的示例性喷嘴通孔形成微结构的透视图；

图43为根据本发明的具有三个出口开口的示例性喷嘴通孔形成微结构的透视图；

图44为根据本发明的具有两个出口开口的另选喷嘴通孔形成微结构的透视图；

图45为根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的透视图，该喷嘴通孔形成微结构具有与图42的出口开口类似的两个出口开口，并具有对应的沉孔；

图46为根据本发明的示例性喷嘴通孔形成微结构的透视图，该喷嘴通孔形成微结构具有与图44的出口开口类似的两个出口开口，并具有对应的沉孔；

图47为根据本发明的一个实施方案的燃料喷射器喷嘴的示意性侧视图，该燃料喷射器喷嘴被设计成表现出流体动量守恒。

具体实施方式

在描述本发明的例示性实施方案时，为清楚起见，将使用特定的术语。然而，本发明并非意图受如此所选特定术语的限制，并且每个如此所选术语都包括相似地工作的所有技术等同物。

术语“包括”及其变型在说明书和权利要求书中出现这些术语的地方不具有限制的含义。

词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，并且并非旨在将其它实施方案排除在本发明范围之外。

如本文所用，“一个”、“一种”、“所述”、“至少一种(个)”以及“一种(个)或多种(个)”可互换使用。因此，例如，包括“一个”通孔的喷嘴结构可以被解释为“一个或多个”通孔。

术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部，或者所列要素中的任何两个或更多个的组合。

如本文所用，术语“或”通常按其包括“和/或”的意义使用，除非上下文清楚表明并非如此。

同样在本文中，通过端点表述的数值范围包括以具有与由规定范围的端点指示的准确度相称的增量包含在该范围内的所有数字(例如，对于从1.000到5.000的范围，增量将为0.001，并且范围将包括1.000、1.001、1.002等，1.100、1.101、1.102等，2.000、2.001、2.002等，2.100、2.101、2.102等，3.000、3.001、3.002等，3.100、3.101、3.102等，4.000、4.001、4.002等，4.100、4.101、4.102等，5.000、5.001、5.002等，至多5.999)以及该范围内的任何范围，除非另外明确指明。

在一个或多个实施方案中，可以使用任何合适的增材制造技术(即，工艺和设备)来制造喷嘴结构和合并本文所述的喷嘴结构的喷嘴。此类增材制造技术可以包括例如使用单光子、多光子或其它净成形技术。可使用的此类增材制造技术包括例如多光子(例如，两个光子)技术、设备和材料，例如在美国专利9,333,598 B2和美国专利申请公开2013/0313339(标题均为“Nozzle and Method of Making Same(喷嘴及其制造方法)”)中描述，该专利申请的全文以引用方式并入本文。还可以在以下共同待决的申请中描述制造喷嘴结构的方法以及合并本文所述的喷嘴结构的喷嘴：METHOD OF ELECTROFORMINGMICROSTRUCTURED ARTICLES(电铸微结构化制品的方法)，2016年12月23日提交的基于美国临时申请62/438,567的国际专利申请PCT/IB2017/058299；NOZZLE STRUCTURES WITH THINWELDING RINGS AND FUEL INJECTORS USING THE SAME(具有薄焊接环的喷嘴结构和使用其的燃料喷射器)，2016年12月23日提交的基于美国临时申请62/438,558的国际申请PCT/IB2017/058168；以及MAKING NOZZLE STRUCTURES ON A STRUCTURED SURFACE(在结构化表面上制造喷嘴结构)，2016年12月23日提交的基于美国临时申请62/438,561的国际申请PCT/IB2017/058315，这些专利申请各自全文以引用方式并入本文。

在一个实施方案中，多光子增材制造工艺、设备和其它技术可以用于制造各种微结构化特征，这些微结构化特征可以包括一个或多个孔形成特征，这些孔形成特征可以在被合并以形成喷嘴的至少一部分的一个或多个喷嘴结构中使用，例如像在燃料喷射器中使用的那些。此类特征可以用于形成喷嘴结构(或其它制品)自身，它们可以用于形成可用于制造喷嘴结构(或其它制品)的中间模具，或者它们可以用于形成两者。一种或多种其它适合的增材制造工艺(例如，电镀、金属颗粒烧结和其它增材金属制造工艺)可以与一个或多个微结构化特征一起使用以形成喷嘴结构(或其它制品)和中间模具。本文所述的喷嘴结构和根据本发明的任何其它喷嘴结构(例如，喷嘴板、与喷嘴板一体形成为一个件的阀引导结构或插入件、一体附接到阀引导结构或插入件的喷嘴板等)可以由适用于在喷嘴应用(例如，用于燃料喷射器的喷嘴)中使用的任何一种或多种材料构造，诸如一种或多种金属、金属合金、陶瓷等。具体地讲，可电镀的金属和金属合金(例如，镍、镍-钴、镍-锰、或其它镍基合金)可能是期望的。

因此，在可根据本发明使用的此类增材制造工艺的一个示例性实施方案中，单光子或多光子增材制造工艺可用于在母模基材上构建任何期望的喷嘴相关特征(例如，喷嘴通孔的负像)。母模基材具有基础表面，在该基础表面上，一个或多个三维微结构化特征(例如，一个或多个负像喷嘴通孔结构)积聚、刻绘或以其它方式形成到基础表面上。该基础表面可为平坦的或三维的，并且被构造成具有任何期望的形状(例如，被构造成具有在喷嘴结构12的入口面18与阀杆14的前端之间提供期望的配合的形状)(参见例如图1和图2)。可以期望入口面18为部分球形的(参见例如图40)或换句话讲为三维表面，以用于形成喷嘴结构12的入口表面18，该入口表面匹配以便接触阀杆14的前端的足够部分，以在阀杆14的该端部接触入口表面18时减小或消除入口表面与阀杆的前端之间的空间19，以便切断流体进入通孔20的喷嘴入口开口21的通路。在基础表面上形成微结构化特征之后，对母模基材进行进一步的增材制造处理(例如，电镀)以在基础表面的顶部上形成期望的结构(例如，喷嘴结构)，以便围绕每个微结构化特征，并且由此形成这些特征的负像。根据所使用的增材制造工艺(例如，电镀、金属注塑成型、金属烧结等)的净成形能力，所形成的结构(例如，预成型喷嘴结构)可能需要去除一些材料(例如，通过磨削、EDM等)来生产成品部件。例如，为了由电镀喷嘴板预成型件或其它喷嘴结构预成型件形成喷嘴板或其它喷嘴结构，可能需要去除预成型件的顶部部分以便暴露所有喷嘴通孔(例如，以将盲孔转换为通孔或完全开放的通孔)。

一般来讲，通孔中的流体压力、通孔的数量以及每个通孔的内部尺寸可各自影响或甚至确定通过喷嘴的总体流体流速。每个通孔的离轴角度；长度(即，高度)、从一侧到另一侧的宽度、厚度、形状和出口开口横截面积及其相对于其它通孔的取向可确定喷雾羽流(例如，锥形羽流)的内部特性和外部特性。

虽然以下实施方案尚未针对具体应用进行优化，但可定制通孔尺寸以产生更均匀的穿透和期望的精确羽流特性。其它不同的通孔设计可集成到总体喷嘴通孔阵列设计中，以将特征添加到迄今为止喷嘴设计者无法获得的喷雾羽流(例如，锥形羽流)中。例如，为了增加目标性或穿透，可包括提供单独的高度目标性的流体流或射流的通孔。此类流体流或射流可包括在喷雾羽流(例如，锥形喷雾羽流)的内部或外部中。除此之外或另选地，通孔中的一些通孔可被重新分布、重新定向或两种情况都有，以便在喷雾羽流中形成期望数量的开口狭缝或其它空间。例如，此类空间可形成于喷雾羽流(例如，锥形羽流的壁)中，以(a)促进空气夹带或避免喷雾流体与燃烧室中的结构(例如，进气阀、活塞表面、室壁)之间的接触，(b)改变喷雾羽流的形状(例如，以形成非圆锥形)，(c)产生有效地倾斜喷雾羽流的离轴对称或非对称的喷雾羽流(例如，锥形)形状(例如，用于侧装式应用)，(d)等，以及(e)它们的任何组合。

本文所述的喷嘴通孔和通孔阵列可被设计成在流体进入喷嘴的点处以及在沿流体流动路径内部地在通孔内的任何点处节省流体流动能量并最小化背压损失，直到流体达到流体流破裂所需能量的点。可以期望控制流体流动能量的节省程度，因为流体流动能量的水平可影响离开通孔的流体流的雾化(即，液滴尺寸和分布)和穿透深度。因此，可以期望喷嘴通孔具有不同程度的流体流动能量节省。

参见本文的图，燃料喷射器主体11的燃料喷射器喷嘴10包括喷嘴板或其它喷嘴结构12、定位在燃料喷射器主体11内以便接合阀引导结构或插入件16的阀杆14。阀引导件16是与喷嘴板或其它喷嘴结构12一体形成为一个件的结构，或者阀引导件16为固定(例如，经由焊接)到单独的喷嘴板或其它喷嘴结构12的单独插入件的形式。阀引导件16包括限定阀引导孔或开口19的阀座区域17。阀杆14在喷射器主体11和阀引导件16内朝向和远离阀座区域17移动。阀杆14的前端由在阀引导件16内形成的多个交替沟槽(通常称为槽)25和肋27引导，这些槽和肋周向地围绕阀杆14的前端(参见例如图2、图3A和图3B)。另选地，槽25和肋27可围绕阀杆14的前端的圆周形成(参见例如图1)。为了闭合燃料喷射器，阀杆14的前端向前移动，以便抵靠阀密封区域17坐置并密封。为了打开燃料喷射器，阀杆14的前端向后移动，以便与阀座区域17分离。这样，可防止或允许液体或气态流体(例如燃料，诸如汽油、柴油燃料、燃料油、酒精、甲烷、丁烷、天然气等)通过孔或开口19(即，进出形成于喷嘴板或其它喷嘴结构12中的通孔20)。每个喷嘴通孔20具有入口开口21、出口开口32和位于入口开口与出口开口之间的腔体。进入孔19的流体流入每个通孔入口开口21中，穿过每个通孔腔体，并且以期望的流体流喷雾式样通过通孔出口开口32离开喷嘴板或其它喷嘴结构以形成流体羽流，如例如在图20和图25中所示的。喷嘴板或其它喷嘴结构12的入口表面或面18面向阀杆14的前端并接触阀引导件16的出口端表面。喷嘴板或其它喷嘴结构12在由通孔20占据的区域中限定喷嘴板或其它喷嘴结构的入口面或表面18与喷嘴板或其它喷嘴结构的出口面或表面26之间的厚度。

虽然图6A和图6B中所示的通孔阵列使用六个通孔20形成，但本发明不限于用任何特定数量或构型或取向的通孔20制成的阵列(参见例如图23、图30、图32、图34和图40)。例如，图6A包括用于每个通孔20的取向平面(虚线)，该取向平面被对准以便穿过每个通孔20的中心(例如，段36、段38和/或段40的中心轴线)，其中这些定向平面彼此形成角度λ。在图6A的实施方案中，存在四个大小相等的角度λ₁、λ₂、λ₃和λ₄。待形成的流体羽流可确定所使用的通孔20的数量、那些通孔的相对取向以及阵列中所使用的每个通孔20的构型。因此，角度λ₁、λ₂、λ₃和λ₄中的每个角度可为相同的或不同的或任何期望的组合。使用图7至图19、图24、图26、图27、图29、图31、图33、图36、图38和图40至图46中所示的微结构20制成的通孔20是可用于形成根据本发明的通孔阵列的各种通孔20中的一些的示例。

穿过通孔20的流体以期望的流体流喷雾式样离开喷嘴板或其它喷嘴结构，以形成流体羽流。喷雾式样或羽流22优选地围绕中心轴线24形成(参见例如图20)。在一个或多个实施方案中，喷雾式样或羽流22可限定中心轴线24，在一个或多个实施方案中，该中心轴线可被描述为形成在由离开喷嘴板或其它喷嘴结构12的多个流体流形成的喷雾式样或羽流22的中心内，如本文所述。喷雾式样或羽流22的中心可以由在流体移动方向上(即，下游)形成喷雾式样或羽流22的液滴所占据的体积的中心来限定。

每个通孔至少包括流体剪切段和任选的过渡区域。可以期望通孔中的一个或多个或全部沿流体流动的方向被分成三个部分：与通孔的入口开口流体连通的初始段、与通孔的出口流体连通的流体剪切段以及提供初始段与流体剪切段之间的流体连通的过渡区域。

任选的初始段可以并且优选地是流体进入通孔的位置。前缘圆角(例如，具有曲率半径或其它逐渐倾斜的区域)可在通孔的入口开口处形成(例如，在一个实施方案中，形成通孔的入口开口的边缘形成初始段的入口，并且被倒圆或以其它方式逐渐倾斜)，以允许与尖锐或以其它方式突然的过渡相比更平滑的层流流入通孔中。这种前缘倒角可使进入通孔的流体的湍流最小化，从而保存流体的势能，直到流体剪切过程需要。初始段可从与通孔入口开口相邻的喷嘴结构的入口表面以锐角或钝角π偏轴倾斜(参见例如图15)以保持进入流体的动量，开始流体喷雾流定向过程，或两者兼有。还可能期望增加初始段中的湍流，以便增加雾化或以其它方式使离开通孔的流体流破裂。例如，据信缩短初始段的长度可减少初始段内的层流流动并且增加离开流体流的雾化或破裂。例如，为了增加流过通孔的流体中的湍流量，也可能期望完全消除通孔的初始段。

初始段36的相对的内侧壁可朝向彼此会聚(参见例如图17和图18)或彼此发散开，以及彼此平行(参见例如图10A)。例如，这些相对的内侧壁可从与通孔入口开口相邻的喷嘴结构的入口表面以相同或不同的角度π倾斜。角度π可包括角度π₁和角度π₂，其中π₁等于或不等于π₂，π₁小于π₂，或者π₁大于π₂。角度π可各自为锐角、钝角或一个锐角和一个钝角。此外，角度π中的一个角度可为直角，并且另一个角度可为钝角或锐角π。

过渡区域是沿通孔长度的点或子长度，其中通孔内的流体过渡到流体剪切段中。该过渡区域不一定位于沿通孔长度的中点或穿过喷嘴结构厚度的中途。过渡区域可定位在通孔内沿流体流动路径的几乎任何位置。期望将过渡区域定位在需要产生流体湍流的位置，以便优化离开通孔的流体流的期望破裂(即，流体液滴尺寸和超出通孔出口开口的穿透深度)。这种湍流可在穿过流体剪切段的流体中产生穿孔和/或波，以有助于离开通孔的流体流的破裂。一个或多个单独的气穴特征部也可包括在初始段、过渡区域或流体剪切段内的通孔腔体的内表面上。一个或多个气穴特征部也可与初始段、过渡区域和流体剪切段中的任一者或多者或全部重叠。例如，为了增加流过通孔的流体中的湍流量，也可能期望完全消除通孔的初始段和/或过渡区域。

流体剪切段将流过通孔的流体转变成具有扁平(例如，片状、扇叶状等)形状的横向伸长或剪切的流。在一个实施方案中，流体剪切段可被构造成形成在横向于流体流动方向的方向上展开的流体流或喷雾式样，其中流体流的侧到侧宽度增大(即，流体流的侧边缘发散)、保持相同(即，流体流的侧边缘大致彼此平行)或可能甚至减小(即，流体流的侧边缘会聚)、流体流离通孔出口开口更远。在一个实施方案中，流体剪切段具有带有长轴和短轴的横截面形状，并且这些轴线的尺寸被设定成便于提供对流经其中的流体的剪切。例如，长轴的长度可从流体剪切段的上游端至下游端增大、保持相对相同或甚至可能减小。此外，短轴的长度可从流体剪切段的上游端至下游端减小、保持相对相同或甚至可能增大。

通过增大通孔出口开口32的宽度(例如，长轴的长度)和/或通过增大分离剪切段40的发散侧的角度，可增大离开通孔20的流体流的有效侧到侧宽度。随着流体流进一步远离喷嘴，增大离开流体流的有效侧到侧宽度可导致流体流的厚度(例如，短轴的长度)减小，这可减小形成离开流体流的液滴的尺寸。据信，对于具有相同长轴长度和短轴宽度但一个长轴为相对直线(参见例如图12B、图14B、图36B和图38B)而另一个长轴为新月形线(参见例如图24B、图27、图31C和图33C)的两个出口开口，离开流体流的剪切(例如，横向剪切)发生的程度不会显著不同。

在一个实施方案中，本发明的通孔可具有从发散到会聚的腔体(即，发散的初始段和会聚的流体剪切段)，并且在另一个实施方案中，本发明的通孔可具有从会聚到发散的腔体(即，会聚的初始段和发散的流体剪切段)。

一般来讲，发散/会聚通孔的腔体具有垂直于流体流动的主方向的内部横截面开口(即，腔体内部横截面开口)，该腔体内部横截面开口在初始段中发散(即，在至少一个横截面方向上的长度或横截面积远离入口开口逐渐增大)，并且然后在过渡区域处或之后，通孔腔体具有垂直于流体流动的主方向的内部横截面开口(即，腔体内部横截面开口)，该腔体内部横截面开口在流体剪切段中会聚(即，在至少一个横截面方向上的长度或横截面积远离入口开口逐渐减小)。

在一个发散/会聚通孔实施方案中，初始段腔体的内部横截面开口以线性变化率发散(即，在至少一个横截面方向上的长度或横截面积远离入口开口逐渐增大)直至过渡区域，并且然后内部横截面开口在流体剪切段中以非线性指数率开始会聚。在另一个发散/会聚通孔实施方案中，初始段腔体的内部横截面开口以非线性指数变化率发散(即，在至少一个横截面方向上的长度或横截面积远离入口开口逐渐增大)直至过渡区域，并且然后内部横截面开口以非线性指数率开始会聚。在这两个实施方案中的任一个中，初始段的内部横截面积可表现出从通孔入口开口到初始段内的最大发散点的内部横截面积的增加，在约5.0％直至约50.0％的范围内，并且优选地在约15.0％直至约40.0％的范围内。

图21中的设计0607示出了直至过渡点的线性开口面积变化率，在该过渡点，它以非线性指数率开始会聚。图22中的设计0608示出了以指数率发散和会聚。在这两个实施例中，在最大发散点处的开口面积比入口面积增加了大约30％。

腔体内部横截面开口(即，在至少一个横截面方向上的长度或横截面积)中的发散率和会聚率变化的任何组合可被设计在通孔中以匹配喷嘴的具体应用。腔体内部横截面开口中的任何发散率或会聚率变化可发生在喷嘴通孔内的任何位置处。过渡区域处的变化率可影响喷嘴的耐久性。快速变化可导致通孔内的过度气穴，并且导致通孔腔体内表面的过早腐蚀。

在一个或多个实施方案中，具有如本文所述的通孔的喷嘴结构可以形成锥形流体羽流，其在例如将燃料输送到内燃机的燃烧室中可能有用。如本文所用，术语“锥形流体羽流”是指当流体离开喷嘴结构之后的流体的形状。据信这种流体液滴分布在羽流的锥形部分的外周边周围比在中心处具有更高的液滴浓度。

锥形羽流可以是中空的或者填充有流体液滴和/或流体流。当在截面中，沿穿过锥形流体羽流的中心纵向轴线的平面，大体垂直于喷嘴结构的出口面或表面观察时，可以期望锥形的相对侧在其间形成角度θ，该角度的宽度在从至少约25°直至并包括约135°的范围内。羽流的锥形部分通常可以是大体中空的(即，锥形部分的壁内空间的小于25％包含流体)，或者锥形部分的壁内空间的流体含量可以为至少25％直至小于50％、大于或等于50％或至少75％。图22描绘了在其相对侧或边缘之间形成角度θ的一个例示性锥形羽流，该锥形羽流可以使用具有通孔的喷嘴结构来形成，该通孔开放到喷嘴结构的出口面或表面上，其中所描绘的锥形羽流围绕中心轴线定位。

当流体羽流的锥形形状是中空锥形流体壁时，可以期望该壁是连续的或不连续的。当任何流体液滴或流的全部或大部分(即大于30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％)与至少一个其它流体液滴或流接触或紧邻其时，锥形流体壁被认为是连续的。当给定流体液滴或流与另一个液滴或流之间的间隙小于给定流体液滴或流的直径时，该给定流体液滴或流和另一个液滴或流彼此紧邻。当任何流体液滴或流的全部、大部分(即大于50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、或95％以及直至但不包括100％)或者显著量(即大于10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、或45％以及直至并包括50％)不紧邻另一个液滴或流时，锥形流体壁被认为是不连续的。

当流体是内燃机的燃料时，术语“锥形羽流”是指燃料在其离开通孔之后、以及在其在发动机的燃烧室中燃烧之前的形状。可以期望内燃机例如是汽油直接喷射(GDI)发动机或另一种类型的直接喷射(DI)发动机。

在本发明的一个实施方案中，如图23和图24所示，由喷嘴通孔形成微结构的所示阵列制成的喷嘴可用于制备锥形喷雾式样或羽流22，如图25所示。在该实施方案中，由该微结构阵列形成的多个喷嘴通孔20中的每个喷嘴通孔都被设计成产生锥形喷雾式样或羽流22的一段，并且这些段被定向和取向以形成单个中空锥形喷雾羽流。这种锥形喷雾羽流与使用常规喷嘴技术制成的喷雾羽流(如使用更复杂和昂贵的压电燃料喷射器制成的喷雾羽流)相当。图25的流体喷雾式样或羽流22使用喷嘴产生，该喷嘴具有使用图23A和图23B的微结构阵列制成的八(8)通孔阵列，其中每个通孔微结构20(参见图24A和图24B)形成对应的从发散到会聚的腔体。由图24A和图24B的微结构20形成的通孔的流体剪切段40的下游端具有新月形出口开口32，但该新月形状是任选的。本发明通孔的另选的出口开口形状，包括图24A和图24B的那些，在本文的图中示出。

由图24、图27、图29、图31、图32、图33、图36和图38的每个微结构20形成的通孔的流体剪切段40的下游端具有出口开口32，该出口开口被设计成产生相对薄壁的流体片，该流体片在其离开并远离喷嘴行进时发散。由图24A和图24B的微结构形成的特定新月形出口开口32包括在通孔32的任一端形成较宽开口的节点33。端部节点33可为任何期望的形状并且为任选的。这些端部节点33可以但不是必须在流体片的边缘建立径向流线，以有助于产生垂直于流体从喷嘴流出的方向的侧向剪切力。这种侧向剪切在流体片远离喷嘴行进时将离开的流体片撕开。在过渡区域中形成的湍流会在薄的流体壁中形成穿孔，这与侧向剪切力相结合可增加流体膜崩解成小液滴的崩解率。两个出口流体流线或矢量35示于图24A和图24B中，以示出流体离开出口开口32的端部所沿循的发散路径(还可参见图27)。当将这些矢量35应用于微结构阵列(例如，图23A和图23B的微结构阵列)时，显然对应的八个通孔形成微结构20的取向对于所有八个所得通孔都不会导致相交的流线或矢量35。选择该取向以在离开通孔出口开口32的流体流之间形成重叠，同时使相邻流体流之间的聚结最小化。当将此类矢量35应用于例如图32A、图32B和图34(未示出)的微结构阵列时，显然流线35将相交并导致相邻流体流的聚结。

图25的流体喷雾式样或羽流22的视频帧照片(未示出)是从喷射起点开始并在距喷射器喷嘴10的出口面26大约10mm、20mm、30mm、40mm和50mm处拍摄的，并且与大约相同距离处的X-Y平面图案同步。从图案(未示出)可看到中空锥内部。此外，八(8)个高通量区域在对应流型22中的位置和构型表明，通孔设计的端部节点33的尺寸和紧密度可导致从每组两(2)个相邻通孔的相邻端部节点33流出的流体的聚结。这继而表明，可调节这些通孔20的尺寸、形状、对准和定向，以形成更均匀的流体喷雾式样或羽流22。

将喷射起点的喷雾羽流22与图25中完全展开的羽流22进行比较表明，随着中空流体锥形状的建立，中空锥内的气压减小，因此喷雾锥角减小(即，基本锥形状的侧到侧宽度变窄)。当流体流破裂时，小液滴失去动量，并朝向喷嘴卷曲，导致填充中空流体锥的中心并有效地加宽羽流前端的外部区域。可通过在喷雾式样或羽流22的周边中设计一个或多个狭槽或其它开口中来影响流体锥角θ的变窄，以减小中空锥内的压降，从而使喷雾角的变化最小化。例如，通过减少通孔20的数量(例如，通过移除图23A和图23B的阵列中的八个通孔形成微结构中的一个或多个通孔形成微结构)，或者通过增加两个相邻通孔/微结构20之间的空间或者多个相邻通孔/微结构20之间的空间，可产生一个或多个此类狭槽或其它开口。这种在喷雾式样或羽流22的周边中提供此类狭槽或其它开口的技术对于除所示锥形之外的羽流形状可为期望的。通过减小通孔出口开口32的横截面积，可减小流体流出喷嘴通孔20(例如，由本文所公开的示例性微结构形成的喷嘴通孔)的流率，并且可增加流体的速度。同时，通过改变通孔腔体的形状(例如，通孔出口开口32的形状)，可独立地调节或修改离开通孔20的所得流体流的穿透性和均匀性。

一般来讲，会聚/发散通孔的腔体可具有垂直于流体流动的主方向的内部横截面开口(即，腔体内部横截面开口)，该腔体内部横截面开口在初始段中会聚(即，在至少一个横截面方向上的长度或横截面积远离入口开口逐渐减小)，并且然后在过渡区域处或之后，通孔腔体具有垂直于流体流动的主方向的内部横截面开口(即，腔体内部横截面开口)，该腔体内部横截面开口在流体剪切段中发散(即，在至少一个横截面方向上的长度或横截面积远离入口开口逐渐增大)。由于初始段会聚，其通过增加到达过渡区域的流体的流速并在通孔的过渡区域和流体剪切段中释放湍流形式的势能，将初始段中流体的势能变为动能。

图28图示了示例性会聚/发散实施方案，具有设计0801、0802、0803和0804的横截面轮廓。为了便于说明，图28的曲线图上的迹线按常数垂直分开。通孔设计0801、0802、0803和0804如下所述。一般来讲，这些通孔20中的每个通孔都具有流体剪切段40，其中在段40的上游端处的长轴长度向段40的下游端处的短轴长度会聚，并且在段40的上游端处的短轴长度向段40的下游端处的长轴长度发散。

流体剪切段40可在其短轴长度的任一端具有朝向彼此会聚或远离彼此发散的相对的内侧壁。例如，这些相对的内侧壁可相对于过渡区域的横截面平面以相同或不同的角度α倾斜(即，当过渡区域位于沿通孔长度的一点时位于过渡区域的位置处，或者当过渡区域跨越通孔长度的子长度时位于过渡区域的下游端处)。角度α可包括角度α₁和角度α₂，其中α₁等于或不等于α₂，α₁小于α₂(例如，参见图7A)，或者α₁大于α₂(例如，参见图9A)。角度α可各自为锐角、钝角或一个锐角和一个钝角(例如，参见图14A)。此外，角度α中的一个角度可为直角，并且另一个角度可为钝角α(例如，参见图10A)。

通孔设计0801的横截面轮廓具有线性的会聚和发散的变化率，总流体路径长度为600μm，其中过渡区域位于中点，即300μm处。图29A至图29C分别示出了0801通孔设计(包括入口圆角)的侧视图、边视图和透视图。图30示出了喷嘴通孔阵列设计，其使用了图29A至图29C的设计0801的八(8)个通孔20。即使当两个喷嘴通孔阵列设计具有相同的入口开口面积和出口开口面积以及相同的通孔定位时，如果一个阵列设计的通孔20与另一个阵列设计相比具有20°旋转，则相邻出口开口之间的流体流与流体流的相互作用将会不同，并且可导致非常不同的燃料喷雾式样或羽流特性。通孔设计0803的轮廓与0801通孔设计几乎相同；不同的是设计0803高100μm(需要较厚的喷嘴结构12)并且具有700μm的总长度，其中过渡区域位于300μm处。通孔设计0802在图31A至图31C中示出，并且具有线性会聚率和指数发散率，总长度为600μm，过渡区域位于300μm处。虽然设计0802的会聚入口段与设计0801几乎相同；但过渡区域38和流体剪切段40是不同的。图32A和图32B(侧视图和透视图)示出了使用八(8)个设计0802通孔的喷嘴通孔形成微结构20的阵列，这些通孔布置成圆形，类似于前述的喷嘴通孔形成微结构的八孔阵列。在图32A的实施方案中，通孔20保持分离。

通孔设计0804的横截面轮廓(参见图33A至图33C)类似于设计0802的横截面轮廓，不同的是流体剪切段40的下游端(即，此处的通孔出口开口32)更窄且更长，同时保持与设计0802相同的开口面积。设计0804还保留了相同的流体路径长度(600μm)和过渡区域38的位置(300μm)。使用与先前没有旋转的喷嘴通孔阵列设计类似的相对位置，可形成八(8)个设计0804喷嘴通孔微结构20的阵列(参见图33A至图33C)。然而，图33的实施方案的通孔微结构20可被定位成足够靠近在一起(参见图34)，以在所得喷嘴中形成单个环形出口通道32，而不是形成单独的出口开口32。此类环形出口通道32可形成更连续的中空锥形羽流22。另选地，如图32B所示，通过使用由间隔开的内壁51和外壁53限定的混合室将每个通孔微结构20的出口开口32连接在一起，即使当各个通孔微结构20间隔开时，也可形成这种中空锥形羽流22。优选地，壁51和53中的每个壁为环形形状的，以便形成环形形状的混合室。可期望壁51和53中的一个或两个壁是倾斜的，以便与它们对齐或以其它方式对应的剪切段40的侧面的斜度匹配。也可期望单个出口开口32的厚度(即，壁51与53之间的距离或间隙)小于、等于或大于单个出口开口32的厚度。这种混合室预期允许离开每个通孔20的流体流充分混合在一起，以便形成甚至更连续的中空锥形羽流22。以这些方式，即使单独的通孔微结构中的每一个具有单独的出口开口特征部，也可形成单个出口通道32。可能期望使用将阵列中的通孔20的两个或更多个通孔以及全部通孔的出口开口连接在一起的单个出口通道。虽然此类环形的单个出口开口32可有助于形成更连续的中空锥形流体羽流22，但是如果锥形中心处的气体(例如，空气)压力下降得太低，则此类羽流22可自行塌陷。如果流体羽流22的锥形壁不允许周围气体(例如，空气)充分排出到羽流22的中心中，则可发生这种不利的压降。

在这种类型的过渡方案的另一个实施方案中(参见图36A至图36B，图38A至图38B)，初始段36沿其长度的大部分或全部保持恒定的横截面积，并且然后在过渡区域38处，横截面积发散(参见图36A至图36B的设计0611)或会聚(参见图38A至图38B的设计0612)。在这些实施方案中未示出入口圆角，但可包括入口圆角。设计0611的入口段36具有较小的横截面积，即大致为出口开口横截面积的30％。在设计0612中，入口开口面积大致比出口开口面积大30％，据信这将形成比设计0611针对大致相同尺寸的通孔20产生的穿透深度更大的穿透深度。还据信，对于类似尺寸的通孔，设计0612通孔20的流率将略大于设计0611通孔20的流率。

可以设计和制造通孔，其中初始段36向过渡区域38会聚(设计0613)或者发散(设计0614)，并且流体剪切段40沿其流动中心轴线或长度保持恒定的横截面积(分别参见图39A和39B的曲线图)。设计这种通孔的一种方式是使流体剪切段中的主要横截面尺寸和次要横截面尺寸都沿流体剪切段的长度变化。在一个此类实施方案中，在流体剪切段的上游端处，主要尺寸可从略微长于次要尺寸开始。当朝向流体剪切段的上游端移动时，主要尺寸可开始变得更长并且次要尺寸可开始变得更短，使得在流体剪切段的上游端(例如，在一个实施方案中，通孔的出口开口)处，主要尺寸明显长于次要尺寸。

设计0611和设计0612通孔的侧视图(参见图36A至图36B和图38A至图38B)示出了至少使通孔20的初始段36甚至整个通孔腔体成形的概念，以有助于在流体离开阀孔、环绕球阀并开始进入通孔20时保持流体的动量(参见例如图47)。这样，当流体流过并离开通孔20时，流体的动量水平可最大化或至少增加。在实现这种流体动量保存的喷嘴结构12的一个实施方案中，通孔20的初始段36不仅是弯曲的，而且还被取向成与流过阀插入件16的流体的主要路径58(参见图47中的箭头)对齐，使得流过初始段36的流体的路径60与流体路径58成直线或者至少平行。在保存流体动量的另选方式中，初始段36可为直的但有角度的，如图10A所示，以便与流过阀插入件16的流体的主要路径58对齐。

参见图2、图26、图45和图46，一般来讲，通孔20的任何组合中的一个或多个组合或者全部可包括沉孔28，该沉孔形成于喷嘴结构12的出口面或表面26(例如，喷嘴板)中，使得每个通孔20的侧壁30终止于出口面或表面26下方。因此，此类通孔20可被描述为具有从喷嘴板或其它喷嘴结构12的出口面或表面26嵌入的出口开口32，其中出口开口32与沉孔28的底表面29重合。底表面29从沉孔28的中心轴线31向外延伸(例如，径向地)比通孔出口开口32更宽的期望距离。沉孔中心轴线31可与通孔出口开口32的流动中心轴线成直线、与其间隔开且平行、与其离轴且间隔开、或与其离轴且相交。在一些实施方案中，沉孔28的底表面29向外延伸至并终止于底部周边边缘37处，该底部周边边缘形成外壁34的基部，该外壁形成沉孔28的外周边。在沉孔28的下游端处，外壁34在喷嘴出口面或表面26上限定外周边边缘。可期望沉孔28的底表面29在出口开口32处与通孔20的内侧壁30限定直角(90°)。

在一个或多个实施方案中，向如本文所述的喷嘴结构12的通孔20添加沉孔28可以提供对喷嘴结构12内的通孔20的长度的附加控制。具体地讲，沉孔28的底表面29可位于喷嘴结构12内的入口面或表面18与出口面或表面26之间的任何期望中间位置处，无论对应的通孔20位于何处。这样，通孔20的长度(即，通孔的入口开口与出口开口之间的距离)可通过调节沉孔的高度被制成比喷嘴结构12的厚度短，以补偿通孔20的长度与喷嘴结构厚度之间的差值。

具有此类通孔20和沉孔28的组合的喷嘴结构12可使用一种或多种净成形增材制造工艺制成，诸如本文所述的那些(例如，使用通过单光子或多光子工艺制成的微结构)。另选地，此类喷嘴结构12可使用电镀(即，原本被称为电铸)或其它增材制造技术来构造，之后进行后成型磨削、放电加工(EDM)、或导致喷嘴结构在喷嘴结构的入口面或表面与出口面或表面之间的厚度的一些变化的其它材料去除过程。然而，那些后成型磨削或其它材料去除过程不必影响沉孔底表面29的位置或通孔出口开口32的位置，因为那些特征从喷嘴结构12的出口面或表面26嵌入。这样，沉孔28的使用可允许根据需要选择通孔20的长度，而不用担心喷嘴结构12的入口面或表面18与出口面或表面26之间的距离大于通孔20的长度。换句话讲，沉孔28的使用可允许在不必减小喷嘴结构12的厚度的情况下减小通孔20的长度。

在一个或多个实施方案中，沉孔28的尺寸可被设定成使得离开通孔20的出口开口32的流体不接触沉孔28的底表面29和外侧壁表面34的任何、大部分或很大部分。沉孔28的表面29和34在以下情况下被视为受到离开通孔出口开口32的流体显著接触，以在沉孔表面上产生焦化问题：当离开通孔20的流体流的物理特性受到显著影响时(例如，当未获得流体流的期望形状和破碎时)或当足够的流体保留在沉孔28的表面29或34上时，在喷射循环之后。

可以期望通孔具有相对浅的深度(即，短的长度)，以便减小流体在离开通孔之前需要行进的距离(即，以减小流体保持在通孔中的时间量)。减小流体在通孔内必须行进的距离可使流体在进入通孔与离开通孔之间损失的动能的量最小化。最大化或优化由流体保持的动能可帮助确保离开通孔的流体将具有足够的动能以行进期望的距离到通孔的外部并与喷嘴分离。当喷嘴是燃料喷射器喷嘴时，以下可能是特别重要的：确保在燃料喷射器供应阀已经闭合后，在闭合阀的另一侧上保留在喷嘴结构中(例如，在喷嘴板或其它喷嘴结构的通孔中)的末尾量的燃料具有足够的动能以离开通孔并且及时与喷嘴分离以在燃烧室中燃烧(即，参与燃烧事件)。未这样与喷嘴分离(即，仍与喷嘴接触)的任何剩余燃料将可能有助于形成焦化沉积物，并且可能积聚到阻碍燃料流过喷嘴通孔的程度。

在一个或多个实施方案中，例如，可以期望沉孔28的高度(如沿其中心轴线31所测量的)小于或等于对应通孔20的长度(如从其入口开口21到沉孔28的底部处的其出口开口32所测量的)。在一个或多个另选的实施方案中，沉孔28沿其中心轴线31的高度可小于或等于对应通孔20的长度的一半。在其它另选的实施方案中，沉孔28沿其中心轴线31的高度可在通孔20的长度的两倍到至多三倍或更多倍的范围内。还可以期望通孔的长度或高度在从大于通孔出口开口32的主尺寸或宽度到至多并包括通孔出口开口32的主尺寸或宽度的约三倍的范围内。

在上述沉孔28的附加变型中，通孔20可各自包括具有外壁34的沉孔28，该外壁形成有与其对应通孔20的出口开口32相同或类似的形状。据信，通过匹配或接近喷嘴通孔出口开口32的形状，对应的沉孔外壁34可有助于控制离开对应通孔20的流体的膨胀，由此有助于大致保持离开流体流的外部形状。此外，外壁34的斜度可被制成与剪切段40的壁的斜度匹配或以其它方式足够接近，以帮助(a)避免离开出口开口32的流体流与沉孔壁34的内表面之间的接触，(b)控制离开对应通孔20的流体的膨胀并有助于大致保持离开流体流的外部形状，或者(c)(a)和(b)两者。此类倾斜的沉孔28的示例可见于图26、图45和图46中。

出口开口32的长轴可被取向成便于与通孔20的段36、38和40中的任一个或两个或每个段的中心轴线相交，或者不与段36、38和40相交。例如，图18和图41中所示的出口开口32的长轴与每个段36、38和40的中心轴线相交，并且图7至图14中所示的出口开口32的长轴不与对应初始段36的中心轴线相交，但是它们与对应剪切段40的中心轴线相交。出口开口32的长轴也可被取向成便于与段36、38和40中的任一个或两个或每个段的中心轴线相交并形成任何期望的角度。

可以期望通孔20具有两个或更多个出口开口32。这种喷嘴构型可例如通过在喷嘴通孔20的剪切段40中设计一个或多个楔形屏障来获得，这将出口开口32分成两个(参见例如图40、图42和图45)、三个(参见例如图43)或更多个出口开口32。该喷嘴结构可通过从通孔微结构20的剪切段40移除对应的楔形部分来获得。每个楔形部分由两个表面55限定，这两个表面在它们的出口开口边缘处分开并且沿它们的相对边缘57接合。另选地，可通过形成两个或更多个剪切段40(参见例如图44和图46)为同一通孔20形成两个或更多个出口开口32，其中相邻的剪切段40沿边缘或接缝57接合。为了更容易地将流过剪切段的流体分流到出口入口32中，同时最小化由流动流体可能冲击的较大表面积(即，较宽边缘57的表面积)导致的背压，边缘57可以是刀刃或其它锋利的边缘(比较图43中的边缘57)，或者至少更窄而不是更宽。与本文所公开的其它通孔构型一样，多个出口开口通孔实施方案可包括一个或多个沉孔28。例如，单个沉孔28可与多个出口开口32(参见例如图45)一起使用，或者每个出口开口32可与其自身的沉孔28(参见例如图46)一起形成。

本文所述的喷嘴结构可以是平坦板、弯曲板、复合弯曲板、或另外具有其中入口面的表面和出口面的表面不同的三维结构。可以期望喷嘴结构的出口面是平坦的、半球形的、弯曲的或另外具有三维形状。可以期望喷嘴结构的入口面和出口面的表面区域的全部、大部分(即大于50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、或95％)或基本上没有(即在从0％到小于50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、或5％的范围内)精确地(即，在常规制造公差内)或大体(即，在至多约1度内)彼此平行。

上面描述和描绘了具有平坦的入口面或表面和出口面或表面的喷嘴板的各种例示性实施方案。图1和图2描绘了喷嘴板的一个另选的例示性实施方案的剖视图，该喷嘴板具有带有三维形状的入口面或表面和出口面或表面。具体地讲，喷嘴板12包括入口面或表面18和出口面或表面26。如图1和图2所示，入口面或表面的一部分和出口面或表面的一部分具有三维曲率。尽管入口面或表面18和出口面或表面26的所描绘的三维曲率匹配，但其它另选实施方案可包括具有彼此不匹配的三维曲率的入口面或表面和/或出口面或表面。

附加实施方案

1.一种流体(例如，液体或气体燃料)供应喷嘴(例如，燃料喷射器喷嘴)，所述流体供应喷嘴包括喷嘴结构和至少一个或多个通孔，所述喷嘴结构具有位于入口侧上的入口面或表面、位于出口侧上的出口面或表面、在所述入口面或表面与所述出口面或表面之间的厚度，其中每个通孔具有位于所述入口面或表面上的入口开口、位于所述出口面或表面上的出口开口以及由位于所述厚度内的内侧壁或表面限定的腔体，所述腔体在所述入口开口与所述出口开口之间提供流体连通，其中所述腔体包括以下部分、基本上由以下部分组成或由以下部分组成：

在上游端处与所述通孔的所述入口开口流体连通的任选的初始段(例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述入口开口限定所述初始段的入口开口)、在下游端处与所述通孔的所述出口开口流体连通的流体剪切段(即，在一个实施方案中，所述通孔的所述出口开口限定所述流体剪切段的出口开口)、以及任选的过渡区域(即，流入所述初始段的流体通过所述过渡区域过渡到所述流体剪切段)，所述任选的过渡区域设置在所述初始段与所述流体剪切段之间，以便与所述初始段的下游端和所述流体剪切段的上游端流体连通，

其中所述腔体的所述初始段具有一定长度以及(a)沿所述初始段的长度的至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％部分或全部，并且优选地沿所述初始段的长度的下游部分(例如，沿所述初始段的长度的至少最后50％)的相对均匀或以其它方式恒定的横截面形状(例如，圆形、卵形、杆形、矩形、椭圆形、星形等)，以便减少湍流并增加到达所述过渡区域的所述流体的均匀性，(b)从所述通孔的所述入口开口会聚到所述过渡区域的会聚(例如，锥形)形状(例如，在一个实施方案中，所述初始段在所述初始段的上游端处的横截面积大于所述初始段在所述初始段的下游端处的横截面积)，以便当所述流体穿过所述会聚(例如，锥形)形状的初始段并到达所述过渡区域时，减少湍流、增加均匀性并增加所述流体的速度或流率，或者(c)(a)和(b)两者，

所述过渡区域设置在沿所述通孔的所述长度具有一个横截面积的单个点(例如，沿所述通孔的任一点，其中所述点位于第一个十分之一之后到最后一个十分之一之前、第一个五分之一之后到最后一个五分之一之前、第一个四分之一之后到最后一个四分之一之前、第一个三分之一之后到最后一个三分之一之前的范围内，或沿所述通孔长度的中点加或减15％)处，或者所述过渡区域跨越所述整个通孔长度的至多约1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％或可能甚至更多的子长度或者以其它方式与所述通孔长度重叠，其中沿所述过渡区域的所述长度的横截面积从所述过渡区域的上游端到所述过渡区域的下游端为相对均匀的、发散的、会聚的、发散的和会聚的或者会聚的和发散的(例如，在一个实施方案中，所述过渡区域是筒形的，所述过渡区域的横截面从所述过渡区域的上游端发散，并且然后朝向所述过渡区域的下游端会聚)，并且

所述腔体的所述流体剪切段具有：在上游端与下游端之间的长度，其中所述上游端与所述过渡区域的下游端直接或间接地连接或者以其它方式流体连通；沿所述流体剪切段的长度的至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％部分或全部，并且优选地沿所述流体剪切段的长度的下游部分(例如，沿所述流体剪切段的长度的至少最后50％)的发散横截面形状(例如，扁平的锥形形状、扇叶形状等)，所述发散横截面形状具有带有一定长度的短轴和带有一定长度的长轴，并且所述长轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端增大(即，所述流体剪切段沿其长度在其长轴方向上发散)，并且任选地所述短轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端减小(即，所述流体剪切段沿其长度在其短轴方向上会聚)，

其中(i)所述流体剪切段的所述发散横截面形状的所述长轴长度与所述短轴长度的比率为至少2∶1或更大(例如，至少2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1、6∶1、6.5∶1、7∶1、7.5∶1、8∶1、8.5∶1、9∶1、9.5∶1、10∶1、10.5∶1、11∶1、11.5∶1、12∶1、12.5∶1、13∶1、13.5∶1、14∶1、14.5∶1、15∶1或甚至更高)，(ii)所述流体剪切段的所述下游端(或者，例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述出口开口)处的横截面积等于或小于所述流体剪切段的所述上游端(或者，例如，在一个实施方案中，所述过渡区域的所述下游端)处的横截面积，(iii)所述流体剪切段的所述下游端(或者，例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述出口开口)的横截面积等于或小于所述初始段的所述上游端(例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述入口开口)处的横截面积，(iv)所述长轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端增大，并且所述短轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端减小，或者(v)(i)、(ii)、(iii)和(iv)的任何组合。

1a.一种流体(例如，液体或气体燃料)供应喷嘴(例如，燃料喷射器喷嘴)，所述流体供应喷嘴包括喷嘴结构和至少一个或多个通孔，所述喷嘴结构具有位于入口侧上的入口面或表面、位于出口侧上的出口面或表面、在所述入口面或表面与所述出口面或表面之间的厚度，其中每个通孔具有位于所述入口面或表面上的入口开口、位于所述出口面或表面上的出口开口以及由位于所述厚度内的内侧壁或表面限定的腔体，所述腔体在所述入口开口与所述出口开口之间提供流体连通，其中所述腔体包括以下部分、基本上由以下部分组成或由以下部分组成：

流体剪切段和任选的过渡区域，所述流体剪切段在下游端处与所述通孔的所述出口开口流体连通(即，在一个实施方案中，所述通孔的所述出口开口限定所述流体剪切段的出口开口)，并且在上游端处与所述通孔的所述入口开口流体连通(例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述入口开口限定所述流体剪切段的入口开口)，所述任选的过渡区域被设置成便于与所述流体剪切段的上游端流体连通(即，流入所述通孔的所述入口开口的流体通过所述过渡区域过渡到所述流体剪切段)，

其中所述腔体的所述流体剪切段具有：在上游端与下游端之间的长度，其中所述上游端与所述过渡区域的下游端直接或间接地连接或者以其它方式流体连通；沿所述流体剪切段的长度的至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％部分或全部，并且优选地沿所述流体剪切段的长度的下游部分(例如，沿所述流体剪切段的长度的至少最后50％)的发散横截面形状(例如，扁平的锥形形状、扇叶形状等)，所述发散横截面形状具有带有一定长度的短轴和带有一定长度的长轴，并且所述长轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端增大(即，所述流体剪切段沿其长度在其长轴方向上发散)，并且任选地所述短轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端减小(即，所述流体剪切段沿其长度在其短轴方向上会聚)，并且

其中所述过渡区域设置在沿所述通孔的所述长度具有一个横截面积的单个点(例如，所述通孔入口开口)(例如，沿所述通孔的任一点，其中所述点位于从所述通孔入口开口到最后一个十分之一之前、第一个五分之一之后到最后一个五分之一之前、第一个四分之一之后到最后一个四分之一之前、第一个三分之一之后到最后一个三分之一之前的范围内，或沿所述通孔长度的中点加或减15％)处，或者所述过渡区域跨越所述整个通孔长度的至多约1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％、15％、15.5％、16％、16.5％、17％、17.5％、18％、18.5％、19％、19.5％、20％或可能甚至更多的子长度或者以其它方式与所述通孔长度重叠，其中沿所述过渡区域的所述长度的横截面积从所述过渡区域的上游端到所述过渡区域的下游端为相对均匀的、发散的、会聚的、发散的和会聚的或者会聚的和发散的(例如，在一个实施方案中，所述过渡区域是筒形的，所述过渡区域的横截面从所述过渡区域的上游端发散，并且然后朝向所述过渡区域的下游端会聚)。

1b.根据实施方案1a所述的喷嘴，其中(i)所述流体剪切段的所述发散横截面形状的所述长轴长度与所述短轴长度的比率为至少2∶1或更大(例如，至少2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1、6∶1、6.5∶1、7∶1、7.5∶1、8∶1、8.5∶1、9∶1、9.5∶1、10∶1、10.5∶1、11∶1、11.5∶1、12∶1、12.5∶1、13∶1、13.5∶1、14∶1、14.5∶1、15∶1或甚至更高)，(ii)所述流体剪切段的所述下游端(或者，例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述出口开口)处的横截面积等于或小于所述流体剪切段的所述上游端(或者，例如，在一个实施方案中，所述过渡区域的所述下游端)处的横截面积，(iii)所述流体剪切段的所述下游端(或者，例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述出口开口)的横截面积等于或小于所述通孔的所述入口开口的所述上游端处的横截面积，(iv)所述长轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端增大，并且所述短轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端减小，或者(v)(i)、(ii)、(iii)和(iv)的任何组合。

2.根据实施方案1或1a所述的喷嘴，其中所述初始段的所述上游端(例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述入口开口)具有带有短轴长度和长轴长度的横截面形状(例如，卵形、杆形、矩形、椭圆形、星形等)。

3.根据实施方案2所述的喷嘴，其中所述初始段的所述上游端(例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述入口开口)的所述长轴长度与所述短轴长度的比率为至少2∶1或更大(例如，至少2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1、6∶1、6.5∶1、7∶1、7.5∶1、8∶1、8.5∶1、9∶1、9.5∶1、10∶1或甚至更高)。

4.根据实施方案1或1a所述的喷嘴，其中所述初始段的所述上游端(例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述入口开口)具有圆形横截面形状。

5.根据实施方案1、1a和1b至4中任一项所述的喷嘴，其中所述初始段的所述下游端具有带有短轴长度和长轴长度的横截面形状(例如，卵形、杆形、矩形、椭圆形、星形等)。

6.根据实施方案5所述的喷嘴，其中所述初始段的所述下游端的所述长轴长度与所述短轴长度的比率为至少2∶1或更大(例如，至少2.5：1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1、6∶1、6.5∶1、7∶1、7.5∶1、8∶1、8.5∶1、9∶1、9.5∶1、10∶1或甚至更高)。

7.根据实施方案5或6所述的喷嘴，其中在所述初始段的所述下游端处的所述横截面形状为新月形，并且包括沿所述横截面形状的长轴长度与凸(例如，圆形)侧相对的凹(例如，圆形)侧(参见例如图24、图26、图27、图31和图33)。

8.根据实施方案7所述的喷嘴，其中在所述初始段的所述下游端处沿所述横截面形状的所述长轴长度的所述凹侧和所述凸侧中的每一者的曲率半径在约100μm直至并包括约2000μm的范围内。所述凹侧和所述凸侧的曲率半径可相同或不同，所述凹侧和所述凸侧可彼此平行或不平行，或它们的所有可能的组合。

9.根据实施方案5或6所述的喷嘴，其中在所述初始段的所述下游端处的所述横截面形状包括在所述横截面形状的长轴长度的任一端处沿所述横截面形状的短轴长度的相对凸(例如，圆形、椭圆形)侧(参见例如图29)。

10.根据实施方案9所述的喷嘴，其中在所述初始段的所述下游端处沿所述横截面形状的所述短轴长度的所述凸侧中的每个凸侧的曲率半径在约5μm直至并包括约210μm的范围内。所述凸侧的曲率半径可相同或不同，所述凸侧可彼此对称或不对称，或它们的所有可能的组合。

11.根据实施方案1、1a和1b至3中任一项所述的喷嘴，其中所述初始段的所述下游端(例如，在一个实施方案中，所述通孔的所述入口开口)具有圆形横截面形状。

12.根据实施方案1、1a和1b至11中任一项所述的喷嘴，其中所述过渡区域(例如，所述过渡区域的上游端、下游端或这两者)具有圆形横截面形状或带有短轴长度和长轴长度的横截面形状(例如，卵形、杆形、矩形、椭圆形等)。

13.根据实施方案12所述的喷嘴，其中所述过渡区域的所述横截面形状具有短轴长度和长轴长度，并且所述过渡区域(例如，所述过渡区域的上游端、下游端或这两者)的所述长轴长度与所述短轴长度的比率为至少2∶1或更大(例如，至少2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1、5.5∶1、6∶1、6.5∶1、7∶1、7.5∶1、8∶1、8.5∶1、9∶1、9.5∶1、10∶1、10.5∶1、11∶1、11.5∶1、12∶1、12.5∶1、13∶1、13.5∶1、14∶1、14.5∶1、15∶1或甚至更高)。

14.根据实施方案13所述的喷嘴，其中在所述过渡区域的所述下游端处的所述横截面形状为新月形，并且包括沿所述横截面形状的长轴长度与凸(例如，弓形)侧相对的凹(例如，弓形)侧。

15.根据实施方案14所述的喷嘴，其中在所述过渡区域的所述下游端处沿所述横截面形状的所述长轴长度的所述凹侧和所述凸侧中的每一者的曲率半径在约100μm直至并包括约2000μm的范围内。所述凹侧和所述凸侧的曲率半径可相同或不同，所述凹侧和所述凸侧可彼此平行或不平行，或它们的所有可能的组合。

16.根据实施方案14中任一项所述的喷嘴，其中在所述过渡区域的所述下游端处的所述横截面形状包括在所述横截面形状的长轴长度的任一端处沿所述横截面形状的短轴长度的相对凸(例如，圆形)侧。

17.根据实施方案16所述的喷嘴，其中在所述过渡区域的所述下游端处沿所述横截面形状的所述短轴长度的所述凸侧中的每个凸侧的曲率半径在约5μm直至并包括约210μm的范围内。所述凸侧的曲率半径可相同或不同，所述凸侧可彼此对称或不对称，或它们的所有可能的组合。

18.根据实施方案13至17中任一项所述的喷嘴，其中所述过渡区域的所述上游端具有圆形横截面形状或带有短轴长度和长轴长度的横截面形状。

19.根据实施方案1、1a和1b至18中任一项所述的喷嘴，其中所述过渡区域的横截面积小于、大于或等于所述通孔的所述入口开口的横截面积。

20.根据实施方案1、1a和1b至18中任一项所述的喷嘴，其中所述过渡区域的横截面积大于所述通孔的所述入口开口的横截面积。

21.根据实施方案1、1a和1b至18中任一项所述的喷嘴，其中所述过渡区域的横截面积等于所述通孔的所述入口开口的横截面积。

22.根据实施方案1、1a和1b至21中任一项所述的喷嘴，其中所述流体剪切段的横截面积使得在所述流体离开所述流体剪切段之前并且当所述流体处于使用所述喷嘴时所施加的操作压力(例如，对于燃料喷射器，所述操作燃料压力通常在100巴直至350巴的范围内，并且通常为约150巴)下时，流过所述过渡区域的流体几乎完全填充所述流体剪切段(即，填充至所述流体剪切段的体积的至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％)或完全填充。

23.根据实施方案1、1a和1b至22中任一项所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述下游端处的所述横截面形状为新月形，并且

包括沿所述横截面形状的长轴长度与凸(例如，圆形)侧相对的凹(例如，圆形)侧。

24.根据实施方案23所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述下游端处沿所述横截面形状的所述长轴长度的所述凹侧和所述凸侧中的每一者的曲率半径在约100μm直至并包括约2000μm的范围内。所述凹侧和所述凸侧的曲率半径可相同或不同，所述凹侧和所述凸侧可彼此平行或不平行，或它们的所有可能的组合。

25.根据实施方案1、1a和1b至24中任一项所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述下游端处的所述横截面形状包括在所述横截面形状的长轴长度的任一端处沿所述横截面形状的短轴长度的相对凸(例如，圆形、椭圆形等)侧。

26.根据实施方案25所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述下游端处沿所述横截面形状的所述短轴长度的所述凸侧中的每个凸侧的曲率半径在约5μm直至并包括约210μm的范围内。所述凸侧的曲率半径可相同或不同，所述凸侧可彼此对称或不对称，或它们的所有可能的组合。

27.根据实施方案1、1a和1b至26中任一项所述的喷嘴，其中所述流体剪切段的所述上游端具有圆形横截面形状。

28.根据实施方案1、1a和1b至26中任一项所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述上游端处的所述横截面形状包括沿所述横截面形状的长轴长度与凸(例如，弓形)侧相对的凹(例如，弓形)侧。

29.根据实施方案28所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述上游端处沿所述横截面形状的所述长轴长度的所述凹侧和所述凸侧中的每一者的曲率半径在约100μm直至并包括约2000μm的范围内。所述凹侧和所述凸侧的曲率半径可相同或不同，所述凹侧和所述凸侧可彼此平行或不平行，或它们的所有可能的组合。

30.根据实施方案1、1a和1b至26、28和29中任一项所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述上游端处的所述横截面形状包括在所述横截面形状的长轴长度的任一端处沿所述横截面形状的短轴长度的相对凸(例如，圆形、椭圆形等)侧。

31.根据实施方案30所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述上游端处沿所述横截面形状的所述短轴长度的所述凸侧中的每个凸侧的曲率半径在约5μm直至并包括约210μm的范围内。所述凹侧和所述凸侧的曲率半径可相同或不同，所述凹侧和所述凸侧可彼此平行或不平行，或它们的所有可能的组合。

32.根据实施方案1、1a和1b至31中任一项所述的喷嘴，其中所述流体剪切段的横截面积小于、大于或等于所述通孔的所述入口开口的横截面积。

33.根据实施方案1、1a和1b至31中任一项所述的喷嘴，其中所述流体剪切段的横截面积大于所述通孔的所述入口开口的横截面积。

34.根据实施方案1、1a和1b至31中任一项所述的喷嘴，其中所述流体剪切段的横截面积等于所述通孔的所述入口开口的横截面积。

以下是所述流体剪切段的可能的结构特征部。据设想，这些结构特征部可单独使用或以任何组合使用。所述流体剪切段在沿所述流体剪切段的长度、沿所述流体剪切段的长度的任何部分或沿所述流体剪切段的长度的全部的任何点处的所述横截面形状可保持相同或改变。例如，所述流体剪切段的所述下游端的主轴长度可在约50μm直至并包括约500μm的范围内，并且所述流体剪切段的所述上游端的主轴长度可在约20μm直至并包括约200μm的范围内，或在其横截面形状为圆形的情况下，半径可在约10μm直至并包括约100μm的范围内。所述流体剪切段的总体横截面形状从所述流体剪切段的上游端到所述流体剪切段的下游端可保持相同或改变，即使在所述横截面形状的面积从所述上游端到所述下游端增大或减小时也是如此。所述流体剪切段在沿所述流体剪切段的长度、沿所述流体剪切段的长度的任何部分(例如，沿包括所述流体剪切段的下游端的部分)或沿所述流体剪切段的长度的全部的任何点处的所述横截面形状可包括在所述横截面形状的所述长轴长度的一端或两端处具有期望形状(例如，圆形、椭圆形、矩形、卵形等)的节点。所述节点的期望形状可具有在约5μm直至并包括约210μm范围内的长轴长度(例如，圆形的直径)。

35.根据实施方案1、1a和1b至34中任一项所述的喷嘴，其中所述通孔的所述腔体具有穿过所述腔体的对应的入口开口和出口开口的中心的流动中心轴线，并且所述流动中心轴线的位于所述流体剪切段中的部分与所述流动中心轴线的位于所述初始段中的部分成锐角倾斜。

35a.根据实施方案1、1a和1b至35中任一项所述的喷嘴，其中所述通孔的所述腔体具有穿过所述腔体的对应的入口开口和出口开口的所述中心的流动中心轴线，并且所述流动中心轴线的位于所述初始段中的所述部分以锐角或钝角从所述喷嘴结构的所述入口表面倾斜。

36.根据实施方案35或35a所述的喷嘴，其中所述通孔的所述流动中心轴线具有在所述流动中心轴线的位于所述流体剪切段中的所述部分与所述流动中心轴线的位于所述初始段中的所述部分之间的曲率半径(例如，所述曲率半径可在约10.0μm直至并包括约200.0μm的范围内)。

37.根据实施方案35、35a和36中任一项所述的喷嘴，其中所述至少一个通孔是形成通孔阵列的至少一部分、大部分(即，超过一半)或全部的多个所述通孔，并且所述多个通孔中的两个或更多个、大部分(即，超过一半)或者每个通孔的所述流动中心轴线沿一方向离开所述通孔的对应的出口开口，所述方向不同于其它通孔中的任一个通孔的方向。

38.根据实施方案37中任一项所述的喷嘴，其中针对所述通孔中的两个或更多个、大部分(即，超过一半)或者每个通孔与针对任何其它通孔相比，由所述初始段与所述流体剪切段之间的所述流动中心轴线形成的锐角不同。

38a.根据实施方案37或38所述的喷嘴，其中针对所述通孔中的两个或更多个通孔与针对任何其它通孔相比，所述流动中心轴线的位于所述初始段中的所述部分从所述喷嘴结构的所述入口表面倾斜的所述角度不同。

39.根据实施方案1、1a和1b至38中任一项所述的喷嘴，其中所述至少一个通孔包括内侧壁和至少一个或多个气穴特征部，所述至少一个或多个气穴特征部为所述内侧壁上的突出部的形式并且延伸到所述通孔的腔体中。

40.根据实施方案39所述的喷嘴，其中所述气穴特征部仅从所述内侧壁的有限区域延伸。

41.根据实施方案39或40所述的喷嘴，其中所述气穴特征部邻近所述初始段的所述下游端定位。

42.根据实施方案39至41中任一项所述的喷嘴，其中所述气穴特征部被定位成便于横跨所述过渡区域或以其它方式与所述过渡区域重叠。

43.根据实施方案39至42中任一项所述的喷嘴，其中所述气穴特征部邻近所述流体剪切段的所述上游端定位。

44.根据实施方案39或40所述的喷嘴，其中所述气穴特征部邻近所述初始段的所述下游端、横跨所述过渡区域并邻近所述流体剪切段的所述上游端定位。

45.根据实施方案39至44中任一项所述的喷嘴，其中所述气穴特征部具有上游端并且包括主表面，所述主表面从所述气穴特征部的上游端并朝向所述至少一个通孔的所述出口开口以锐角(例如，在约15°直至并包括约75°以及其间以一度为增量的任何数量的范围内)倾斜离开所述通孔的所述内侧壁。

46.根据实施方案45所述的喷嘴，其中所述气穴特征部具有下游端并且包括位于所述气穴特征部的下游端处的次表面，所述次表面将所述主表面连接到所述通孔的所述内侧壁并且与所述通孔的所述内侧壁形成钝角。

47.根据权利要求39至46中任一项所述的喷嘴，其中所述至少一个气穴特征部在所述气穴特征部的上游端较窄并且在所述气穴特征部的下游端较宽。

47a.根据实施方案39至46中任一项所述的喷嘴，其中所述至少一个气穴特征部是多个所述气穴特征部。

48.根据实施方案1、1a和1b至47中任一项所述的喷嘴，其中所述至少一个通孔是多个所述通孔。

49.根据实施方案48所述的喷嘴，其中所述多个通孔间隔开以便形成通孔阵列的至少一部分、大部分(即，超过一半)或全部。

50.根据实施方案48或49所述的喷嘴，其中所述通孔为至少两个、三个、四个、五个或六个通孔，所述至少两个、三个、四个、五个或六个通孔各自不同地成形以产生不同的流体离开流(例如，不同范围的液滴尺寸、平均液滴尺寸、距所述喷嘴出口表面的穿透距离)。

51.根据实施方案48至50中任一项所述的喷嘴，其中所述通孔中的每个通孔不同地成形。

52.根据实施方案48至51中任一项所述的喷嘴，其中流出所述多个通孔的流体形成具有中空锥形形状的流体喷雾式样或羽流。

53.根据实施方案1、1a和1b至52中任一项所述的喷嘴，其中所述喷嘴结构为至少部分地由所述入口面或表面和所述出口面或表面限定的整体单件式结构(例如，喷嘴板或组合式喷嘴板和阀引导件)。本文所述的喷嘴结构可以由适用于在喷嘴中使用的任何一种或多种材料构造，例如，一种或多种金属、金属合金、陶瓷等。在一个或多个实施方案中，如本文所述的喷嘴结构可以例如由可电镀的金属(例如，镍或镍合金)制成，但也可以使用其它常规增材金属制造工艺(例如，金属颗粒烧结)。

54.根据实施方案1、1a和1b至53中任一项所述的喷嘴，其中所述至少一个通孔被构造成使得流入所述至少一个通孔中的所述流体的速度低于流出所述至少一个通孔的所述流体的速度(例如，所述通孔的所述入口开口可被制成所述入口开口的横截面积比所述通孔出口开口的横截面积大)。

55.根据实施方案1、1a和1b至54中任一项所述的喷嘴，其中所述喷嘴结构还包括位于所述通孔的所述出口开口与所述出口面或表面之间的沉孔。

56.根据实施方案1、1a和1b至55中任一项所述的喷嘴，其中所述通孔的所述腔体具有使得流体以锐角或钝角从所述出口面或表面流出所述通孔的流动中心轴线。

喷嘴结构可以是例如一件式喷嘴板、形成为一个一体结构或者单独形成并接合在一起(例如，通过焊接等)的组合式喷嘴板和阀引导件、或在其中已形成有一个或多个通孔的任何其它结构。此类喷嘴结构可以用于供应用于给定系统和/或过程中的特定用途的任何流体(即液体或气体)。例如，喷嘴结构可以在燃料喷射器中使用以将燃料(例如，汽油、酒精、甲烷、丁烷、丙烷、天然气等)的液体或气体喷雾供应到内燃机的燃烧室中。

57.根据实施方案1、1a和1b至56中任一项所述的喷嘴，其中所述喷嘴结构是燃料喷射器喷嘴结构。

58.根据实施方案1、1a和1b至57中任一项所述的喷嘴，其中所述喷嘴结构被操作地调整(即，被设置尺寸、被构造或以其它方式被设计)以用于将液体燃料(例如，汽油、柴油、酒精、燃料油、喷气燃料、尿素等)供应到内燃机的燃烧室。

59.根据实施方案1、1a和1b至58中任一项所述的喷嘴，其中所述喷嘴结构被操作地调整(即，被设置尺寸、被构造或以其它方式被设计)以用于将气体燃料(例如，天然气、丙烷、丁烷等)供应到内燃机的燃烧室。

60.根据实施方案1、1a和1b至59中任一项所述的喷嘴，其中所述喷嘴结构包括喷嘴板和阀引导件(参见例如图1、图2、图3和图47)。喷嘴板和阀引导件可为单件式结构(参见例如图1和图2)，诸如当它们一起一体形成为一个部件时(例如，通过使用增材制造工艺)。示例性增材制造工艺可包括多光子工艺和电镀/电铸工艺。另选地，喷嘴板和阀引导件可单独形成，并且然后接合在一起(参见例如图3A和图47)，例如通过焊接在一起。

61.根据实施方案1、1a和1b至60中任一项所述的喷嘴，其中所述入口面或表面和所述出口面或表面至少在其周边(例如，其可以被焊接的位置)周围彼此平行，在加或减约0.5度或1度内。

62.根据实施方案1、1a和1b至61中任一项所述的喷嘴，其中所述入口面或表面和所述出口面或表面中的至少一者或两者具有三维曲率(参见例如图1和图2)。

63.一种燃料喷射器，所述燃料喷射器包括根据实施方案1、2和3至62中任一项所述的喷嘴。

64.一种燃料系统，所述燃料系统包括根据实施方案63所述的燃料喷射器。

65.一种内燃机，所述内燃机包括根据实施方案64所述的燃料系统。

66.根据实施方案65所述的内燃机，所述内燃机是汽油直接喷射发动机。

在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可对本发明进行各种修改和更改。以下是此类修改和更改的示例：

因此，本发明不限于上述实施方案，但应受以下权利要求及其任何等同物中提及的限制的支配。此外，本发明可在不存在本文中未具体公开的任何要素的情况下适当地实施。

以上引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术部分中的那些，均以引用方式全文并入本文中。

Claims (18)

1.一种喷嘴，所述喷嘴包括喷嘴结构，所述喷嘴结构具有位于入口侧上的入口表面、位于出口侧上的出口表面、在所述入口表面与所述出口表面之间的厚度、和至少一个通孔，所述至少一个通孔具有位于所述入口表面上的入口开口、位于所述出口表面上的出口开口以及在所述入口开口与所述出口开口之间提供流体连通的腔体，其中所述腔体包括：

在上游端处与所述通孔的所述入口开口流体连通的初始段、在下游端处与所述通孔的所述出口开口流体连通的流体剪切段、以及过渡区域，所述过渡区域设置在所述初始段与所述流体剪切段之间，以便与所述初始段的下游端和所述流体剪切段的上游端流体连通，

其中所述腔体的所述初始段具有一定长度以及具有：(a)沿所述初始段的长度的至少20％部分的相对均匀或以其它方式恒定的横截面形状，以便减少到达所述过渡区域的流体的湍流并增加所述流体的均匀性，或者(b)从所述通孔的所述入口开口会聚到所述过渡区域的会聚(例如，锥形)形状，以便当所述流体穿过所述会聚(例如，锥形)形状的初始段并到达所述过渡区域时，减少所述流体的湍流、增加所述流体的均匀性并增加所述流体的速度或流率，或者(c)，所述(c)包括(a)和(b)两者，

所述过渡区域设置在沿所述通孔的所述长度具有一个横截面积的单个点处，或者所述过渡区域与所述通孔长度重叠，其中沿所述过渡区域的所述长度的横截面积从所述过渡区域的上游端到所述过渡区域的下游端为相对均匀的、发散的、会聚的、发散且会聚的或者会聚且发散的，并且

所述腔体的所述流体剪切段具有：在上游端与下游端之间的长度，其中所述上游端与所述过渡区域的下游端流体连通；沿所述流体剪切段的长度的至少20％部分的发散横截面形状，所述发散横截面形状具有短轴长度和长轴长度，并且所述长轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端增大，并且任选地所述短轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端减小，

其中(i)所述流体剪切段的所述发散横截面形状的所述长轴长度与所述短轴长度的比率为至少2∶1或更大，或者(ii)所述流体剪切段的所述下游端处的横截面积等于或小于所述流体剪切段的所述上游端处的横截面积，或者(iii)所述流体剪切段的所述下游端的横截面积等于或小于所述初始段的所述上游端处的横截面积，或者(iv)所述长轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端增大，并且所述短轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端减小，或者(v)，所述(v)包括(i)、(ii)、(iii)和(iv)的任何组合。

2.一种流体供应喷嘴，所述流体供应喷嘴包括喷嘴结构和至少一个或多个通孔，所述喷嘴结构具有位于入口侧上的入口面或表面、位于出口侧上的出口面或表面、在所述入口面或表面与所述出口面或表面之间的厚度，其中每个通孔具有位于所述入口面或表面上的入口开口、位于所述出口面或表面上的出口开口以及由位于所述厚度内的内侧壁或表面限定的腔体，所述腔体在所述入口开口与所述出口开口之间提供流体连通，其中所述腔体包括以下部分、基本上由以下部分组成或由以下部分组成：

流体剪切段和任选的过渡区域，所述流体剪切段在下游端处与所述通孔的所述出口开口流体连通并且在上游端处与所述通孔的所述入口开口流体连通，所述任选的过渡区域被设置成与所述流体剪切段的上游端流体连通，

其中所述腔体的所述流体剪切段具有：在上游端与下游端之间的长度，其中所述上游端与所述过渡区域的下游端直接或间接地连接或者以其它方式流体连通；沿所述流体剪切段的长度的至少一部分的发散横截面形状，所述发散横截面形状具有带有一定长度的短轴和带有一定长度的长轴，并且所述长轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端增大，并且任选地所述短轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端减小，并且

其中所述过渡区域设置在沿所述通孔的所述长度具有一个横截面积的单个点处，或者所述过渡区域跨越所述整个通孔长度的子长度，其中沿所述过渡区域的所述长度的横截面积从所述过渡区域的上游端到所述过渡区域的下游端为相对均匀的、发散的、会聚的、发散且会聚的或者会聚且发散的。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其中(i)所述流体剪切段的所述发散横截面形状的所述长轴长度与所述短轴长度的比率为至少2∶1或更大，或者(ii)所述流体剪切段的所述下游端处的横截面积等于或小于所述流体剪切段的所述上游端处的横截面积，或者(iii)所述流体剪切段的所述下游端的横截面积等于或小于所述通孔的所述入口开口的所述上游端处的横截面积，或者(iv)所述长轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端增大，并且所述短轴长度朝向所述流体剪切段的所述下游端减小，或者(v)，所述(v)包括(i)、(ii)、(iii)和(iv)的任何组合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷嘴，其中(a)所述初始段的所述上游端具有带有短轴长度和长轴长度的横截面形状，或者(b)所述初始段的所述下游端具有带有短轴长度和长轴长度的横截面形状，或者(c)，所述(c)包括(a)和(b)两者。

5.根据权利要求4所述的喷嘴，其中在所述初始段的所述下游端处的所述横截面形状包括沿所述横截面形状的长轴长度与凸侧相对的凹侧，或在所述横截面形状的长轴长度的任一端处沿所述横截面形状的短轴长度的相对凸侧。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的喷嘴，其中所述过渡区域具有圆形横截面形状或带有短轴长度和长轴长度的横截面形状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴，其中所述过渡区域的所述上游端具有圆形横截面形状或具有带有短轴长度和长轴长度的横截面形状，并且所述过渡区域的横截面积小于、大于或等于所述通孔的所述入口开口的横截面积。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的喷嘴，其中所述流体剪切段的横截面积使得流过所述过渡区域的流体在所述流体离开所述流体剪切段之前填充所述流体剪切段至所述流体剪切段的体积的至少20％。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述下游端处的所述横截面形状包括(a)沿所述横截面形状的长轴长度与凸侧相对的凹侧，或者(b)在所述横截面形状的长轴长度的任一端处沿所述横截面形状的短轴长度的相对凸侧，或者(c)，所述(c)包括(a)和(b)两者。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的喷嘴，其中所述流体剪切段的所述上游端具有圆形横截面形状，或者在所述流体剪切段的所述上游端处的所述横截面形状包括沿所述横截面形状的长轴长度与凸侧相对的凹侧。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的喷嘴，其中在所述流体剪切段的所述上游端处的所述横截面形状包括在所述横截面形状的长轴长度的任一端处沿所述横截面形状的短轴长度的相对凸侧。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的喷嘴，其中所述流体剪切段的横截面积小于、大于或等于所述通孔的所述入口开口的横截面积。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的喷嘴，其中所述通孔的所述腔体具有穿过所述腔体的对应的入口开口和出口开口的中心的中心轴线，并且，(a)所述中心轴线的位于所述流体剪切段中的部分与所述中心轴线的位于所述初始段中的部分成锐角倾斜，或者(b)所述中心轴线的位于所述初始段中的所述部分与所述喷嘴结构的所述入口表面成一定角度倾斜，或者(c)，所述(c)包括(a)和(b)两者。

14.根据权利要求13所述的喷嘴，其中所述通孔的所述中心轴线具有在所述中心轴线的位于所述流体剪切段中的所述部分与所述中心轴线的位于所述初始段中的所述部分之间的曲率半径。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的喷嘴，其中所述至少一个通孔包括内侧壁和至少一个气穴特征部，所述至少一个气穴特征部为所述内侧壁上的突出部的形式并且延伸到所述通孔的腔体中。

16.根据权利要求15所述的喷嘴，其中所述气穴特征部(a)邻近所述初始段的所述下游端定位，或者(b)被定位成与所述过渡区域重叠，或者(c)邻近所述流体剪切段的所述上游端定位，或者(d)邻近所述初始段的所述下游端、横跨所述过渡区域并邻近所述流体剪切段的所述上游端定位，或者(a)至(c)的任何组合。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的喷嘴，其中所述至少一个通孔为多个所述通孔，并且从所述多个通孔中流出的流体形成具有中空锥形形状的流体喷雾式样或羽流。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的喷嘴，其中所述喷嘴结构是燃料喷射器喷嘴结构。

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