CN1133394A - 喷油嘴的喷嘴头和向内燃机中喷射燃油的方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷嘴头(2)，其下部有喷孔(6)和一个腔(9)。腔(9)内装有棒形干扰件(7)，其一端通过固定部分(8)固定在喷嘴头(2)中的腔(9)的一侧上，在腔(9)的另一侧则伸入到一个喷孔(6)中。棒形干扰件(7)的尺寸是这样确定的，即使得它由于燃油的流动而被置于一种高频振动中，这使得喷孔(6)中的环隙几何尺寸受到相应的调节，从而对环隙上流出燃油的速度矢量施加影响。振动的干扰件(7)使流出的燃油产生紊流结构。

Description

喷油嘴的喷嘴头和向内燃机 中喷射燃油的方法
本发明涉及一种用于喷油嘴的喷嘴头。本发明还涉及一种向内燃机中喷射燃油的方法。此外本发明还涉及一种喷油嘴以及一种采用本发明的喷嘴头的内燃机。
喷油嘴通常与喷油阀组合起来一起使用，以便将燃油，在某些情况下是和压缩空气或其它气体一起喷入到活塞式内燃机的燃烧室中。在喷射期间在燃烧室中形成的燃油射束形状通常由喷油嘴的几何特性决定。
专利文献CH645699公开了一种用于喷油阀的喷嘴，它具有固定设置在喷嘴头内部的产生涡旋的平面，从而燃油带涡旋地从喷嘴头中射出，由此容易地雾化开。
这种公知结构形式的喷嘴的缺陷在于燃油射束是均匀射出的。
本发明的目的是改进喷油嘴的喷嘴头，使得从喷嘴头射出的燃油的流型具有紊流的特性。
按照本发明，上述目的由具有权利要求1中所限定的特征的技术主题来实现。从属权利要求2至11则涉及本发明其它一些有利的结构。此外，上述目的还根据权利要求12和13限定的特征由一种将燃油从喷嘴头中释放出来的方法来实现。
本发明的喷嘴头有一个设置在其内部的可运动的干扰件，该干扰件由于燃油流过喷嘴头而产生运动，从而喷孔的入流始终是变化的，这会大大提高流出燃油的紊流度。此外，干扰件的运动调节了作为时间的函数的燃油流出量、出口速度和流动方向。
干扰件的结构可以分成两个根本不同的实施形式：
1.夹紧着的干扰件
这种实施形式的干扰件包括一个部件，该部件的一部分与喷嘴头固定连接，此时该部件有一部分是凸入到喷嘴头的内腔中并能自由运动。这种干扰件的一种实施例例如是一个一端夹紧的小棒，它的一端固定在喷嘴头中，另一端可以在喷嘴头的内腔中做振动运动。这种干扰件是这样设置在喷嘴头内腔中的，即流过的燃油使该干扰件产生振动。在一个尤其有利的实施形式中，一个夹紧的例如为棒形的干扰件是这样设置的，即它的一端伸入到喷孔中并且可以在该喷孔中自由运动。通过流过的燃油使该棒形干扰件处于高频振动，从而喷孔的环隙几何形状随着时间不断地变化，这也就改变了在位于喷孔和棒形干扰件之间形成的环隙上的速度矢量。速度分布的这种不对称性导致在射出的燃油中产生很高的紊流度。
2.自由运动的干扰件
另一种实施形式的干扰件包括一个部件，该部件是可自由运动地例如可以旋转地设置在喷嘴头内腔中。这种干扰件会通过流动的燃油而产生运动，例如进行转动。由于这种运动，喷孔的入口被干扰件不断地部分或全部地封闭并重新打开，使得燃油以一种脉冲式的紊流的方式从喷孔中喷出。干扰件具有这样的结构，使得流动的燃油使干扰件产生运动，例如干扰件做成斜齿圆柱齿轮，此时利用流过齿的燃油使干扰件产生旋转。制成能自由运动的干扰件有许多种可能性，例如也可以采用球形或椭圆形的干扰件。
本发明的一个优点在于，由于构成紊流状的燃油射束，燃料室中进行的燃烧过程使氧化氮(NOx)排放物减少。在燃油射束边缘上形成的涡流也使烟气部分地卷入到燃烧区中，这称为“内部烟气回流”。惰性的烟气降低了氧气的分压力，从而降低了火焰中的温度，这本身在小回流情况下就已经使氧化氮排放物减少。
本发明喷嘴头的另一个优点是，干扰件能够与公知的实施形式的喷嘴头结合成一体，这样就可以制成与已知实施形式在外表上结构相同的喷嘴头，从而可以用本发明的喷嘴头顺利地更换现有的喷嘴头。
另一个优点在于能够借助于流动的燃油使干扰件产生运动，而不需要任何附加的昂贵的驱动机构来使干扰件运动。
下面对照附图详细描述本发明。附图中：
图1是喷油嘴的纵剖图，为明了起见图中未示出干扰件，
图2是带有干扰件的喷嘴头的纵剖图，
图2a是燃油射束随时间变化的扩展图，
图2b，2d，2f是喷孔中装有干扰件时的剖面图，
图2c，2e，2g是一个装有干扰件的喷孔从喷嘴头外部看的视图，
图2h是一个喷孔入口部的纵剖图，
图3是一个装有旋转干扰件的喷嘴头的纵剖图，
图3a是燃油射束随时间变化的扩展图，
图3b是一个喷孔从喷嘴头外部看的视图，
图3c是一个喷孔的纵剖图。
图1是一个喷油嘴20的纵剖图，这种喷油嘴例如用于大型柴油机中。喷嘴头2与一个喷嘴体1相连并有一个腔9、一个开口5或称供油口5以及至少一个喷油孔6。腔9是圆筒形的并有一轴线B。喷孔6有入口6a和出口6b。经钻孔4将压力燃油供至开口5，燃油流量可以利用弹簧加载的针阀3调节。喷孔6的布置由喷油嘴在燃烧室中的位置来决定。对于通常用于二冲程发动机的周向喷射而言，喷孔是成束地朝着一个方向设置。对于四冲程发动机而言，通常由一个中央喷嘴喷射燃油，因此喷孔6是均匀分布在喷嘴头2的周面上的。为清楚起见，图1中未示出干扰件。
图2中示出了包括喷孔6和一个腔9的喷嘴头2的下部。腔9中设置了棒状的干扰件7，干扰件7由固定部分8装在腔9的一侧面上，并在腔9另一侧伸入喷孔6中，喷孔6的直径选择得要大于干扰件7的直径，并且干扰件7处于静止位置时不与喷孔6接触。在加工时可以经喷孔6将干扰件7插入喷嘴头2中。为了固定干扰件7，可以在喷孔6轴线背侧延长部分上设置钻孔8，棒形干扰件可以插入该钻孔中并且可以通过钎焊来固定。选定棒形干扰件7的尺寸并装在腔9中，使得干扰件由于在构成盲孔结构的腔9中流动的燃油而被置于一个高频振动中，其作用是，喷孔6中燃油流出的横截面的环隙几何尺寸(形状)相应地随时间而改变或调节，从而对外流燃油在环隙上的速度矢量产生影响。振动的干扰件7使喷出的燃油速度的分布不对称，从而在喷嘴头2外部产生紊流结构，如图2a所示。图2a从上至下示出了喷出的燃油射束22随时间的扩展情况，它有穿入燃烧室中的前沿22a。可以认识到，通过形成的边缘卷流撕开使烟气吸入的峡湾状的通路，这在燃烧中会阻止氧化氮的形成。为了获得图中所示的流动图，棒形干扰件有很小的振幅就已经足够了。有某些情况下，大振幅在喷孔6内部对流动图是不利的，因此如图2b，2c所示，通过装在干扰件7上的肋片10来限制干扰件7的振幅证明是有利的。在所示的实施例中，干扰件7的周面上分布了三个肋片10，它们平行于干扰件7的轴线。
如图2d和2e所示，肋片10螺旋形地分布在干扰件7上证明是有利的，这样在从喷孔6流出的燃油上施加一个涡旋运动，从而在喷孔6外部例如使射束的张角增大。图2f和2g示出了另一种结构的喷孔6。可运动的干扰件7锥形地设置在喷孔6内，这样喷孔6和干扰件7之间的环隙6c从入口6a到出口6b是锥形扩展的。这种结构的环隙6c的优点是能够阻止在靠近喷油孔轴线6d处形成凝结的燃油滴。图2h中示出了喷油孔6的入口6a的一个有利结构。入口6a有一个倒圆的口，它例如用电化学除毛刺的方法制成。这种倒圆口保证喷孔6中的流动情况在一个长的运行时期内保持不变。
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，在沿对称轴线B构成盲孔11结构的腔9中装入一个加工有斜齿的圆柱齿轮12，它在喷油期间通过燃油流而转动，从而周期性地遮盖住喷孔6的入口6a。这样圆柱齿轮12就构成一个旋转的干扰件12。圆柱齿轮12是圆柱形的，其旋转轴A在本实施例中与对称轴B是重合的。斜齿圆柱齿轮12有一些在其整个宽度上分布的凹槽12a，其方向相对于旋转轴A如此地倾斜，使得流入的燃油使圆柱齿轮12产生旋转运动。在盲孔11的端部9a装有一个球14，作为旋转干扰件12的支承，以使摩擦极小。
最好如此确定喷嘴头2和旋转干扰件12之间的间隙宽度，即使得所产生的摩擦要极小。旋转干扰件12周期性地遮盖住喷孔6的入口6a，从而如图3a所示，形成一束喷出的燃油射流21，它有脉冲式的以紊流态向燃烧室中传播的前沿21a，21b，21c。这样燃油的喷射受到周期性的干扰，由此形成多个射束前沿21a，21b，21c，这样由于这些地方所具有的紊流强度，使得燃烧产物被卷入到燃油射束中，由此可以阻止氧化氮的形成。
与旋转干扰件12相结合，喷孔6可以做成圆柱形的，包括有一个光滑的内壁，或者如图3b和3c中所示，构成能引起涡旋的结构，此时喷孔6具有一个在内壁中螺旋延伸的槽16。喷孔6和其内壁可以具有任何结构形式，因为流过的燃油的脉冲性是在入口6a处产生的。

Claims (15)

1.用于喷油嘴(20)的喷嘴头(2)，该喷嘴头(2)有一个腔(9)和一个供油口(5)，并且至少有一个喷出燃油的通道形的通孔(6)，其特征是，喷嘴头(2)中设置了一个可运动的干扰件(7；12)，该干扰件可以通过流过的燃油而被置于运动状态，此时干扰件的运动对通孔(6)中的入流施加影响以便由此使流出的燃油产生紊流的流动特性。
2.按权利要求1的喷嘴头(2)，其特征是，腔(9)至少在通孔(6)部位中有一个具有对称轴线(B)的圆柱形部分，干扰件(12)有一个圆柱形表面(12b)以及一个转动轴线(A)，圆柱形表面(12b)至少有一个相对于转动轴线(A)在整个宽度上分布的凹槽(12a)，该凹槽(12a)相对于转动轴线(A)是倾斜的，干扰件(12)是如此设置的，即使得对称轴线(B)和转动轴线(A)是重合的，圆柱形表面(12b)位于通孔(6)的开口(6a)之前。
3.按权利要求2的喷嘴头(2)，其特征是，干扰件(12)是带有斜齿的圆柱齿轮。
4.按权利要求2或3中之一的喷嘴头(2)，其特征是，设有一个盲孔(11)，该盲孔的端部(9a)支承一个球(14)，干扰件(12)则支承在该球上。
5.按权利要求1的喷嘴头(2)，其特征是，干扰件(7)与喷嘴头(2)相连，干扰件(7)至少部分地伸入到通孔(6)中，干扰件(7)可以相对于通孔(6)运动。
6.按权利要求5的喷嘴头(2)，其特征是，干扰件(7)以及通孔(6)是圆柱形的，通孔(6)具有比干扰件(7)大的横截面。
7.按权利要求5的喷嘴头(2)，其特征是，干扰件(7)和/或通孔(6)是截锥形结构的，干扰件(7)相对于通孔(6)可以运动。
8.按权利要求5至7中之一的喷嘴头(2)，其特征是，干扰件(7)至少有一个凸起的肋片(10)。
9.按权利要求1至8中之一的喷嘴头(2)，其特征是，通孔(6)至少有一个在其纵向分布的槽(16)。
10.按权利要求1至9中之一的喷嘴头(2)，其特征是，槽(16)和/或助片(10)是螺旋形分布的。
11.按权利要求1至10中之一的喷嘴头(2)，其特征是，干扰件(7)是小棒形的，该小棒固定在喷嘴头(2)中与通孔(6)相对的腔(9)侧壁上。
12.从喷油嘴(20)的一个喷嘴头(2)中喷出燃油的方法，其特征是，引入到喷嘴头(2)中的燃油在一个通过燃油引起运动的干扰件(7；12)的影响下以一种紊流的流动特性而被喷出。
13.按权利要求12的方法，其特征是，将燃油引入到喷嘴头(2)中，至少从喷嘴头(2)中流出的燃油量通过干扰件(7；12)而不断地受到改变。
14.喷油嘴，它包括一个如权利要求1至11中之一所述的喷嘴头(2)，或者按照权利要求12或13所述的方法运行。
15.内燃机，尤其是柴油机，它包括一个按照权利要求14所述的喷油嘴。
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