CN118167522A - 一种具有伞状布置喷孔的喷油阀体、喷油嘴及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机喷油技术领域，尤其涉及一种具有伞状布置喷孔的喷油阀体、喷油嘴及发动机。所述喷油阀体具有喷油段，所述喷油段为锥形，喷油段的内部具有压力腔；所述喷油段的尖端设置有第一喷孔，所述第一喷孔沿着所述喷油阀体的轴线布置；所述喷油段的侧壁设置有第二喷孔，所述第二喷孔的轴线与第一喷孔的轴线呈锐角布置，所述第二喷孔沿着轴向方向至少布置有两层，每层第二喷孔的轴线不相交于阀体的壁厚上；所述第一喷孔和第二喷孔均贯穿喷油阀体的壁厚并与压力腔连通，第一喷孔和第二喷孔的孔径沿着喷射方向逐渐缩小。通过本发明解决了雾化效果不佳、流通速率低、雾化区域小、燃烧不完全等问题。

Description

一种具有伞状布置喷孔的喷油阀体、喷油嘴及发动机

技术领域

本发明涉及发动机喷油技术领域，尤其涉及一种具有伞状布置喷孔的喷油阀体、喷油嘴及发动机。

背景技术

发动机喷油嘴是喷射燃油进入发动机燃烧室的关键组件，喷油嘴由喷油阀体和喷油针阀构成，喷油阀体上喷孔形状对喷油效果和燃烧过程有着重要影响。

如图1所示，传统的喷油阀体上通常采用周向一圈布置的圆形喷孔，但这种设计存在一些局限性，如燃油雾化效果不佳、喷孔流通速率低、雾化区域小、燃烧不完全等。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种具有伞状布置喷孔的喷油阀体，以解决雾化效果不佳、流通速率低、雾化区域小、燃烧不完全等问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种具有伞状布置喷孔的喷油阀体，所述喷油阀体具有喷油段，所述喷油段为锥形，喷油段的内部具有压力室；所述喷油段的尖端设置有第一喷孔，所述第一喷孔沿着所述喷油阀体的轴线布置；所述喷油段的侧壁设置有第二喷孔，所述第二喷孔的轴线与第一喷孔的轴线呈锐角布置，所述第二喷孔沿着轴向方向至少布置有两层，每层第二喷孔的轴线不相交于阀体的壁厚上；所述第一喷孔和第二喷孔均贯穿喷油阀体的壁厚并与压力室连通，第一喷孔和第二喷孔的孔径沿着喷射方向逐渐缩小。

可选的，每层第二喷孔沿着喷油阀体的周向呈圆周阵列布置，相邻两层的第二喷孔的轴线平行布置。

可选的，每层第二喷孔沿着喷油阀体的周向呈圆周阵列布置，相邻两层的第二喷孔的轴线相交，且交点位于喷油阀体的外侧。

可选的，所述第一喷孔的横截面为圆形或椭圆形，所述第二喷孔的横截面为圆形或椭圆形。

可选的，所述第一喷孔的横截面形状与第二喷孔的横截面形状相同；或者，所述第一喷孔的横截面形状与第二喷孔的横截面形状不同。

可选的，所述第二喷孔沿着喷油阀体的轴向布置2-12层。

可选的，所述第一喷孔和所有第二喷孔的进油截面积之和，大于所述第一喷孔和所有第二喷孔的出油截面积之和。

本发明实施例还提供了一种喷油嘴，包括喷油针阀和如上所述的具有伞状布置喷孔的喷油阀体，所述喷油针阀安装在喷油阀体内。

可选的，所述喷油针阀的外壁和喷油阀体的内孔之间具有设定间隙，所述喷油阀体远离喷油段的一端设置有进油孔，所述进油孔经喷油针阀和喷油阀体之间的间隙与所述压力室连通。

本发明实施例还提供了一种发动机，包括如上所述的喷油嘴。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1.本发明的具有伞状布置喷孔的喷油阀体与单个圆孔下喷油阀体相比，多层渐缩形喷孔下的“伞状”渐缩形喷孔可以使燃油在喷孔出口产生速度更快的高速燃油，并使之更好的雾化，增加了燃油与空气的混合程度，使燃油燃烧地更加充分。另外，渐缩形喷孔还可以改善喷雾的形状和分布，提高燃油的利用率，并降低了排放物的生成。

2.采用多层渐缩形喷孔的设计，相比单层渐缩形喷孔技术具有更精细的喷油控制能力，能够更好地适应不同工况下的燃烧需求。另外，合理设计多层渐缩形喷孔结构，可以实现喷油的分层雾化，使燃油雾化更加细腻均匀，提高燃烧效率，降低排放物的生成，减少燃油消耗。同时，合理调节每层喷孔角度可以使得多层渐缩形喷孔在上下喷孔端会形成一定区域的燃油喷射相撞区域，相撞后的燃油颗粒的直径会进一步减小，进一步提高燃油雾化后的效果。

3.通过“伞状”渐缩形喷孔布局，可以进一步扩大燃油喷雾形成的区域体积，进一步提高燃油雾化质量。

4.提高发动机稳定性：多层渐缩形喷孔下的“伞状”高压共轨喷油嘴可以优化的燃油雾化和喷射控制可以改善发动机的燃烧稳定性，减小工作过程中的振动和噪音，延长发动机的使用寿命。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的喷油阀体示意图；

图2是本发明实施例提供的喷油嘴示意图；

图3是现有技术的喷油嘴喷孔压力流场示意图；

图4是本发明实施例提供的喷油嘴喷孔压力流场示意图；

图5是现有技术的喷油嘴喷孔速度流场示意图；

图6是本发明实施例提供的喷油嘴喷孔速度流场示意图；

图7是现有技术提供的喷油嘴喷孔气相体积分数流场示意图；

图8是本发明实施例提供的喷油嘴喷孔气相体积分数流场示意图；

图9是现有技术的喷油嘴喷孔出口气相体积分数流场示意图；

图10是本发明实施例提供的喷油嘴喷孔出口气相体积分数流场示意图；

图中：1、喷油阀体；11、压力室；12、第一喷孔；13、喷油段；14、第二喷孔；15、进油孔；2、喷油针阀；

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。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。

实施例1

对于常规的单圆孔柴油机高压共轨喷油嘴，为克服现有的常规技术问题，有效降低喷孔内气蚀现象的发生，提高喷孔出口处的流通速率，同时实现喷油的分层雾化，提高柴油机高压共轨系统喷油嘴处混合气形成的质量，以及改善喷油器内孔的燃油质量流量和循环特性。本实施例提出一种具有伞状布置喷孔的喷油阀体，通过设计“伞状”喷孔结构，扩大燃油喷射所形成的雾化区域，使燃油雾化更加细腻均匀。

如图1所示，具有伞状布置喷孔的喷油阀体1具有喷油段13，所述喷油段13为锥形，喷油段13的内部具有压力室11；所述喷油段13的尖端设置有第一喷孔12，所述第一喷孔12沿着所述喷油阀体1的轴线布置；所述喷油段13的侧壁设置有第二喷孔14，所述第二喷孔14的轴线与第一喷孔12的轴线呈锐角布置，第一喷孔12和第二喷孔14形成“伞状”布置，所述第二喷孔14沿着轴向方向至少布置有两层，每层第二喷孔14的轴线不相交于阀体的壁厚上，即第二喷孔14的轴线在阀体的壁厚上不存在交点；所述第一喷孔12和第二喷孔14均贯穿喷油阀体1的壁厚并与压力室11连通，第一喷孔12和第二喷孔14的孔径沿着喷射方向逐渐缩小，形成渐缩形喷孔。其中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

渐缩形喷孔通过在喷油嘴的喷孔进口的直径上逐渐扩大，进而显著的提高喷孔的流量系数，提高其流通特性，实现燃油雾化效果的优化。渐缩形喷孔能够使燃油在喷射过程中更加均匀地分布，形成更细腻、更稳定的喷雾，有利于提高燃烧效率和降低排放。此外，渐缩形喷孔可以提高喷射压力和速度，增加喷雾的穿透力(贯穿距离)和混合性，使燃油更好地与空气混合，有助于提高燃烧效率。

而且，多层第二喷孔14与第一喷孔12配合形成伞状喷孔布置方式，相比单层喷孔具有更精细的喷油控制能力，能够更好地适应不同工况下的燃烧需求。通过合理设计多层渐缩形喷油嘴的喷孔结构，可以实现喷油的分层雾化，使燃油雾化更加细腻均匀，从而提高燃烧效率，降低排放物的生成，减少燃油消耗。

每层第二喷孔14沿着喷油阀体1的周向呈圆周阵列布置。在喷油阀体1的头部压力室11设置有两层以上的渐缩形喷孔，渐缩形喷孔围绕喷油阀体1一圈360度进行挖孔，并在喷油阀体1底部中心轴线处设计一个与喷嘴中心轴线相重合的渐缩形喷孔，喷油阀体1侧边的环形多层渐缩形喷孔同喷油阀体1竖直中心轴线重合的渐缩形喷孔形成“伞状”喷孔结构。

其中，相邻两层的第二喷孔14的轴线平行布置，或者根据需求，使相邻两层的第二喷孔14的轴线相交，且交点位于喷油阀体1的外侧。通过多层渐缩形的设计来实现更精细的燃油雾化和喷射控制，可以更好地控制燃油喷射的角度、形状和分布，在扩大喷雾形成区域的同时，可使得喷射出的柴油在获得高压高速的同时，并能产生一定的相撞区域，更有利于高压燃油的雾化，从而提高发动机的燃烧效率。

另外，喷油孔的形状对喷嘴的循环特性也有重要影响，经研究，渐缩形喷孔可以使燃油在喷孔内产生更大的湍流动能，燃油在出口产生更好的雾化效果，使燃油在喷射过程中更加细腻地雾化，增加了燃油与空气的混合程度，促进了燃烧的充分进行。其中，所述第一喷孔12的横截面为圆形或椭圆形，所述第二喷孔14的横截面为圆形或椭圆形。所述第一喷孔12的横截面形状与第二喷孔14的横截面形状可以相同，例如都是圆形或椭圆形，或者也可以不同，例如一个为圆形一个为椭圆形。

所述第二喷孔14沿着喷油阀体1的轴向布置2-12层，所述第一喷孔12和所有第二喷孔14的进油截面积之和，大于所述第一喷孔12和所有第二喷孔14的出油截面积之和。各喷孔进口面积之和大于各个喷孔的出口面积之和，提高喷孔内燃油的流速和流量系数，使燃料以更高的速度经喷孔喷射到发动机气缸中，并形成喷雾。

本实施例中，第二喷孔设置两层，如图1所示，第二喷孔的进口尺寸a为0.2mm，出口尺寸b为0.127mm，两层第二喷孔之间的距离d为0.3mm，第一喷孔的长度c为1.1mm。

如图3、图4所示，分别为现有技术的喷油嘴与本喷油嘴喷孔压力流场示意图；如图5、图6所示，分别为现有技术的喷油嘴与本喷油嘴喷孔速度流场示意图；如图7、图8所示，分别为现有技术提供的喷油嘴与本喷油嘴喷孔气相体积分数流场示意图；如图9、图10所示，分别为现有技术的喷油嘴与本喷油嘴喷孔出口气相体积分数流场示意图。

通过图3-图10的对比可以看出，在保证喷孔面积一定时，当喷油嘴进口压力为200MPa，出口压力为5MPa时，该200MPa以上多层渐缩形喷孔下的“伞状”高压共轨喷油嘴的出口燃油平均流速为628.33m/s，出口处的平均柴油气相体积分数约为0.013％。而改进之前的单圆形喷孔高压共轨喷油嘴的出口平均燃油流速为503.51m/s，出口处的平均柴油气相体积分数为23.22％。该多层渐缩形喷孔下的“伞状”高压共轨喷油嘴出口的燃油平均流速相比于圆形喷孔增加24.79％，其流通特性得到了显著地提高。且喷孔内空化气蚀区域基本没有，显著降低了喷孔内的穴蚀，提高喷嘴的使用寿命。

多层渐缩形喷孔下的“伞状”高压共轨喷油嘴的压力梯度下降更加均匀，在喷孔入口处依旧拥有较高的燃油流速；较大速度柴油的分布区域更加广泛，燃油的平均流速更高，柴油流动性能更加稳定；喷嘴内部的气相体积分数为0，喷嘴内部空化现象显著降低，确保了喷嘴正常工作状态，减少空化产生的机械磨损和故障风险。

综上所述，相较于传统的单一圆形喷孔的喷油嘴，多层渐缩喷孔下的“伞状”高压共轨喷油嘴可以更好地改善喷雾的均匀性和分布。产生更好的雾化效果，增加了燃油与空气的混合程度，促进了燃烧的充分进行。同时，还可以改善喷雾的形状和分布，提高燃油的利用率，并降低了排放物的生成。

各喷孔入口的孔径均大于喷孔出口处的孔径，可以提高燃油的流速和质量流率，增加喷孔内燃油流动的湍流动能，提供更好的燃油雾化效果，通过改变每层喷孔的角度可以实现了喷油雾化角度的控制和燃油雾化效果的优化。

总之，多层渐缩形喷孔下的“伞状”高压共轨喷油嘴出口处的速度分布更加均匀，流速更大，且出口处柴油高流速柴油的分布区域更加广泛，可以使得燃油在喷孔出口产生更好的雾化效果，增加了燃油与空气的混合程度，提高了混合气的质量，使得燃烧更迅速、更充分，提高了发动机的经济性能、排放性能和动力性能，多层渐缩形喷孔下的“伞状”高压共轨喷油嘴的性能得到明显提高。

实施例2

基于实施例1的喷油阀体，本实施例提供一种喷油嘴，如图2所示，包括喷油针阀2和喷油阀体1，所述喷油针阀2安装在喷油阀体1内。所述喷油针阀的外壁和喷油阀体的内孔之间具有设定间隙，所述喷油阀体远离喷油段的一端设置有进油孔15，所述进油孔经喷油针阀和喷油阀体之间的间隙与所述压力室连通。渐缩形喷孔与喷油嘴压力室相通，针阀安装在喷油嘴阀体的底座上，并且使得喷油阀体中心轴线与喷油阀体中心轴线相重合，阀体底部中心设计有垂直渐缩形喷孔，可进一步增加底部形成的燃油喷雾面积，其最高喷射压力可达200MPa以上。

该多层渐缩形喷孔下的“伞状”高压共轨喷油嘴由喷油阀体和针阀组成，该组成部分为一对精密偶件。喷油阀体的头部设有至少两层渐缩形喷孔，每层渐缩形喷孔一圈至少由2-12个喷孔构成，底部设计一个垂直于发动机气缸(同喷油阀体中心轴线相重合)的渐缩形喷孔。采用两层及以上的渐缩形喷孔，可产生较好的柴油喷雾效果和改善喷雾的形状和分布。同时在多层渐缩形喷孔结构中，可以通过调整上下两层喷孔调节不同层的喷孔角度，可使得从喷孔出口喷射的燃油会发生相撞现象，这种碰撞会导致燃油颗粒进一步细化，从而进一步提升燃油雾化效果。并可进一步扩大燃油所形成的总的喷雾面积。

实施例3,

基于实施例2的喷油嘴，本实施例提出了一种发动机，高压共轨喷油嘴多层渐缩形喷孔的应用可以提高发动机的燃烧效率、降低燃油消耗和排放物的排放，从而实现更好的动力性能和环保性能。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种具有伞状布置喷孔的喷油阀体，其特征在于，所述喷油阀体具有喷油段，所述喷油段为锥形，喷油段的内部具有压力室；

所述喷油段的尖端设置有第一喷孔，所述第一喷孔沿着所述喷油阀体的轴线布置；

所述喷油段的侧壁设置有第二喷孔，所述第二喷孔的轴线与第一喷孔的轴线呈锐角布置，所述第二喷孔沿着轴向方向至少布置有两层，每层第二喷孔的轴线不相交于阀体的壁厚上；

所述第一喷孔和第二喷孔均贯穿喷油阀体的壁厚并与压力腔连通，第一喷孔和第二喷孔的孔径沿着喷射方向逐渐缩小。

2.如权利要求1所述的具有伞状布置喷孔的喷油阀体，其特征在于，每层第二喷孔沿着喷油阀体的周向呈圆周阵列布置，相邻两层的第二喷孔的轴线平行布置。

3.如权利要求1所述的具有伞状布置喷孔的喷油阀体，其特征在于，每层第二喷孔沿着喷油阀体的周向呈圆周阵列布置，相邻两层的第二喷孔的轴线相交，且交点位于喷油阀体的外侧。

4.如权利要求1所述的具有伞状布置喷孔的喷油阀体，其特征在于，所述第一喷孔的横截面为圆形或椭圆形，所述第二喷孔的横截面为圆形或椭圆形。

5.如权利要求4所述的具有伞状布置喷孔的喷油阀体，其特征在于，所述第一喷孔的横截面形状与第二喷孔的横截面形状相同；或者，所述第一喷孔的横截面形状与第二喷孔的横截面形状不同。

6.如权利要求1所述的具有伞状布置喷孔的喷油阀体，其特征在于，所述第二喷孔沿着喷油阀体的轴向布置2-12层。

7.如权利要求1所述的具有伞状布置喷孔的喷油阀体，其特征在于，所述第一喷孔和所有第二喷孔的进油截面积之和，大于所述第一喷孔和所有第二喷孔的出油截面积之和。

8.一种喷油嘴，其特征在于，包括喷油针阀和如权利要求1-7任一项所述的具有伞状布置喷孔的喷油阀体，所述喷油针阀安装在喷油阀体内。

9.如权利要求8所述的喷油嘴，其特征在于，所述喷油针阀的外壁和喷油阀体的内孔之间具有设定间隙，所述喷油阀体远离喷油段的一端设置有进油孔，所述进油孔经喷油针阀和喷油阀体之间的间隙与所述压力腔连通。

10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的喷油嘴。