CN213981014U - 用于内燃发动机的燃烧室的燃料喷射喷嘴和内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及用于内燃发动机的燃烧室的燃料喷射喷嘴和内燃发动机。该燃料喷射喷嘴(1)包括具有主喷嘴轴线(10)的喷嘴主体(3)，该喷嘴主体(3)包括至少一个燃料供给管线(14)和用于将燃料从燃料供给管线(14)供给到燃烧室(2)的至少一个燃料流道(4)。该至少一个燃料流道(4)具有流入开口(13)和流出开口(11)，其中，流出开口(11)是具有细长形状的狭窄开口，并且其中，燃料流道(4)围绕所述主喷嘴轴线(10)不形成闭合圆。

Description

用于内燃发动机的燃烧室的燃料喷射喷嘴和内燃发动机
技术领域
本实用新型涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射喷嘴以及一种包括燃料喷射喷嘴的内燃发动机。
背景技术
本实用新型优选地涉及内燃发动机，例如大型船舶或船只发动机或固定式发动机，这些发动机的气缸的内径至少为200mm。该发动机优选地是二冲程发动机或二冲程十字头发动机。该发动机可以是柴油或汽油发动机、双燃料或多燃料发动机。在这种发动机中，液体和/或气体燃料可以进行燃烧，并且可以自点火或强制点火。
该发动机具有其中具有活塞的至少一个气缸。该活塞连接到曲轴。在发动机运行期间，该活塞在上止点(TDC)与下止点(BDC)之间往复运动。气缸通常具有：用于进气的至少一个空气通道开口，进气口尤其被布置在气缸的衬套中；以及用于排气的至少一个空气通道开口，排气口尤其被布置在气缸的盖中。
内燃发动机可以是纵向扫气式二冲程发动机。
术语“内燃发动机”还指不仅可以在以燃料自点火为特征的柴油模式下工作而且还可以在以燃料强制点火为特征的奥托模式下工作或者在两者的混合的模式下工作的大型发动机。此外，术语“内燃发动机”尤其包括双燃料发动机以及其中燃料的自点火给另一燃料强制点火的大型发动机。
发动机转速优选低于800RPM(4冲程)，并且更优选低于200RPM(2冲程)，这表示低速发动机的名称。
燃料可以是柴油或船用柴油或重质燃料油或乳剂或料浆或甲醇或乙醇，也可以是液态天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)等气体。
可以根据要求添加的其它可能的燃料是：LBG(液化沼气)、生物燃料(例如，藻类燃料或海藻油)、氢气、CO2合成燃料(例如，由风电制氢(Power-To-Gas)或风电制油(Power-To-Liquid)生产的燃料)。
大型船只(尤其是用于货物运输的船舶)通常由内燃发动机(尤其是柴油发动机和/或燃气发动机，主要是二冲程十字头发动机)来提供动力。
在现代柴油发动机中，通过多孔燃料喷射器执行向燃烧室的燃料供应。燃料流的形状、孔的数量以及它们的直径影响燃烧过程的质量，因此也会影响废气内有害物质的含量。
对于一些燃料，雾化程度可能不够充分，特别是涉及“黑炭”的产生方面。雾化不充分可能会导致一部分废气由于未燃烧燃料而含有颗粒团聚物(agglomerate)。这些颗粒包含碳和未燃烧的碳氢化合物。当“黑碳”沉积在例如雪或冰上时，“黑碳”可能形成黑色涂层。因此，“黑碳”减少了反照率并导致全球变暖。
为了减小雾化燃料滴的直径并使燃料滴尽可能均匀地沿着燃烧室分散，可以使用阀式燃料喷射器，该阀式燃料喷射器将柴油或汽油以展开角度(exposure angle)为45°至180°的连续圆锥形状供应到燃烧室中。
WO00/52321公开了一种燃料处理装置，其中，燃料被压过环形间隙并被偏转到通向燃烧室的环形通道中。
环形的喷嘴迫使液体发生所谓的几何破碎。由于其几何形状，即使在没有外力的情况下，液体薄片也会破碎。在穿透盘状容积的同时，来自周向狭缝的液体薄片变得更薄。随着液体薄片变薄，其自然会在某个点塌陷并形成液滴。几何破碎支持使用趋于雾化性较差的燃料，从而在将来“黑碳”受到管制时可以帮助减少CO2排放。
然而，在某些情况下，提供对称输出的环形喷嘴不能以适当的方式分配燃料。例如，当居中布置仅一个排气阀并且喷嘴因而必须被偏心布置时这种情况发生。一部分燃料可能被引导到燃烧室的壁上，这是不期望的。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的是防止现有技术的缺陷，并提供一种燃料喷射喷嘴和一种包括燃料喷射喷嘴的内燃发动机，其中该燃料喷射喷嘴尤其允许以定向的方式分配雾化的燃料，即使对于雾化趋势减小的燃料也允许以定向的方式分配。
该目的通过一种燃料喷射喷嘴和包括该燃料喷射喷嘴的内燃发动机来实现。
燃料喷射喷嘴是用于内燃发动机(优选为二冲程船用发动机)的燃烧室的喷嘴。
燃料喷射喷嘴包括具有主喷嘴轴线的喷嘴主体。
燃料喷射喷嘴包括至少一个燃料供给管线和用于将燃料从燃料供给管线供给到燃烧室的至少一个燃料流道。
燃料可以通过至少一个燃料供给管线被管道输送到喷嘴的尖端区域。各个燃料供给管线可以与一个或更多个燃料流道连接。
优选地，喷嘴包括一个燃料供给管线和一个燃料流道。
至少一个燃料流道具有流入开口和流出开口。至少一个燃料流道的流入开口流体地连接到燃料供给管线。
通常，流出开口被布置在燃料喷射喷嘴的外表面上。因此，流入开口比流出开口区域更靠近喷嘴轴线。
流出开口是具有细长形状的狭窄开口，并且燃料流道围绕主喷嘴轴线不形成闭合圆。因此，燃料流道不由围绕主喷嘴轴线的环形间隙形成。因此，燃料的流出相对于主喷嘴轴线不对称，并且燃料束相对于主喷嘴轴线具有限定的流出方向。
因此，燃料流道允许将燃料定向地喷射到燃烧室中。
由于形成狭缝的具有细长形状的狭窄开口，可以生成离开喷嘴的燃料束，该燃料束具有提供与燃烧室中的气氛的较大且优选地扩大的接触表面的形式。
在燃料喷射喷嘴的优选实施方式中，燃料流道是静止的。优选地，燃料流道不是阀的一部分，其中，由于喷嘴主体的一些部分的运动，狭缝打开。静止燃料流道可以以比动态流道更高水平的精度制造。因此，可以以高精度确定流道的尺寸。
有利地，燃料喷射喷嘴的至少包括至少一个燃料流道的部分由一个工件制成。如果燃料喷射器的一部分由一个部件组成，则省略了涉及组装不同部件的制造步骤。这样的步骤带来丧失准确性的风险，然而这种风险被避免了。
优选地，流出开口包括在第一方向上的第一流出开口长度，该第一流出开口长度大于在垂直于第一方向的第二方向上的第二流出开口长度。
第一流出长度在狭缝的细长延伸的方向上延伸。第二流出长度在狭缝的狭窄尺寸的方向上延伸。
第一流出开口长度可以是在第一方向上的最小开口直径，并且第二流出开口长度可以是在第二方向上的最大开口直径。
另选地，第一流出开口长度可以被认为是中心线的长度，该中心线的各个点沿着狭缝的狭窄尺寸方向与狭缝的两侧具有相同的距离。
相对于上述定义中的至少一个(优选相对于上述定义中的各个)，第一流出开口长度大于第二流出开口长度。
优选地，第一流出开口长度比第二流出开口长度大至少两倍，优选地大10倍，更优选地大20倍。
流出开口的区域可以是矩形、椭圆形或环形的或者可以具有呈矩形、椭圆形或不规则形状的环的形式。
流出开口可以具有一取向，使得细长延伸方向不平行于主喷嘴轴线。另选地，狭缝的细长延伸方向可以主要在主喷嘴轴线的方向上被定向。
优选地，流出开口主要在垂直于主喷嘴轴线的方向上延伸。当通过确定主喷嘴轴线与燃烧室的主圆柱轴线之间的角度而将燃料喷射喷嘴组装到内燃发动机中时，可以确定所要生成的燃料束相对于燃烧室的方向。
在有利的实施方式中，流入开口的面积等于或小于流出开口的面积。因此，燃料束直径的增大在喷嘴内开始。
流入开口可以具有小于燃料供给管线的横截面面积的面积。因此，当离开燃料喷嘴时，燃料可以被加速。
流入开口也可以被形成为狭缝并且可以平行于流出开口的取向被定向。
流入开口也可以横向于流出开口的取向被对准。
与流出开口区域类似，流入开口区域也可以包括在第一方向上的第一流入开口长度，该第一流入开口长度优选大于在第二方向上的第二流入开口长度。
优选地，第一流出开口长度大于第一流入开口长度。
优选地，至少一个燃料流道的流出开口被布置在喷嘴主体的喷嘴外表面上。
喷嘴主体的至少包括燃料流道的部分可以包括旋转的和/或圆柱形的对称性，优选地，该部分或整个喷嘴主体可以是圆柱形的、圆锥形的或椭圆形的。
喷嘴或相应的喷嘴配对件的这种外部轮廓可以通过车床机容易地制造。
喷嘴主体可以具有与燃烧室的内部轮廓对应的外部轮廓。喷嘴主体的这种表面可以与燃烧室的内表面结合，使得至少一个燃料流道的流出开口被布置在燃烧室的内表面上。
有利地，燃料供给管线是喷嘴主体中的圆柱形孔。优选地，圆柱形孔被居中地且沿着主喷嘴轴线布置。圆柱形孔也可以被平行于主喷嘴轴线布置。
燃料流道可以在垂直于主喷嘴轴线的平面中提供开度角度，该开度角度在0°至360°之间，优选地从10°至270°，更优选地从30°至180°，最优选地从45°至120°。该角度可以由流入开口与流出开口之间的关系确定。
燃料流道可以限定流出方向，该流出方向与主喷嘴轴线形成倾斜角，该倾斜角(α)可以在0°至90°之间，优选地在10°至45°之间。
流出方向从流入开口区域的重心指向流出开口区域的重心。
燃料喷射喷嘴可以具有沿着主喷嘴轴线的最大为10cm、优选为4cm至6cm的长度。
优选地，喷嘴的由一个工件形成的部分具有沿着主喷嘴轴线的最大为10cm、优选为4cm至6cm的长度。
喷嘴主体(优选地，喷嘴的由一个工件形成的部分)的垂直于主喷嘴轴线的最大外径可以是0.8cm至5cm，优选地0.8cm至3cm，更优选地0.8cm至2.6cm。
流出开口可以具有0.8mm至250mm、优选地0.8mm至50mm、更优选地0.8mm至20mm的第一流出开口长度。
第二流出长度可以是0.05mm至6mm。
流出开口可以具有5mm2至40mm2、优选5mm2至20mm2、更优选10mm2至15mm2的面积量。
该目的还通过一种包括具有如上所述的具有燃料喷射喷嘴的燃烧室的内燃发动机来实现。
有利地，燃料流道限定流出方向，该流出方向与垂直于燃烧室的主圆柱轴线的水平线形成倾斜角，该倾斜角为20°至-45°，优选地10°至-15°。
因此，流出方向与燃烧室的主轴线形成倾斜角，该倾斜角为45°至110°，优选为75°至100°。
主喷嘴轴线可以与燃烧室的主圆柱轴线形成角，该角为5°至30°，优选地为10°至15°。
该目的还通过一种使用具有主喷嘴轴线的燃料喷射喷嘴(优选地，使用如上所述的燃料喷射喷嘴或内燃发动机)将燃料供给至燃烧室方法来实现，其中，燃料束在至少一个方向具有在0°至360°之间、优选从10°至270°、更优选地从30°至180°、最优选地从45°至120°的开度角，使得燃料束的直径增大并使得燃料与燃烧室中的气氛之间的接触表面随着距喷嘴距离的增加而扩大。优选地，燃料被迫使发生几何破碎，其中，燃料束塌陷并形成液滴，使得燃料与气氛之间的接触表面变得更大。
燃料束可以具有15cm至80cm的范围。
该目的还通过如上所述的用于制造燃料喷射喷嘴的方法来实现。
燃料喷射喷嘴可以通过3D打印工艺来生产。
3D打印工艺允许形成各种不同的燃料流道，特别是具有任意选择的呈狭缝形式的流出开口的一件式喷嘴主体。
另选地，可以通过侵蚀技术、通过激光技术、通过钻孔或通过铣削在喷嘴主体中形成至少一个燃料流道。喷嘴主体本身可以通过3D打印工艺或通过使用毛坯并执行腐蚀技术的常规制造工艺来制造。
附图说明
下面借助示例性实施方式和附图说明本实用新型的其它有利方面。在附图中，以示意性方式：
图1在沿着主喷嘴轴线的剖面图中示出了燃料喷射喷嘴的第一示例；
图2在正视图中示出了燃料喷射喷嘴的第二示例；
图3在垂直于主喷嘴轴线的平面中的剖面图中示出了燃料喷射喷嘴的第二示例；
图4在侧视图中示出了燃料喷射喷嘴的第三示例；
图5在侧视图中示出了燃料喷射喷嘴的第四示例；
图6在侧视图中示出了燃料喷射喷嘴的第五示例；
图7在侧视图中示出了燃料喷射喷嘴的第六示例；
图8在剖面图中示出了内燃发动机的示例。
在附图中，已经用相同的附图标记来标记相同或在功能上相同的元件。
具体实施方式
图1在沿着主喷嘴轴线10的剖面图中示出了燃料喷射喷嘴1的第一示例。
燃料喷射喷嘴1包括具有主喷嘴轴线10的喷嘴主体3。燃料喷射喷嘴1包括至少一个燃料供给管线14和用于将燃料从燃料供给管线14供给到燃烧室2的至少一个燃料流道4。
燃料流道4限定流出方向9，该流出方向9与主喷嘴轴线10形成倾斜角α，该倾斜角α在0°至90°之间，优选地在10°至45°之间。
图2在正视图中示出了燃料喷射喷嘴1的第二示例。
用于从燃料供给管线14引出燃料的至少一个燃料流道4具有流入开口13和流出开口11。
流出开口11是狭缝，该狭缝是具有细长形状的狭窄开口。
燃料流道4围绕主喷嘴轴线10不形成闭合圆。
在该示例中，流入开口13的面积小于流出开口11的面积。
流出开口11包括在第一方向15上的第一流出开口长度7，该第一流出开口长度7大于在垂直于第一方向15的第二方向16上的第二流出开口长度8。因此，流出开口11主要在垂直于主喷嘴轴线10的方向上延伸。
优选地，第一流出开口长度7比第二流出开口长度8大至少两倍，优选地大10倍。
燃料流道4限定出流出方向9，该流出方向9包括相对于主喷嘴轴线10的倾斜角α。
流出开口11的区域是矩形的，并且被布置在喷嘴主体3的外表面上。
流入开口13包括在第一方向15上的第一流入开口长度5，该第一流入开口长度5大于在第二方向16上的第二流入开口长度6。在该示例中，流入开口的区域也是矩形的，也被形成为狭缝并且以与流出开口11相同的方式被定向。
因此，流出开口11主要在垂直于主喷嘴轴线10的方向15上延伸。
图3在垂直于主喷嘴轴线的平面中的剖面图中示出了燃料喷射喷嘴1的第二示例。在该平面中，燃料流道4提供了由流出开口11和流入开口13的相对位置确定的开度角β。
开度角β在0°至360°之间，优选地在10°至270°之间，更优选地在30°至180°之间。
图4至图7在侧视图中示出了燃料喷射喷嘴1的其它示例。
根据图5和图6，中心线22可以被认为是第一流出开口长度，该第一流出开口长度大于在流出开口11的较窄尺寸方向上延伸的第二流出开口长度8。
图6示出了由环形狭缝形成的流出开口11。环形狭缝围绕主喷嘴轴线10不形成闭合圆，因此限定相对于主喷嘴轴线10不对称的流出方向9(参见图8)。
在图4和图5所示的示例中，流出开口11是具有细长形状的狭缝，其中，主延伸方向主要垂直于主喷嘴轴线10被定向。
然而，如在根据图7的燃料喷射喷嘴1的示例中所示，流出开口11也可以在不同的方向上延伸。
图8在剖面图中示出了内燃发动机20的示例。内燃发动机20包括具有燃料喷射喷嘴1的燃烧室2。
主喷嘴轴线10与燃烧室2的主圆柱轴线21形成角δ，该角δ为5°至30°，优选为10°至15°。
燃料喷射喷嘴1(参见图1至图2)的燃料流道4(参见图1和图2)限定流出方向9，该流出方向9与燃烧室2的主圆柱轴线21形成优选为75°至100°的倾斜角γ。
流出方向9与垂直于主圆柱轴线21的水平线23形成优选为-12°至-15°的倾斜角ε。

Claims (16)

1.一种用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，所述燃料喷射喷嘴(1)包括具有主喷嘴轴线(10)的喷嘴主体(3)，所述喷嘴主体(3)包括至少一个燃料供给管线(14)和用于将燃料从所述至少一个燃料供给管线(14)供给到所述燃烧室(2)的至少一个燃料流道(4)，
其特征在于，所述至少一个燃料流道(4)具有流入开口(13)和流出开口(11)，其中，所述流出开口(11)是具有细长形状的狭窄开口，
并且其中，所述至少一个燃料流道(4)围绕所述主喷嘴轴线(10)不形成闭合圆。
2.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述至少一个燃料流道(4)是静止的。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述燃料喷射喷嘴(1)的至少包括所述至少一个燃料流道(4)的部分由一个部件制成。
4.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述流出开口(11)包括在第一方向(15)上的第一流出开口长度(7)，所述第一流出开口长度(7)大于在垂直于所述第一方向(15)的第二方向(16)上的第二流出开口长度(8)。
5.根据权利要求4所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述第一流出开口长度(7)比所述第二流出开口长度(8)大至少两倍。
6.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述流出开口(11)主要在垂直于所述主喷嘴轴线(10)的方向上延伸。
7.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述流出开口(11)的区域是矩形或椭圆形的。
8.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述流入开口(13)的面积等于或小于所述流出开口(11)的面积。
9.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述至少一个燃料流道(4)的所述流出开口(11)被布置在所述喷嘴主体(3)的圆柱形或圆锥形或椭圆形的喷嘴外表面(12)上。
10.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述至少一个燃料供给管线(14)是所述喷嘴主体(3)中的圆柱形孔。
11.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述至少一个燃料流道(4)在垂直于所述主喷嘴轴线(10)的平面中提供在0°至360°之间的开度角(β)。
12.根据权利要求11所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述至少一个燃料流道(4)提供从10°至270°的开度角(β)。
13.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述燃料喷射喷嘴包括一个燃料供给管线和一个燃料流道。
14.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)，其特征在于，所述至少一个燃料流道(4)限定流出方向(9)，所述流出方向(9)与所述主喷嘴轴线(10)形成倾斜角(α)，所述倾斜角(α)在0°至90°之间。
15.一种内燃发动机，所述内燃发动机包括燃烧室(2)，其特征在于，该燃烧室(2)具有根据权利要求1所述的用于内燃发动机的燃烧室(2)的燃料喷射喷嘴(1)。
16.根据权利要求15所述的内燃发动机，其特征在于，所述至少一个燃料流道(4)限定流出方向(9)，所述流出方向(9)与所述燃烧室(2)的主圆柱轴线(21)形成45°至110°的倾斜角(γ)。
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