專利名稱：用于輸送液/氣混合物的噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴嘴，用于將液/氣混合物輸送到，例如，吸氣管或內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)。該噴嘴可以形成發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器的一部分，特別是但不僅僅是在噴射器上產(chǎn)生混合物的部分，在此燃料的細(xì)小霧滴在被送入燃燒室前被夾帶進(jìn)氣流中。
盡管本發(fā)明將結(jié)合內(nèi)燃機(jī)燃料噴射器的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，但應(yīng)該知道，它也可用于任何需要輸送液滴氣體混合物的環(huán)境，以便使噴嘴出口的液體膜的附著在連續(xù)或不連續(xù)輸送系統(tǒng)內(nèi)得到改善。
背景技術(shù)：
眾所周知，產(chǎn)生液/氣混合物的方法通常是，通過(guò)將一粘性液體薄層輸入到在一個(gè)管道內(nèi)流動(dòng)的氣流中，氣體的作用是將液滴從液體薄層上剪碎。已經(jīng)知道，與通過(guò)限定的噴嘴加壓輸送液體所形成的噴射物相比(如在車(chē)輛馬達(dá)上常用的噴射器的工作一樣)，這種液/氣混合物具有明顯較小的平均液滴尺寸。在AU-A-51454/93中披露了一種液氣混合裝置，其通過(guò)使液滴離開(kāi)液體薄層產(chǎn)生液/氣混合物，在此作為參考。
由于液滴的尺寸很小，通過(guò)使用氣流將液滴從液體薄層上剪碎產(chǎn)生的液/氣混合物可沿管道輸送，越過(guò)液體離開(kāi)液面的點(diǎn)，并從噴嘴噴出。
如果噴嘴有一個(gè)簡(jiǎn)單的連續(xù)擴(kuò)張區(qū)通向出口，則發(fā)現(xiàn)用這種噴嘴輸送液/氣混合物時(shí)，在擴(kuò)張區(qū)的內(nèi)表面易于粘附液體和積累液體，這種液體沿管道向前推進(jìn)并從出口噴出，與夾帶在氣流中流入噴嘴的細(xì)小霧滴相比，其液滴體積相對(duì)較大。
消除或至少減少液滴的這種附著，積累及從噴嘴出口的輸送為當(dāng)務(wù)之急。
本發(fā)明簡(jiǎn)介本發(fā)明提供一種用于輸送液/氣混合物的噴嘴，其包括一個(gè)本體，其有一個(gè)通向出口的流體流經(jīng)的管道。
一個(gè)擴(kuò)張區(qū)，其靠近出口，并且在該擴(kuò)張區(qū)至少有一個(gè)間斷處，所述間斷處適用于減少液體膜在出口的附著。
每一個(gè)間斷處最好大體呈圓周形狀。
該間斷處或每一個(gè)間斷處最好為擴(kuò)張區(qū)的逐級(jí)放大部分。
該擴(kuò)張區(qū)最好具有多個(gè)逐級(jí)放大部分。
流體通道也最好具有限制或壓縮區(qū)，其位于上游與擴(kuò)張區(qū)間隔開(kāi)。限制或壓縮區(qū)最好為流體通道的平滑收斂的部分，并通向限制區(qū)與擴(kuò)張區(qū)中間的喉部。
通常，流體通道截面最好為圓形，限制區(qū)和擴(kuò)張區(qū)通常為圓錐形。
擴(kuò)張區(qū)內(nèi)的該逐級(jí)放大部分或每一個(gè)逐級(jí)放大部分最好呈圓周狀邊緣，其具有第一直徑，一個(gè)通常與流體通道的中心軸垂直的向外輻射延伸的表面，以及一個(gè)沿軸向延伸的圓柱形表而，其具有第二直徑，第二直徑比第一直徑大一預(yù)定的量，該圓柱形表面通向下一個(gè)相鄰的逐級(jí)放大部分或出口。
住一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，中間喉部的直徑約為4毫米，第一逐級(jí)放大區(qū)的軸向圓柱面的直徑約為5毫米，第二和第三逐級(jí)放大區(qū)的軸向圓柱面的直徑分別為6毫米及7毫米左右。限制區(qū)直徑最好從約10毫米收斂到喉部的4毫米左右，收斂的的軸向距離范圍約為5毫米。此外，喉部最好延伸13毫米左右，第一和第二逐級(jí)放大區(qū)的圓柱面在軸向延伸3毫米左右，并且第三逐級(jí)放大區(qū)的圓柱面在軸向延伸4毫米左右。
一個(gè)特別的優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)將本發(fā)明的多個(gè)噴嘴軸向排列制成，其中一個(gè)噴嘴的出口用于向混合噴嘴輸送液/氣混合物，并且其中相鄰的噴嘴被氣體和/或液體吸入?yún)^(qū)隔開(kāi)，因此，當(dāng)吸入的氣體和/或液體，從一個(gè)噴嘴的出口流向下一個(gè)相鄰的軸向排列的噴嘴的進(jìn)口時(shí)，能夠與液體/氣體混合物混合。
被吸入?yún)^(qū)隔開(kāi)的噴嘴單元的數(shù)目可以根據(jù)需要變化。
在使用根據(jù)AU-A-51454/93披露的實(shí)施例時(shí)，我發(fā)現(xiàn)在內(nèi)燃機(jī)的環(huán)境條件下，要求一個(gè)最小壓縮空氣量以便將液體燃料霧化到所需要的顆粒大小。在一個(gè)樣機(jī)上已得出100磅/英寸2壓力時(shí)，這種最小空氣量低于1％當(dāng)量空氣。壓縮空氣通過(guò)一個(gè)噴射器將液滴從圓錐形的燃料薄層上剪碎，所形成的燃料/空氣混合物經(jīng)過(guò)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的輸送噴嘴噴出。
所需最小量的空氣，即預(yù)混合空氣的加入(當(dāng)與原始空氣結(jié)合時(shí)，原始空氣起剪碎在噴射器本體內(nèi)燃料的作用)有助于良好燃燒的高質(zhì)量預(yù)混合物的制備。包括霧化空氣的預(yù)混合空氣通常大約占所需理當(dāng)量混合物總量的5％。
隨著汽化空氣(第三級(jí)空氣)的進(jìn)一步加入，有可能使燃料汽化，并進(jìn)一步預(yù)混合從而增強(qiáng)燃燒。顯然汽化空氣的使用指的應(yīng)是，能夠使燃料汽化和進(jìn)一步預(yù)混合從而增強(qiáng)燃燒所需要的空氣的最小量(當(dāng)與原始和第二級(jí)空氣混合后)?？梢酝ㄟ^(guò)另一種新穎的步驟，或經(jīng)由在套管上輻射狀排列的空氣進(jìn)口，這種第三級(jí)空氣被吸進(jìn)燃料/空氣的混合物中，該套管延伸經(jīng)過(guò)第二噴嘴單元出口。當(dāng)然，正如以上所述，噴嘴單元的數(shù)目可以根據(jù)需要而變化。
我已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)噴嘴的裝置，不僅可以改善燃料膜的附著，而且還能產(chǎn)生好的混合效果，降低燃料空氣混合物的速度，并拓寬允許更多的空氣進(jìn)入混合物的燃料混合物的范圍。
第二空氣噴嘴可以與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管相連，或用于吸入其它燃料或燃料與空氣的混合物。
當(dāng)用于AU-A51454/93披露的壓力噴射器的環(huán)境時(shí)，本發(fā)明噴嘴的效果與引擎產(chǎn)生的負(fù)壓無(wú)關(guān)，在這種情況下可能為，比如說(shuō)，氣助噴射器。
附圖簡(jiǎn)介下面將通過(guò)例子，并參考附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的實(shí)施例的縱向剖面示意圖；圖2為圖1的噴嘴和已知的液氣混合裝置一部分的縱向剖面示意圖；圖3為圖1的噴嘴局部的詳細(xì)示意圖，示出了液/氣混合物的流動(dòng)，以及氣流對(duì)附著在擴(kuò)張區(qū)表面的液體的作用；圖4為噴射器實(shí)施例安裝在一個(gè)具有兩個(gè)本發(fā)明噴嘴單元裝置的實(shí)施例上的常見(jiàn)裝置的剖面圖；圖5為圖4的噴射器局部的放大的視圖；圖6簡(jiǎn)略地示出了圖4的噴射器噴嘴裝置，它呈直接噴入內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管的結(jié)構(gòu)；圖7為圖4的噴射器和噴嘴裝置安裝在進(jìn)氣管上時(shí)的剖面圖；圖8與圖7相似，但示出了噴射器和噴嘴裝置安裝在圖7的另一種進(jìn)氣管上時(shí)的剖面圖。
最優(yōu)實(shí)施例附圖示出了一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的噴嘴10，它有中間延伸的通道11，位于進(jìn)口端13的限制或壓縮區(qū)12和接近出口端15的擴(kuò)張區(qū)14。
擴(kuò)張區(qū)14的形狀為一組三級(jí)逐級(jí)放大部分16，每一級(jí)沿流體通道11確定周向間斷處。每一個(gè)逐級(jí)放大部分16具有一個(gè)周邊17 ，一個(gè)通常與噴嘴10的中心軸線垂直的沿徑向向外延伸的表面18，以及一個(gè)沿軸向延伸的圓柱形表面19，它的直徑比相鄰的周邊17的直徑大一預(yù)定值。
限制區(qū)12有一圓錐形表面20，其收斂于位于限制區(qū)12和擴(kuò)張區(qū)14中間的喉部21的直徑處。
參見(jiàn)圖2，它示出了噴嘴10，其安裝在液氣混合裝置的一部分30上，對(duì)本申請(qǐng)來(lái)說(shuō)，該混合裝置已在AU-A-51454/93中披露，本申請(qǐng)中通常以30表示。這種混合裝置包括一個(gè)液體閥31，它斷續(xù)地向環(huán)狀流體通道32內(nèi)輸送輻射狀或圓錐形向外噴射的液體薄膜?；旌涎b置30有一個(gè)氣閥(沒(méi)有示出)，其向管道32內(nèi)輸送氣流，時(shí)間至少?gòu)囊洪y31剛好打開(kāi)之前到液閥31剛好關(guān)閉之后。流過(guò)管道32的氣流的作用是將液體顆粒從液體薄層上剪碎，從而產(chǎn)生夾帶在氣流中的液體顆粒的細(xì)小霧滴。
液/氣混合物流過(guò)混合裝置30的管道32。管道32與噴嘴10的流體通道11相通，噴嘴10位于液體顆粒從液體薄層剪碎點(diǎn)的下游。噴嘴10限定了混合裝置30的出口，以使液/氣混合物，可能是燃料/空氣混合物，輸入內(nèi)燃機(jī)(沒(méi)有示出)的燃燒室內(nèi)。
在使用時(shí)，液/氣混合物進(jìn)入噴嘴10，在進(jìn)入中間喉部21之前被限制區(qū)12壓縮。這樣使得氣體和液體顆粒流加速，當(dāng)氣流到達(dá)擴(kuò)張區(qū)14時(shí)，隨著經(jīng)過(guò)每一個(gè)周邊17液/氣混合物膨脹，隨后經(jīng)過(guò)出口15輸出。
當(dāng)已附著在流體通道上的液體顆粒到達(dá)第一周邊17時(shí)，可以確信，流過(guò)間斷處的氣流的作用使得積累的液體以相對(duì)較小的顆粒被從表面吸走，即，其顆粒尺寸顯著小于沒(méi)有這種間斷處時(shí)，積累的液體從噴嘴擴(kuò)張區(qū)排出時(shí)的顆粒的尺寸。
特別是，被逐級(jí)放大部分16限定的間斷處使得氣流(夾帶有液體顆粒)在周邊17處和圍繞周邊17徑向向外流動(dòng)和膨脹，從而緊靠徑向突出面18產(chǎn)生旋渦。
已經(jīng)觀察到，在附著液體作為不合要求的大液滴通過(guò)出口15被輸送前，圖1-3中的實(shí)施例的噴嘴10能將其從擴(kuò)張區(qū)除去，因?yàn)榇蟮囊旱卧谄胀ㄈ紵h(huán)中通常不能有效燃燒。不論混合裝置30的液閥31和氣閥(沒(méi)有示出)是間斷開(kāi)/閉產(chǎn)生間斷液/氣混合物燃燒，還是一直打開(kāi)以便連續(xù)輸送液/氣混合物流，都能實(shí)現(xiàn)這樣的優(yōu)點(diǎn)。
在圖4的實(shí)施例的常用裝置視圖中，示出了一個(gè)噴射器和噴嘴的組合40，其包括一個(gè)安裝有兩級(jí)噴嘴單元裝置42的螺線管驅(qū)動(dòng)噴射器41。
噴射器41包括螺線管罩42，內(nèi)有螺線管棒43和往復(fù)定位器44。
螺線管控制針45位于導(dǎo)管46內(nèi)，導(dǎo)管46位于噴射器本體47內(nèi)。針座48位于針45和霧化噴嘴49之間，汽化噴嘴49將液/氣混合物導(dǎo)入空氣混合噴嘴50。在霧化噴嘴49和空氣混合噴嘴50之間有多個(gè)徑向延伸的吸入通道51，而在空氣混合噴嘴50的出口下游，圍繞套管52有多個(gè)第三級(jí)空氣吸入通道53。
在圖4的實(shí)施例中，已經(jīng)知道，在100磅/英寸2壓力下，只要大約1％當(dāng)量數(shù)量級(jí)的空氣進(jìn)入空氣進(jìn)口54，就足以從燃料的圓錐形面將燃料滴剪碎，該燃料是通過(guò)燃料進(jìn)口55供給的。
參考圖5可更好地了解空氣通道和針運(yùn)動(dòng)的作用，圖中示出了位于針45和噴射器本體41的內(nèi)孔之間的周向溝槽56，其能夠允許高壓氣體通道通過(guò)液體錐面霧化器，該霧化器是依靠針45從針座48上離開(kāi)的運(yùn)動(dòng)形成的。當(dāng)液體從錐形面被剪碎后，其經(jīng)過(guò)通道56，然后流過(guò)多個(gè)圓形排列的管道57，送入霧化噴嘴49，然后在進(jìn)入空氣混合噴嘴50前，流經(jīng)由通道51限定的第二空氣吸入?yún)^(qū)。
參見(jiàn)圖6，其中示出了圖4的噴射器和噴嘴裝置，其安裝在文杜里管(縮喉管)進(jìn)口上方時(shí)的情況。
另一種可能的安裝裝置如圖7所示，其中圖4的實(shí)施例被安裝在自然吸入或增壓的空氣吸氣管70上，吸氣管70帶有空氣泄放通道71吸入進(jìn)氣管空氣以便為噴嘴49和50之間提供第二級(jí)空氣。
圖8示出了另一種自然吸入或增壓的空氣吸氣管80的安裝裝置，其中噴射器本體41安裝在進(jìn)氣管80上，使進(jìn)氣管空氣直接送入通道51而不用如圖7所示通過(guò)一個(gè)旁路裝置。
盡管所述實(shí)施例的噴嘴已經(jīng)結(jié)合混合裝置進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)知道，在任何實(shí)際應(yīng)用中，每一個(gè)噴嘴可以一級(jí)或多級(jí)形式使用，其中需輸送的液/氣混合物符合任何相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，只要不偏離已大致描述的本發(fā)明的精神和范圍，可以對(duì)優(yōu)選實(shí)施例所示的本發(fā)明進(jìn)行多種變化和/或改進(jìn)。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，本實(shí)施例在各方面只是描述性的而不足限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于輸送液/氣混合物的噴嘴，包括一個(gè)本體，其具有一個(gè)通向出口的流體通道；一個(gè)擴(kuò)張區(qū)，其靠近出口，并且在該擴(kuò)張區(qū)至少有一個(gè)間斷處，所述間斷處適用于減少液體膜在出口的附著。
2.如權(quán)利要求1的噴嘴，其中該至少為一個(gè)的間斷處大體呈圓周形狀。
3.如權(quán)利要求1或2的噴嘴，其中該至少為一個(gè)的間斷處為擴(kuò)張區(qū)的逐級(jí)放大部分。
4.如權(quán)利要求3的噴嘴，其中具有多個(gè)間斷處。
5.如上述任一權(quán)利要求的噴嘴，其中流體通道有一位于擴(kuò)張區(qū)上游的限制區(qū)。
6.如權(quán)利要求5的噴嘴，其中限制區(qū)為流體通道的平滑收縮部分，其通向位于限制區(qū)和擴(kuò)張區(qū)中間的喉部。
7.如上述任一權(quán)利要求的噴嘴，其中流體通道的剖面形狀大本呈圓形。
8.一種包括如權(quán)利要求1-4的任一權(quán)利要求的多個(gè)噴嘴、用于輸送液/氣混合物的噴嘴裝置，其中噴嘴軸向排列，并被氣體和/或液體吸入?yún)^(qū)隔開(kāi)。
9.如權(quán)利要求8或權(quán)利要求1-4的任一權(quán)利要求的噴嘴裝置，其中噴嘴裝置的出口被向下游延伸的套管環(huán)繞，并且所述套管包括吸入?yún)^(qū)，其用于將氣體和/或液體加入到出口下游的液/氣混合物中。
全文摘要
一種用于輸送液/氣混合物的擴(kuò)張噴嘴(10),其包括在擴(kuò)張區(qū)(14)上并通向噴嘴出口(15)的間斷處(17)。這些在擴(kuò)張部分(14)上的間斷處(17)起減輕液體膜附著在噴嘴出口(15)處的作用。
文檔編號(hào)F02M51/06GK1187151SQ96194601
公開(kāi)日1998年7月8日 申請(qǐng)日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月9日
發(fā)明者艾倫·帕特里克·凱西 申請(qǐng)人:艾倫·帕特里克·凱西