發(fā)明的噴射器具有比傳統(tǒng)噴射器更低的燃料流量。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 本發(fā)明提供了一種用于噴射流體的噴嘴，尤其是用于注入到往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃 機(jī)中的液體。該種液體可為燃料，例如，汽油或柴油、水或水溶液。在本發(fā)明中，在壓力下， 流體的至少兩個(gè)或更多個(gè)噴射瞄準(zhǔn)一個(gè)碰撞點(diǎn)。噴射在碰撞點(diǎn)（多個(gè)碰撞點(diǎn)）處的碰撞使 液體有效地霧化。霧化液產(chǎn)生羽流，其使液體與內(nèi)部發(fā)動機(jī)表面的實(shí)質(zhì)性接觸最小化并且 提供了用于更有效燃燒（或其他效應(yīng)）的大表面面積。
[0043] 兩個(gè)碰撞的噴射產(chǎn)生扇形二維霧化噴射。需要至少第=個(gè)碰撞的噴射來實(shí)現(xiàn)完全 S維的云。通過W不同的角度構(gòu)造噴射（包括在中屯、的噴射），液體的霧化云可成形。
[0044] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種產(chǎn)生霧化液的液體噴射器，其具有向噴 射器的主體供給的液體的加壓源，其中，該主體具有液體入口、液體計(jì)量裝置W及包括噴嘴 的液體出口；其中，噴嘴包括兩個(gè)或更多個(gè)噴射口，液體的加壓液體噴射源自該噴孔，其中， 每個(gè)噴射均瞄準(zhǔn)噴射器外面的共同焦點(diǎn)，其中，加壓液體噴射在該焦點(diǎn)處的沖擊產(chǎn)生霧化 形式的液體；其中，噴射的夾角在30°到180°之間；并且其中，計(jì)量裝置在精確且可控的 開始和停止時(shí)間提供精確量的液體流。
[0045] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種產(chǎn)生霧化液的液體噴射器，其具有向噴射器的 主體供給的液體的加壓源，其中，該主體具有液體入口、位于主體內(nèi)的液體計(jì)量裝置W及包 括噴嘴的液體出口，并且其中，主體包括具有中屯、軸線的大致圓形截面；其中，噴嘴包括中 屯、軸線、內(nèi)端W及外端，其中，兩個(gè)或更多個(gè)通道源自內(nèi)端，其中，每個(gè)通道終止于具有噴孔 的外端，加壓液體受迫經(jīng)過兩個(gè)或更多個(gè)通道至每個(gè)通道末端的噴孔，其中，每個(gè)噴孔均 引導(dǎo)加壓液體的噴射，其中，噴孔被構(gòu)造成使得每個(gè)噴射均瞄準(zhǔn)噴射器外面的共同焦點(diǎn)， 其中，加壓液體噴射在該焦點(diǎn)處的沖擊產(chǎn)生霧化形式的液體；其中，噴射的夾角在30°到 180°之間；并且
[0046] 其中，計(jì)量裝置在精確且可控的開始和停止時(shí)間提供精確量的液體流。
[0047] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，液體噴射器包括液體入口；液體計(jì)量裝置，用于提供 大量液體流；W及液體出口，該液體出口具有噴嘴。噴嘴包括；中屯、軸；內(nèi)端；外端或噴嘴 梢；W及源自內(nèi)端的兩個(gè)或更多個(gè)通道，每個(gè)通道均終止于具有噴孔的外端部，噴孔被構(gòu)造 成使得至少兩個(gè)噴射瞄準(zhǔn)噴射器外面的共同焦點(diǎn)。
[004引計(jì)量裝置可為電磁閥控制的柱銷。可替換地，計(jì)量裝置可為壓電控制的柱銷。
[0049] 本發(fā)明的噴嘴在外端上限定了凹形或凹入式錐形的截面。噴孔位于該凹形截面 內(nèi)。噴孔可排列成與所述噴嘴的中屯、軸線相距相同的徑向距離，并且等角地間隔開?？商?換地，噴孔可排列成與所述噴嘴的中屯、軸相距相同的徑向距離，并不等角地間隔開。噴孔可 相對于噴嘴的中屯、軸線排列在單個(gè)平面上?？商鎿Q地，噴孔的中屯、相對于噴嘴的中屯、軸線 排列在兩個(gè)或更多個(gè)平面上。
[0050] 在本實(shí)施方式中，液體噴射器將液體噴射到往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的燃燒室或旋轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī) 的燃燒室中。
[0051] 在本實(shí)施方式中，加壓液體受迫經(jīng)過至少兩個(gè)或更多個(gè)通道至每個(gè)通道末端的噴 孔，每個(gè)噴孔均引導(dǎo)加壓液體的噴射，加壓液體噴射在焦點(diǎn)處的碰撞產(chǎn)生霧化形式的液體。
[0052] 圖1A和圖1B是本發(fā)明的噴嘴的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖，在平面圖中可見兩個(gè)液 體通道。噴嘴是該樣一種裝置，該裝置被設(shè)計(jì)為在液體流離開（或進(jìn)入）封閉室或管道時(shí) 控制液體流的方向或特征（尤其用于增大速度）。噴嘴具有主體1，該主體具有中屯、軸線3。 噴嘴的入口端5示出了柱銷軸40和柱銷球42的末端。將噴嘴中的加壓液體傳輸至噴孔的 液體通道源自柱銷球座部區(qū)域中的點(diǎn)36處。
[0053] 噴嘴1的出口端6 (在本文中也被稱為"噴嘴梢"）具有凹口 7,該凹口在圖1中被 示為凹面（即，具有彎曲輪廓，而非具有直壁的邊緣），但其還可具有錐形輪廓。噴孔10位 于凹口 7內(nèi)。噴射的夾角（2 0)可較大、大于90°，同時(shí)依然保持噴射路徑長度相對較短， 良P，沿著線4從10到焦點(diǎn)2的距離（也表示為時(shí)。較短的噴射路徑長度提供了霧化工藝的 更好控制并且將更多的能量傳輸至碰撞點(diǎn)2。因此，較短的噴射路徑更可取，W避免背部沖 擊，即，反射回噴射器主體并且對噴射器的噴嘴梢進(jìn)行沖擊的液滴。
[0054] 在圖1A和1B中描述的實(shí)施方式中的每個(gè)液體通道由液體通道30和20的組合構(gòu) 成。在圖1A和1B中所示的實(shí)施方式中，通過在噴嘴主體1中從點(diǎn)32處的斜邊64到柱銷 座部46中的點(diǎn)36進(jìn)行鉆鑿，形成子通道30。然后，堵塞截面34。通過在凹口 7中從在交 叉點(diǎn)22處與子通道30相交的點(diǎn)10進(jìn)行鉆鑿，形成子通道20。
[0055] 噴孔10可具有插入件11，W使開口變窄為直徑比子通道20的內(nèi)徑更小。由于將 根據(jù)影響本發(fā)明噴嘴的霧化的形狀和其他特征的各種因素（例如，液體的粘度、壓力、速度 (例如，發(fā)動機(jī)的rpm))來調(diào)節(jié)噴孔尺寸，所W該尤其可取。雖然可出于不同的目的調(diào)節(jié)孔 口尺寸，但對于在噴嘴巧料中鉆孔具有實(shí)際的限制。小于500微米的鉆孔非常昂貴，該對于 批量生產(chǎn)的物品不可取。因此，可生產(chǎn)制造成本低的較大直徑通道，但根據(jù)噴嘴的特定應(yīng) 用，噴孔可具有較小的直徑，如果整個(gè)通道的直徑較大，則該較小的直徑非常昂貴。
[0056] 柱銷為噴射器的套筒中的往復(fù)軸。柱銷閥42在噴嘴處的端部是圓形球狀部分，被 稱為柱銷球。在默認(rèn)位置中，抵靠座部46按壓柱銷球。在抵靠座部46按壓柱銷球時(shí)，任何 流體都不能流入出口通道30中，并且任何流體都不從噴嘴中流出。在柱銷球42通過電磁 閥或壓電機(jī)構(gòu)移動到打開位置（圖1B)中時(shí)，加壓液體流過在圖1A中由48限定的空間并 且流入出口通道30中W及從噴孔11處的噴嘴中流出。
[0057] 座部46和柱銷球42限定了 '液囊'容量108,該容量必須盡可能得小，其受到用于 出口通道30的合適的進(jìn)入條件。每個(gè)出口通道30在第一端處與'液囊'容量108液體連 通，并且在第二端處終止于的各自噴孔出口。出口通道21形成沿著噴射器的中屯、軸線（線 3)引導(dǎo)的單個(gè)中屯、噴射，并且出口通道20形成具有W碰撞夾角20的傾斜噴射。角度20 可固定為在大約30°到180°之間的角度。從通道20和中屯、通道21的端部處的噴孔中發(fā) 出的多個(gè)噴射被引導(dǎo)成在單個(gè)焦點(diǎn)（即，碰撞點(diǎn)）2處發(fā)生碰撞。
[0058]圖2是朝著噴射器的噴嘴梢觀看的圖1A的端視圖。其描述了外部噴射器主體壁 62、斜邊64、底面66W及環(huán)形物8,該環(huán)形物限定凹口 7(在圖中示為凹面）。中屯、噴孔21 示出為=個(gè)徑向噴孔20。在噴孔20的中屯、的平面中，在每個(gè)噴孔之間的角度是W。如在 圖2中通過實(shí)例所示，徑向噴孔20等角地間隔開120°。尺寸r在噴孔20的中屯、的平面 內(nèi)限定了徑向噴孔到中屯、軸線的距離。如在此處所示，沿著中屯、軸線具有噴孔，但在本發(fā)明 中，中屯、噴孔是可選的。
[0059] 參照圖1A和圖1B，通過改變距離R，角度0可改變，R=r/Sin0。如果r對于規(guī) 定的R較短并且更接近中屯、軸線，那么0將更小?？商鎿Q地，對于規(guī)定的r，較大的R產(chǎn)生 更小的0，反之亦然。最小的夾角2 0大約為30°。通過使r更長并且使鉆孔通道20與 凹口 7的表面盡可能垂直，夾角20可接近180°。在一個(gè)實(shí)施方式中，夾角20是180°。
[0060] 在一個(gè)可替換的實(shí)施方式（未示出）中，出口通道20可傾斜，W在不同的焦點(diǎn)處 發(fā)生碰撞，從而產(chǎn)生兩個(gè)單獨(dú)的碰撞點(diǎn)。
[0061] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，可提供徑向噴孔20的兩個(gè)（或更多個(gè)）環(huán)狀物，其中，第一 組噴孔具有某個(gè)r尺寸，并且第二組噴孔具有不同的r尺寸，其中，所有噴孔瞄準(zhǔn)單個(gè)碰撞 點(diǎn)。圖3示出了可在本發(fā)明中使用的噴孔的非限制性圖案。
[0062] 本發(fā)明的噴射器可用于將碳氨化合物燃料、水、水溶液或其混合物直接噴射到發(fā) 動機(jī)的燃燒室中，或者噴射到進(jìn)氣輪系（進(jìn)口歧管，也被稱為端口噴射）中，或者噴射到發(fā) 動機(jī)的排氣輪系（排放歧管）中。
[0063] 應(yīng)用于本發(fā)明的噴射器的液體中的壓力取決于發(fā)動機(jī)中的噴射器的位置和液體 的類型而發(fā)生變化。對于端口噴射應(yīng)用而言（其中，噴射器處于將液體噴射到進(jìn)口歧管中 的位置），壓力可為4己至5己，但在一個(gè)實(shí)施方式中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的壓力可通過本發(fā)明的噴 孔用于端口噴射中，高達(dá)250己。對于直接噴射應(yīng)用而言，噴射器位于每個(gè)汽缸上，W直接 噴射到汽缸的燃燒室中，汽油發(fā)動機(jī)的壓力是大約100己到大約250己。對于供壓縮點(diǎn)火 (柴油）發(fā)動機(jī)使用的柴油型燃料而言，在非常高壓力的發(fā)動機(jī)中，壓力是大約250己到大 約2500己。在一些實(shí)施方式中，與通常用于傳統(tǒng)的燃料噴射器的壓力相比，更低壓力可用 于實(shí)現(xiàn)有效的霧化。
[0064] 為了產(chǎn)生霧化形式的液體，本發(fā)明的噴射器被構(gòu)造為控制幾個(gè)參數(shù)，例如，包括噴 孔參數(shù)、碰撞速度、液體壓力、碰撞角度W及碰撞長度。基于噴射的特定液體來選擇控制參 數(shù)的值，w便在碰撞點(diǎn)處生成充足的能量，來使液體霧化并且部分蒸發(fā)。下文的描述和附圖 提供了關(guān)于構(gòu)成本發(fā)明所需要的各種參數(shù)的值的選擇的細(xì)節(jié)。
[006引壓縮流體（例如，空氣、氣體、水或液態(tài)燃料）具有單位勢能或SPE，其中，S陽二A P/P (A P是WkN/m2為單位的在燃料噴嘴之上的壓降，并且P是Wkg/m3為單位的流 體密度）。因此，S陽二AP/P=kj/kg。因此，對于壓差為300己并且密度為1000kg/ m3的水而言，SPE= 30kJ/kg。在理想地?cái)U(kuò)展時(shí)，該導(dǎo)致噴射速度V=(2A P/p)1/2= (60000)1/2= 245m/s。
[0066] 在兩個(gè)或多更個(gè)該種噴射碰撞時(shí)，產(chǎn)生高壓停滯恢復(fù)（具有50%的恢復(fù)，大約150 己）的小區(qū)域，并且小部分能量引起在噴射中的小部分液體蒸發(fā)，除了剪切和端流分解機(jī) 構(gòu)W外，還產(chǎn)生非常強(qiáng)大的額外分解機(jī)構(gòu)。與具有最大的潛熱的水相比，其他液態(tài)燃料（例 如，汽油或柴油）W明顯更低的壓力和更大的噴孔直徑顯示出顯著提高的霧化。
[0067] 重要的是，要注意，離開傳統(tǒng)的噴射器（尤其是直接噴射器）的液體噴射的速度是 大于活塞的速度的量級。該表示即使在下死點(diǎn)炬DC)處發(fā)生噴射，液體噴射也沖擊到活塞 表面上，或者如果成角度的話則沖擊到柱壁上。還重要的是，要注意，該種噴射的"液體長 度"通常大于活塞的行程長度，該幾乎確保了在柱壁和/或活塞表面上的液體沖擊。該種沖 擊是不期望的并且造成效率損失。
[0068] 本發(fā)明旨在通過兩個(gè)或更多個(gè)噴射在特定的焦點(diǎn)處發(fā)生碰撞而使液體噴射的蒸 發(fā)最大化，并且考慮到迄今為止未考慮的變量，例如，噴射的角度、在噴射中的液滴的直徑、 應(yīng)用于噴射的壓力的量、在液體噴射碰撞之前的液體長度等。在下文中描述了該些不同的 方法。
[0069]液體長度（"L")被限定為液體噴射在開始分散成液滴之前行進(jìn)的距離。該在圖 4中被示出，該圖描述了在從空氣剪切和其他力中分散時(shí)離開噴孔的加壓液體的噴射流，而 不與另一個(gè)噴射或表面碰撞。在圖4中，被迫經(jīng)過入口 201至噴嘴噴孔202的加壓液體產(chǎn) 生噴射流203,其在噴孔處的直徑為d。。具有直徑dj的液體噴射203通過部分204朝著點(diǎn) 205逐漸