專利名稱：燃料噴射器噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃料噴射器的噴嘴，還涉及一種用于將霧化 液體燃料供給至一裝置(諸如燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī))的燃料噴射器的噴嘴.
背景技術(shù)：
已有用于將霧化液體燃料液滴供給至燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的
燃料噴射器噴嘴. 一個(gè)示例在歐洲專利申請EP1139021中介紹，該歐洲 專利申請EP1139021的
公開日為2001年10月4日，發(fā)明人與本申請相同。 EP1139021的圖l-3復(fù)制在此作為本申請的圖l-3。
圖l表示了用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒裝置，該燃燒裝置包括燃燒 器IO、渦流器12、預(yù)燃燒室14和主燃燒室16。渦流器12包括多個(gè)葉片 18 (也見圖2)，這些葉片18確定了居間通道20，從歧管22向該居間通 道20供給壓縮空氣。該燃燒裝置可以流出液體燃料，在這種情況下， 液體燃料通過在燃燒器面26處的噴嘴24而注入。噴嘴24根據(jù)負(fù)栽情況 而以兩種不同模式來工作。在高負(fù)載時(shí)，供給壓力(因此通過噴嘴的 流量)足夠高，以便獲得良好的燃料霧化，且噴嘴并不帶電。不過， 在低負(fù)栽時(shí)，流量降低，因此霧化減弱。因此，當(dāng)負(fù)栽降低時(shí)，施加 給噴嘴的電壓增加，從而提高霧化'
圖2是渦流器12和燃燒器10的平面圖，表示了環(huán)繞燃燒器周向布置 的噴射噴嘴24，而圖3更詳細(xì)地表示了噴射噴嘴.噴嘴24包括噴嘴本體 26，該噴嘴本體26具有圓形截面的旋流腔室28。液體燃料通過一組狹 槽30而供給至旋流腔室28中，并通過喉部32和截頭錐形形狀的通道34 而沿方向A向出口孔36拋出。由于燃料在旋流腔室中的強(qiáng)烈渦流運(yùn)動(dòng)， 燃料趨向于沿著通道34的內(nèi)表面38，并當(dāng)它膨脹離開通道34而進(jìn)入渦 流器通道20內(nèi)的氣流中時(shí)被霧化，從而形成小液滴。
管狀導(dǎo)電電極40布置在噴嘴24的出口端部附近。電極40有尖銳邊 緣42，該尖銳邊緣42沿燃料通過噴嘴時(shí)的運(yùn)行方向延伸。絕緣層44、 46布置在電極40的兩側(cè)。
在沿著內(nèi)壁38的燃料流離開出口 36時(shí)開始破碎成液滴的位置點(diǎn)處，燃料受到靜電電荷.電源和控制單元48 (見圖l)將通過環(huán)形導(dǎo)體50而向電極40供給電壓。
對(duì)燃料進(jìn)行靜電充電主要是在發(fā)動(dòng)機(jī)以低負(fù)載運(yùn)行時(shí)(即當(dāng)較少燃料提供給噴嘴24時(shí))很有利。這時(shí)，這種充電將幫助控制燃料的霧化和氣化、燃料布局和燃燒強(qiáng)度。相反，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)栽運(yùn)行時(shí)，可以沒必要使用靜電充電。
在EP1139021中公開的燃料噴射噴嘴的缺點(diǎn)是它很復(fù)雜，因此制造昂貴。此外，噴嘴占據(jù)的容積(特別是沿軸向方向)相當(dāng)大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減輕這些缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于燃料噴射器的噴嘴，該燃料噴射器用于供給霧化液體燃料，該噴嘴包括電極，該電極包括包含孔的基本平面形導(dǎo)電部件，該孔的邊緣尖銳，以便使該電極能夠給予電荷；第一和第二絕緣部件，該笫一和笫二絕緣部件分別布置在導(dǎo)電部件的
平面的兩側(cè)，該笫一絕緣部件布置在噴嘴的出口側(cè)；以及渦流器裝置，用于向孔提供渦旋液體燃料流，燃料在該孔內(nèi)進(jìn)行渦旋時(shí)所圍繞的軸線與電極的平面基本垂直，其中，在使用噴嘴時(shí)，電極將電荷給予該孔內(nèi)的渦旋液體燃料流，使得該噴嘴供給帶電荷的霧化燃料液滴。
第一和第二絕緣部件可以分別有第一和第二孔，該第一和第二孔
與導(dǎo)電部件的孔基本同軸。第二孔可以大于第一孔。而且，導(dǎo)電部件的孔可以小于第一孔。
導(dǎo)電部件的厚度可以在笫二孔和導(dǎo)電部件的孔之間沿徑向方向減小。導(dǎo)電部件的厚度減小可以為基本成線性。
該噴嘴還可以包括分別布置在笫一和笫二絕緣部件的外部平面?zhèn)鹊牡谝缓偷诙酒矫嫘尾考?，第一基本平面形部件包括出口孔，用于供給所述帶電荷的霧化燃料液滴。優(yōu)選是，出口孔的尺寸基本與笫一孔相同。
渦流器裝置可以是徑向渦流器裝置，它可以包括徑向通道，該徑向通道布置在第二絕緣部件中，并與笫二孔連通。
也可選擇，渦流器裝置可以是軸向渦流器裝置。在這種情況下，通道可以布置在第二基本平面形部件中，并與第二孔連通，所述通道定向成使得進(jìn)入的燃料具有軸向和切向流動(dòng)分量。


下面將參考附圖通過示例來介紹本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中
圖l和2是已知的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的剖視圖，且圖3是用于圖l和2
的燃燒系統(tǒng)中的已知燃料噴射噴嘴的剖視圖4 (a)是穿過本發(fā)明的概括性燃料噴射噴嘴的剖視圖，圖4 (b)
是圖4 (a)的一部分的平面圖5是圖4 (a)中所示的噴嘴的笫一實(shí)施例的透視圖6和圖7 (a) 、 7 (b)與圖5的視圖相對(duì)應(yīng)，表示了噴嘴的工作
模式；
圖8 (a)是圖4 (a)中所示的噴嘴的笫二實(shí)施例的透視圖；以及圖8 (b)和8 (c)分別是下部基本平面形部件的剖視圖和平面圖，該下部基本平面形部件形成圖8 U)的噴嘴的一部分.
具體實(shí)施例方式
下面參考圖4 (a)，圖中概括性表示了本發(fā)明的燃料噴射噴嘴，它包括層疊布置的部件。這些部件是:上部或第一平面形部件100、上部或第一平面形絕緣層102、平面形導(dǎo)電部件104、下部或笫二平面形絕緣層106以及下部或第二平面形部件108。應(yīng)當(dāng)知道，"平面形"的意思是相關(guān)部件總體上或基本上扁平，且不需要完全且均勻地扁平。這些部件和層以任意合適方式保持在一起，例如通過夾持。圖4(b)是圖4(a)中恰好從導(dǎo)電層104上面向下看時(shí)的視圖，且只包括由線IIO
劃出的噴嘴的中心圓形部分。
優(yōu)選是，平面形部件IOO、 108由金屬構(gòu)成，而絕緣層優(yōu)選是由云母或陶瓷材料構(gòu)成。硅基化合物并不合適，因?yàn)樗鼈兪艿綒涞那治g。為了防止腐蝕和在較長時(shí)間保持尖銳，導(dǎo)電部件104優(yōu)選是由硬且耐熱的材料構(gòu)成，例如在EP1139021中提及的高速工具鋼或Stellite 6 (商標(biāo))。
在其中一個(gè)下部部件(例如下部平面形部件108)中設(shè)有一系列孔112，這些孔112布置成給予流過這些孔的液體燃料一旋轉(zhuǎn)流動(dòng)分量。渦旋燃料進(jìn)入由線110確定的空間，流經(jīng)導(dǎo)電部件104，并通過出口孔114流出，從而作為燃料液滴排出.沿該通路，燃料獲取通過在導(dǎo)電部
件104和參考電勢點(diǎn)(例如地)之間施加合適高電壓而產(chǎn)生的電子電荷。因?yàn)槠矫嫘尾考?00和108由金屬制造，因此假定它們將同樣保持在參考電勢點(diǎn)(例如地)。
圖5中表示了對(duì)應(yīng)于本發(fā)明第一實(shí)施例的更實(shí)際的第一噴嘴結(jié)構(gòu)，在圖5 (該圖5是噴嘴的透視圖)中，液體燃料通過布置于下部絕緣層中的通道120而引入，這些通道對(duì)應(yīng)于圖1和2中所示的通道20，因此給予進(jìn)入的燃料較大的切向流動(dòng)分量和較小的徑向流動(dòng)分量.渦旋燃料首先占據(jù)在下部絕緣層106中形成的孔，然后升高至在上部絕緣層102中形成的更小孔內(nèi)，途中經(jīng)過導(dǎo)電部件104的尖銳邊緣，導(dǎo)電部件的充電作用與結(jié)合圖4 (a)所解釋的相同。最后，仍然渦旋的燃料經(jīng)過上部絕緣層102和上部平面形部件100的孔(這些孔為大致相同尺寸)，并通過出口孔114而離開噴嘴，在該出口孔114處，燃料表現(xiàn)為帶電荷的液滴。
噴嘴的工作在圖6中看得更詳細(xì)。進(jìn)入的燃料充滿下部絕緣層的孔的外部部分122，而避開該內(nèi)部部分124。因此，外部部分122構(gòu)成旋流腔室，而內(nèi)部部分124在噴嘴中保持為空。該作用來自于由渦旋運(yùn)動(dòng)在燃料上施加的離心力。在該圖中，該力使得燃料具有旋轉(zhuǎn)方向128。因此，燃料薄膜126形成于導(dǎo)電部件104、上部絕緣層102和上部平面形部件100附近。因此，燃料在它升高經(jīng)過導(dǎo)電部件104的邊緣時(shí)很容易帶上電荷。排出的霧化燃料可以看見為液滴130。
圖7 (a)和7 (b)詳細(xì)表示了導(dǎo)電部件104的結(jié)構(gòu)和作用。圖7 (a)與圖6相對(duì)應(yīng)。圖7 (a)中由虛線圓標(biāo)出的部分在圖7 (b)中更詳細(xì)表示。在該圖中，來自尖銳邊緣140的電子流由點(diǎn)線142表示，且渦旋經(jīng)過尖銳邊緣的燃料的方向由箭頭144表示。順便說明，優(yōu)選是導(dǎo)電部件104的尖銳邊緣并不伸出超過上部絕緣層102，以避免在該區(qū)域產(chǎn)生湍流的可能性，
導(dǎo)電部件104的厚度在形成下部絕緣層106的孔的環(huán)面和形成上部絕緣層102的孔的環(huán)面之間基本線性降低.這有助于使液體燃料從旋流腔室122流入由上部絕緣層102和上部平面形部件100的孔形成的通道中。
圖8 (a) -8(c)表示了本發(fā)明的噴嘴的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，渦流器作用是由燃料狹槽150的軸向結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生。這些狹槽150形成于下部平面形部件108中。圖8 (b)是沿圖8 (a)中的線VIIIb穿過下部平面形部件的剖視圖，表示了穿過下部平面形部件的狹槽的傾斜方向。該傾斜方向是與穿過這些狹槽150延伸的假想圓152(如圖8 (c)中所示)大致相切的方向。因此，進(jìn)入的燃料在旋流腔室中呈現(xiàn)軸向和切向的流動(dòng)分量。該作用與圖5-7的徑向渦流器類型的作用相似，除了燃料在通過噴嘴時(shí)被加速更多(由于軸向流動(dòng)分量)。
當(dāng)電極104的邊緣140稱為尖銳時(shí)，這意味著足夠尖銳以便當(dāng)燃料液滴快速離開噴嘴出口114時(shí)給予燃料液滴電荷，僅僅是舉例，可以考慮，該要求能夠用這樣的邊緣140來滿足，即，該邊緣140的夾角大約為半度，且半徑不超過大約一微米，但這些并不是硬性要求的數(shù)字.
盡管已設(shè)想電極104在其徑向內(nèi)側(cè)端處具有傾斜型面，但是并不絕對(duì)必須這樣。不過優(yōu)選是如前所述，以便當(dāng)燃料從進(jìn)口通道通入電極104和笫一平面形層102的孔區(qū)域中時(shí)提高燃料的流動(dòng)特性。
為了保證從導(dǎo)電部件放出的電子能夠使經(jīng)過的燃料可靠地帶電荷，理想的是考慮電子會(huì)趨于通過烴燃料(該烴燃料通常導(dǎo)電)而流向地。這通過使得經(jīng)過導(dǎo)電部件的液體燃料有合適流速而實(shí)現(xiàn)。
對(duì)怎樣確定通過噴嘴的合適流速的詳細(xì)說明例如包含在A. J.Kelly的文章"The Electrostatic Atomization of Hydrocarbons"(Journal of the Institute of Energy, 1984年6月，pp312-320 )中。根據(jù)該文章，市場上的大部分烴具有在2 x 10、/m范圍內(nèi)的電擊穿強(qiáng)度。 一旦電荷通過充電電極注入至燃料流中，它將在流體中停滯。隨后，電荷受到流體流和電場力(該電場力作用成將電荷吸向孔電極)的作用。如前所述，該孔電極(本發(fā)明中的平面形部件IOO)將相對(duì)于充電電極(本發(fā)明中的電極104)上的電勢保持在參考電勢。對(duì)于市場上的充氧烴，電遷移率通常在10義10-8mVv.sec內(nèi)(電遷移率是微粒在存在電場時(shí)被加速到的極限速度與該場的大小的比率)。因此，對(duì)于2x 10、/m的最大電場，電荷的遷移為大約2m/s。這意味著在理想情況下流體應(yīng)該以〉2m/s的速度沖過噴嘴，以便可靠保持電荷和提供良好霧化。
應(yīng)當(dāng)知道，生物燃料的介電常數(shù)(電擊穿強(qiáng)度)比標(biāo)準(zhǔn)燃料高大約50%。因此，當(dāng)如上所述市場上的大部分燃料具有2 x 10、/111的介電常數(shù)時(shí)，大部分生物燃料將有大約3x 10'V/m的介電常數(shù)，因?yàn)榧俣ㄉ锶剂系碾娺w移率大致與標(biāo)準(zhǔn)燃料相同(即大約10:10-SmVV.sec)，因此當(dāng)保持相同充電效率時(shí)，噴嘴流速將需要為~ 3m/s.
類似的，當(dāng)硅酮油用作經(jīng)過噴嘴的燃料時(shí)，它將有大約1,5 x 107V/m的介電常數(shù).再有，假定生物燃料的電遷移率與標(biāo)準(zhǔn)燃料具有相同量級(jí)，噴嘴的合適流速應(yīng)當(dāng)為l. 5m/s。
權(quán)利要求
1. 一種用于燃料噴射器的噴嘴，該燃料噴射器用于供給霧化液體燃料，該噴嘴包括電極，該電極包括包含孔的基本平面形導(dǎo)電部件，該孔的邊緣尖銳，以便使該電極能夠給予電荷；第一和第二絕緣部件，該第一和第二絕緣部件分別布置在該導(dǎo)電部件的平面的兩側(cè)，該第一絕緣部件布置在噴嘴的出口側(cè)；以及渦流器裝置，用于向該孔提供渦旋液體燃料流，燃料在該孔內(nèi)進(jìn)行渦旋時(shí)所圍繞的軸線與該電極的平面基本垂直，其中，在使用該噴嘴時(shí)，該電極將電荷給予該孔內(nèi)的渦旋液體燃料流，使得該噴嘴供給帶電荷的霧化燃料液滴。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的噴嘴，其中，第一和第二絕緣部件分別 有第一和笫二孔，該第一和第二孔與該導(dǎo)電部件的孔基本同軸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴，其中，第二孔大于第一孔.
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴嘴，其中，該導(dǎo)電部件的孔小于第一孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴嘴，其中，導(dǎo)電部件的厚度在第二孔 和導(dǎo)電部件的孔之間沿徑向方向減小。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴，其中，導(dǎo)電部件的厚度基本成線 性地減小。
7. 根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的噴嘴，還包括分別布置在第 一和第二絕緣部件的外部平面?zhèn)鹊牡谝缓偷诙酒矫嫘尾考?，第一基本平面形部件包括出口孔，用于供給所述帶電荷的霧化燃料液滴。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴嘴，其中，出口孔的尺寸基本與笫一 孔相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2至8中任意一項(xiàng)所述的噴嘴，其中，該渦流器裝 置是徑向渦流器裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的噴嘴，其中，該徑向渦流器裝置包括徑 向通道，該徑向通道布置在第二絕緣部件中，并與第二孔連通。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2至8中任意一項(xiàng)所述的噴嘴，其中，該渦流器 裝置是軸向渦流器裝置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所迷的噴嘴，其中，該軸向渦流器裝置包括通道，該通道布置在笫二基本平面形部件中，并與第二孔連通，所述 通道定向成使得進(jìn)入的燃料具有軸向和切向流動(dòng)分量。
全文摘要
一種用于燃料噴射器(特別是用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī))的噴嘴包括平面形導(dǎo)電電極(104)，該電極有形成孔的尖銳邊緣；在電極上面的上部絕緣層(102)和在電極下面的下部絕緣層；以及渦流器裝置(112)，用于在引入噴嘴內(nèi)的液體燃料中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)作用。旋轉(zhuǎn)軸大致與電極平面垂直。在使用時(shí)，旋轉(zhuǎn)燃料經(jīng)過下部絕緣層的孔、導(dǎo)電電極的孔和上部絕緣層的孔。當(dāng)燃料經(jīng)過電極的孔時(shí)，電極使得旋轉(zhuǎn)燃料帶電荷，這樣，噴嘴從出口孔供給霧化燃料的帶電荷液滴。渦流器裝置可以是徑向或軸向渦流器裝置。
文檔編號(hào)F23C99/00GK101535715SQ200780040900
公開日2009年9月16日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者N·威爾布里厄姆 申請人:西門子公司