專利名稱：噴油嘴的噴嘴頭和向內燃機中噴射燃油的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于噴油嘴的噴嘴頭。本發明還涉及一種向內燃機中噴射燃油的方法。此外本發明還涉及一種噴油嘴以及一種采用本發明的噴嘴頭的內燃機。
噴油嘴通常與噴油閥組合起來一起使用，以便將燃油，在某些情況下是和壓縮空氣或其它氣體一起噴入到活塞式內燃機的燃燒室中。在噴射期間在燃燒室中形成的燃油射束形狀通常由噴油嘴的幾何特性決定。
專利文獻CH645699公開了一種用于噴油閥的噴嘴，它具有固定設置在噴嘴頭內部的產生渦旋的平面，從而燃油帶渦旋地從噴嘴頭中射出，由此容易地霧化開。
這種公知結構形式的噴嘴的缺陷在于燃油射束是均勻射出的。
本發明的目的是改進噴油嘴的噴嘴頭，使得從噴嘴頭射出的燃油的流型具有紊流的特性。
按照本發明，上述目的由具有權利要求1中所限定的特征的技術主題來實現。從屬權利要求2至11則涉及本發明其它一些有利的結構。此外，上述目的還根據權利要求12和13限定的特征由一種將燃油從噴嘴頭中釋放出來的方法來實現。
本發明的噴嘴頭有一個設置在其內部的可運動的干擾件，該干擾件由于燃油流過噴嘴頭而產生運動，從而噴孔的入流始終是變化的，這會大大提高流出燃油的紊流度。此外，干擾件的運動調節了作為時間的函數的燃油流出量、出口速度和流動方向。
干擾件的結構可以分成兩個根本不同的實施形式1.夾緊著的干擾件這種實施形式的干擾件包括一個部件，該部件的一部分與噴嘴頭固定連接，此時該部件有一部分是凸入到噴嘴頭的內腔中并能自由運動。這種干擾件的一種實施例例如是一個一端夾緊的小棒，它的一端固定在噴嘴頭中，另一端可以在噴嘴頭的內腔中做振動運動。這種干擾件是這樣設置在噴嘴頭內腔中的，即流過的燃油使該干擾件產生振動。在一個尤其有利的實施形式中，一個夾緊的例如為棒形的干擾件是這樣設置的，即它的一端伸入到噴孔中并且可以在該噴孔中自由運動。通過流過的燃油使該棒形干擾件處于高頻振動，從而噴孔的環隙幾何形狀隨著時間不斷地變化，這也就改變了在位于噴孔和棒形干擾件之間形成的環隙上的速度矢量。速度分布的這種不對稱性導致在射出的燃油中產生很高的紊流度。
2.自由運動的干擾件另一種實施形式的干擾件包括一個部件，該部件是可自由運動地例如可以旋轉地設置在噴嘴頭內腔中。這種干擾件會通過流動的燃油而產生運動，例如進行轉動。由于這種運動，噴孔的入口被干擾件不斷地部分或全部地封閉并重新打開，使得燃油以一種脈沖式的紊流的方式從噴孔中噴出。干擾件具有這樣的結構，使得流動的燃油使干擾件產生運動，例如干擾件做成斜齒圓柱齒輪，此時利用流過齒的燃油使干擾件產生旋轉。制成能自由運動的干擾件有許多種可能性，例如也可以采用球形或橢圓形的干擾件。
本發明的一個優點在于，由于構成紊流狀的燃油射束，燃料室中進行的燃燒過程使氧化氮(NOx)排放物減少。在燃油射束邊緣上形成的渦流也使煙氣部分地卷入到燃燒區中，這稱為“內部煙氣回流”。惰性的煙氣降低了氧氣的分壓力，從而降低了火焰中的溫度，這本身在小回流情況下就已經使氧化氮排放物減少。
本發明噴嘴頭的另一個優點是，干擾件能夠與公知的實施形式的噴嘴頭結合成一體，這樣就可以制成與已知實施形式在外表上結構相同的噴嘴頭，從而可以用本發明的噴嘴頭順利地更換現有的噴嘴頭。
另一個優點在于能夠借助于流動的燃油使干擾件產生運動，而不需要任何附加的昂貴的驅動機構來使干擾件運動。
下面對照附圖詳細描述本發明。附圖中
圖1是噴油嘴的縱剖圖，為明了起見圖中未示出干擾件，圖2是帶有干擾件的噴嘴頭的縱剖圖，圖2a是燃油射束隨時間變化的擴展圖，圖2b，2d，2f是噴孔中裝有干擾件時的剖面圖，圖2c，2e，2g是一個裝有干擾件的噴孔從噴嘴頭外部看的視圖，圖2h是一個噴孔入口部的縱剖圖，圖3是一個裝有旋轉干擾件的噴嘴頭的縱剖圖，圖3a是燃油射束隨時間變化的擴展圖，
圖3b是一個噴孔從噴嘴頭外部看的視圖，圖3c是一個噴孔的縱剖圖。
圖1是一個噴油嘴20的縱剖圖，這種噴油嘴例如用于大型柴油機中。噴嘴頭2與一個噴嘴體1相連并有一個腔9、一個開口5或稱供油口5以及至少一個噴油孔6。腔9是圓筒形的并有一軸線B。噴孔6有入口6a和出口6b。經鉆孔4將壓力燃油供至開口5，燃油流量可以利用彈簧加載的針閥3調節。噴孔6的布置由噴油嘴在燃燒室中的位置來決定。對于通常用于二沖程發動機的周向噴射而言，噴孔是成束地朝著一個方向設置。對于四沖程發動機而言，通常由一個中央噴嘴噴射燃油，因此噴孔6是均勻分布在噴嘴頭2的周面上的。為清楚起見，圖1中未示出干擾件。
圖2中示出了包括噴孔6和一個腔9的噴嘴頭2的下部。腔9中設置了棒狀的干擾件7，干擾件7由固定部分8裝在腔9的一側面上，并在腔9另一側伸入噴孔6中，噴孔6的直徑選擇得要大于干擾件7的直徑，并且干擾件7處于靜止位置時不與噴孔6接觸。在加工時可以經噴孔6將干擾件7插入噴嘴頭2中。為了固定干擾件7，可以在噴孔6軸線背側延長部分上設置鉆孔8，棒形干擾件可以插入該鉆孔中并且可以通過釬焊來固定。選定棒形干擾件7的尺寸并裝在腔9中，使得干擾件由于在構成盲孔結構的腔9中流動的燃油而被置于一個高頻振動中，其作用是，噴孔6中燃油流出的橫截面的環隙幾何尺寸(形狀)相應地隨時間而改變或調節，從而對外流燃油在環隙上的速度矢量產生影響。振動的干擾件7使噴出的燃油速度的分布不對稱，從而在噴嘴頭2外部產生紊流結構，如圖2a所示。圖2a從上至下示出了噴出的燃油射束22隨時間的擴展情況，它有穿入燃燒室中的前沿22a。可以認識到，通過形成的邊緣卷流撕開使煙氣吸入的峽灣狀的通路，這在燃燒中會阻止氧化氮的形成。為了獲得圖中所示的流動圖，棒形干擾件有很小的振幅就已經足夠了。有某些情況下，大振幅在噴孔6內部對流動圖是不利的，因此如圖2b，2c所示，通過裝在干擾件7上的肋片10來限制干擾件7的振幅證明是有利的。在所示的實施例中，干擾件7的周面上分布了三個肋片10，它們平行于干擾件7的軸線。
如圖2d和2e所示，肋片10螺旋形地分布在干擾件7上證明是有利的，這樣在從噴孔6流出的燃油上施加一個渦旋運動，從而在噴孔6外部例如使射束的張角增大。圖2f和2g示出了另一種結構的噴孔6。可運動的干擾件7錐形地設置在噴孔6內，這樣噴孔6和干擾件7之間的環隙6c從入口6a到出口6b是錐形擴展的。這種結構的環隙6c的優點是能夠阻止在靠近噴油孔軸線6d處形成凝結的燃油滴。圖2h中示出了噴油孔6的入口6a的一個有利結構。入口6a有一個倒圓的口，它例如用電化學除毛刺的方法制成。這種倒圓口保證噴孔6中的流動情況在一個長的運行時期內保持不變。
在本發明的另一個實施例中，如圖3所示，在沿對稱軸線B構成盲孔11結構的腔9中裝入一個加工有斜齒的圓柱齒輪12，它在噴油期間通過燃油流而轉動，從而周期性地遮蓋住噴孔6的入口6a。這樣圓柱齒輪12就構成一個旋轉的干擾件12。圓柱齒輪12是圓柱形的，其旋轉軸A在本實施例中與對稱軸B是重合的。斜齒圓柱齒輪12有一些在其整個寬度上分布的凹槽12a，其方向相對于旋轉軸A如此地傾斜，使得流入的燃油使圓柱齒輪12產生旋轉運動。在盲孔11的端部9a裝有一個球14，作為旋轉干擾件12的支承，以使摩擦極小。
最好如此確定噴嘴頭2和旋轉干擾件12之間的間隙寬度，即使得所產生的摩擦要極小。旋轉干擾件12周期性地遮蓋住噴孔6的入口6a，從而如圖3a所示，形成一束噴出的燃油射流21，它有脈沖式的以紊流態向燃燒室中傳播的前沿21a，21b，21c。這樣燃油的噴射受到周期性的干擾，由此形成多個射束前沿21a，21b，21c，這樣由于這些地方所具有的紊流強度，使得燃燒產物被卷入到燃油射束中，由此可以阻止氧化氮的形成。
與旋轉干擾件12相結合，噴孔6可以做成圓柱形的，包括有一個光滑的內壁，或者如圖3b和3c中所示，構成能引起渦旋的結構，此時噴孔6具有一個在內壁中螺旋延伸的槽16。噴孔6和其內壁可以具有任何結構形式，因為流過的燃油的脈沖性是在入口6a處產生的。
權利要求
1.用于噴油嘴(20)的噴嘴頭(2)，該噴嘴頭(2)有一個腔(9)和一個供油口(5)，并且至少有一個噴出燃油的通道形的通孔(6)，其特征是，噴嘴頭(2)中設置了一個可運動的干擾件(7；12)，該干擾件可以通過流過的燃油而被置于運動狀態，此時干擾件的運動對通孔(6)中的入流施加影響以便由此使流出的燃油產生紊流的流動特性。
2.按權利要求1的噴嘴頭(2)，其特征是，腔(9)至少在通孔(6)部位中有一個具有對稱軸線(B)的圓柱形部分，干擾件(12)有一個圓柱形表面(12b)以及一個轉動軸線(A)，圓柱形表面(12b)至少有一個相對于轉動軸線(A)在整個寬度上分布的凹槽(12a)，該凹槽(12a)相對于轉動軸線(A)是傾斜的，干擾件(12)是如此設置的，即使得對稱軸線(B)和轉動軸線(A)是重合的，圓柱形表面(12b)位于通孔(6)的開口(6a)之前。
3.按權利要求2的噴嘴頭(2)，其特征是，干擾件(12)是帶有斜齒的圓柱齒輪。
4.按權利要求2或3中之一的噴嘴頭(2)，其特征是，設有一個盲孔(11)，該盲孔的端部(9a)支承一個球(14)，干擾件(12)則支承在該球上。
5.按權利要求1的噴嘴頭(2)，其特征是，干擾件(7)與噴嘴頭(2)相連，干擾件(7)至少部分地伸入到通孔(6)中，干擾件(7)可以相對于通孔(6)運動。
6.按權利要求5的噴嘴頭(2)，其特征是，干擾件(7)以及通孔(6)是圓柱形的，通孔(6)具有比干擾件(7)大的橫截面。
7.按權利要求5的噴嘴頭(2)，其特征是，干擾件(7)和/或通孔(6)是截錐形結構的，干擾件(7)相對于通孔(6)可以運動。
8.按權利要求5至7中之一的噴嘴頭(2)，其特征是，干擾件(7)至少有一個凸起的肋片(10)。
9.按權利要求1至8中之一的噴嘴頭(2)，其特征是，通孔(6)至少有一個在其縱向分布的槽(16)。
10.按權利要求1至9中之一的噴嘴頭(2)，其特征是，槽(16)和/或助片(10)是螺旋形分布的。
11.按權利要求1至10中之一的噴嘴頭(2)，其特征是，干擾件(7)是小棒形的，該小棒固定在噴嘴頭(2)中與通孔(6)相對的腔(9)側壁上。
12.從噴油嘴(20)的一個噴嘴頭(2)中噴出燃油的方法，其特征是，引入到噴嘴頭(2)中的燃油在一個通過燃油引起運動的干擾件(7；12)的影響下以一種紊流的流動特性而被噴出。
13.按權利要求12的方法，其特征是，將燃油引入到噴嘴頭(2)中，至少從噴嘴頭(2)中流出的燃油量通過干擾件(7；12)而不斷地受到改變。
14.噴油嘴，它包括一個如權利要求1至11中之一所述的噴嘴頭(2)，或者按照權利要求12或13所述的方法運行。
15.內燃機，尤其是柴油機，它包括一個按照權利要求14所述的噴油嘴。
全文摘要
一種噴嘴頭(2)，其下部有噴孔(6)和一個腔(9)。腔(9)內裝有棒形干擾件(7)，其一端通過固定部分(8)固定在噴嘴頭(2)中的腔(9)的一側上，在腔(9)的另一側則伸入到一個噴孔(6)中。棒形干擾件(7)的尺寸是這樣確定的，即使得它由于燃油的流動而被置于一種高頻振動中，這使得噴孔(6)中的環隙幾何尺寸受到相應的調節，從而對環隙上流出燃油的速度矢量施加影響。振動的干擾件(7)使流出的燃油產生紊流結構。
文檔編號F02M61/18GK1133394SQ9510841
公開日1996年10月16日 申請日期1995年7月14日 優先權日1994年7月15日
發明者J·福蘭維德 申請人:新蘇舍柴油機有限公司