用于输送液/气混合物的喷嘴 【技术领域】
本发明涉及一种喷嘴，用于将液/气混合物输送到，例如，吸气管或内燃机的燃烧室内。该喷嘴可以形成发动机的燃料喷射器的一部分，特别是但不仅仅是在喷射器上产生混合物的部分，在此燃料的细小雾滴在被送入燃烧室前被夹带进气流中。
尽管本发明将结合内燃机燃料喷射器的优选实施例进行描述，但应该知道，它也可用于任何需要输送液滴气体混合物的环境，以便使喷嘴出口的液体膜的附着在连续或不连续输送系统内得到改善。
技术背景
众所周知，产生液/气混合物的方法通常是，通过将一粘性液体薄层输入到在一个管道内流动的气流中，气体的作用是将液滴从液体薄层上剪碎。已经知道，与通过限定的喷嘴加压输送液体所形成的喷射物相比(如在车辆马达上常用的喷射器的工作一样)，这种液/气混合物具有明显较小的平均液滴尺寸。在AU-A-51454/93中披露了一种液气混合装置，其通过使液滴离开液体薄层产生液/气混合物，在此作为参考。
由于液滴的尺寸很小，通过使用气流将液滴从液体薄层上剪碎产生的液/气混合物可沿管道输送，越过液体离开液面的点，并从喷嘴喷出。
如果喷嘴有一个简单的连续扩张区通向出口，则发现用这种喷嘴输送液/气混合物时，在扩张区的内表面易于粘附液体和积累液体，这种液体沿管道向前推进并从出口喷出，与夹带在气流中流入喷嘴地细小雾滴相比，其液滴体积相对较大。
消除或至少减少液滴的这种附着，积累及从喷嘴出口的输送为当务之急。
本发明简介
本发明提供一种用于输送液/气混合物的喷嘴，其包括：
一个本体，其有一个通向出口的流体流经的管道。
一个扩张区，其靠近出口，并且在该扩张区至少有一个间断处，所述间断处适用于减少液体膜在出口的附着。
每一个间断处最好大体呈圆周形状。
该间断处或每一个间断处最好为扩张区的逐级放大部分。
该扩张区最好具有多个逐级放大部分。
流体通道也最好具有限制或压缩区，其位于上游与扩张区间隔开。限制或压缩区最好为流体通道的平滑收敛的部分，并通向限制区与扩张区中间的喉部。
通常，流体通道截面最好为圆形，限制区和扩张区通常为圆锥形。
扩张区内的该逐级放大部分或每一个逐级放大部分最好呈圆周状边缘，其具有第一直径，一个通常与流体通道的中心轴垂直的向外辐射延伸的表面，以及一个沿轴向延伸的圆柱形表而，其具有第二直径，第二直径比第一直径大一预定的量，该圆柱形表面通向下一个相邻的逐级放大部分或出口。
住一个优选实施例中，中间喉部的直径约为4毫米，第一逐级放大区的轴向圆柱面的直径约为5毫米，第二和第三逐级放大区的轴向圆柱面的直径分别为6毫米及7毫米左右。限制区直径最好从约10毫米收敛到喉部的4毫米左右，收敛的的轴向距离范围约为5毫米。此外，喉部最好延伸13毫米左右，第一和第二逐级放大区的圆柱面在轴向延伸3毫米左右，并且第三逐级放大区的圆柱面在轴向延伸4毫米左右。
一个特别的优选实施例通过将本发明的多个喷嘴轴向排列制成，其中一个喷嘴的出口用于向混合喷嘴输送液/气混合物，并且其中相邻的喷嘴被气体和/或液体吸入区隔开，因此，当吸入的气体和/或液体，从一个喷嘴的出口流向下一个相邻的轴向排列的喷嘴的进口时，能够与液体/气体混合物混合。
被吸入区隔开的喷嘴单元的数目可以根据需要变化。
在使用根据AU-A-51454/93披露的实施例时，我发现在内燃机的环境条件下，要求一个最小压缩空气量以便将液体燃料雾化到所需要的颗粒大小。在一个样机上已得出100磅/英寸2压力时，这种最小空气量低于1％当量空气。压缩空气通过一个喷射器将液滴从圆锥形的燃料薄层上剪碎，所形成的燃料/空气混合物经过根据本发明优选实施例的输送喷嘴喷出。
所需最小量的空气，即预混合空气的加入(当与原始空气结合时，原始空气起剪碎在喷射器本体内燃料的作用)有助于良好燃烧的高质量预混合物的制备。包括雾化空气的预混合空气通常大约占所需理当量混合物总量的5％。
随着汽化空气(第三级空气)的进一步加入，有可能使燃料汽化，并进一步预混合从而增强燃烧。显然汽化空气的使用指的应是，能够使燃料汽化和进一步预混合从而增强燃烧所需要的空气的最小量(当与原始和第二级空气混合后)。可以通过另一种新颖的步骤，或经由在套管上辐射状排列的空气进口，这种第三级空气被吸进燃料/空气的混合物中，该套管延伸经过第二喷嘴单元出口。当然，正如以上所述，喷嘴单元的数目可以根据需要而变化。
我已发现，根据本发明的一个或多个喷嘴的装置，不仅可以改善燃料膜的附着，而且还能产生好的混合效果，降低燃料空气混合物的速度，并拓宽允许更多的空气进入混合物的燃料混合物的范围。
第二空气喷嘴可以与内燃机的进气管相连，或用于吸入其它燃料或燃料与空气的混合物。
当用于AU-A51454/93披露的压力喷射器的环境时，本发明喷嘴的效果与引擎产生的负压无关，在这种情况下可能为，比如说，气助喷射器。
附图简介
下面将通过例子，并参考附图对本发明优选实施例进行描述，其中：
图1为根据本发明的喷嘴的实施例的纵向剖面示意图；
图2为图1的喷嘴和已知的液气混合装置一部分的纵向剖面示意图；
图3为图1的喷嘴局部的详细示意图，示出了液/气混合物的流动，以及气流对附着在扩张区表面的液体的作用；
图4为喷射器实施例安装在一个具有两个本发明喷嘴单元装置的实施例上的常见装置的剖面图；
图5为图4的喷射器局部的放大的视图；
图6简略地示出了图4的喷射器喷嘴装置，它呈直接喷入内燃机的进气管的结构；
图7为图4的喷射器和喷嘴装置安装在进气管上时的剖面图；
图8与图7相似，但示出了喷射器和喷嘴装置安装在图7的另一种进气管上时的剖面图。
最优实施例
附图示出了一个细长的喷嘴10，它有中间延伸的通道11，位于进口端13的限制或压缩区12和接近出口端15的扩张区14。
扩张区14的形状为一组三级逐级放大部分16，每一级沿流体通道11确定周向间断处。每一个逐级放大部分16具有一个周边17 ，一个通常与喷嘴10的中心轴线垂直的沿径向向外延伸的表面18，以及一个沿轴向延伸的圆柱形表面19，它的直径比相邻的周边17的直径大一预定值。
限制区12有一圆锥形表面20，其收敛于位于限制区12和扩张区14中间的喉部21的直径处。
参见图2，它示出了喷嘴10，其安装在液气混合装置的一部分30上，对本申请来说，该混合装置已在AU-A-51454/93中披露，本申请中通常以30表示。这种混合装置包括一个液体阀31，它断续地向环状流体通道32内输送辐射状或圆锥形向外喷射的液体薄膜。混合装置30有一个气阀(没有示出)，其向管道32内输送气流，时间至少从液阀31刚好打开之前到液阀31刚好关闭之后。流过管道32的气流的作用是将液体颗粒从液体薄层上剪碎，从而产生夹带在气流中的液体颗粒的细小雾滴。
液/气混合物流过混合装置30的管道32。管道32与喷嘴10的流体通道11相通，喷嘴10位于液体颗粒从液体薄层剪碎点的下游。喷嘴10限定了混合装置30的出口，以使液/气混合物，可能是燃料/空气混合物，输入内燃机(没有示出)的燃烧室内。
在使用时，液/气混合物进入喷嘴10，在进入中间喉部21之前被限制区12压缩。这样使得气体和液体颗粒流加速，当气流到达扩张区14时，随着经过每一个周边17液/气混合物膨胀，随后经过出口15输出。
当已附着在流体通道上的液体颗粒到达第一周边17时，可以确信，流过间断处的气流的作用使得积累的液体以相对较小的颗粒被从表面吸走，即，其颗粒尺寸显著小于没有这种间断处时，积累的液体从喷嘴扩张区排出时的颗粒的尺寸。
特别是，被逐级放大部分16限定的间断处使得气流(夹带有液体颗粒)在周边17处和围绕周边17径向向外流动和膨胀，从而紧靠径向突出面18产生旋涡。
已经观察到，在附着液体作为不合要求的大液滴通过出口15被输送前，图1-3中的实施例的喷嘴10能将其从扩张区除去，因为大的液滴在普通燃烧循环中通常不能有效燃烧。不论混合装置30的液阀31和气阀(没有示出)是间断开/闭产生间断液/气混合物燃烧，还是一直打开以便连续输送液/气混合物流，都能实现这样的优点。
在图4的实施例的常用装置视图中，示出了一个喷射器和喷嘴的组合40，其包括一个安装有两级喷嘴单元装置42的螺线管驱动喷射器41。
喷射器41包括螺线管罩42，内有螺线管棒43和往复定位器44。
螺线管控制针45位于导管46内，导管46位于喷射器本体47内。针座48位于针45和雾化喷嘴49之间，汽化喷嘴49将液/气混合物导入空气混合喷嘴50。在雾化喷嘴49和空气混合喷嘴50之间有多个径向延伸的吸入通道51，而在空气混合喷嘴50的出口下游，围绕套管52有多个第三级空气吸入通道53。
在图4的实施例中，已经知道，在100磅/英寸2压力下，只要大约1％当量数量级的空气进入空气进口54，就足以从燃料的圆锥形面将燃料滴剪碎，该燃料是通过燃料进口55供给的。
参考图5可更好地了解空气通道和针运动的作用，图中示出了位于针45和喷射器本体41的内孔之间的周向沟槽56，其能够允许高压气体通道通过液体锥面雾化器，该雾化器是依靠针45从针座48上离开的运动形成的。当液体从锥形面被剪碎后，其经过通道56，然后流过多个圆形排列的管道57，送入雾化喷嘴49，然后在进入空气混合喷嘴50前，流经由通道51限定的第二空气吸入区。
参见图6，其中示出了图4的喷射器和喷嘴装置，其安装在文杜里管(缩喉管)进口上方时的情况。
另一种可能的安装装置如图7所示，其中图4的实施例被安装在自然吸入或增压的空气吸气管70上，吸气管70带有空气泄放通道71吸入进气管空气以便为喷嘴49和50之间提供第二级空气。
图8示出了另一种自然吸入或增压的空气吸气管80的安装装置，其中喷射器本体41安装在进气管80上，使进气管空气直接送入通道51而不用如图7所示通过一个旁路装置。
尽管所述实施例的喷嘴已经结合混合装置进行了描述，但应当知道，在任何实际应用中，每一个喷嘴可以一级或多级形式使用，其中需输送的液/气混合物符合任何相关设计标准。
本领域的技术人员应该知道，只要不偏离已大致描述的本发明的精神和范围，可以对优选实施例所示的本发明进行多种变化和/或改进。因此，应当认为，本实施例在各方面只是描述性的而不足限制性的。