液体燃料的超声波雾化方法及其雾化装置.pdf

本发明是关于液体燃料的雾化方法及其雾化装置，涉及热能工程及内燃机制造工程，主要用于将液体燃料化为雾状。
    为了使液体燃料燃烧充分、迅速，工程上一般是将液体燃料化为雾状送入或吸入燃烧室工作的。目前已有的液体燃料雾化方法分为两种：（1）高压喷射法，是利用较高压力的液体燃料泵将液体燃料送入管路，由设在燃烧室处的喷嘴喷射而出成为雾状，典型例为柴油发动机，高压油泵将柴油泵入管路，当发动机活塞移动到上止点适当位置时，喷油嘴的油针打开，柴油经喷油嘴喷出迅速雾化，在发动机活塞的压力作用下，混合气体自行燃烧，使活塞形成工作行程。（2）压差虹吸吹雾法，在燃烧室附近设置一个如日常所用的喷雾器那样的化油器装置，典型例为二冲程、四冲程汽油发动机，发动机工作时利用其燃烧室形成的吸力将新鲜空气由A口吸入，由于喉管（4）的直径小于A口直径，故空气流速较高，从而降低了此处的空气压力，使PO-Pv的差值增大，迫使液体燃料沿喷管（5）虹吸到喉管（4）处，由于喉管（4）处的空气流速较高，故将液体燃料在喉管（4）处吹成雾状形成混合气体被吸入发动机燃烧室，当活塞上升到适当位置时，点火系统点火，混合气迅速燃烧形成发动机的工作推力。基于上述的液体燃料雾化方法原理均有相应的装置供工程上使用。但是上述的液体燃料雾化方法与原理及装置的雾化效果不十分理想，有较大的燃料颗粒，从而造成燃烧不充分、不迅速致使发动机的功耗不准，同时存在结构复杂[喷管（5）与喉管（4）的几何尺寸之微小差异，将影响雾化器的工作性能]的不足，其次是雾化浓度不能随吸入新鲜空气量之变化而变化。

    本发明的任务是：提供一种雾化效果好、结构简单、雾化浓度可调、产雾原理与上述已有方法及原理不同地超声波雾化方法及装置。

    本发明的解决方案：在结构上是这样的，在液面下0.5-20cm处的液体燃料中至少采用一个超声波换能器，在液面上0.2-10cm处至少采用一个引风挡板构成雾化装置。其工作原理：位于液面下的超声波换能器，将超声波高频电能转化为机械能，使超声波换能器表面对所接触的液体燃料产生超声波定向压强的空化作用，迫使液体燃料雾化为微细颗粒，而位于液体燃料液面上方，此时若进气口与出气口之间有空气流动，则引风挡板将部分流动空气引至液体燃料的液面，与化为雾状的液体燃料混合成可燃混合气，随之流出出气口而进入燃烧室。这种方法及装置的较大优点在于：液中燃料的雾化状况与流动空气的流速及液体燃料的液温无关、只取决于超声波高频电能的强弱与超声波换能器的工作特性，当超声波高频电能发生器的输入电压波动时，将导致超声波换能器化雾能力的变化，而这种由超声波高频电能发生器输入电压变化引起的超声波换能器化雾能力的变化，是有助于改善诸如汽车之类的运输工具在加速时需要较高浓度混合气的特点，可提高该类发动机的加速性能，此外利用这种方法与原理将液体燃料化为雾状的装置，其内部没有喷管（5）的结构（直径约为0.5-1mm），可避免工作中的液体燃料污物堵塞喷管之故障，利用这种方法将液体燃料化为雾状的装置，因其内部结构简单，故可使加工工艺简化。

    本发明的优先采用结构形式为：液体燃料液面下的液体燃料中至少采用一个超声波换能器，在液面上0.2-10cm处至少采用一个引风挡板。

    按照本发明所述的方法之另一个最有利的特征是：雾化装置内的液体燃料在超声波换能器高频定向压强的空化作用下，喷起一个液柱，在喷起液柱上及周围液面激发出液体燃料的微细颗粒而形成雾状，装置内的流动空气是引入液面上方的。

    图1-压差虹吸吹雾法示意图

    图2-本案实施例的截面图

    下面依据附图详细解说本发明的原理及实施例：

    本发明的工作原理之关键所在如图2所示：是建立在超声波换能器、超声波高频电能发生器及引风挡板上，该装置主要由涡轮（2）、端盖（3）、空气滤清器壳（4）、滤清介质（5）、传感器（6）、引风挡板（7）、三通管（8）、风门（10）、进油管（11）、油针（12）、浮子支架（14）、浮子（15）、蓄油池（16）、高频电发生器（17）、换能器（18）、观察玻璃（19）、引线（20）、保护线（23）、螺钉（24）、怠速螺钉（26）等构成。如图2所示，这是一个用于内燃机上的液体燃料雾化器，引线（20）的a头接入额定电压的交流或直流电源，超声波高频电能发生器（17）产生高频电能，由换能器（18）转化为机械能，使蓄油池（16）中的液体燃料在超声波高频定向压强的空气作用下，形成雾状液体燃料，此时若风门（10）的叶片呈开启状态，则三通管（8）的左端受发动机吸力影响;因三通管（8）下口的蓄油池（16）是密闭状态，故三通管（8）的右口经涡轮（2）及空气滤清器的组件（3）（4）（5）形成低压流动空气的唯一通路。空气滤清器是由空气滤清器壳（4），滤清介质（5），端盖（3）组成。此外在三通管（8）的汇交处有一个呈勺状的引风挡板（7），低压流动空气在引风挡板（7）的作用下，部分流动空气顺着（7）的柄部进入蓄油池（16）与微细颗粒的雾状液体燃料形成混合气体一起进入三通管（8）的左侧，引风挡板（7）的形状要求不严格，可以是板片状也可是带网眼的栅栏状及管状结构，只要能在三通管（8）的下口形成进、出气通道就可以为了避免高速流动空气冲入液体燃料，引风挡板（7），柄端是封闭的，在与液体燃料液面平行的最低位置开数个出气口（图中的出气口是在螺钉（24）的左侧呈矩形口），当液体燃料液面降低时，浮子（15）下沉，使油针（12）下降，液体燃料由燃料管（11）进入蓄油池（16），使液面升高，直到浮子（15）浮起，利用杠杆原理顶起油针（12），封闭燃料管（11）的进油口，若没液体燃料供给时造成液面过低时，为了保护换能器（18），设有保护线（23），当液面低于保护线（23）d点时，超声波高频电能发生器（17）可自动停止工作。为保证混合气体的浓度的稳定，在空气滤清器壳上装有一个涡轮计（6），（6）产生的信号频率取决于涡轮（2）的转速，而（2）的转速是与流动空气的流速成正比例关系的，根据涡轮流量计的信号频率可以调整超声波高频电能发生器（17）的输入电压，从而调整了发雾量。该装置如用于内燃机时，可省去涡轮流量计（6），而将引线（20）的a点直接接入内燃机磁电机后的电压调节器上，因电压调节器后的电压波动一般在±2v，而这种波动是与内燃机的转速成正比例的，所以将引线（20）的a头接在电压调节器后，可起到调整雾量的作用。观察玻璃（19）是用螺钉固定在蓄油池（16）上的，便于观察液体燃料液面高低及清洁蓄油池（16）内部用的。螺钉（26）为怠速螺钉，用作调整风门（10）初始开启度的，旋进时风门的开启度大，反之开启度小。软拉轴是工作时用作控制风门（10）开启度大小的。