分开流动的预成膜燃料喷嘴.pdf

摘要
申请专利号：	CN200880116951.8	申请日：	2008.11.13
公开号：	CN101932881A	公开日：	2010.12.29
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):F23R 3/28申请日:20081113\|\|\|公开
IPC分类号：	F23R3/28; F23D14/24; F23D14/46	主分类号：	F23R3/28
申请人：	伍德沃德控制器公司
发明人：	C·佩特森
地址：	美国科罗拉多
优先权：	2007.11.21 US 11/943,796
专利代理机构：	中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038	代理人：	钱亚卓
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内容摘要

本发明提供一种预成膜燃料喷嘴，所述预成膜燃料喷嘴易于制造并且包括燃料喷射器、配合在燃料喷射器出口上的喷嘴插入件以及大体上包围燃料喷射器和喷嘴插入件的壳体。壳体具有雾化唇部、燃料进入通道和空气通道。喷嘴插入件在燃料喷射器附近具有开口，以便允许空气流入插入件中。在操作期间，燃料喷射器使燃料冲击插入件的内表面，并且燃料由流过插入件的空气流朝向雾化唇部拉动。流过插入件的空气流和流过壳体的空气流在雾化唇部处汇合，导致流过插入件的空气流和流过壳体的空气流将燃料液滴剥离雾化唇部。喷嘴可以具有涡旋器装置，例如涡旋器翅片和/或在插入件上的涡旋器通道，以帮助空气流形成涡旋。

权利要求书

1.一种预成膜燃料喷嘴，包括：燃料喷射器；喷嘴插入件，其用于配合在所述燃料喷射器的输出端上；所述喷嘴插入件具有接近所述燃料喷射器的开口；以及壳体，其具有雾化唇部、燃料进入通道和空气通道，所述燃料进入通道用于向所述燃料喷射器提供燃料，所述空气通道用于空气进入所述壳体中的室，所述室与所述开口空气连通，由此，在操作期间，来自所述燃料喷射器的燃料冲击所述喷嘴插入件的内表面，并且所述燃料被从所述室流过所述喷嘴插入件的空气流朝向所述雾化唇部拉动，流过所述喷嘴插入件的空气流和流过所述室的空气流在所述雾化唇部处汇合，导致流过所述喷嘴插入件的空气流和流过所述室的空气流将燃料液滴剥离所述雾化唇部。2.根据权利要求1所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述燃料喷嘴是脉冲宽度调制燃料喷射器。3.根据权利要求1所述的预成膜燃料喷嘴，还包括附接到所述喷嘴插入件上的涡旋器翅片。4.根据权利要求1所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述喷嘴插入件具有涡旋器通道。5.根据权利要求1所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述壳体是由两部分组成的壳体。6.根据权利要求1所述的预成膜燃料喷嘴，其中，流过所述室的空气流在所述雾化唇部处具有高于流过所述喷嘴插入件的空气流的速度。7.根据权利要求1所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述壳体具有用于接口的接口开口，所述接口是连接所述燃料喷射器与控制器的接口。8.根据权利要求1所述的预成膜燃料喷嘴，其中，流过所述室的空气流和流过所述喷嘴插入件的空气流为所述燃料喷射器提供热防护。9.根据权利要求1所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述燃料喷射器构造成在燃料定量供给器系统中操作为燃料定量供给器。10.一种预成膜燃料喷嘴，包括：燃料喷射器；喷嘴插入件，其用于配合在所述燃料喷射器的输出端上；所述喷嘴插入件具有接近所述燃料喷射器的开口；壳体，其用于包围所述燃料喷射器和所述喷嘴插入件，所述壳体具有雾化唇部、燃料进入通道和空气通道，所述燃料进入通道用于向所述燃料喷射器提供燃料，所述空气通道用于空气进入所述壳体和所述开口，由此，在操作期间，来自所述燃料喷射器的燃料冲击所述喷嘴插入件的内表面，并且所述燃料被从所述壳体流过所述喷嘴插入件的空气流朝向所述雾化唇部拉动，流过所述喷嘴插入件的空气流和流过所述壳体的空气流在所述雾化唇部处汇合，导致流过所述喷嘴插入件的空气流和流过所述壳体的空气流将燃料液滴剥离所述雾化唇部；以及涡旋器装置，其用于使流过所述壳体的一部分的空气流形成涡旋。11.根据权利要求10所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述涡旋器装置包括在所述喷嘴插入件上形成的涡旋器通道。12.根据权利要求10所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述涡旋器装置包括涡旋器翅片。13.根据权利要求12所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述涡旋器翅片附接到所述喷嘴插入件上。14.根据权利要求10所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述壳体形成围绕所述燃料喷射器和所述喷嘴插入件的腔体，流过所述腔体的空气流为所述燃料喷射器和所述喷嘴插入件提供热防护。15.根据权利要求10所述的预成膜燃料喷嘴，其中，所述燃料喷射器是脉冲宽度调制燃料喷射器。16.根据权利要求10所述的预成膜燃料喷嘴，所述壳体具有用于接口的接口开口，所述接口是连接所述燃料喷射器与控制器的接口。

说明书

分开流动的预成膜燃料喷嘴

背景技术

稳态燃烧室用在来自燃气涡轮发动机、各种炉子和加热器的各种应用中，并且最近以来还用在处理后的柴油机排气中。这些燃烧室维持恒定状态或稳态，以便由燃料释放能量。

稳态燃烧室可以以气体燃料、液体燃料或者某些情况下以固体燃料为动力来操作。液体燃料操作对于稳态燃烧室具有若干挑战性。为了以最大的效率和稳定性来操作，液体燃料必须借助喷嘴而雾化成非常小的液滴。雾化处理允许燃料在离开喷嘴之后在尽可能短的时间内蒸发。燃料蒸汽还必须尽可能快速地与诸如空气的氧化剂混合。

已经开发出提高燃料燃烧的方法。采用空气鼓风喷嘴和空气辅助喷嘴以用于在空气气氛中将液体燃料雾化成适于快速且有效燃烧的微小液滴。这些喷嘴具有跨越非常宽的燃料流量范围的非常好的雾化特征，称为好的调节比。还可以以这样的方式引导流过喷嘴的空气流，即该空气流可以用于雾化燃料液体、蒸发液体燃料液滴、混合燃料蒸汽以及燃烧燃料和氧化剂混合物。因为喷嘴空气流在燃料准备和燃烧过程中的重要性，所以喷嘴的空气动力学可能是喷嘴设计的关键因素。在历史上，已经生产出的喷嘴必须包括昂贵且复杂的几何结构，以便满足燃烧室的空气动力学和燃料模式的要求。

发明内容

其中，本文中说明的是一种易于制造且能够使前述问题最小化和/或消除前述问题的预成膜(pre-filming)燃料喷嘴。

预成膜燃料喷嘴包括燃料喷射器、喷嘴插入件以及壳体，所述喷嘴插入件适于配合在燃料喷射器的输出端上。喷嘴插入件在燃料喷射器附近具有开口。壳体具有用于向燃料喷射器提供燃料的燃料进入通道和用于空气进入壳体的空气通道。在操作期间，来自燃料喷射器的燃料冲击喷嘴插入件的内表面，燃料在该内表面上形成膜。该膜被流过喷嘴插入件的空气流朝向插入件的雾化唇部拉动。流过喷嘴插入件的空气流和流过壳体的空气流在插入件的雾化唇部处汇合，导致流过喷嘴插入件的空气流和流过壳体的空气流将燃料液滴剥离雾化唇部。

在一个实施例中，燃料喷射器是脉冲宽度调制燃料喷射器。在又一个实施例中，喷嘴具有涡旋器(swirler)装置，例如涡旋器翅片和/或在喷嘴插入件上的涡旋器通道。

从以下参照附图的说明性实施例的详细说明中，其它的特征和优点将变得明显。

附图说明

被包含在本说明书中且形成本说明书的一部分的附图示出了本文所述的分开流动的预成膜空气辅助/空气鼓风喷嘴的若干方面，并且这些附图与说明一起用于解释喷嘴的原理。在附图中：

图1A是根据本文教导的喷嘴的简化截面图；

图1B是图1A的喷嘴的一部分的放大截面图，示出了该部分中的切向孔；

图2A是根据本文教导的喷嘴的组件的一部分的组装视图；

图2B是图2a的组件的截面图；

图2C是图2a的组件组装时的截面图；

图2D是图2a的喷嘴的等轴测图；

图2E是图2a的喷嘴的可选视图；以及

图3是根据本文教导的喷嘴的可选实施例的截面图；

虽然将结合某些实施例说明喷嘴，但是喷嘴不意欲限于这些实施例。相反地，意欲覆盖在由所附权利要求书所限定的喷嘴的精神和范围内所包括的所有可选方案、修改和等效。

具体实施方式

通常，燃料喷嘴有两种主要的类型，即：空气辅助喷嘴和空气鼓风喷嘴。空气辅助喷嘴和空气鼓风喷嘴仅通过空气的流量来区分。本文所述的喷嘴可以在宽的空气流范围中使用，这使得该喷嘴能够操作为两种类型的喷嘴。例如，在一个实施例中，燃料喷嘴在使用柴油的柴油机排气环境中操作，所述柴油用于在大于15∶1的大燃料流动调节比和低的燃料压力的约束下燃烧。在这种环境中，利用燃料喷嘴所得到的燃料液滴的尺寸可以小于50μm。

燃料喷嘴应当经由操作而说明为预成膜空气鼓风喷嘴。在操作期间，燃料被均匀地计量供给到表面上。高速空气在表面的两侧上朝向表面的雾化边缘流动，导致燃料通过与流动空气的摩擦或者通过燃料膜的动量(momentum)而被带向该表面的雾化边缘。在雾化边缘处，该表面的两侧上的高速空气相遇，导致燃料液滴被“撕”离该表面。

现在参照图1至3，燃料喷射器22用于提供在喷嘴20中计量供给的燃料。在一个实施例中，使用自动式PWM燃料喷射器。燃料喷射器22允许大的流动调节比，并且仅用作计量供给装置，以便将燃料供应到喷嘴插入件26的成膜表面24上。喷嘴插入件26配合到喷射器22上，由此改变喷嘴20而使得该喷嘴操作为预成膜空气辅助/空气鼓风喷嘴。

喷嘴操作与喷射器液滴尺寸“分开”。喷射器仅需要用通过通道28进入喷射器的燃料弄湿喷嘴插入件26的内表面24。只要燃料喷雾冲击内喷嘴表面24，喷嘴就将工作。空气流沿着内室表面24朝向喷嘴出口30推动燃料膜。辅助空气通过切向开口34进入外室32并且在插入件26附近形成涡旋。某些辅助空气通过插入件26中在喷射器22的尖端附近的切向孔38而通到插入件26的中央室36。中央室36中的空气沿着弄湿的燃料表面朝向喷嘴出口30形成涡旋，并且将燃料膜带向雾化唇部40。其余的辅助空气保留在外室32中。在一个实施例中，外室32中的空气流过在插入件26中切削形成的涡旋通道42。在另一个实施例中，涡旋器翅片44用于使空气流形成涡旋。在图2a至2e所示的实施例中，涡旋器翅片44形成在涡旋器板46中。外室空气流在雾化唇部40处维持高速并且指示流动模式。内室空气流和外室空气流在雾化唇部处汇合，导致内室空气流和外室空气流将燃料液滴从剥离(shear)雾化唇部40。最初的液滴方向也由空气流确定。喷嘴20具有用于接口48的开口，所述接口48是连接燃料喷射器22与控制器(未示出)的接口。控制器可以是用于燃烧喷嘴的单独的控制器、系统控制器的一部分等。

喷嘴设计的另一个方面在于，空气为喷射器22和燃料弄湿的内表面24提供热防护。内表面必须保持在安全温度以下，以便防止燃料焦化。例如，对于柴油而言，安全温度大致在大约130℃以下。喷嘴使用喷射器作为计量供给装置并且改进可以获得小液滴雾化的性能范围。当与使用传统的燃料喷射器相比时，空气辅助/鼓风构造在大的燃料流动范围内产生非常小的液滴。应当注意到，喷嘴可以在具有涡旋的情况下或者没有涡旋的情况下使用，以及可以在燃烧器应用中使用，或者可以作为简单的燃料定量供给器系统。应当注意到，空气鼓风喷嘴和空气辅助喷嘴的产生非常特殊的喷雾特征的能力已经使得这些喷嘴适用于除了燃烧室以外更多的应用。因而本文所述的喷嘴可以用于许多应用，这些应用需要在宽的液体流量范围内获得小的液滴尺寸并且具有雾化气体源。这些应用中的某些应用包括喷漆器、碳氢化合物定量供给器、尿素定量供给器等。

从以上说明中，可以看到所述的预成膜燃料喷嘴易于制造。壳体大致包括两段48、50，这使得燃料喷射器22和喷嘴插入件26能够容易地安装在壳体内。

在说明本发明的文本中(尤其在以下权利要求的文本中)，术语“一”和类似的对象的使用将解释为覆盖单数和复数两个方面，除非本文中另外指出或者由文本清楚地否认。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”将解释为开放式的术语(即，意思是“包括，但不限于”)，除非另外注明。本文所述的所有方法都可以以任何适当的顺序执行，除非本文中另外指出或者由文本清楚地否认。本文提供的任何和所有示例以及示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅意欲更好地阐明本发明而不造成本发明的范围的限制，除非另外要求。本说明书中的语言不应当解释为指示对于本发明的实施所必要的任何非权利要求的元素。

本文说明了本发明的优选的实施例，包括对于本发明人已知的用于执行本发明的最好模式。在阅读上述说明的情况下，这些优选实施例的变型对于本领域的技术人员而言可以变得明显。本发明人期望技术技工根据理解采用这些变型方案，并且本发明人意欲以除了此处特别说明以外的方式来实施本发明。因此，本发明包括由适用的法律所允许的所附权利要求中陈述的主旨的所有修改和等效。此外，本发明包含上述的元素在所有可能的变型中的任何组合，除非本文中另外指出或者由文本清楚地否认。