[发明专利]具有碰撞喷射的液体喷射器雾化器

说明书

提供了一种用于将液体注入到内燃机中的液体喷射器。该喷射器具有瞄准共同碰撞点的多个喷射，其中，由于由液体流的冲击所消耗的动能，所以至少两个喷射流碰撞，以产生细微的雾化液。由喷射、所应用的压力以及喷射碰撞的距离形成的角度使得向前动量的损失大于产生小于5微米的颗粒所需要的能量。喷射的液体可包括汽油、柴油机型燃料或水。所述喷射器可用于端口喷射或直接喷射。

相关申请的交叉引证

本申请要求于2012年11月20日提交的美国临时专利申请第61/728,525号、于2013年6月24日提交的美国临时专利申请第61/838,675号以及于2013年10月15日提交的美国临时专利申请第61/891,118号的优先权。上面指出的这些美国临时专利申请通过引证结合于此。

技术领域

本发明涉及用于产生雾化液的设备和方法。更具体地，本发明涉及一种用于内燃机的雾化液体喷射器。

背景技术

实现用于注入到往复式或旋转式内燃机中的液体的有效雾化是火花点火、压缩点火(柴油)或连续式内燃机的设计和操作的一个重要方面。现有技术方法包括使用非常高的压力、使用非常小的喷孔、以及使用将液体流分散的防冲板或小柱形障碍物。

实现用于往复式或旋转式内燃机中的冷却、减少爆震、NOx降低的有效雾化是设计和操作的一个重要方面，并且相对于更大的燃料经济性和更低的排放提供大量优点。

液体燃料和水通常注入到发动机中。燃料可为柴油型燃料、汽油(石油)、酒精及其混合物。柴油型燃料包括JP-8、喷气燃料以及煤油。酒精包括与汽油共同混合在一起的乙醇和甲醇。水通常注入到发动机中，以提供内部冷却效应、爆震、NOx降低，并且这是因为在燃烧期间，尤其是如果在通过外部冷却和排气损失的热量中存在净减少，则由转化成蒸汽的液态水提供大膨胀系数。

现代发动机通常使用燃料喷射，以将燃料引入到发动机中。这种燃料喷射可为端口喷射或直接喷射。在端口喷射中，燃料喷射器位于进气轮系或进口歧管中的在汽缸之前的某个点上。在直接喷射中，喷射器位于每个汽缸中。

注入到汽缸内中燃料和其他液体的雾化较为重要。最佳地，在注入的液体流与发动机的任何内部表面接触之前，将任何喷射的液体雾化。如果液体接触汽缸表面，则可洗掉润滑剂和沉积物，这引起次佳燃烧。在燃烧期间沉积的燃料引起碳沉积、更大的排放以及更小的发动机功率。可替换地，在注入水时，非润滑的内表面(例如，汽缸盖和活塞表面)上的冲击可提供一些优点。

在传统的燃料喷射器或雾化器内的喷雾构造通常是锥形的，其通常具有漩涡，但这个构造不受限制并且可导致在直接喷射系统中的活塞和汽缸壁部上冲击液体。尤其在高压缩发动机中，顶部空间非常有限，这使得更加难以在这种发动机中进行雾化，而不与发动机内表面上的液体流接触。

有效雾化的一种方法在于使用高压液体喷射和小喷孔，但高压系统昂贵并且容易发生故障，而且小喷孔容易堵塞。

有效雾化的一种方法还在于与液体一起使用气动剪切，其中，高压的快速运动的空气用于对液体流进行剪切，以实现雾化。这种方法本身在使液滴分散方面具有限制。此外，所以如果有可能的话，由于在高压下提供空气或气体，具有复杂性，所以难以在直接喷射构造中该应用。

在液体燃料的火箭发动机中还已知碰撞式喷射件，其为将燃料和氧化剂混合在一起的装置。用于内燃机的喷射器与现有技术的火箭发动机的不同之处在于，火箭发动机喷嘴不是‘开始-保持-停止’型计量装置，而用于内燃机的喷射器被设计为根据命令而输送特定量的液体。这需要随着时间小心控制流速，这通常通过电磁阀来实现，但还可通过液压先导驱动、液压放大、压电堆叠、气动装置或其他方法来控制。而且，在火箭发动机中的碰撞式喷射旨在用作混合方法，其中，注入两个单独的流体(通常是燃料和氧化剂)，以相互作用并起反应，而非用作仅用于将流体分散成液滴或雾化喷射的机构。