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CN115013204A - 一种双燃料涡流喷嘴 - Google Patents

一种双燃料涡流喷嘴 Download PDF

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CN115013204A
CN115013204A CN202210697082.4A CN202210697082A CN115013204A CN 115013204 A CN115013204 A CN 115013204A CN 202210697082 A CN202210697082 A CN 202210697082A CN 115013204 A CN115013204 A CN 115013204A
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CN
China
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fuel
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channel
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CN202210697082.4A
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Inventor
金煜
冷先银
何志霞
郭根苗
冯择昊
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Jiangsu University
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Jiangsu University
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04—Injectors peculiar thereto
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双燃料涡流喷嘴，在喷嘴体上沿中轴线自上向下依次设置燃料Ⅰ流道、燃料Ⅰ喷孔、燃料混合腔，燃料Ⅰ流道内的燃料Ⅰ自燃料Ⅰ喷孔向燃料混合腔产生沿中轴线的射流。环绕燃料Ⅰ流道设置的燃料Ⅱ流道，燃料Ⅱ流道的出口段由多条燃料Ⅱ喷射流道构成；燃料Ⅱ喷射流道的燃料Ⅱ喷孔出口位于燃料混合腔内壁；燃料Ⅱ喷射流道喷射出的燃料Ⅱ在燃料混合腔形成旋流，旋转的燃料Ⅱ在促进了自身的破碎的同时，还能增强燃料Ⅰ液柱的表面波动和破碎趋势，以及加速与汽缸内空气的充分混合。

Description

一种双燃料涡流喷嘴
技术领域
本发明属于热力发动机的燃料喷射技术领域，尤其是一种双燃料涡流喷嘴。
背景技术
燃料喷嘴是热力发动机的燃料供给系统中的一个重要零件，其作用是将来自上游的燃油、燃气等喷射进入汽缸内燃烧并转化为输出动力。评价其喷射效果的指标主要是空气-燃料混合情况、液体燃料雾化情况以及喷射的精度。其中，空气-燃料混合情况和液体燃料雾化情况很大程度上取决于喷嘴的头部结构。
现有的双燃料系统的策略通常是采用两套独立喷射系统，两套独立喷射系统难以利用两种燃料的交互作用来促进液体燃料雾化，同样难以组织两种燃料和空气这三者之间的混合过程，不利于后续燃烧策略的组织和改进。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本申请设计出了一种双燃料涡流喷嘴，该双燃料涡流喷嘴能够产生的旋转燃料气流在促进了自身的破碎的同时，加速了与汽缸内空气的充分混合。
本发明所采用的技术方案如下：
一种双燃料涡流喷嘴，包括：
喷嘴体；
沿中轴线设置在喷嘴体上的燃料Ⅰ流道；
沿中轴线设置在燃料Ⅰ流道底部的燃料Ⅰ喷孔；
沿中轴线设置在燃料Ⅰ喷孔底部的燃料混合腔；
环绕燃料Ⅰ流道设置的燃料Ⅱ流道，所述燃料Ⅱ流道的出口段由多条燃料Ⅱ喷射流道构成；燃料Ⅱ喷射流道环绕喷嘴体中轴线阵列分布，燃料Ⅱ喷射流道的燃料Ⅱ喷孔出口位于燃料混合腔内壁；且喷射出的燃料Ⅱ在燃料混合腔形成旋流。
进一步，燃料Ⅰ流道的下端为渐缩的锥形，燃料Ⅰ流道的底部为弧形且与锥形平滑连接。
进一步，燃料混合腔自上往下呈渐扩型。
进一步，燃料Ⅰ流道1内置有燃料Ⅰ控制球阀。
进一步，燃料Ⅱ流道分为上、下两部分，燃料Ⅱ流道的上部分呈筒状且环绕燃料Ⅰ流道1同轴设置；燃料Ⅱ流道的下部分由多条燃料Ⅱ喷射流道组成，每条燃料Ⅱ喷射流道的上端均与燃料Ⅱ流道的上部分连通。
进一步，燃料Ⅱ喷射流道设置4～6条。
进一步，燃料Ⅰ流道的上端连接燃料Ⅰ供给单元，由燃料Ⅰ供给单元向燃料Ⅰ流道内输入燃料Ⅰ。
进一步，燃料Ⅱ流道的上端均连接燃料Ⅱ供给单元，由燃料Ⅱ供给单元向燃料Ⅱ流道内输入燃料Ⅱ。
进一步，燃料Ⅰ供给单元和燃料Ⅱ供给单元均由存储单元、输送管道构成，所述输送管道上设置电控阀门。
进一步，燃料Ⅰ和燃料Ⅱ均为液体燃料，或燃料Ⅰ和燃料Ⅱ其中之一为液体燃料，另一为气体。
本发明的有益效果：
1、本发明中的涡流式喷嘴结构产生的旋转燃料气流在促进了自身的破碎的同时，加速了与汽缸内空气的充分混合。
2、燃料Ⅱ在混合腔和汽缸内形成以燃料Ⅰ液柱为中心的涡流。该涡流形成的剪切力增加了燃料Ⅰ液柱的表面波动和破碎趋势，并把破碎分离出的液滴和液丝卷入燃料Ⅱ中，促进其与燃料Ⅱ以及周围空气的混合。
3、燃料Ⅱ产生的涡流使得燃料Ⅰ的液柱处于中心低压区，促进了燃料Ⅰ液柱的蒸发和空化，有利于燃料Ⅰ与外围燃料Ⅱ和空气的混合。
附图说明
图1为本发明所述喷嘴头部的结构俯视图。
图2为本发明所述喷嘴头部的半剖主视图。
图3为本发明所述喷嘴头部沿燃料Ⅱ喷孔轴线的剖面主视图。
图4为本发明中燃料Ⅱ在喷嘴内形成的涡流示意图。
图中，1、燃料Ⅰ流道；2、燃料Ⅰ控制球阀；3、喷嘴体；4、燃料Ⅱ流道；5、燃料Ⅰ喷孔；6、燃料混合腔；7、燃料Ⅱ喷孔出口；8、燃料Ⅱ喷射流道；9、燃料Ⅱ流动方向A；10、燃料Ⅱ流动方向B；11、燃料Ⅱ流动方向C；12、燃料Ⅱ流动方向D；13、燃料Ⅰ流动区域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请所设计的一种双燃料涡流喷嘴如图1-3所示，包括喷嘴体3，喷嘴体3内沿中轴线自上往下依次开设燃料Ⅰ流道1、燃料Ⅰ喷孔5和燃料混合腔6；其中，燃料Ⅰ流道1的上端连接燃料Ⅰ供给单元，由燃料Ⅰ供给单元向燃料Ⅰ流道1内输入燃料Ⅰ。燃料Ⅰ流道1的下端为渐缩的锥形，燃料Ⅰ流道1的底部为弧形且与锥形平滑连接。燃料Ⅰ流道1与燃料混合腔6之间通过燃料Ⅰ喷孔5连通；燃料混合腔6设置在喷嘴体3底部，且燃料混合腔6呈渐扩型。燃料Ⅰ流道1内置有燃料Ⅰ控制球阀2，通过燃料Ⅰ控制球阀2可以控制燃料Ⅰ流道1的开通或关闭；更具体地，燃料Ⅰ控制球阀2通常有两种方式控制：一种是电磁阀直接连接球阀，直接控制；一种是电磁阀控制流道内燃料压力，采用液压间接驱动球阀。
喷嘴体3内还设置燃料Ⅱ流道4，燃料Ⅱ流道4的上端均连接燃料Ⅱ供给单元，由燃料Ⅱ供给单元向燃料Ⅱ流道4内输入燃料Ⅱ。燃料Ⅱ流道4分为上、下两部分，燃料Ⅱ流道4的上部分呈筒状且环绕燃料Ⅰ流道1同轴设置；燃料Ⅱ流道4的下部分由多条燃料Ⅱ喷射流道8组成，每条燃料Ⅱ喷射流道8的上端均与燃料Ⅱ流道4的上部分连通；每条燃料Ⅱ喷射流道8环绕喷嘴体3中轴线阵列分布，且每条燃料Ⅱ喷射流道8采用了偏心设计，结合图1的轴向投影可以看出，所有燃料Ⅱ喷射流道8相切于同一个圆(称为圆A)，燃料Ⅱ喷射流道8出口在燃料混合腔6的壁面上也分布在一个圆(称为圆B)的边缘，圆A的半径小于圆B的半径。故每条燃料Ⅱ喷射流道8不与任何穿过喷嘴体3中轴线的任意切面重合，而是与某一穿过轴线的切平面平行。燃料Ⅱ喷射流道8的出口为燃料Ⅱ喷孔出口7，结合图2燃料Ⅱ喷孔出口7在燃料混合腔6的表面阵列分布。
燃料Ⅰ供给单元包括燃料Ⅰ存储单元、输送管道，输送管道上设置电磁阀；
燃料Ⅱ供给单元包括燃料Ⅱ存储单元、输送管道，输送管道上设置电磁阀；
通过控制燃料Ⅰ供给单元(或燃料Ⅱ供给单元)输送管道上游电磁阀(或电磁阀)的开启或关闭，相应控制燃料Ⅰ供给单元(或燃料Ⅱ供给单元)向燃料Ⅰ流道1(或燃料Ⅱ流道4)内燃料的流动。
以下结合本申请所设计的双燃料涡流喷嘴的工作过程作进一步说明：
在工作时，由燃料Ⅰ供给单元、燃料Ⅱ供给单元分别向燃料Ⅰ流道1、燃料Ⅱ流道4输入高压燃料Ⅰ和燃料Ⅱ。
燃料Ⅰ流道1内的燃料Ⅰ控制球阀2抬起，燃料Ⅰ流道1内的燃料Ⅰ经燃料Ⅰ喷孔5喷出进入燃料混合腔6；
燃料Ⅱ流道4内的燃料Ⅱ自燃料Ⅱ喷孔出口7喷出进入燃料混合腔6；结合附图4，由于多条燃料Ⅱ喷射流道8是偏心设计的，因此自燃料Ⅱ喷射流道8喷出的燃料Ⅱ会在燃料混合腔6内形成以喷嘴为中心的旋流。旋流中心是沿喷嘴轴线喷射的燃料Ⅰ。两种燃料在混合腔内经过旋流混合之后，一同进入燃料燃烧的汽缸内，并在汽缸内形成一定的旋转气流，促进与周围空气的混合。
在本实施例中，燃料Ⅱ流道4可以直接设计为由多条燃料Ⅱ喷射流道8构成，燃料Ⅱ喷射流道8的上部分环绕燃料Ⅰ流道1阵列布置，底部同样采用偏心设计。
在本实施例中，燃料Ⅱ喷射流道8设置4～6条。
在本实施例中，燃料Ⅰ和燃料Ⅱ可以是双液体，也可以是液体和气体进行组合，气体可以是气态燃料，也可以是空气；优选地，燃料Ⅰ采用液体燃料。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，包括：
喷嘴体(3)；
沿中轴线设置在喷嘴体(3)上的燃料Ⅰ流道(1)；
沿中轴线设置在燃料Ⅰ流道(1)底部的燃料Ⅰ喷孔(5)；
沿中轴线设置在燃料Ⅰ喷孔(5)底部的燃料混合腔(6)；
环绕燃料Ⅰ流道(1)设置的燃料Ⅱ流道(4)，所述燃料Ⅱ流道(4)的出口段由多条燃料Ⅱ喷射流道(8)构成；燃料Ⅱ喷射流道(8)环绕喷嘴体(3)中轴线阵列分布，燃料Ⅱ喷射流道(8)的燃料Ⅱ喷孔出口(7)位于燃料混合腔(6)内壁；且喷射出的燃料Ⅱ在燃料混合腔(6)形成旋流。
2.根据权利要求1所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，燃料Ⅰ流道(1)的下端为渐缩的锥形，燃料Ⅰ流道(1)的底部为弧形且与锥形平滑连接。
3.根据权利要求1所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，燃料混合腔(6)自上往下呈渐扩型。
4.根据权利要求1所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，燃料Ⅰ流道(1)内置有燃料Ⅰ控制球阀(2)。
5.根据权利要求1所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，燃料Ⅱ流道(4)分为上、下两部分，燃料Ⅱ流道(4)的上部分呈筒状且环绕燃料Ⅰ流道(1)同轴设置；燃料Ⅱ流道(4)的下部分由多条燃料Ⅱ喷射流道(8)组成，每条燃料Ⅱ喷射流道(8)的上端均与燃料Ⅱ流道(4)的上部分连通。
6.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，燃料Ⅱ喷射流道(8)设置4～6条。
7.根据权利要求1所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，燃料Ⅰ流道(1)的上端连接燃料Ⅰ供给单元，由燃料Ⅰ供给单元向燃料Ⅰ流道(1)内输入燃料Ⅰ。
8.根据权利要求7所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，燃料Ⅱ流道(4)的上端均连接燃料Ⅱ供给单元，由燃料Ⅱ供给单元向燃料Ⅱ流道(4)内输入燃料Ⅱ。
9.根据权利要求8所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，所述燃料Ⅰ供给单元和燃料Ⅱ供给单元均由存储单元、输送管道构成，所述输送管道上设置电控阀门。
10.根据权利要求8所述的一种双燃料涡流喷嘴，其特征在于，燃料Ⅰ和燃料Ⅱ均为液体燃料；或燃料Ⅰ和燃料Ⅱ其中之一为液体燃料，另一为气体。
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