一種多孔擠壓旋流噴射閥的製作方法

2023-12-06 20:08:26 1

本發明涉及一種多孔擠壓旋流噴射閥，用於對噴霧質量有較高要求的流體直接噴射霧化領域，尤其涉及用於內燃機中排氣裝置的噴射器和/或計量閥。

背景技術：

隨著環境問題和能源危機的日益嚴峻，排放法規日益嚴格，越來越多的節能減排技術被應用在車輛上，其中scr(選擇性催化還原)是一種將還原劑如尿素溶液噴入到發動機廢氣流中淨化氮氧化合物排放的技術。尿素溶液這種液體還原劑噴入到排氣管內，需要儘快地蒸發、熱解產生氨氣，否則會影響氮氧化合物的轉化效率，甚至大液滴會產生排氣管的結晶問題，堵塞排氣管，因此對噴射閥的霧化質量提出了較高的要求。

專利cn201020521660.1中所描述的尿素噴射器，主要是通過在閥座上設計能形成紊流的臺階孔來改善尿素溶液的流動狀態，來改善尿素溶液的噴霧質量，而噴孔板無特別的結構設計，只是在平板式的噴孔板上加工至少一個噴孔。此種結構的尿素溶液噴射閥，噴霧質量一般，液滴平均直徑較大。

專利cn200910096849.2中所描述的汽油機旋流式噴油器，主要是通過在閥座上加工大直徑的噴孔，同時在閥座上加工至少一個導流槽，當閥芯上移時，至少一個導流槽與噴孔相連通。該專利從改善燃油的流動狀態，使燃油從噴孔噴出後成傘狀展開，最終改善噴霧的質量。但此種單孔大直徑噴孔式汽油旋流噴油器，由於噴孔直徑較大，所以出口液滴初始粒徑大，霧化質量改善有限。

專利cn200710162684.5中所述的燃料噴射閥，主要是通過在噴孔部件上設置多個噴孔，同時利用噴射孔上遊產生的紊流來減小噴射粒徑，但需要避免相鄰噴霧之間的幹涉。

本發明利用多孔擠壓旋流噴射，通過在噴孔板上設計特殊結構的多孔旋流流道，可在更小的尺寸空間上，很大程度地改善噴霧質量。

技術實現要素：

本發明目的在於提升現有尿素溶液噴射器的噴霧質量，提供一種流體噴射閥，通過多孔擠壓旋流噴孔板的特殊結構，顯著增強液滴初始破碎效果，降低貫穿距離，改善噴霧質量。

本發明通過以下技術方案實現：

一種多孔擠壓旋流噴射閥，包括閥套，閥套內設置有閥座，閥座內開設有用於放置密封鋼球的容置腔，密封鋼球與閥座分離接觸的面為密封面，閥座下端面為流體出口端面，貫穿密封面與流體出口端面開設有一個比密封面的直徑縮徑的閥孔，還包括多孔擠壓旋流噴孔板，多孔擠壓旋流噴孔板的一個端面緊貼於流體出口端面設置，所述多孔擠壓旋流噴孔板設置有至少一個腰型的旋流流道，每個旋流流道由螺旋形外側壁、弧線形內側壁和進口側壁之間以弧線相切方式過渡連接形成，旋流流道的旋流中心或偏置地開設有一個貫穿多孔擠壓旋流噴孔板板厚的噴孔，且弧線形內側壁最遠突起邊沿超過噴孔的邊沿。本發明取消了常規旋流流道結構需要設計迴旋連接用通路，從閥孔進入的液體直接進入旋流流道進行旋流，因此產生旋流所需尺寸更小，易於實現噴射閥頭部的小型化。

優選地，多孔擠壓旋流噴孔板的形狀為平底碗型或圓盤形，多孔擠壓旋流噴孔板的內壁面與閥座的流體出口端面貼合。

進一步地，所述旋流流道是在噴孔板的內壁面上通過沉槽實施，形成旋流流道的沉槽由衝壓或其它方式加工而成；噴孔板外壁面由衝壓沉槽形成的凸起，可以磨削進一步去除，使得噴孔板外壁面平整，更有利於提升霧化質量；所述腰型的旋流流道在多孔擠壓旋流噴孔板呈徑向延伸設置，進口端面區域與閥孔連通形成至少一個相互獨立的進液口。

更進一步地，所述的旋流流道在多孔擠壓旋流噴孔板的內壁面上均布設置。

本發明所述旋流流道的螺線狀外側壁末端與進口側壁之間通過有利於形成旋流的圓弧狀或其它弧線狀的內側壁連接，且內側壁最遠突起邊沿超過噴孔的邊沿；使得流體在旋流流道內流動過程中，流體的運動半徑不斷減小，在接近旋轉圓周末端(360度)時，內側壁突起的特殊設置，減小了旋流末端流線的衝突，能有效地組織流體運動軌跡，實現360度螺旋。此外，簡單的內側壁連接設計，過渡圓角尺寸較大，易於衝壓加工成型。

優選地，所述旋流流道的螺旋形外側壁以描繪對數螺線、黃金螺線或者漸開線的方式延伸設置。

本發明所述一種多孔擠壓旋流噴射閥，可用於scr系統中尿素溶液噴射用，噴孔孔徑的大小依照流量需求，採用電火花或其他穿孔方式加工。

進一步地，所述的噴孔的軸線與多孔擠壓旋流噴孔板的軸線平行或成銳角夾角。

當多孔擠壓旋流噴射閥工作時，密封鋼球離開密封面，流體從密封鋼球與閥座的間隙及閥孔主流道流入相對應的旋流流道的進液口，形成至少一個盤蛇狀流道。

進一步設置，所述的多孔擠壓旋流噴孔板的外圓周上開設有至少一個定位缺口，用於噴孔的加工定位。

本發明的有益效果是：

本發明通過在多孔擠壓旋流噴孔板上開設腰型旋流流道，流體從密封鋼球與閥座的間隙及閥孔主流道流入相對應的旋流流道的進液口中，形成至少一個盤蛇狀流道，每個盤蛇狀霧化流道中的旋流穩定、互不影響。流體在噴射前，經過進液口的擠流，增加了湍動能，在旋流流道內形成徑向旋轉，進一步降低了軸向噴射速度，使得溶液從噴孔噴出後在徑向和軸向空間散開，在較短的貫穿距離下，增強了溶液液滴的破碎效果，減小了噴霧粒徑，改善了噴霧質量。

附圖說明

圖1為本發明中多孔擠壓旋流噴孔板的裝配關係圖；

圖2為本發明中的多孔擠壓旋流噴孔板俯視圖結構；

圖3為本發明中的至少一個互相獨立的進液口示意圖；

圖4為本發明中的至少一個盤蛇狀流道示意圖；

圖5為本發明中內側壁最遠突起邊沿與噴孔邊沿的關係示意圖；

圖6是外側壁輪廓線為黃金螺線的「黃金矩形法」繪製示意圖；

圖7是外側壁輪廓線為黃金螺線時，溶液在霧化流道中的流動矢量示意圖；

圖8是外側壁輪廓線為對數螺線時，溶液在霧化流道中的流動矢量示意圖。

附圖圖標說明：1-多孔擠壓旋流噴射閥；4-閥套；6-閥座；601-密封面；602-流體出口端面；7-多孔擠壓旋流噴孔板；8-旋流流道；801-外側壁；802-內側壁；803-進口端面；9-閥孔；10-進液口；11-噴孔；12-密封鋼球；13-主流道；14-盤蛇狀流道；15-定位缺口。

具體實施方式

本發明所述多孔擠壓旋流噴射閥用於內燃機排氣裝置scr系統中，噴射和霧化還原劑，如尿素溶液，用於減少內燃機排氣中的氮氧化合物，包括多孔擠壓旋流噴射閥1、閥套4、閥座6、密封面601、流體出口端面602、多孔擠壓旋流噴孔板7、旋流流道8、外側壁801、內側壁802、進口端面803、閥孔9、進液口10、噴孔11、密封鋼球12、主流道13、盤蛇狀流道14、定位缺口15等技術特徵。

本發明所述多孔擠壓旋流噴射閥安裝在尿素溶液噴射器的頭部，包括閥套，閥套內設置有閥座，閥座內開設有用於放置密封鋼球的容置腔，密封鋼球與閥座分離接觸的面為密封面，閥座下端面為流體出口端面，貫穿密封面與流體出口端面開設有一個比密封面的直徑縮徑的閥孔，還包括多孔擠壓旋流噴孔板，多孔擠壓旋流噴孔板的一個端面緊貼於流體出口端面設置，所述多孔擠壓旋流噴孔板設置有至少一個腰型的旋流流道，每個旋流流道由螺旋形外側壁、弧線形內側壁和進口側壁之間以弧線相切方式過渡連接形成，旋流流道的旋流中心或偏置地開設有一個貫穿多孔擠壓旋流噴孔板板厚的噴孔，如圖1、2所示。

按照一種有利的實施方式，噴孔孔徑的大小依照流量需求，採用電火花或雷射等其他穿孔方式加工。將所述多孔擠壓旋流噴孔板加工成平底碗型或圓盤，且其內壁面與閥座的流體出口端面貼合；所述旋流流道只在噴孔板的內壁面上通過沉槽實施，沉槽由衝壓或其它冷加工方式加工而成，徑向伸出的沉槽與閥孔連通而形成相應至少一個相互獨立的進液口，如圖3所示。噴孔板外壁面由衝壓沉槽形成的凸起，可以磨削去除至噴孔板外壁面成一平面，進一步縮短了噴孔長度，更有利於提升霧化質量。

如圖4所示，按照一種有利的實施方式，所述旋流流道的螺線狀外側壁末端與進口側壁之間通過有利於形旋流的圓弧狀或其它弧線狀的內側壁連接，且內側壁最遠突起邊沿超過噴孔的邊沿；使得流體在旋流流道內流動過程中，流體的運動半徑不斷減小，在接近旋轉圓周末端(360度)時，內側壁突起的特殊的設置減小了旋流末端流線的衝突，有效地組織了流體運動軌跡。

當多孔擠壓旋流噴射閥工作時，密封鋼球離開密封面，流體從密封鋼球與閥座的間隙及閥孔主流道流入旋流流道的進液口中，形成至少一個盤蛇狀流道，每個盤蛇狀霧化流道中的旋流穩定、互不影響。流體在噴射前，經過進液口的擠流，增加了湍動能，在旋流流道內形成徑向旋轉，進一步降低了軸向噴射速度，使得尿素溶液從噴孔噴出後在徑向軸向空間散開，在較短的貫穿距離下，增強液滴的破碎效果，減小噴霧粒徑，改善噴霧質量。

如圖5所示，按照一種有利的實施方式，作輔助線段uv與內側壁的輪廓線相切，作輔助線段yz與噴孔的輪廓線相切，線段uv離多孔擠壓旋流噴孔板中心點o的距離滿足大於線段yz離離多孔擠壓旋流噴孔板中心點o的距離。按照一種有利的實施方式，所述的至少一個旋流流道的旋流中心與螺旋狀外側壁末端終點連接的直線為中心線段，螺旋狀外側壁始端與中心線段的延長線相交於一點，或者螺線狀外側壁的起點落在中心線段的延長線上。每個旋流流道的旋流中心o′與螺線狀外側壁輪廓末端終點s連接的直線為線段o′s，螺線狀外側壁輪廓起始點p與線段o′s的延長線相交於一點，或者螺線狀外側壁的起點落在中心線段的延長線上。

按照一種有利的實施方式，所述的每個旋流流道的內側壁起始點q與中心線段的延長線相交於一點，或者內側壁起始點q落在中心線段的延長線上。

優選地，所述旋流流道的螺線狀外側壁按照對數螺線、黃金螺線或者漸開線規律進行構建。

按照其中一種實施實例，外側壁的輪廓線按黃金螺線給出，流體在旋流流道中流動矢量圖如圖7所示。

外側壁的輪廓線的曲線半徑的變化，遵從以下極坐標公式：

式中：r為曲線半徑；w為黃金螺線在[0,2π]範圍內，起始點與終點之間的距離；θ為旋轉的角度；b為θ＝2π時曲線與旋流中心的距離；為黃金螺線比例因子；

亦可按笛卡爾坐標公式：

z＝0

w為黃金螺線在[0,2π]範圍內，起始點與終點之間的距離；t為時間步長。

外側壁的輪廓線所遵從的黃金螺線在繪製的過程中，亦可採用「黃金矩形法」做近似畫法，即在黃金矩形(寬長之比為0.618的矩形)裡靠著三邊做成一個正方形，剩下的那部分則又是一個黃金矩形，可以依次再做成正方形。之後將這些「黃金矩形」的第一個點按順序連接，從而使得在同一半徑線上相鄰的極徑比p1/p2＝0.618，即可得到一條黃金螺線。

繪製如圖6所示：

1、作寬長之比為0.618的矩形abcd。

2、靠著矩形abcd的三邊作正方形abef,則餘下的矩形部分cdfe的寬長之比仍為0.618。

3、靠著矩形cdfe的三邊作正方形cehi，則餘下的矩形部分dfhi的寬長之比仍為0.618。

4、依次類推，依次作出正方形idjk、黃金矩形jfhk和正方形ifnm、黃金矩形mnhk。

5、以點f為圓心，fa為半徑畫圓將點a、點e連接。

6、以點h為圓心，he為半徑畫圓將點e、點i連接。

7、以點k為圓心，ki為半徑畫圓將點i、點j連接。

8、以點m為圓心，mj為半徑畫圓將點j、點n連接。

通過以上步驟，可繪製出一個2π範圍內的黃金螺線aeijn，螺線的極點位置由線段bd、ai、cf、ej共同的交點確定，亦即為霧化流道的旋流中心。

按照其中另一種實施實例，外側壁的輪廓線可按對數螺線的規律形成，流體在旋流流道中流動矢量圖如圖8所示。

圖7、圖8所示的流動狀態，可以看出流體從閥孔進入噴孔板的旋流流道，都表現為先是向噴孔板測的流動擠壓，然後直接旋流，最後從各自的噴孔中噴出。

外側壁的輪廓線的曲線半徑的變化，遵從以下極坐標公式：

曲線半徑的變化，遵從以下公式：

r＝aek*θθ∈[0,2π]

式中：r為曲線半徑；a為基圓半徑；d為基圓直徑；w為對數螺線在[0,2π]範圍內，起始點與終點之間的距離。

亦可按笛卡爾坐標公式：

z＝0

式中：k為對數螺線比例因子；d為基圓直徑，w為黃金螺線在[0,2π]範圍內，起始點與終點之間的距離。

所述的外側壁的輪廓線亦可按漸開線的規律形成，本發明專利中不作具體的說明。

按照一種有利的實施方式，所述的旋流流道在噴孔板的內壁面上優選均布；所述的噴孔的軸線與多孔擠壓旋流噴孔板的軸線平行或成銳角。

按照一種有利的實施方式，所述的至少一個旋流流道的螺線狀外側壁與內側壁及進口側壁均以弧線相切方式過渡連接。

按照一種有利的實施方式，所述的旋流流道的進口端面離多孔旋流噴孔板中心的距離l，如圖3所示，根據旋流流道均布的實施方式，l為進口端面的旋轉布置形成的基圓半徑，該基圓尺寸小於閥孔主流道的孔徑，以保證進液通暢。

按照一種有利的實施方式，所述的多孔擠壓旋流噴孔板的外圓周上由衝壓或其它方式加工有至少一個定位缺口，用於噴孔的加工定位。

根據本發明所設計的多孔擠壓旋流噴孔板，流體從閥孔到達噴孔噴射過程受到擠壓和旋流的雙重作用，使得流體的湍動能和切向旋流速度增加，噴孔處的軸向出口流速減小，貫穿距離減小，能有效增強液滴破碎，改善噴霧質量。

本發明的技術方案所公開的技術手段不僅限於上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特徵任意組合所組成的技術方案。

以上述依據本發明的理想實例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。