本發(fā)明涉及一種多孔擠壓旋流噴射閥，用于對噴霧質(zhì)量有較高要求的流體直接噴射霧化領(lǐng)域，尤其涉及用于內(nèi)燃機(jī)中排氣裝置的噴射器和/或計(jì)量閥。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境問題和能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻，排放法規(guī)日益嚴(yán)格，越來越多的節(jié)能減排技術(shù)被應(yīng)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(fā)動機(jī)廢氣流中凈化氮氧化合物排放的技術(shù)。尿素溶液這種液體還原劑噴入到排氣管內(nèi)，需要盡快地蒸發(fā)、熱解產(chǎn)生氨氣，否則會影響氮氧化合物的轉(zhuǎn)化效率，甚至大液滴會產(chǎn)生排氣管的結(jié)晶問題，堵塞排氣管，因此對噴射閥的霧化質(zhì)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(shè)計(jì)能形成紊流的臺階孔來改善尿素溶液的流動狀態(tài)，來改善尿素溶液的噴霧質(zhì)量，而噴孔板無特別的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只是在平板式的噴孔板上加工至少一個噴孔。此種結(jié)構(gòu)的尿素溶液噴射閥，噴霧質(zhì)量一般，液滴平均直徑較大。

專利cn200910096849.2中所描述的汽油機(jī)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(dǎo)流槽，當(dāng)閥芯上移時，至少一個導(dǎo)流槽與噴孔相連通。該專利從改善燃油的流動狀態(tài)，使燃油從噴孔噴出后成傘狀展開，最終改善噴霧的質(zhì)量。但此種單孔大直徑噴孔式汽油旋流噴油器，由于噴孔直徑較大，所以出口液滴初始粒徑大，霧化質(zhì)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(shè)置多個噴孔，同時利用噴射孔上游產(chǎn)生的紊流來減小噴射粒徑，但需要避免相鄰噴霧之間的干涉。

本發(fā)明利用多孔擠壓旋流噴射，通過在噴孔板上設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)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(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提升現(xiàn)有尿素溶液噴射器的噴霧質(zhì)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(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)液滴初始破碎效果，降低貫穿距離，改善噴霧質(zhì)量。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種多孔擠壓旋流噴射閥，包括閥套，閥套內(nèi)設(shè)置有閥座，閥座內(nèi)開設(shè)有用于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(shè)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于流體出口端面設(shè)置，所述多孔擠壓旋流噴孔板設(shè)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(cè)壁、弧線形內(nèi)側(cè)壁和進(jìn)口側(cè)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(shè)有一個貫穿多孔擠壓旋流噴孔板板厚的噴孔，且弧線形內(nèi)側(cè)壁最遠(yuǎn)突起邊沿超過噴孔的邊沿。本發(fā)明取消了常規(guī)旋流流道結(jié)構(gòu)需要設(shè)計(jì)回旋連接用通路，從閥孔進(jìn)入的液體直接進(jìn)入旋流流道進(jìn)行旋流，因此產(chǎn)生旋流所需尺寸更小，易于實(shí)現(xiàn)噴射閥頭部的小型化。

優(yōu)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(nèi)壁面與閥座的流體出口端面貼合。

進(jìn)一步地，所述旋流流道是在噴孔板的內(nèi)壁面上通過沉槽實(shí)施，形成旋流流道的沉槽由沖壓或其它方式加工而成；噴孔板外壁面由沖壓沉槽形成的凸起，可以磨削進(jìn)一步去除，使得噴孔板外壁面平整，更有利于提升霧化質(zhì)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(shè)置，進(jìn)口端面區(qū)域與閥孔連通形成至少一個相互獨(dú)立的進(jìn)液口。

更進(jìn)一步地，所述的旋流流道在多孔擠壓旋流噴孔板的內(nèi)壁面上均布設(shè)置。

本發(fā)明所述旋流流道的螺線狀外側(cè)壁末端與進(jìn)口側(cè)壁之間通過有利于形成旋流的圓弧狀或其它弧線狀的內(nèi)側(cè)壁連接，且內(nèi)側(cè)壁最遠(yuǎn)突起邊沿超過噴孔的邊沿；使得流體在旋流流道內(nèi)流動過程中，流體的運(yùn)動半徑不斷減小，在接近旋轉(zhuǎn)圓周末端(360度)時，內(nèi)側(cè)壁突起的特殊設(shè)置，減小了旋流末端流線的沖突，能有效地組織流體運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)360度螺旋。此外，簡單的內(nèi)側(cè)壁連接設(shè)計(jì)，過渡圓角尺寸較大，易于沖壓加工成型。

優(yōu)選地，所述旋流流道的螺旋形外側(cè)壁以描繪對數(shù)螺線、黃金螺線或者漸開線的方式延伸設(shè)置。

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

進(jìn)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(dāng)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(yīng)的旋流流道的進(jìn)液口，形成至少一個盤蛇狀流道。

進(jìn)一步設(shè)置，所述的多孔擠壓旋流噴孔板的外圓周上開設(shè)有至少一個定位缺口，用于噴孔的加工定位。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過在多孔擠壓旋流噴孔板上開設(shè)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(yīng)的旋流流道的進(jìn)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(wěn)定、互不影響。流體在噴射前，經(jīng)過進(jìn)液口的擠流，增加了湍動能，在旋流流道內(nèi)形成徑向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步降低了軸向噴射速度，使得溶液從噴孔噴出后在徑向和軸向空間散開，在較短的貫穿距離下，增強(qiáng)了溶液液滴的破碎效果，減小了噴霧粒徑，改善了噴霧質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中多孔擠壓旋流噴孔板的裝配關(guān)系圖；

圖2為本發(fā)明中的多孔擠壓旋流噴孔板俯視圖結(jié)構(gòu)；

圖3為本發(fā)明中的至少一個互相獨(dú)立的進(jìn)液口示意圖；

圖4為本發(fā)明中的至少一個盤蛇狀流道示意圖；

圖5為本發(fā)明中內(nèi)側(cè)壁最遠(yuǎn)突起邊沿與噴孔邊沿的關(guān)系示意圖；

圖6是外側(cè)壁輪廓線為黃金螺線的“黃金矩形法”繪制示意圖；

圖7是外側(cè)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(cè)壁輪廓線為對數(shù)螺線時，溶液在霧化流道中的流動矢量示意圖。

附圖圖標(biāo)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(cè)壁；802-內(nèi)側(cè)壁；803-進(jìn)口端面；9-閥孔；10-進(jìn)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(shí)施方式

本發(fā)明所述多孔擠壓旋流噴射閥用于內(nèi)燃機(jī)排氣裝置scr系統(tǒng)中，噴射和霧化還原劑，如尿素溶液，用于減少內(nèi)燃機(jī)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(cè)壁801、內(nèi)側(cè)壁802、進(jìn)口端面803、閥孔9、進(jìn)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(shù)特征。

本發(fā)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(nèi)設(shè)置有閥座，閥座內(nèi)開設(shè)有用于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(shè)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于流體出口端面設(shè)置，所述多孔擠壓旋流噴孔板設(shè)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(cè)壁、弧線形內(nèi)側(cè)壁和進(jìn)口側(cè)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(shè)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(shí)施方式，噴孔孔徑的大小依照流量需求，采用電火花或激光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(nèi)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(nèi)壁面上通過沉槽實(shí)施，沉槽由沖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(yīng)至少一個相互獨(dú)立的進(jìn)液口，如圖3所示。噴孔板外壁面由沖壓沉槽形成的凸起，可以磨削去除至噴孔板外壁面成一平面，進(jìn)一步縮短了噴孔長度，更有利于提升霧化質(zhì)量。

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

當(dāng)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(jìn)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(wěn)定、互不影響。流體在噴射前，經(jīng)過進(jìn)液口的擠流，增加了湍動能，在旋流流道內(nèi)形成徑向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步降低了軸向噴射速度，使得尿素溶液從噴孔噴出后在徑向軸向空間散開，在較短的貫穿距離下，增強(qiáng)液滴的破碎效果，減小噴霧粒徑，改善噴霧質(zhì)量。

如圖5所示，按照一種有利的實(shí)施方式，作輔助線段uv與內(nèi)側(cè)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(diǎn)o的距離滿足大于線段yz離離多孔擠壓旋流噴孔板中心點(diǎn)o的距離。按照一種有利的實(shí)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(cè)壁末端終點(diǎn)連接的直線為中心線段，螺旋狀外側(cè)壁始端與中心線段的延長線相交于一點(diǎn)，或者螺線狀外側(cè)壁的起點(diǎn)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(cè)壁輪廓末端終點(diǎn)s連接的直線為線段o′s，螺線狀外側(cè)壁輪廓起始點(diǎn)p與線段o′s的延長線相交于一點(diǎn)，或者螺線狀外側(cè)壁的起點(diǎn)落在中心線段的延長線上。

按照一種有利的實(shí)施方式，所述的每個旋流流道的內(nèi)側(cè)壁起始點(diǎn)q與中心線段的延長線相交于一點(diǎn)，或者內(nèi)側(cè)壁起始點(diǎn)q落在中心線段的延長線上。

優(yōu)選地，所述旋流流道的螺線狀外側(cè)壁按照對數(shù)螺線、黃金螺線或者漸開線規(guī)律進(jìn)行構(gòu)建。

按照其中一種實(shí)施實(shí)例，外側(cè)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(cè)壁的輪廓線的曲線半徑的變化，遵從以下極坐標(biāo)公式：

式中：r為曲線半徑；w為黃金螺線在[0,2π]范圍內(nèi)，起始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離；θ為旋轉(zhuǎn)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(biāo)公式：

z＝0

w為黃金螺線在[0,2π]范圍內(nèi)，起始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離；t為時間步長。

外側(cè)壁的輪廓線所遵從的黃金螺線在繪制的過程中，亦可采用“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)里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。之后將這些“黃金矩形”的第一個點(diǎn)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。

繪制如圖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,則余下的矩形部分cdfe的寬長之比仍為0.618。

3、靠著矩形cdfe的三邊作正方形cehi，則余下的矩形部分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(diǎn)f為圓心，fa為半徑畫圓將點(diǎn)a、點(diǎn)e連接。

6、以點(diǎn)h為圓心，he為半徑畫圓將點(diǎn)e、點(diǎn)i連接。

7、以點(diǎn)k為圓心，ki為半徑畫圓將點(diǎn)i、點(diǎn)j連接。

8、以點(diǎn)m為圓心，mj為半徑畫圓將點(diǎn)j、點(diǎn)n連接。

通過以上步驟，可繪制出一個2π范圍內(nèi)的黃金螺線aeijn，螺線的極點(diǎn)位置由線段bd、ai、cf、ej共同的交點(diǎn)確定，亦即為霧化流道的旋流中心。

按照其中另一種實(shí)施實(shí)例，外側(cè)壁的輪廓線可按對數(shù)螺線的規(guī)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(tài)，可以看出流體從閥孔進(jìn)入噴孔板的旋流流道，都表現(xiàn)為先是向噴孔板測的流動擠壓，然后直接旋流，最后從各自的噴孔中噴出。

外側(cè)壁的輪廓線的曲線半徑的變化，遵從以下極坐標(biāo)公式：

曲線半徑的變化，遵從以下公式：

r＝ae^k*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(shù)螺線在[0,2π]范圍內(nèi)，起始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離。

亦可按笛卡爾坐標(biāo)公式：

z＝0

式中：k為對數(shù)螺線比例因子；d為基圓直徑，w為黃金螺線在[0,2π]范圍內(nèi)，起始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離。

所述的外側(cè)壁的輪廓線亦可按漸開線的規(guī)律形成，本發(fā)明專利中不作具體的說明。

按照一種有利的實(shí)施方式，所述的旋流流道在噴孔板的內(nèi)壁面上優(yōu)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(shí)施方式，所述的至少一個旋流流道的螺線狀外側(cè)壁與內(nèi)側(cè)壁及進(jìn)口側(cè)壁均以弧線相切方式過渡連接。

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

按照一種有利的實(shí)施方式，所述的多孔擠壓旋流噴孔板的外圓周上由沖壓或其它方式加工有至少一個定位缺口，用于噴孔的加工定位。

根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的多孔擠壓旋流噴孔板，流體從閥孔到達(dá)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(qiáng)液滴破碎，改善噴霧質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。