将液体燃料雾化的喷嘴的制作方法

专利名称：将液体燃料雾化的喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种借助于从喷嘴穿流而过的空气来将液体燃料雾化的喷嘴，具有一个空气入口区域、一个空气出口区域、和一个将该空气入口区域与空气出口区域连接起来的流通路径。
这种类型的喷嘴例如用于汽车加热器中。而这种汽车加热器可以例如作为辅助加热器和/或作为停车加热器来使用。
喷嘴用于供应燃烧用的空气，其中，由于燃烧用的空气的流动，使得液体的燃料例如柴油或汽油从一个燃料针阀中带出并被雾化。以这种方式，获得了燃烧用的空气与燃料的混合物，该混合物可以与必要时从其他流通路径输送进来的空气混合后进行燃烧，从而产生加热器运行所需要的热量。这些通过一个燃烧器产生的热量将一个载热介质、例如水或者空气进行加热。
根据现有技术，喷嘴多数都是由金属制成的，其中所使用的是铸造件或者车削件。这种部件的缺点是相对高的制造费用和金属所普遍具有的高导热性。当由于在燃烧器中产生的热而造成的燃料针阀区域的温度上升超过一定值时，这种导热性会造成问题。为了解决这些与金属喷嘴相关的问题，在此前的专利申请中，已经提出使用一种陶瓷喷嘴。
为了将燃烧用的空气与燃料在它们共同的路径中通过喷嘴进行混合，燃烧用的空气的流动特性很重要。为了改进燃烧用的空气的流动特性，在DE 100 39 152 A1中已经提出使燃烧用的空气产生涡旋。以这种方式，能够成功地提高雾化质量、并因而显著提高了燃烧器的效率，原因是燃烧用的空气的速度具有切向运动分量而增大。为了获得这样的涡旋，在喷嘴的入口区域之前连接了一个具有旋流叶片的承载件(Trger)。不过，这种具有在前面连接的旋流叶片的承载件的缺点是需要一个额外的部件，而由于它的缘故可能有时会超出保证喷嘴功能不受干扰所必要的公差。
此外，现有技术中的加热器还存在的问题是在点火销(Gluehstift)相对于流入的燃料/空气一混合物的定位方面，需要保证很小的公差。
本发明的任务是提供一种喷嘴，它可以成本适合地进行制造、具有相对于金属而言较低的导热性，并且从对于燃烧用的空气的流动特性的影响看具有有利的特性，其中避免了校准问题。
该任务是通过独立权利要求1所述的特征来实现的。
在从属权利要求中给出了本发明的一些有利的实施形式。
本发明这样地构造这种喷嘴，即用陶瓷材料来制造喷嘴，在空气入口区域内设有一些用于导流空气的机构，它们使流入的空气产生涡旋，并且这些用于导流空气的机构与喷嘴一体地构成。以这种方式，就提供了一种可以低成本制造的喷嘴。陶瓷材料可易于进行加工，其中鉴于造形可有大量的变型。尤其是导流空气的机构(这些机构在空气入口区域以外将涡旋(Drall)引入到燃烧用的空气中)能够与喷嘴一体地构成。由于使用了陶瓷材料，还具有其它的优点设置于喷嘴中的燃料针阀周围的喷嘴区域不会出现过高的温度，因此不会点燃可能从喷嘴出来的燃料量。通过用于导流空气的机构的一体化构造，能够以简单的方式保证公差，原因是在组装燃烧器时不可能再错误地调整用于导流空气的机构。
本发明的优势性扩展方式为喷嘴具有用于固定点火销的机构。点火销相对于喷嘴的定位对于燃烧器的良好启动是一个重要的参数。在现有技术的加热器中，点火销通常通过燃烧器的壳体固定，由此可能导致其相对于喷嘴的定位波动。通过本发明的喷嘴的特性，即该喷嘴本身具有用于保持点火销的机构，能够排除掉这种偏差。点火销相对于喷嘴始终保持在同一个固定位置上。
此外，本发明的喷嘴还通过以下方式扩展其优势喷嘴至少部分地具有基本上圆柱形的结构，并且用于导流空气的机构构成一些通道，这些通道相对径向方向偏离。垂直于喷嘴轴线流入的空气因此并非径向地输入，而是具有一个偏离。这个偏离决定了输入到燃烧用的空气中的涡旋，因此决定了流动特性、并最终决定了燃烧的特性和质量。
特别有利的是导流空气的机构具有基本上三角形的基面，其中这些角被倒圆。这样可以简单地实现通道的偏离。这些角的倒圆对于均匀的流动特性是有利的。
将导流空气的机构构造成叶片也是有利的。这种叶片同样能够提供一些具有偏离的通道，因此这样也能对燃烧质量施加有利的影响。
在本发明的另一个优选实施形式中考虑，将用于固定点火销的机构作为相对于圆柱体轴线倾斜地延伸的孔来实现。这样，为了适当地定位，仅需要将点火销插入到该孔中。点火销上和/或孔内的一个止挡的作用是，使得点火销被送入到其相对喷嘴的最佳位置中。
本发明的喷嘴通过下面的方式进行特别具有优势的扩展喷嘴的一个至少基本上呈圆柱状的部分，具有一个直径增大的、基本上呈圆柱状的轴环，并且用于固定点火销的机构作为一个相对于圆柱轴线倾斜地伸展的、贯穿此轴环的(钻)孔来实现。以这种方式，点火销能够被固定在一个区域中，其中，它尽量不影响流入的燃料/空气一混合物的流动特性。通过圆柱状的、具有比喷嘴体的其他部分更的直径的轴环，能以简单方式实现这一点。
同样，具有特殊优势的是喷嘴的一个至少基本上呈圆柱状的部分，具有一个直径增大的、基本上呈圆柱状的轴环，并且该圆柱状的轴环具有凹槽来接收装配栓柱。这些装配栓柱例如可以固定地设置于燃烧器的一个挡热板上。以这种方式，喷嘴的相对定位就通过轴环上的凹槽和装配栓柱的位置来确定。由此使得装配特别简单，并且能够在很小的公差下完成。
特别具有优势的方式是该喷嘴是一个文杜里喷嘴。这样，能够以有利地方式将文杜里效应与输入到燃烧用的空气的涡旋形成组合，依靠前者对于从燃料针阀中出来的燃料进行雾化。这些效应互相支持并因此导致高质量的燃烧。
本发明的基本出发点是提供可以低成本制造的喷嘴、并且可以在很宽的范围内改变其造形，其方式是使用陶瓷材料。对喷嘴的造形可以做如下扩展使流入的燃烧用的空气产生涡旋的导流空气的机构，能够与喷嘴一体地构造。此外，陶瓷还具有的优点是能够避免在燃料针阀的区域中的所不期望的高温。
另一个任务是提供用于移动使用的加热器，它可以低成本地制得。
该任务是通过独立权利要求10所述的特征来解决的。本发明的喷嘴所具有的优点也有利地体现在本发明的加热器中。
现在借助于附图、通过优选的实施形成对本发明进行举例说明。
图示为

图1 一个加热器的局部剖面示意图，其中能够应用本发明；图2 本发明的喷嘴的一个实施例的一个局部剖面侧视图；图3 一个本发明的喷嘴的空气入口区域中的俯视图；及图4 一个安装到燃烧器上的本发明的喷嘴。
以下对于图例的描述中，相同的参考标号代表相同的、或者相似的部件。
图1示出了一个加热器的局部剖面示意图，其中能够应用本发明。它是一个具有一个燃烧器12的加热器10，该燃烧器用于燃烧燃料/空气一混合物。加热器包括一个具有一个增压马达36的环形通道鼓风装置14，。通过该环形通道鼓风装置14经一个空气入口接管16吸入燃烧用的空气42，并从压力侧鼓入到一个燃烧用的空气集聚室18中。该燃烧用的空气集聚室18中的燃烧用的空气被分流成一次空气和二次空气。一次空气通过一个喷嘴20被输送到燃烧室24内，在本例中将喷嘴构造成文杜里喷嘴。二次空气则通过一些二次空气孔22输送到燃烧室24中。将燃烧用的空气分流成一次空气和二次空气，有利于在喷嘴20的出口处获得富油的易于点燃的混合物。
喷嘴20包括一个稳定区(Beruhigungszone)26和一个扩压器部分(Diffusor)30，以便产生文杜里效应。在喷嘴20的内部设置了一个燃料针阀28。燃料针阀28通过一个燃料导管82供应燃料44。由于燃烧用的空气在稳定区26内的高流速，从燃料针阀28中几乎无压地流出的燃料呈线状被抽出，它们随后分解成小液滴。对于良好的雾化所需要的高空气流速，可通过扩压器部分30良好的压力回收而得以实现。
此外，在流经扩压器部分30过程中，燃料/空气混合物的流动速度急剧降低，这样，在图2所示的点火销62的区域中获得了很低的流动速度。这一点有助于引火(pilotflamme)的形成及扩展。在启动过程之后，即系统经点火销62点火之后，点火销就关闭掉。接下来它的作用是在使用电阻测量(Widerstandsmessung)的情况下监视火焰。
在燃烧室24内设置了一个挡板(prallscheibe)32，它是一个阻流器，因此由喷嘴20流出的空气被迫转向外侧。这样，一次空气与二次空气进行良好混合，从良好的完全燃烧角度看这一点是有利的。喷嘴20与挡板32之间的区域因此作为混合区34，而位于挡板32另一侧的区域、即处于挡板32的下游的区域，作为反应区38。所产生的混合物在燃烧管40的进一步延伸中燃烧，并通过废气输送部分从加热器10导出。通过所产生的热量使通入的冷水46在热交换器中由废气输送部分加热，这样，热水48从加热器10中流出来。作为热量承载介质，也可以例如使用空气来替换水。
图2示出了喷嘴20的一个实施例的一个部分地剖面侧视图。这样的喷嘴20可例如应用于如图1所示的加热器10中。喷嘴20由陶瓷材料制成，与金属喷嘴相比，这样的喷嘴20的制造被简化。喷嘴20具有一个空气入口区域50和一个空气出口区域52。空气入口区域50与空气出口区域52通过一个流通路径54相连接。该流通路径54在本实施例中划分为一个稳定区26和一个扩压器部分30。在空气入口区域中设置了一些用于导流空气的机构56。这些用于导流空气的元件56与陶瓷喷嘴20一体地构成。用于导流空气的元件56的定向，使得流入的空气发生涡旋，对此，下面还将借助于图3进行详细说明。在稳定区26中可以设置一个燃料针阀28(见图4)，因此从喷嘴20出来的是燃料与空气的混合物。该混合物随后可以通过一个点火销62点燃，后者可以被安置于喷嘴20的一个孔58中去。因此点火销62的定位相对于喷嘴20被确定，因为点火销62被喷嘴20中的一个孔58所固定，也就是说，它并非被随意的其它部件所保持着。这样，在点火销62的安装位置方面能够保持非常小的公差。孔58最好穿过喷嘴20的一个在其半径上扩大的圆柱状轴环64，其优点是喷嘴20的流动特性受孔58及设置于该孔58内的点火销62的影响很小。
图3示出了一个喷嘴的空气入口区域50的一个俯视图。它通过用于导流空气的元件56示出了空气入口区域50的一种可能结构。用于导流空气的元件56构成了用于流入的空气的一些通道60。这些通道60相对于该基本上设置于一个轴线上的结构的径线这样地定位，使得存在一个偏离。由外部流入的空气因此获得涡旋，从燃料的雾化角度看它导致的是一种有利的特性，这里的燃料从设置于稳定区26中的燃料针阀中出来。此外，在本图示中可以看到用来接收点火销的孔58的构造。它贯穿一个基本上呈圆柱形的轴环64。此外该轴环64设置有凹槽66。这些凹槽66确定了喷嘴20的安装位置，对此后面还要借助于图4予以详细说明。
图4示出了本发明的装置的一个局部剖面视图。示出了燃烧器12的朝向喷嘴20的端部。燃烧器12由一个挡热板78构成边界。在本实施例中，在该挡热板78上设置有两个装配栓柱68。这些装配栓柱68可以焊接于挡热板78或者说燃烧器12上。装配栓柱68确定了后面描述的其它部件的定位。首先设置有一个密封件76，它最好由一个云母层和一个石墨层组成，其中，云母层朝向燃烧器12，石墨层朝向喷嘴20。接下来是陶瓷喷嘴20，它用其在图3中所示的凹槽66不可转动地置于装配栓柱68上。在喷嘴20上安置着一个燃料输入装置70，它与燃料针阀28连通。燃料输入装置70借助于设置在一个侧向法兰中的一些孔84、同样通过装配栓柱68定位。燃料输入装置70由一个燃料导管82供应燃料，在该燃料导管中设置了燃料传感器80。跟随着燃料输入装置70是一个弹簧72，它也同样安置在装配栓柱68上。弹簧72被夹紧盘74所固定，后者不可移动地置于装配栓柱68上。图示中的弹簧72处于张紧状态，其方式是弹簧72的腿例如平行于位于其中间的盘。弹簧72处于松弛状态时，弹簧72的腿向上、向位于其中间的盘的方向上弯曲。在图4中未示出的点火销与图2所示的喷嘴20的实施例一致，由它定位并由一个(未示出的)金属丝弹簧(Drahtfeder)所固定，后者支撑于喷嘴20上。
以这种方式，燃料输入装置70及因此燃料针阀28自动地相对于喷嘴20定位。因此，只还有两个构件参与，它们对于燃料的输入和燃料与燃烧用的空气的混合施加影响，因此能够保持很小的公差，而这一点可通过在共同的装配栓柱68上进行轴向装配而得以实现。同样，点火销62可相对于喷嘴20和燃烧器12精确地定位。图4所示的结构的制造可以完全自动化。尤其是装配方向为统一的轴向，使得只有对构件76、20、70、72和74进行“串起”成为必需。密封件76提供了喷嘴陶瓷20与挡热板78的金属之间的热隔绝及耦联及公差补偿。该结构可以以有利地方式通过控制作用力地将夹紧盘74压力套装到装配栓柱68上来装配，这样从结构的热特性和温度特性角度看，能够获得统一的前提条件，通过弹簧72的弹性力能够对那些因各部件受热不同、各部件的最终温度的差异、以及热膨胀系数的差别造成的公差进行补偿。
在上述说明书、附图以及权利要求书中公开的本发明的特征既可以单独地、也可以任意组合作为实施本发明的要素。
参考标号表10加热器 48流出的热水12燃烧器 50空气入口区域14环形通道鼓风装置52空气出口区域16空气入口接管54流通路径18燃烧用的空气集聚室 56导流空气元件20喷嘴58孔22二次空气孔 60通道24燃烧室 62点火销26稳定区 64轴环28燃料针阀66凹槽30扩压器部分 68装配栓柱32挡板70燃料输入34混合区 72弹簧36增压马达74夹紧盘38反应区 76密封件40燃烧管 78挡热板42燃烧用的空气80燃料传感器44燃料82燃料导管46流入的冷水 84孔(在70中)
权利要求
1.喷嘴，它用于将液体燃料借助于从该喷嘴(20)穿流而过的空气进行雾化，具有一个空气入口区域(50)，一个空气出口区域(52)和一个将空气入口区域(50)与空气出口区域(52)连接起来的流通路径(54)，其特征为—喷嘴(20)由陶瓷材料制成，—在空气入口区域(50)中设置有一些用于导流空气的机构(56)，它们使流入的空气发生涡旋，并且—这些用于导流空气的机构(56)与喷嘴(20)一体地构成。
2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征为喷嘴(20)具有用于保持点火销(62)的机构(58)。
3.如权利要求1或2所述的喷嘴，其特征为—喷嘴(20)至少部分地具有基本上呈圆柱状的结构，且—这些用于导流空气的机构(56)构成一些通道(60)，这些通道相对于径向方向偏离。
4.如上述权利要求之一所述的喷嘴，其特征为这些用于导流空气的机构(56)具有基本上三角形的基面，其中这些角被倒圆角。
5.如上述权利要求之一所述的喷嘴，其特征为这些用于导流空气的机构(56)作为叶片构成。
6.如权利要求2至5之一所述的喷嘴，其特征为这些用于保持点火销(62)的机构作为相对于圆柱体轴线倾斜地伸展的孔(58)来实现。
7.如上述权利要求2至6之一所述的喷嘴，其特征为—喷嘴(20)的一个至少基本上呈圆柱状的部分，具有一个基本上呈圆柱状的、并带有增大的直径的轴环(64)，且—用于保持点火销(62)的机构作为相对于圆柱轴线倾斜地伸展、并贯穿轴环(64)的孔(58)来实现。
8.如上述权利要求之一所述的喷嘴，其特征为—喷嘴(20)的一个至少基本上呈圆柱状的部分，具有一个基本上呈圆柱状的、并带有增大的直径的轴环(64)，且—圆柱状的轴环(64)具有一些凹槽(66)来接收装配栓柱(68)。
9.如上述权利要求之一所述的喷嘴，其特征为喷嘴(20)为一个文杜里喷嘴。
10.用于移动地使用的、尤其是用于汽车中的加热器(10)，具有一个燃烧器(12)来使燃料/空气混合物燃烧，其中燃烧器(12)具有一个喷嘴(20)，其特征是喷嘴(20)为按上述权利要求之一所述的喷嘴。
全文摘要
本发明涉及一种喷嘴，用于将液体燃料借助于从喷嘴(20)穿流而过的空气进行雾化，具有一个空气入口区域(50)，一个空气出口区域(52)和一个将空气入口区域(50)与空气出口区域(52)连接起来的流通路径(54)，其中，喷嘴(20)由陶瓷材料制成，在空气入口区域(50)中设有一些用于导流空气的机构(56)，这些机构使流入的空气发生涡旋，并且这些用于导流空气的机构(56)与喷嘴(20)一体地构成。本发明还涉及一种移动地适用的、装备有一个这种喷嘴(20)的加热器(10)。
文档编号F23D11/10GK1748108SQ03826063
公开日2006年3月15日 申请日期2003年2月28日 优先权日2003年2月28日
发明者马库斯·诺伊米勒, 克里斯蒂安·贝克尔, 克里斯蒂娜·扎林格, 费利克斯·沃尔夫, 斯特凡·孔茨, 弗洛里安·梅茨 申请人:韦巴斯托股份公司