专利名称：喇叭形喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷嘴，尤其涉及包括喇叭形(或漏斗状)部分的喷嘴。
背景技术：
废气后处理系统通常与柴油发动机一起用来减少废气中的氮氧化物(NOx)的量。 一种后处理系统包括将还原剂(如氨、燃料或尿素)喷射到废气中的喷射器。然后废气被输送到催化转化器，在该催化转化器处，随着还原剂与废气中的氮氧化物反应形成水和氮， 废气中氮氧化物的量减少。在催化转化器中反应之后，将废气从催化转化器释放到大气。喷射器通常包括喷射器孔口，喷射器将还原剂从喷射孔口喷出。在还原剂喷到废气管道中时改变喷射孔口处的还原剂的压力在至少一些后处理系统中可能是有益的。在不同压力下将还原剂喷射到废气管道中可能产生不同的喷流型式(或雾化状态)。也就是说， 喷射器的喷流型式根据喷射器的压力改变。更具体地，当喷射器孔口中的压力增大，还原剂从喷射器喷出的角动量也增大。由于角动量增大，还原剂以更大的角度喷射到废气管道中。 因此，改变喷射器孔口处的压力可导致还原剂的改变的喷流型式。至少一些废气管道可能是在假定喷射器以大致恒定的喷流型式喷射还原剂情况下设计的，并没有考虑到压力。因此，需要喷射器在变化的压力下从喷射器孔口喷射还原剂，同时仍保持大致恒定的喷流型式。
图1是包括针(针状件)、针导向件、流体和喷嘴的喷射器的局部剖视图；图2是图1中的喷嘴的放大图，其中包括孔口和喇叭形部分；图3是喷嘴的局部剖视图，流体从此处离开/排出喷嘴；图4是喷嘴的局部剖视图，其中，流体以不同于图3所示喷嘴的供给压力离开喷嘴；以及图5是一种雾化流体的方法的流程图。
具体实施例方式现在参考下面的讨论以及附图，这些附图详细示出所公开的系统和方法的示例性方案。尽管附图提供一些可能的方案，但各附图不一定按比例绘出，且一些零部件可能被放大、除去或局部地剖开，以便更好地图解和阐释本发明。另外，本文所述的说明内容并非意在穷举，也不意味着将权利要求限制或约束为附图中所示及以下详细说明中所公开的精确形式和构型。此外，在下面的讨论中可以加入一些常数。在一些情况下，提供一些示例性的常数的值。在另一些情况下，未给出具体的值。这些常数的值将取决于相关硬件的特性和这些特性彼此之间的相互关系以及与所公开的系统有关的环境条件和操作条件。图1示出用于喷射流体30的示例性喷雾器20。尽管图1将喷雾器示出为喷射器，但同样可以使用任何类型的雾化装置，例如但不限于汽化器、喷枪、弥雾器或喷雾瓶。流体 30能以喷雾形式离开喷雾器20，该喷雾限定一喷流型式。喷流型式可以是当流体30排出喷雾器20时的流体液滴图形。流体30以一供给压力被供应给喷雾器20，在至少一些情况下供给压力可以改变。这是因为对于喷雾器20改变供给压力可能是有利的。然而，当供给压力改变时，离开喷雾器20的流体30的喷流型式也发生改变。改变流体30的喷流型式可能是不希望的，因为至少一些应用可能是在假定喷流型式保持大致恒定的情况下设计的。喷雾器20可以不同于至少一些其它类型的喷射器，因为即使当流体30的供给压力改变时，喷雾器20也可以保持大致恒定的喷流型式。在一个实施例中，喷雾器20可以是旋流式喷射器，并可包括针32、针导向件34、喷雾器入口 36、喷雾器出口 38、旋流室40、偏压构件42 (以弹簧的形式示出)、以及螺线管44。 流体30可以是能雾化的任何流体，而在一个实施例中，流体30可以是用于废气后处理系统中的流体，例如但不限于氨、燃料或尿素。喷雾器出口 38包括喷嘴50，在该喷嘴处，流体30 可以经由该喷嘴50通过喷雾器出口 38离开喷雾器20。然后流体30可以被喷射到任何预定位置。图1是在废气后处理系统中所利用的喷雾器20的示例性示图，在该废气后处理系统中，离开喷雾器20的流体30被喷射到废气流52中。图1示出处于打开位置的喷雾器20。在打开位置，流体30通过喷雾器入口 36进入喷雾器20中，行进到旋流室40并通过喷雾器出口 38离开喷雾器20。针32可以安设在针导向件；34内的针座60上。在打开位置，针32可以朝第一方向0缩回，该第一方向0大致与朝向喷雾器出口 38的方向相反。喷嘴50包括孔口 62，当喷雾器20处于打开位置时， 孔口 62不被针32的梢端64阻塞。当针32朝向第二方向C被推动时，喷雾器20处于闭合位置，该第二方向C是朝向喷雾器出口 38的方向。在闭合位置，针32的梢端64沿着针座表面66安设在孔口 62附近。当处于闭合位置时，孔口 62至少部分地被针32的梢端堵住， 使得可以至少部分地限制流体30从喷嘴50排出。随着流体30通过喷雾器出口 38离开喷雾器20，可形成喷流型式S。喷流型式S 可定义为当流体30离开喷射器时流体喷雾的图形/型式。喷流型式S包括在流体30由喷雾器20雾化时可形成的一系列流体液滴。喷流型式S可包括喷射角A。图2是喷嘴50的放大视图。孔口 62包括在孔口 62的外表面70之间测量的孔口直径D。在一个示例中，孔口 62可以是大致圆柱形。喷嘴50还包括喇叭形部分72和出口部分74。流体30通过出口部分74离开喷嘴50，喇叭形部分72可位于孔口 62和出口部分 74之间。喇叭形部分72的几何形状可以是大致漏斗形。在一个示例中，喇叭形部分72包括大致锥形的轮廓，其中，喇叭形部分72的外表面76朝着出口部分74向外倾斜/形成角度。喇叭形部分72的外表面76可限定一喇叭角(trumpet angle) 80，该喇叭角80确定外表面76相对于彼此形成角度的定位。在如图1至4中各自所示的示例中，喇叭角80小于九十度。在所示的示例中，表面76关于纵向轴线A-A对称，并包括大致恒定的角度。然而， 在另一些方案中，表面76可具有一弯曲部分，该弯曲部分具有变化的角度，同时仍保持表面的对称性。在另外一些方案中，表面可以不必对称。喷嘴50还可包括内部第一边缘82和对置的在纵向上与第一边缘82间隔开的外部第二边缘84。第一边缘82可位于孔口 62和喇叭形部分72之间，第二边缘84可位于出口部分74处。当孔口 62的外表面70过渡到喇叭形部分72的外表面76时，可形成第一边缘82。当喇叭形部分72终止于出口部分74时，可形成第二边缘84。第一边缘82和第二边缘84可限定喇叭高度(trumpet height) H。更具体地，在一个示例中，喇叭高度H可定义为第一边缘82和第二边缘84之间的距离。喇叭高度H可以大于孔口直径D。喷流型式S可至少部分地由孔口 62和喇叭形部分72两者的几何形状决定。也就是说，保持喇叭角80小于九十度以及允许喇叭高度H大于孔口直径D可产生喷嘴50的特定流动特性。更具体地，喇叭形部分72可包括在喷嘴50中，以便在喷嘴50中的流体30的供给压力发生改变时保持大致恒定的喷流型式S (如图1所示)，这将在下面更详细地讨论。图3至4示出离开喷嘴50的流体30，在图3中供应至孔口 62的流体30的供给压力大于图4中供应至孔口 62的流体30的供给压力。尽管图3至4中喷嘴之间的供给压力不同，但应该注意，喷流型式大致相同。也就是说，喷嘴50可以不同于至少一些其它的喷雾器喷嘴，因为喷嘴50可具有在供给压力改变时保持大致恒定的喷流型式S的能力。相反， 一些其它类型的喷雾器喷嘴在供给压力改变时可能包括不同的喷流型式。在一个示例性示图中，在图3中流体30的供给压力可为约IOOpsi (689. 5kpa)，而在图4中流体30的供给压力为约40psi (275. 8kpa)，然而，应该注意，可针对任何供给压力范围调整喷嘴50的几何形状。还应该注意，尽管图3至4仅示出两个不同的供给压力，但利用喷嘴50也可以使用多于两个的供给压力。在至少一些类型的应用中包括大致恒定的喷流型式S可以是有利的。例如，图1 示出被喷射到废气流52中的流体30，该废气流可位于废气管道(未示出)内。至少一些废气管道可在假定喷流型式S保持大致恒定的情况下设计。通过喷嘴50与在假定流体30的供给压力改变时喷流型式大致恒定的情况下设计的废气管道一起使用，则可利用到改变流体30的供给压力所提供的一些优点。例如，在至少一些后处理系统中，当流体30喷射到废气流52中时改变喷雾器20的出口部分74处的流体30的压力可以是有益的。返回到图3，当流体30以比如图4所示的流体30更高的供给压力前进时，该流体 30被示出为大致接触喇叭形部分72的外表面76。流体30在喷嘴50的第二边缘84处中断/脱开/脱离(break)与喷嘴50的接触。通过将喇叭角80的大小确定为小于九十度， 流体30的流速可随着流体30接触喇叭形部分72的外表面76而减小。在如图1至4所示的实施例中，喷嘴50包括在旋流式喷雾器中，旋流式喷雾器意味着当流体30离开喷嘴50时，流体30可沿着大致圆形的方向旋转。由于图3中喷嘴的供给压力大于图4中喷嘴的供给压力，所以与图4中的流体相比，图3中流体30的速率可以更快。因此，如果从喷嘴50中省去喇叭形部分72，则图3所示的流体包括一喷射角A，该喷射角大于图4中所示的流体30的喷射角，因为较高的速率转变为较大的喷射角A。换句话说，喇叭形部分72可包括在喷嘴50中以使处于更高的供给压力下的流体30的速度放慢。转到图3，随着流体30在喇叭形部分72内部旋转，流体30损失角动量。也就是说，由于流体30接触喇叭形部分72的倾斜的外表面76，所以流体30损失动量。另外，由于喇叭高度H可以大于孔洞直径D，所以流体30具有足够的行进距离以使流体30损失动量。 因此，由于喇叭形部分72的倾斜的外表面76和高度H，当流体30离开喷嘴50，可以损失足够的动量以供流体30形成喷流型式S。也就是说，喇叭形部分72使流体30在较高供给压力下以喷射角A喷射，该喷射角A可以基本上与如图4所示的在较低供给压力下的喷射角A大致相同。因此，由于至少几个原因，在喷嘴50中包括喇叭形部分72可以是有利的，其中喇叭角80小于九十度且喇叭高度H大于孔口直径D。首先，如果没有喇叭形部分72，则喷流型式S的角度A可能增大。而且，如果喇叭角80大于九十度，则喇叭形部分将不接触流体 30，且喷流型式S的角度A可能增大。此外，如果喇叭高度H不大于孔口直径D，则流体30 可能没有足够的行进距离供流体30减小速度。结果，流体30不能充分地减小速度以便以喷射角A离开喷嘴50。图4是以低于如图3所示流体30的供给压力行进的流体30的示意图，其中流体 30在进入喇叭形部分72之前接触喇叭形部分72的第一边缘82。然后流体30行进到喷嘴 50以外以产生喷流型式S和喷射角A。由于流体在第一边缘82处以较低的供给压力脱离/ 摆脱喷嘴50，所以流体30离开喷嘴50产生喷流型式S，该喷流型式S类似于在图3中所看到的喷流型式S。这是由于如图4所示的较低供给压力流体30突跃脱离第一边缘82以及如图3所示的较高供给压力流体30突跃脱离第二边缘84两者产生几乎相同的喷射角A。通过使喇叭高度H大于孔口直径D，以及通过使喇叭角80保持小于九十度，即使进入孔口 62的流体30的供给压力增大，喷流型式S和喷射角A也保持大致相同。尽管在图3 至4中仅示出两个不同的供给压力，但应该理解，也可以使用多于两个的不同供给压力。在一个示例中，喷雾器20可包括第三供给压力，该第三供给压力不同于第一供给压力和第二供给压力。当流体30以第三供给压力离开喷雾器20时，喷流型式S和喷射角A可保持大致恒定，类似于图3至4中各自所示的喷流型式S。还公开了一种雾化流体30的方法，该方法在图5中总的示出为流程200。流程200 开始于步骤202，在此提供喷嘴50和流体30。如上所述，喷嘴50包括孔口 62、喇叭形部分 72、出口部分74、第一边缘82和第二边缘84。第一边缘82可以限定在孔口 62和喇叭形部分72之间。第二边缘84可以限定在出口部分74处。然后流程200可以前进到步骤204。在步骤204中，流体30可以在第一供给压力下从喷嘴50喷出。如上所述，第一供给压力可以是供应至孔口 62的流体30的压力。当流体30在第一供给压力下从喷嘴50喷出时，流体30在第一边缘82处脱开与喷嘴50的接触(如图4所示)，然后流程200可以前进到步骤206。在步骤206中，流体30可以在第二供给压力下从喷嘴50喷出，其中第一供给压力可以小于第二供给压力。当流体30在第二供给压力下从喷嘴50喷出时，流体在第二边缘 84处脱开与喷嘴50的接触。在一个示例中，第一供给压力可为约40psi(275.8kPa)，第二供给压力可为约IOOpsi (689. 5kPa)。然而，应该注意，可针对一可接受的供给压力范围调整喷嘴50的几何形状。然后流程200可以前进到步骤208。在步骤208中，流体30可以在第三供给压力下从喷嘴50喷出。如前所述，第三供给压力可以不同于第一供给压力和第二供给压力。当流体30在第三供给压力下从喷嘴50 喷出时，流体30可以在第一边缘82或第二边缘84 二者之一处或者可能沿着表面76在边缘之间脱开与喷嘴50的接触，这可以取决于第三供给压力的值。更具体地，在一个示例中， 如果第三供给压力可以大于第一供给压力和第二供给压力两者，则流体30可以在第二边缘84处脱开与喷嘴的接触。可选地，如果第三供给压力小于第一供给压力和第二供给压力两者，则流体30可以在第一边缘82处脱开与喷嘴的接触。然后流程200可以前进到步骤210。在步骤210中，当流体30从喷嘴50喷出时，可保持喷射角S。换句话说，当流体 30的供给压力改变时，喷射角S可以保持大致恒定。例如，当供给压力在第一供给压力、第二供给压力和第三供给压力之间改变时，喷射角S可以保持大致恒定。然后流程200可以终止。本发明尤其是关于上述示图示出并说明，它们仅仅是用于实施本发明的最佳方式的示例性说明。本领域技术人员应该理解，在不脱离如权利要求书所述的本发明的精神和范围的情况下，在实践本发明时，可以采用与本文所述示例不同的可选方案。力图由下面的权利要求书限定本发明的范围，并且在这些权利要求及其等同方案的范围内的方法和设备均被涵盖。本发明的描述应理解为包括本文所述的元素的所有新的、非显而易见的组合，并且对于这些元件的任何新的、非显而易见的组合，可以在本申请或以后的申请中提出权利要求。此外，前述描述仅仅是示例性的，且对于在本申请或以后的申请中可以要求保护的所有可能的组合而言，任何单个的特征或元素都不是必不可少的。
权利要求
1.一种沿着轴线(A-A)延伸的喷嘴(50)包括孔口部分(62)，该孔口部分(62)包括大致垂直于轴线(A-A)的孔口直径⑶；允许流体(30)离开喷嘴(50)的出口 ；位于孔口部分(62)和出口之间的喇叭形部分(72)，其中喇叭形部分(72)的外表面 (84)朝着出口向外倾斜；在喇叭形部分(72)的外表面测量的喇叭角(80)，该喇叭角(80)小于九十度；以及在喇叭形部分(72)测量的大致平行于轴线(A-A)的喇叭高度(H) (H)，其中喇叭高度 (H)大于孔口直径(D)。
2.如权利要求1所述的喷嘴(50)，其特征在于，喷嘴(50)是喷雾器00)的一部分。
3.如权利要求2所述的喷嘴(50)，其特征在于，喷雾器00)是旋流式喷雾器。
4.如权利要求1所述的喷嘴(50)，其特征在于，喷嘴(50)的出口包括喷射角(A)，其中喷射角㈧由离开喷嘴(50)的流体(30)的喷流型式⑶限定。
5.如权利要求4所述的喷嘴(50)，其特征在于，还包括至少两个不同的供给压力，其中两个不同的供给压力是供应至孔口部分(6 的流体(30)的压力。
6.如权利要求5所述的喷嘴(50)，其特征在于，在两个不同的供给压力之间喷射角(A) 保持大致恒定。
7.如权利要求5所述的喷嘴(50)，其特征在于，第一供给压力为约40psi，第二供给压力为约IOOpsi0
8.如权利要求5所述的喷嘴(50)，其特征在于，还包括第一边缘(82)和第二边缘 (84)，其中第一边缘(82)位于孔口部分(62)和喇叭形部分(72)之间，第二边缘(84)部分位于出口处。
9.如权利要求8所述的喷嘴(50)，其特征在于，在第一供给压力下流体(30)在第一边缘(8 脱离接触，在第二供给压力下流体(30)在第二边缘(84)脱离接触，第一供给压力小于第二供给压力。
10.如权利要求1所述的喷嘴(50)，其特征在于，喇叭形部分(72)包括大致锥形的几何形状。
11.一种包括喷嘴(50)的喷雾器(20)，该喷雾器00)包括孔口部分(62)，该孔口部分(62)包括孔口直径(D)；允许流体(30)离开喷嘴(50)的出口 ；位于孔口部分(62)和出口之间的喇叭形部分(72)，其中喇叭形部分(72)的外表面 (84)朝着出口向外倾斜；在喇叭形部分(72)的外表面(84)测量的喇叭角(80)，该喇叭角(80)小于九十度；以及在位于孔口部分(62)和喇叭形部分(72)之间的内边缘(76)与由出口形成的外边缘 (84)之间、在喇叭形部分(72)测量的喇叭高度(H)，其中喇叭高度(H)大于孔口直径(D)。
12.如权利要求11所述的喷雾器(20)，其特征在于，喇叭形部分(72)的尺寸被确定为使得流体(30)接触喇叭形部分(72)的至少一部分。
13.如权利要求12所述的喷雾器(20)，其特征在于，流体(30)接触内边缘(76)和外边缘(84)中的至少一者。
14.如权利要求11所述的喷雾器(20)，其特征在于，喷雾器00)是旋流式喷雾器。
15.如权利要求11所述的喷雾器(20)，其特征在于，在第一供给压力下流体(30)在内边缘(76)脱离接触，在第二供给压力下流体(30)在外边缘脱离接触，第一供给压力小于第二供给压力。
16.如权利要求11所述的喷雾器(20)，其特征在于，喇叭形部分(72)包括大致锥形的几何形状。
17.一种雾化流体(30)的方法，该方法包括提供喷嘴(50)和流体(30)，其中喷嘴(50)包括孔口部分(62)、喇叭形部分(72)、出口、第一边缘(8 和第二边缘(84)，第一边缘(8 限定在孔口部分(6 和喇叭形部分 (72)之间，第二边缘(84)限定在出口处；使流体(30)在第一供给压力下从喷嘴(50)喷出，其中第一供给压力是供应至孔口 (62)的流体(30)的压力，流体(30)在第一边缘(82)脱离与喷嘴(50)的接触；使流体(30)在第二供给压力下从喷嘴(50)喷出，其中第一供给压力小于第二供给压力，并且流体(30)在第二边缘(84)脱离与喷嘴(50)的接触；以及当流体(30)从喷嘴(50)喷出时保持大致恒定的喷射角(A)，其中喷射角㈧由离开喷嘴(50)的流体(30)的喷流型式(S)限定。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括使流体(30)在第三供给压力下从喷嘴(50)喷出的步骤，其中第三供给压力不同于第一供给压力和第二供给压力。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括当流体(30)在第三供给压力下从喷嘴(50)喷出时保持大致恒定的喷射角(A)的步骤。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，第一供给压力小于第二供给压力。
全文摘要
本发明涉及一种喷嘴，该喷嘴包括孔口部分、出口和喇叭形部分。孔口部分包括孔口直径。出口可供流体排出喷嘴。喇叭形部分位于孔口部分和出口之间，其中喇叭形部分的外表面朝着出口向外倾斜。喇叭形部分包括喇叭角。喇叭角在喇叭形部分的外表面测得，其中喇叭角小于九十度，还包括喇叭高度，其中喇叭高度在喇叭形部分测得，且喇叭高度大于孔口直径。
文档编号F01N3/36GK102292527SQ200980155144
公开日2011年12月21日 申请日期2009年12月21日 优先权日2008年12月22日
发明者W·D·班伯尔 申请人:伊顿公司