燃?xì)鉁u輪發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，包括一個或多個燃料噴射器，所述燃料噴射器包括中心體、進(jìn)氣管道、混合管道、旋流器和流量調(diào)節(jié)器，所述進(jìn)氣管道和混合管道被定位成圍繞該中心體，以限定空氣流動通道。所述旋流器位于該進(jìn)氣管道和混合管道之間。流量調(diào)節(jié)器被設(shè)置在相對于旋流器的上游的空氣流動通道中。流量調(diào)節(jié)器具有被配置成將空氣沿圓周均勻地分布在進(jìn)氣管道內(nèi)的多孔板。本實用新型提供了一種空氣和燃料的均勻混合模式以形成均勻的空氣-燃料混合物，并且可以實現(xiàn)空氣-燃料混合物在燃燒室中的完全燃燒。
【專利說明】燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料噴射器，更具體地涉及用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中均勻地混合空氣和燃料的燃料噴射器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，發(fā)動機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)變得越來越嚴(yán)格。為了達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動機(jī)制造商正在不斷努力實現(xiàn)可能會遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)中指定的允許范圍的排放水平。一些通常已知的由燃料的燃燒產(chǎn)生的污染物有一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和氮氧化物。
[0003]在某些情況下，對污染物的允許范圍，假定按兆比率(ppm)計算，可以通過在操作過程中改變發(fā)動機(jī)的空氣-燃料比來滿足。先前已知的系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)對空氣-燃料比的改變。然而，這些系統(tǒng)不能均勻地分配空氣和燃料以實現(xiàn)空氣和燃料的均勻混合模式，因此，可能會產(chǎn)生用于燃燒的非均勻的空氣-燃料混合物。
[0004]第8，186，162號美國專利涉及一種用于渦輪發(fā)動機(jī)的燃料噴嘴。該燃料噴嘴具有帶引燃的中心體構(gòu)件、環(huán)繞筒形殼體、混合管道和進(jìn)氣管道。該燃料噴嘴還具有位于該進(jìn)氣管道和該混合管道之間的主要燃料噴射裝置。該主要燃料噴射裝置被配置成將燃料流引入該筒構(gòu)件中以產(chǎn)生隨后被旋流器預(yù)混合的燃料/空氣混合物。該燃料/空氣混合物隨后在該混合管道中進(jìn)一步混合，并從噴嘴噴出，進(jìn)入燃燒室中用于燃燒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于提供一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，用于實現(xiàn)空氣和燃料在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的均勻混合。
[0006]在一方面，本實用新型提供了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料噴射器，所述燃料噴射器包括中心體、進(jìn)氣管道、混合管道、旋流器和流量調(diào)節(jié)器；所述進(jìn)氣管道和混合管道被定位成圍繞該中心體，以限定空氣流動通道；所述旋流器被定位于該進(jìn)氣管道和混合管道之間；所述流量調(diào)節(jié)器被設(shè)置在該空氣流動通道相對于旋流器的上游；所述流量調(diào)節(jié)器具有被配置成將空氣沿圓周均勻地分布在該進(jìn)氣管道內(nèi)的多孔板。
[0007]在另一方面，本實用新型還公開了一種包括燃燒室和一個或多個與所述燃燒室相關(guān)聯(lián)的燃料噴射器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)；所述燃料噴射器包括中心體、進(jìn)氣管道、混合管道、旋流器和流量調(diào)節(jié)器；所述進(jìn)氣管道和混合管道被定位成圍繞所述中心體，以限定空氣流動通道；所述旋流器位于所述進(jìn)氣管道和混合管道之間；所述流量調(diào)節(jié)器被設(shè)置在所述空氣流動通道相對于旋流器的上游，所述流量調(diào)節(jié)器具有被配置成將空氣沿圓周均勻地分布在該進(jìn)氣管道內(nèi)的多孔板。
[0008]進(jìn)一步的，所述流量調(diào)節(jié)器包括圓柱體，其裝配在進(jìn)氣管道并圍繞燃料噴射器的中心體。
[0009]其中，所述多孔板位于圓柱體的下游端。
[0010]又進(jìn)一步的，所述圓柱體包括在其上限定開口的外表面。
[0011]優(yōu)選的，所述多孔板包括圓穿孔或者彎曲的矩形穿孔。
[0012]進(jìn)一步的，所述旋流器包括多個葉片，所述葉片從中心體向外延伸并進(jìn)入空氣流動通道。
[0013]又進(jìn)一步的，所述葉片包括多個燃料噴口。
[0014]其中，所述中心體包括配置成噴射燃料的引燃流的引燃燃料噴射器。
[0015]上述技術(shù)方案提供了一種空氣和燃料的均勻混合模式以形成均勻的空氣-燃料混合物，并且可以實現(xiàn)空氣-燃料混合物在燃燒室中的完全燃燒。由此可以使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的排放水平降低，并且可以等于或小于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的排放要求所確定的允許極限。
[0016]本實用新型的其它特征和方面將從以下說明和附圖中顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是根據(jù)本實用新型的一個實施例的示例性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的剖面圖；
[0018]圖2是圖1中示例性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)使用的燃料噴射器的前剖視圖；
[0019]圖3-5是根據(jù)本實用新型的各示例性的實施例的流量調(diào)節(jié)器的前透視圖；
[0020]圖6是將空氣-燃料混合物輸送到示例性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒室的方法流程圖。

【具體實施方式】
[0021]本實用新型涉及用于在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中使用的燃料噴射器的氣流調(diào)節(jié)器。雖然，本實用新型重點在于在此公開的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、結(jié)構(gòu)、步驟以及方法，其可以類似地適用于在其它類型的發(fā)動機(jī)例如內(nèi)燃機(jī)中使用的燃料噴射器。圖1示出了示例性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的剖視圖。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100可以是任何類型的。在一個實施例中，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100可以被用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電或其它機(jī)械組件，例如壓縮機(jī)。在其它實施例中，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100可以用于移動機(jī)器，例如但不限于運(yùn)土機(jī)器、客車、船舶或本領(lǐng)域已知的任何其它移動機(jī)器。
[0022]該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100可以包括壓縮機(jī)部分102、燃燒器部分104、渦輪機(jī)部分106和排氣部分108。該壓縮機(jī)部分102可以包括一系列的固定連接到中心軸112周圍的壓縮機(jī)葉片110。該壓縮機(jī)葉片110可以旋轉(zhuǎn)以壓縮空氣。當(dāng)該中心軸112旋轉(zhuǎn)時，該壓縮機(jī)葉片110可以將空氣吸入到該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100中并加壓空氣，然后該加壓空氣可以被導(dǎo)向該燃燒器部分104。可以設(shè)想該壓縮機(jī)部分102可以進(jìn)一步包括壓縮機(jī)葉片(未示出)，該壓縮機(jī)葉片獨立于中心軸112并在渦輪發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間保持靜止。
[0023]該燃燒器部分104可以將液態(tài)的和/或氣態(tài)的燃料與來自壓縮機(jī)部分102的壓縮空氣混合，并燃燒該混合物以產(chǎn)生機(jī)械功輸出。該燃燒器部分104可以包括燃燒室114和一個或多個與該燃燒室114相關(guān)聯(lián)的燃料噴射器116。在如圖1所不的一個實施例中，該燃料噴射器116可以環(huán)狀地布置在中心軸112周圍。該燃燒室114可以遮蔽燃燒過程。該燃料噴射器116可以將液體和氣體燃料中的一種或兩種噴射進(jìn)來自壓縮機(jī)部分102的壓縮空氣流中，用于在燃燒室114內(nèi)的點火。當(dāng)燃料/空氣混合物燃燒時，受熱的分子會膨脹并以高速運(yùn)動進(jìn)入渦輪機(jī)部分106。
[0024]該渦輪機(jī)部分106可以包括一系列的固定連接到中心軸112的可以旋轉(zhuǎn)的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片118。當(dāng)該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片118被來自燃燒器部分104的高能分子轟擊時，膨脹分子可以使中心軸112旋轉(zhuǎn)，從而將燃燒能轉(zhuǎn)化成有用的轉(zhuǎn)動能。該轉(zhuǎn)動能可以從燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100中取出并用于多種用途。除了為各種外用設(shè)備供電，該渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片118與該中心軸112的旋轉(zhuǎn)可以驅(qū)動壓縮機(jī)葉片110的旋轉(zhuǎn)。該排氣部分108可以將廢氣從燃燒器部分104和渦輪機(jī)部分106排放到大氣中。
[0025]如圖2所示，該燃料噴射器116可以包括若干組件，其協(xié)同工作以將氣體和液體燃料噴射到燃燒室114內(nèi)。每個燃料噴射器116包括進(jìn)氣管道120和混合管道122。該進(jìn)氣管道120和該混合管道122 —起限定被配置為接收壓縮端并且向燃燒室114供應(yīng)燃料-空氣混合物的筒形殼體124。
[0026]在如圖2所示的一個實施例中，筒形殼體124可以包括多個空氣噴口 126，其被配置成通過該筒形殼體124的外部的一個或多個流體通道(未示出)來接收來自壓縮機(jī)部分102的壓縮空氣。該進(jìn)氣管道120可以被配置成用于將壓縮空氣沿軸向從壓縮機(jī)部分102(參照圖1)引導(dǎo)至筒形殼體124，并將壓縮空氣的一部分轉(zhuǎn)移到空氣噴口 126。
[0027]該混合管道122可以被配置為將燃料/空氣混合物沿軸向從燃料噴射器116引導(dǎo)到燃燒室114內(nèi)。該混合管道122可以包括流體連通筒形殼體124與燃燒室114的中心開口 128。該燃料噴射器116還進(jìn)一步包括中心體130。該中心體130可以被設(shè)置成徑向地朝向筒形殼體124內(nèi)并沿公共軸線131對齊。
[0028]該進(jìn)氣管道120和該混合管道122被定位成圍繞中心體130，以在它們之間限定空氣流動通道132。該空氣流動通道132被配置為接收來自壓縮機(jī)部分102的壓縮空氣。該燃料噴射器116還可以包括位于中心體130內(nèi)的引燃燃料噴射器134。該引燃燃料噴射器134可以被配置為將加壓燃料的引燃流通過中心體130的頂端136噴射到燃燒室114內(nèi)，以便于發(fā)動機(jī)的起動、怠速運(yùn)轉(zhuǎn)、低溫操作和/或燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的稀燃操作。
[0029]該燃料噴射器116進(jìn)一步包括位于該進(jìn)氣管道120和該混合管道122之間的旋流器138。在如圖2所示的一個實施例中，該旋流器138可以環(huán)狀地布置在筒形殼體124與中心體130之間，并且可以被配置成徑向地重定向來自進(jìn)氣管道120的壓縮空氣的軸向流。
[0030]在如圖2所示的一個實施例中，該旋流器138可以包括從中心體130向外延伸并進(jìn)入空氣流動通道132的葉片140。這些葉片140被設(shè)置在壓縮空氣的軸向流動路徑中并且可以被設(shè)置成在徑向地向內(nèi)的方向轉(zhuǎn)移壓縮空氣。本實用新型所公開的葉片140可以設(shè)置在圍繞該公共軸線131的筒形殼體124中，或者圍繞相對于公共軸線131偏心的中心點設(shè)置。另外，葉片140在形狀上可以是直的或者螺旋的，并且可以相對于公共軸線131傾斜一定角度。
[0031]一個或多個葉片140可以包括液體燃料噴口 142和多個氣體燃料噴口 144，以便于筒形殼體124內(nèi)的燃料噴射?？梢栽O(shè)想任何數(shù)量或構(gòu)型的葉片140可以包括液體燃料噴口142。該葉片140的位置沿公共軸線131，并且在燃料噴射器116內(nèi)所得的軸向燃料導(dǎo)入點可以根據(jù)一種應(yīng)用的特定需要而變化。該氣體燃料噴口 144可以與葉片相關(guān)聯(lián)以接收來自外部源(未示出)的氣體燃料。
[0032]該燃料噴射器116還進(jìn)一步包括設(shè)置在空氣流動通道132相對于旋流器138的上游的流量調(diào)節(jié)器146。在如圖3所示的一個實施例中，流量調(diào)節(jié)器146可以包括圓柱體148，以裝配在進(jìn)氣管道120里并圍繞燃料噴射器116的中心體130。在一個實施例中，該圓柱體148可以包括在上游端151上的外圍凸緣149，使得流量調(diào)節(jié)器146可以被焊接或被放置在進(jìn)氣管道120的安全鄰接上。在一個實施例中，該圓柱體148包括在其上限定開口 152的外表面150。
[0033]此外，該流量調(diào)節(jié)器146具有多孔板154，其被配置成將空氣沿圓周均勻地分布在進(jìn)氣管道120內(nèi)(參照圖2)。該多孔板154位于圓柱體148的下游端156。該多孔板154包括穿孔158，這些穿孔158可以具有各不相同的形狀和尺寸，使得壓縮空氣被允許流過多孔板154，在一個或多個預(yù)定路徑中偏轉(zhuǎn)，并在混合管道122中與噴射的燃料混合。在如圖3所示的一個示例性的實施例中，該流量調(diào)節(jié)器146的多孔板154可以包括圓穿孔158。在如圖4-5所示的其它示例性的實施例中，該多孔板154可以包括具有不同尺寸的彎曲的矩形穿孔158。該穿孔158可以通過普遍已知的制造工藝而形成，例如但不限于沖壓、沖割、鑄造或從種板材料中組裝多個切口。
[0034]在一個實施例中，穿孔158可以被選擇，使得在混合通道122中實現(xiàn)燃料和空氣的均勻混合模式。然而，穿孔158的形狀、尺寸、數(shù)量和配置可以基于各種因素而改變，例如但不限于空氣流動通道132內(nèi)所需的空氣分布、空氣-燃料混合物中所需的混合模式、與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的運(yùn)行相關(guān)的尾流或者燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100所要滿足的排放要求。因此，盡管穿孔158的某一具體數(shù)量、尺寸、形狀和配置在圖3-5中的多孔板154上已經(jīng)示出，應(yīng)注意的是，穿孔158實質(zhì)上僅僅是示例性的，因此對本實用新型不具有限制性。穿孔158的任何已知的形狀、尺寸、配置和數(shù)量可以取決于特定的應(yīng)用要求而被使用。
[0035]工業(yè)實用性
[0036]典型地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)受到可能破壞在燃料噴射器的混合管道中的空氣和燃料的混合模式的尾流的影響。在一些情況下，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中出現(xiàn)的尾流可以進(jìn)一步導(dǎo)致燃料噴射器中的空氣和燃料的非均勻的混合。這種非均勻的空氣-燃料混合物的使用可以增加不完全燃燒的可能性，并且促進(jìn)污染物的生成。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)可以產(chǎn)生污染物，即使空氣-燃料比率被改變以適應(yīng)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一個或多個操作參數(shù)。
[0037]本實用新型的流量調(diào)節(jié)器146可以用于減小流量調(diào)節(jié)器146的上游出現(xiàn)的任何尾流。流量調(diào)節(jié)器146可以形成為包括任何數(shù)量的各種尺寸、形狀和配置的穿孔158，從而減少尾流并且實現(xiàn)空氣-燃料混合物的預(yù)定混合模式。通過在此公開的流量調(diào)節(jié)器146的實施，流量調(diào)節(jié)器146可以具有在空氣流動通道132中的空氣所需數(shù)量的限制和偏轉(zhuǎn)，使得橫貫燃料噴射器116的混合管道122的空氣和燃料的混合模式是均勻的。用于形成均勻的空氣-燃料混合物的空氣和燃料的均勻混合模式可以承受空氣-燃料混合物在燃燒室114中的完全燃燒。因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的排放水平可以降低，并且可以等于或小于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的排放要求所確定的允許極限。而且，當(dāng)將流量調(diào)節(jié)器146安裝進(jìn)燃料噴射器116時，設(shè)置在圓柱體148上的開口 152可以避免任何死角的產(chǎn)生，從而阻止燃料在死角內(nèi)無意地遷移和燃燒。
[0038]流量調(diào)節(jié)器146結(jié)合燃料噴射器116的長期使用可以提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的燃料經(jīng)濟(jì)性并節(jié)約燃料的成本。因此，本實用新型公開的流量調(diào)節(jié)器146可以提高與燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的操作相關(guān)聯(lián)的盈利能力。
[0039]圖6示出了一種將該空氣-燃料混合物傳送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)100的燃燒室114的方法600。在步驟602中，方法600包括接收來自引燃燃料噴射器134的引燃燃料進(jìn)入燃料噴射器116的中心體130。在步驟604中，方法600進(jìn)一步包括接收來自旋流器138上的葉片140的燃料進(jìn)入燃料噴射器116的混合管道122。在步驟606中，方法600進(jìn)一步包括接收來自進(jìn)氣管道120的空氣進(jìn)入混合管道122。
[0040]在步驟608中，方法600進(jìn)一步包括通過設(shè)置在相對于旋流器138的上游的流量調(diào)節(jié)器146的多孔板154，將空氣沿圓周均勻地分布在燃料噴射器116的進(jìn)氣管道120內(nèi)。在一個實施例中，步驟608內(nèi)的將空氣沿圓周均勻地分布在進(jìn)氣管道120內(nèi)進(jìn)一步包括使空氣穿過多孔板154的圓穿孔158。在另一個實施例中，步驟608內(nèi)的將空氣沿圓周均勻地分布在進(jìn)氣管道120的步驟進(jìn)一步包括使空氣通過多孔板154的彎曲的矩形穿孔158。
[0041]在步驟610中，方法600進(jìn)一步包括在混合管道122中將燃料與分布的空氣混合。在步驟612中，方法600包括接收來自混合管道122的空氣-燃料混合物和燃燒室114的中心體130的引燃燃料。
[0042]雖然本實用新型的各方面已經(jīng)詳細(xì)地說明和描述于上面的實施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不背離所公開的精神和范圍的情況下，各種附加的實施例可以通過修改所公開的機(jī)器、系統(tǒng)和方法而被設(shè)想出。這樣的實施例應(yīng)該被理解為涵蓋于基于權(quán)利要求書及其任何等效物所確定的本實用新型的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，包括: 燃燒室； 一個或多個燃料噴射器，其包括: 中心體； 進(jìn)氣管道和混合管道，其設(shè)置在中心體周圍以限定空氣流動通道； 旋流器，其設(shè)置在進(jìn)氣管道和混合管道之間；以及 流量調(diào)節(jié)器，其設(shè)置在相對于旋流器的上游的空氣流動通道中，所述流量調(diào)節(jié)器包括被配置成將空氣沿圓周均勻地分布在進(jìn)氣管道內(nèi)的多孔板。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述流量調(diào)節(jié)器包括圓柱體，以裝配在進(jìn)氣管道內(nèi)并圍繞燃料噴射器的中心體。
3.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述多孔板位于圓柱體的下游端。
4.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述圓柱體包括在其上限定開口的外表面。
5.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述多孔板包括多個圓穿孔。
6.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述多孔板包括多個彎曲的矩形穿孔。
7.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述旋流器包括多個葉片，所述葉片從中心體向外延伸并進(jìn)入空氣流動通道。
8.如權(quán)利要求7所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述葉片包括多個燃料噴口。
9.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述中心體包括配置成噴射燃料的引燃流的弓I燃燃料噴射器。
【文檔編號】F23R3/38GK203964012SQ201420377327
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】R·費(fèi)妮拉, D·W·凱瑞, J·達(dá)克斯 申請人:索拉透平公司